波形發(fā)生器設(shè)計(jì)報(bào)告

1、目 錄i韶 關(guān) 學(xué) 院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）設(shè)計(jì)題目：波形發(fā)生器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目：波形發(fā)生器設(shè)計(jì)課程名稱(chēng)：電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)課程名稱(chēng)：電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：黃明高學(xué)生姓名：黃明高學(xué)學(xué) 號(hào)：號(hào)：12101071053院院 系：物理與機(jī)電工程學(xué)院系：物理與機(jī)電工程學(xué)院專(zhuān)業(yè)班級(jí)：專(zhuān)業(yè)班級(jí)：12 電子電子 2 班班 指導(dǎo)教師姓名及職稱(chēng)：洪遠(yuǎn)泉指導(dǎo)教師姓名及職稱(chēng)：洪遠(yuǎn)泉 實(shí)驗(yàn)師實(shí)驗(yàn)師 起止時(shí)間：起止時(shí)間： 2014 年 3 月 2014 年 6 月 課程設(shè)計(jì)評(píng)分：課程設(shè)計(jì)評(píng)分：（教務(wù)處制）（教務(wù)處制）目 錄ii目目 錄錄1課題任務(wù)（一級(jí)標(biāo)題，黑體，三號(hào)）課題任務(wù)（一級(jí)標(biāo)題，黑體，三號(hào)）.12電路設(shè)計(jì)原理電

2、路設(shè)計(jì)原理.22.1脈沖波形設(shè)計(jì)原理 .22.2鋸齒波形設(shè)計(jì)原理 .32.3正弦波形 1 設(shè)計(jì)原理 .3 2.4 正弦波形 2 設(shè)計(jì)原理.43PCB 電路板制作電路板制作.63.1DXP2004 軟件簡(jiǎn)介 .63.2原理圖設(shè)計(jì) .63.3元件庫(kù)設(shè)計(jì) .63.4四位加法器 PCB 板圖設(shè)計(jì).73.5腐蝕加工與 PCB 板直觀檢查.73.6焊接與通電前測(cè)試 .74常見(jiàn)故障分析常見(jiàn)故障分析.74.1PCB 板電源與地線(xiàn)短路.84.2無(wú)法實(shí)現(xiàn)正弦波的輸出.84.3鋸齒波幅度值偏大 .85總結(jié)總結(jié).7附錄附錄.8 附錄 A：仿真電路圖 8附錄 B：電路原理圖.9附錄 C：PCB 電路板圖.9附錄 D：實(shí)

3、物照片.10目 錄iii波形發(fā)生器設(shè)計(jì)波形發(fā)生器設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)班級(jí)：12 電子 2 班 學(xué)生姓名：黃明高 指導(dǎo)老師: 洪遠(yuǎn)泉（實(shí)驗(yàn)師） 1 1 課題任務(wù)課題任務(wù)使用 555 芯片和一個(gè)通用四運(yùn)放 LM324 芯片，設(shè)計(jì)制作一個(gè)頻率可變的同時(shí)輸出脈沖波，鋸齒波，正弦波 1，正弦波 2 的波形產(chǎn)生電路。設(shè)計(jì)制作要求如下：1同時(shí)四通道輸出，每通道輸出脈沖波，鋸齒波，正弦波 1，正弦波 2 中的一種波形，每通道輸出的負(fù)載電阻均為 560 歐姆。2四種波形的頻率關(guān)系為 1:1:1:3.脈沖波，鋸齒波，正弦波 1 輸出頻率范圍為8KHz10KHz，輸出電壓幅度峰峰值為 1V；正弦波 2 輸出頻率范圍為24KHz

4、30KHz，輸出電壓幅度峰峰值為 9V。脈沖波，鋸齒波，正弦波輸出波形無(wú)明顯失真。頻率誤差不大于 10%；通道內(nèi)輸出電壓幅度值誤差不大于5%。脈沖波占空比可調(diào)節(jié)。3電源只能選用+10V 單電源，由穩(wěn)壓電源供給。4要求預(yù)留脈沖波，鋸齒波，正弦波 1，正弦波 2 的電源的測(cè)試端子。5每通道輸出的負(fù)載電阻 600 歐姆應(yīng)標(biāo)示清楚，置于明顯位置，便于檢查。總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如下圖所示：目 錄iv2 2電路設(shè)計(jì)原理電路設(shè)計(jì)原理2.1 脈沖波形設(shè)計(jì)原理脈沖波形設(shè)計(jì)原理 電路剛通電時(shí)，由于電容 C 上的電壓不能突變，為 0V，則 555 的 2 腳、6 腳電壓也為 0，而比較器 C1 的正端（5 腳）電壓固定在

5、2VCC/3 的閥值上，比較器 C2 的負(fù)端電壓固定在 VCC/3 的閥值上。因此，UCVCC/3,R1=1,S=0,3 腳輸出高電平，三極管 T 截止。通電之后，電源 VCC 通過(guò)電阻 R1、R2 對(duì)電容 C 充電，2 腳與 6 腳的電壓 Uc 逐漸上升。當(dāng) UcVcc/3 時(shí)，R=1,S=1,輸出維持不變。Uc2Vcc/3 時(shí)，R=0,S=1,3 腳輸出低電平，三極管 T 導(dǎo)通，此時(shí)電容通過(guò)電阻R2、三極管 ce 極放電，Uc 電壓下降。電容放電一段時(shí)間后，電壓下降到目 錄vUcVcc/3 時(shí) R=1，S=0，3 腳又輸出高電平，三極管 T 截止，電源通過(guò) R1、R2對(duì)電容 C 充電。電路

6、輸出的脈沖 Vo 的高電平持續(xù)時(shí)間 tpH跟電容 C 的充電速度有關(guān)。根據(jù)暫態(tài)電路的定律，電源 Vcc 通過(guò)電阻 R1、R2 對(duì) C 充電的電壓大小計(jì)算公式為：Uc(t)=Uc()+Uc(0+)-Uc()e-t/=Ucc(1-e-t/),=(R1+R2)CUcc/3=Ucc(1-e-t/),解得 t1=(ln3-ln2)2Ucc/3=Ucc(1-e-t/),解得 t2=ln3Tph=t2-t1=ln2=0.693(R1+R2)C同理，電路輸出的脈沖 v0 的低電平持續(xù)時(shí)間 tPL跟電容 C 對(duì)電阻 R2 的放電速度有關(guān)。放電電壓的計(jì)算公式為：Uc(t)=2Ucc/3e-t/,=R2C電容上的電

7、壓從 2Vcc/3 放到 Vcc/3 的時(shí)間為 tPL=ln2=0.693R2C因此，多謝振蕩器的周期 T=TPH+TPL=ln2(R1+2R2)C=0.693(R1+2R2)C頻率：F=1/0.693(R1+2R2)C=1.44/(R1+2R2)CHZ2.2 鋸齒波形設(shè)計(jì)原理鋸齒波形設(shè)計(jì)原理如圖所示是由 NE555 定時(shí)器、運(yùn)算放大器、穩(wěn)壓二極管等構(gòu)成的鋸齒波發(fā)生器電路。采用 NE555 對(duì)定時(shí)電容進(jìn)行恒流充電，就可產(chǎn)生鋸齒波。目 錄vi鋸齒波的周期與振幅是通過(guò)改變 NE555 片內(nèi)復(fù)位檢測(cè)用比較器的比較電平而改變的。若 NE555 復(fù)位檢測(cè)比較器的比較電平為 Uc，VDz 的穩(wěn)定電壓為 U

8、z，則從外部觸發(fā)開(kāi)始到復(fù)位檢測(cè)的時(shí)間 t 為 t=（UcUz）R3C1。從外部觸發(fā)開(kāi)始，NE555 的輸出在 t 期間保持高電平，t 可用做定時(shí)時(shí)間。由運(yùn)算放大器 A1 構(gòu)成的跟隨器采用自舉方式，C1 的充電電流由穩(wěn)壓二極管 VDz 和電阻 R3 決定。電路中，通過(guò)穩(wěn)壓二極管不同的穩(wěn)壓值來(lái)改變鋸齒波的周期，也可通過(guò)改變參數(shù) R3 或 C1 的值改變鋸齒波的周期，但同時(shí)要考慮運(yùn)算放大器的動(dòng)態(tài)范圍，否則，波形會(huì)失真。2.3正弦波正弦波 1 設(shè)計(jì)原理設(shè)計(jì)原理 低通濾波器的設(shè)計(jì)框圖：有源濾波器的快速設(shè)計(jì)：（1）根據(jù)截止頻率 fc,選擇電容 C(單位為 uF)，滿(mǎn)足下式： K=100/fcC 注意 K

9、值不能太大，否則會(huì)使得電阻的取值較大，從而使引入的誤差增大，通常取1K10。同時(shí)，恰當(dāng)選擇 K 值，使得電容 C 的取值容易實(shí)現(xiàn)。例如，要設(shè)計(jì)一個(gè)9K 的低通濾波器，K=1時(shí)，C=0.011111uF;K=2,C=0.005566uF;K=3,C=0.003704uF;K=4,C=0.002778uF;K=5,C=0.002222uF;K=6,C=0.001852uF;K=7,C=0.001587uF;K=8,C=0.001389uF;K=9,C=0.001111uF?？梢赃x擇 K=5，用瓷片電容222（0.0022uF）代替。目 錄vii從設(shè)計(jì)表中查出與 Av 對(duì)應(yīng)的電容值，及 K=1時(shí)的電

10、阻值。再將這些電阻值乘以參數(shù) K,得到電阻的設(shè)計(jì)值。實(shí)驗(yàn)調(diào)整修改電容、電阻值，測(cè)量濾波器的性能參數(shù)，繪制幅頻特性曲線(xiàn)。2=1/R2R3CC1，Q=0.0707，AV=-R2/R12.4 正弦波正弦波 2 的設(shè)計(jì)原理的設(shè)計(jì)原理有源帶通濾波器的設(shè)計(jì)框圖：有源濾波器的快速設(shè)計(jì)：（1）根據(jù)截止頻率 fc,選擇電容 C(單位為 uF)，滿(mǎn)足下式： K=100/fcC 注意 K 值不能太大，否則會(huì)使得電阻的取值較大，從而使引入的誤差增大，通常取1K10。同時(shí)，恰當(dāng)選擇 K 值，使得電容 C 的取值容易實(shí)現(xiàn)。例如，要設(shè)計(jì)一個(gè)9K 的低通濾波器，K=1時(shí)，C=0.011111uF;K=2,C=0.005566

11、uF;K=3,C=0.003704uF;K=4,C=0.002778uF;K=5,C=0.002222uF;K=6,C=0.001852uF;K=7,C=0.001587uF;K=8,C=0.001389uF;K=9,C=0.001111uF?？梢赃x擇 K=5，用瓷片電容222（0.0022uF）代替。從設(shè)計(jì)表中查出與 Av 對(duì)應(yīng)的電容值，及 K=1時(shí)的電阻值。再將這些電阻值乘以參數(shù) K,得到電阻的設(shè)計(jì)值。實(shí)驗(yàn)調(diào)整修改電容、電阻值，測(cè)量濾波器的性能參數(shù)，繪制幅頻特性曲線(xiàn)。RCR3C1才能形成通帶目 錄viiif0=1/2RC,Q=1/(3-Av),BW=f0/QAv=1+RF/R3為通向比例放

12、大電路的電壓增益，Av 必須小于3，電路才能穩(wěn)定工作。當(dāng) f=f0時(shí)，帶通濾波器具有最大的電壓增益 Auo=Av/(3-Av)2=(R1+R2)/R2R2R3C2,Q=O/BW=fo/BW(BWo） ，AV=-R3/2R13 3 PCBPCB 板制作板制作3.1 DXP2004 軟件簡(jiǎn)介軟件簡(jiǎn)介Protel DXP 是第一個(gè)將所有設(shè)計(jì)工具集于一身的板級(jí)設(shè)計(jì)系統(tǒng)，電子設(shè)計(jì)者從最初的項(xiàng)目模塊規(guī)劃到最終形成生產(chǎn)數(shù)據(jù)都可以按照自己的設(shè)計(jì)方式實(shí)現(xiàn)。Protel DXP 運(yùn)行在優(yōu)化的設(shè)計(jì)瀏覽器平臺(tái)上，并且具備當(dāng)今所有先進(jìn)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，能夠處理各種復(fù)雜的 PCB 設(shè)計(jì)過(guò)程。通過(guò)設(shè)計(jì)輸入仿真、PCB 繪制編輯、

13、拓?fù)渥詣?dòng)布線(xiàn)、信號(hào)完整性分析和設(shè)計(jì)輸出等技術(shù)融合，Protel DXP 提供了全面的設(shè)計(jì)解決方案。3.2 原理圖設(shè)計(jì)原理圖設(shè)計(jì) 打開(kāi) DXP2004 軟件，建立項(xiàng)目“波形發(fā)生器設(shè)計(jì).projpcb”并保存到專(zhuān)用的文件夾。新建原理圖文件“波形發(fā)生器原理圖.schdoc”到項(xiàng)目中，并保存。在原理圖中繪制波形發(fā)生器原理圖如下：目 錄ix3.3 PCB 板圖設(shè)計(jì)板圖設(shè)計(jì)波形發(fā)生器設(shè)計(jì)的的項(xiàng)目中按右鍵，在彈出的對(duì)話(huà)框中點(diǎn)擊【追加已有文件到項(xiàng)目中】-【PCB】 。接著打開(kāi)主原理圖點(diǎn)擊【設(shè)計(jì)】【Update PCB Document】【執(zhí)行變化】【關(guān)閉】即可導(dǎo)入原件到 PCB 文件上，接下來(lái)就是布局。布局時(shí)

14、需要注意的是一般優(yōu)先考慮電路中的核心元件和體積較大的元件，各元件不要重疊，功率較大的元件的位置不能靠的太近，盡量使飛線(xiàn)不要交叉，連線(xiàn)長(zhǎng)度較短，電路板中元件盡量均勻分布，不要擠到一邊，以便于和原理圖對(duì)照分析。布局完成后就是布線(xiàn)，布線(xiàn)時(shí)跳線(xiàn)盡量短和少。布線(xiàn)完成后要在 PCB 上加入漢子模塊。分別是姓名和學(xué)號(hào)，此處使用工具是“PCB 圖中加入中文字”文件。完成后即可用打印機(jī)打 PCB 圖打印在油紙上，然后將圖案印在銅板上。具體圖案見(jiàn)附錄。3.4腐蝕加工及腐蝕加工及 PCB 板直觀檢查板直觀檢查 將適量的三氯化鐵固體與清水混合并攪拌直至形成渾濁液，再把 PCB 板放入水中，輕輕地晃動(dòng)盛有三氯化鐵渾濁液

15、的器皿直到裸露的銅完全脫落再將腐蝕后的銅板用清水沖洗干凈，然后用砂紙打磨掉附在銅板上的碳粉，最后用打孔機(jī)在焊盤(pán)處打孔。完成這一系列的步驟之后還需檢查線(xiàn)路是否有短路或是斷路，及時(shí)糾正錯(cuò)誤。目 錄x3.5焊接與通電前的測(cè)試焊接與通電前的測(cè)試 腐蝕完成后用萬(wàn)用表調(diào)到二極管檔測(cè)試電路是否斷路，若萬(wàn)用表發(fā)出尖銳的聲響說(shuō)明電路時(shí)連通的，否則該段電路是斷開(kāi)的，斷開(kāi)的電路可用焊錫連接，檢查無(wú)誤后即可進(jìn)行元器件的焊接。焊接時(shí)注意烙鐵的溫度不能過(guò)高，焊接時(shí)間盡量短。應(yīng)讓焊接面盡量干凈，焊接才會(huì)很迅速、很堅(jiān)固，可以使用細(xì)砂紙打磨焊接表面。焊接完成后首先要外觀檢查，即目測(cè)每個(gè)焊點(diǎn)是否合乎外觀標(biāo)準(zhǔn)，檢查整塊電路板，確保

16、沒(méi)有漏焊，沒(méi)有橋接，未損傷導(dǎo)線(xiàn)及元器件的絕緣層，沒(méi)有焊料飛濺等。還應(yīng)用指觸，鑷子撥動(dòng)，拉線(xiàn)等方法檢查有無(wú)導(dǎo)線(xiàn)斷線(xiàn)，焊盤(pán)剝落等缺陷。4 4 常見(jiàn)故障分析常見(jiàn)故障分析4.1 PCB 板電源與地線(xiàn)短路板電源與地線(xiàn)短路檢測(cè)：萬(wàn)用表調(diào)蜂鳴檔或電阻檔，兩表筆分別接電路板的 VCC 與 GND 端，若萬(wàn)用表響了或指針有較大擺動(dòng)，叫短路（或通路） ；若萬(wàn)用表沒(méi)響或指針沒(méi)有較大擺動(dòng)，說(shuō)明兩點(diǎn)不連通。還可以在計(jì)算機(jī)中打開(kāi) PCB 圖，點(diǎn)亮短路的網(wǎng)絡(luò)，觀察什么地方離得最近，最容易粘在一塊。4.2 無(wú)法實(shí)現(xiàn)正弦波的輸出無(wú)法實(shí)現(xiàn)正弦波的輸出LM324 的 4 腳沒(méi)有加偏置電壓。加偏置電壓的方法是在 VCC 和 GND

17、間串聯(lián)兩個(gè) 10K 的電阻，然后在兩電阻間分一條支路到 LM324 的 4 腳，即可完成偏置電壓。4.3 鋸齒波幅度值偏大鋸齒波幅度值偏大 鋸齒波幅度值偏大的原因是沒(méi)有分壓，可以通過(guò)電位器的調(diào)節(jié)進(jìn)行分壓從而得到符合設(shè)計(jì)要求的鋸齒波幅度值目 錄xi5 總結(jié)總結(jié)經(jīng)過(guò)接近一個(gè)月的不斷調(diào)試與改進(jìn)，終于完成了本次的波形發(fā)生器課程設(shè)計(jì)，并且達(dá)到了預(yù)期的效果，實(shí)現(xiàn)了脈沖波，鋸齒波和正弦波的輸出，頻率連續(xù)可調(diào)，但是正弦波 2 沒(méi)有達(dá)到預(yù)期的頻率范圍，整個(gè)電路板也因?yàn)槎啻蔚男薷膶?dǎo)致非常不美觀。不過(guò)通過(guò)了本次的波形發(fā)生器設(shè)計(jì)，我把模電部分的理論知識(shí)與實(shí)踐結(jié)合了起來(lái)，以前在學(xué)習(xí)理論知識(shí)期間似懂非懂的問(wèn)題經(jīng)過(guò)了這次課

18、程設(shè)計(jì)也有了新的了解。調(diào)試的過(guò)程中遇到很多問(wèn)題，最后都通過(guò)翻閱資料和檢查電路找出并解決。最重要的還是從實(shí)踐中理解了課本上的理論知識(shí)，明白了學(xué)與致用的真諦，因?yàn)槔碚撚?jì)算值在實(shí)踐中又不一定是最佳的參數(shù)，還需通過(guò)不斷地觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果調(diào)整器件的參數(shù)以達(dá)到最好的效果，也正因?yàn)槿绱?，這次的課程設(shè)計(jì)花費(fèi)了比以往的課程設(shè)計(jì)更多的時(shí)間，不過(guò)在調(diào)試的過(guò)程中我們也學(xué)到了更多的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)?？傊?，本次的波形發(fā)生器設(shè)計(jì)不但提高了我的動(dòng)手實(shí)踐能力，同時(shí)也讓我更加深刻地體會(huì)到了理論與實(shí)踐結(jié)合的重要性。附錄附錄附錄 A:用 Multisim10 仿真電路及波形目 錄xii附錄 B：電路原理圖目 錄xiii附錄 C：PCB 電路板圖目 錄xiv附錄 D：實(shí)物照片目目 錄錄目 錄xv1課題課題任務(wù)任務(wù) . 摘要 .3 3波形發(fā)生器波形發(fā)生器工作原理工作原理 . 3.1 主要芯片的引腳，功能與工作原理 . 3.2 脈沖波產(chǎn)生原理 . 3.3 鋸齒波產(chǎn)生原理與跟隨器 . 3.4 低通濾波器與正弦波產(chǎn)生原理 . 3.5 帶通濾波器與正弦波產(chǎn)生原理 .4 4 波形發(fā)生器在波形發(fā)生器在 multisimmultisim 仿真結(jié)果仿真結(jié)果 .5 5波形發(fā)生器波形發(fā)生器 PCBPCB 電路板制作電路板制作 . 5.1 DXP2004 軟件簡(jiǎn)介 . 5.2 原理圖設(shè)計(jì) . 5.3 波形發(fā)生器 PCB 板圖設(shè)計(jì) . 5