2015年電子設(shè)計大賽綜合測評題課程設(shè)計

1、WORD格式2021 年電子設(shè)計大賽綜合測評試題XX輕工業(yè)學(xué)院電子技術(shù)課程設(shè)計題目：2021 年電賽測評試題XX：王苗龍專業(yè)班級：電信 13-01學(xué)號：541301030134院系：電子信息工程學(xué)院指導(dǎo)教師：曹衛(wèi)鋒謝澤會完成時間：2021 年10月29日專業(yè)資料整理WORD格式2021 年電子設(shè)計大賽綜合測評試題XX輕工業(yè)學(xué)院課程設(shè)計任務(wù)書專業(yè)資料整理WORD格式題目2021 年電子設(shè)計大賽綜合測評試題專業(yè)資料整理WORD格式專業(yè)電信工程13-1學(xué)號541301030134XX王苗龍專業(yè)資料整理WORD格式主要內(nèi)容、根本要求、主要參考資料等：主要內(nèi)容1閱讀相關(guān)科技文獻。2學(xué)習(xí)電子制圖軟件的使用

2、。3學(xué)會整理和總結(jié)設(shè)計文檔報告。4學(xué)習(xí)如何查找器件手冊及相關(guān)參數(shù)。技術(shù)要求專業(yè)資料整理WORD格式1、使用555 時基電路產(chǎn)生頻率20kHz-50kHz連續(xù)可調(diào)，輸出電壓幅度為1V 的方波；專業(yè)資料整理WORD格式2、使用數(shù)字電路74LS74，產(chǎn)生頻率5kHz-10kHz連續(xù)可調(diào)，輸出電壓幅度為1V 的方波；專業(yè)資料整理WORD格式3、使用數(shù)字電路74LS74，產(chǎn)生頻率5kHz-10kHz 連續(xù)可調(diào)，輸出電壓幅度峰峰值為3V 的三角波；4、產(chǎn)生輸出頻率為20kHz-30kHz 連續(xù)可調(diào)，輸出電壓幅度峰峰值為3V 的正弦波；5、產(chǎn)生輸出頻率為250kHz，輸出電壓幅度峰峰值為8V 的正弦波；方波

3、、三角波和正弦波的專業(yè)資料整理WORD格式波形應(yīng)無明顯失真使用示波器測量時。頻率誤差不大于 5%；通帶內(nèi)輸出電壓幅度峰峰值誤差不大于 5%。主要參考資料1何小艇，電子系統(tǒng)設(shè)計，XX大學(xué)，2021年8月2姚福安，電子電路設(shè)計與實踐，XX科學(xué)技術(shù)，2001 年 10 月3王澄非，電路與數(shù)字邏輯設(shè)計實踐，東南大學(xué)，1999 年 10 月4李銀華，電子線路設(shè)計指導(dǎo)，航空航天大學(xué)，2005年6月5康華光，電子技術(shù)根底，高教，2006年 1月完成期限：2021 年 10月 30日指導(dǎo)教師簽章：專業(yè)負責人簽章：2021 年 10 月 26日專業(yè)資料整理WORD格式2021 年電子設(shè)計大賽綜合測評試題2021

4、 年電子設(shè)計大賽綜合測評試題摘要模擬電路中，多種波形產(chǎn)生電路屬于信號的運算與處理電路，它主要由信號產(chǎn)生電路、信號運算電路、信號處理電路構(gòu)成。 555 定時器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件，可通過一定數(shù)目的電容、電阻構(gòu)成多諧振蕩器。 74ls74 是一種上升沿雙 D觸發(fā)器芯片，可以對信號分頻處理。 LM324為四通道運放集成芯片，可以構(gòu)成信號根本運算電路。本課程設(shè)計的根本目標：使用 555 多諧振蕩器產(chǎn)生方波作為信號源，由 74ls74 對信號進展四分頻處理，由 LM324四運放芯片對信號分別獨立進展積分運算、低通濾波運算，帶通濾波運算從而得到所需波形。通過理論計算分析，最終實現(xiàn)規(guī)定

5、的電路要求，并做成實物，經(jīng)過反復(fù)檢測，符合設(shè)計要求。關(guān)鍵詞：波形產(chǎn)生分頻信號運算信號處理專業(yè)資料整理WORD格式2021 年電子設(shè)計大賽綜合測評試題目錄1設(shè)計方案 . .11 設(shè)計方案.12多波形產(chǎn)生電路設(shè)計 .22.1設(shè)計原理 .22.2整體流程框圖 .23單元電路設(shè)計 . .33.1555 多諧振蕩器. .33.274ls74 分頻電路.33.3積分電路 .43.4低通濾波器 . .53.5帶通濾波器 . .64元件參數(shù)選擇 . .84.1555 多諧振蕩器. .84.274ls74 分頻電路.84.3積分電路 .84.4低通濾波器 .94.5帶通濾波器 .95結(jié)論 . .106個人總結(jié)

6、. .11參考文獻 . .12附錄 1電路原理圖及元件清單 .13附錄 2 PCB及實物照片 .14專業(yè)資料整理WORD格式2021 年電子設(shè)計大賽綜合測評試題1 設(shè)計方案1 設(shè)計方案使用 555 和外圍電路構(gòu)成多諧振蕩器，產(chǎn)生 20kHz-50kHz的方波作為信號源，利用此方波作為根本信號。將根本信號通過電阻分壓可得到電壓幅度1V、20kHz-50kHz 連續(xù)可調(diào)的方波 I ；將根本信號通過 74ls74 雙 D觸發(fā)器進展四分頻，然后電阻分壓得到 5kHz-10kHz 連續(xù)可調(diào)電壓幅度為 1V 的方波 II ；將方波 II 通過由 LM324四通道運放構(gòu)成的積分電路，得到 5kHz-10kH

7、z 連續(xù)可調(diào)電壓幅度峰峰值為 3V 的三角波；將方波 I 通過由 LM324四通道運放構(gòu)成的低通濾波器，得到 20kHz-50kHz 連續(xù)可調(diào)電壓幅度峰峰值為 3V 的正弦波 I ；將根本信號固定頻率，然后通過由 LM324四通道運放構(gòu)成的帶通濾波器，得到 250 kHz 左右的正弦波，再通過由 LM324四通道運放構(gòu)成的低通濾波器，得到 250k 峰峰值 8V 的正弦波 II 。專業(yè)資料整理WORD格式1專業(yè)資料整理WORD格式2021 年電子設(shè)計大賽綜合測評試題2多波形產(chǎn)生電路設(shè)計2.1設(shè)計原理555 多諧振蕩器：電源接通時，555 的 3 腳輸出高電平，同時電源通過R1R2向電容 c 充

8、電，當 c 上的電壓到達 555 集成電路 6 腳的閥值電壓2/3 電源電壓時， 555 的 7 腳把電容里的電放掉， 3 腳由高電平變成低電平。當電容的電壓降到 1/3 電源電壓時， 3 腳又變?yōu)楦唠娖?，同時電源再次經(jīng) R1R2向電容充電。這樣周而復(fù)始，形成振蕩。74ls74 四分頻： 74LS74 是個雙 D觸發(fā)器，把其中的一個 D 觸發(fā)器的 Q非輸出端接到 D輸入端，時鐘信號輸入端 CLOCK接時鐘輸入信號，這樣每來一次 CLOCK 脈沖， D 觸發(fā)器的狀態(tài)就會翻轉(zhuǎn)一次，每兩次 CLOCK脈沖就會使 D 觸發(fā)器輸出一個完整的方波，這就實現(xiàn)了二分頻。把同一片74LS74上的兩路 D 觸發(fā)器

9、串聯(lián)起來，其中一個 D 觸發(fā)器的輸出作為另一個D 觸發(fā)器的時鐘信號，這就實現(xiàn)了四分頻。LM324:四通道運算放大器，與一定數(shù)目的電阻電容可以構(gòu)成積分電路、低通濾波器、帶通濾波器，從而實現(xiàn)信號的運算處理。2.2整體流程框圖圖 2-1 多波形產(chǎn)生器設(shè)計框圖如圖 2-1 展示了此多波形產(chǎn)生電路的根本工作流程，經(jīng)過仿真驗證證明此電路的可行性。專業(yè)資料整理WORD格式2專業(yè)資料整理WORD格式2021 年電子設(shè)計大賽綜合測評試題3 單元電路設(shè)計3.1 555 多諧振蕩器由 555 定時器和外接元件R1、 R2 和 C 構(gòu)成的多諧振蕩器，2 腳與 6 腳直接相連，電路沒有穩(wěn)態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)，電路也不需要

10、外加觸發(fā)信號，利用電源通過 R1、R2向電容 C充電，使電路產(chǎn)生震蕩，電容在 1/3VCC 和 2/3VCC 之間充電和放電，其仿真波形如圖 3-2 所示，實測波形如圖 3-3 所示。圖 3-1 555 多諧振蕩器調(diào)節(jié)電位器 R2的阻值就可以調(diào)整所產(chǎn)生方波的頻率。外部元件的穩(wěn)定性決定了多諧振蕩器的穩(wěn)定性，該電路用少量的元件就可以獲得高精度震蕩頻率和較強的功率輸出能力，輸出的方波經(jīng)過電阻分壓就得到了穩(wěn)定的20kHz-50kHz 連續(xù)可調(diào)的方波 I 。所以該電路符合設(shè)計要求。圖 3-2 仿真波形3-3 實測波形專業(yè)資料整理WORD格式3專業(yè)資料整理WORD格式2021 年電子設(shè)計大賽綜合測評試題3

11、.274ls74 分頻電路一個 74ls74集成芯片有兩個D 觸發(fā)器，一個 D觸發(fā)器可以組成一個二分頻電路，把其中的一個 D觸發(fā)器的 Q非輸出端接到 D輸入端，時鐘信號輸入端CLOCK接時鐘輸入信號，這樣每來一次CLOCK脈沖， D觸發(fā)器的狀態(tài)就會翻轉(zhuǎn)一次，每兩次 CLOCK脈沖就會使 D觸發(fā)器輸出一個完整的正方波，這就實現(xiàn)了信號二分頻。二分頻電路輸入信號過零上升沿每到來一次二分頻器狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次便可得到二分頻，把兩個 D觸發(fā)器串聯(lián)起來，就是四分頻電路。于是根本方波信號就被分頻成了 5kHz-10 kHz 的方波，然后經(jīng)過分壓電路，就得到 5kHz-10 kHz 的方波幅值為 1V 的方波 II

12、 。74ls74 四分頻電路原理如圖3-4 所示，仿真效果如圖3-5 所示，實測效果如圖 3-6 所示圖 3-4分頻電路原理專業(yè)資料整理WORD格式4專業(yè)資料整理WORD格式2021 年電子設(shè)計大賽綜合測評試題圖 3-5 仿真波形圖3-6實測波形3.3積分電路積分電路可以用來進展波形變換，由于交流信號需要和偏置電壓復(fù)合，以偏置電壓為參考點，交流信號分別位于正負半周，為了使積分輸出的波形更穩(wěn)定，也為了使電路輸出振幅符合題意要求，需要設(shè)置參考電壓。這里設(shè)置的參考電壓為 2.5V，由于只有 10V 單電源供電，選用 5V 穩(wěn)壓管，將電壓穩(wěn)到 5V，然后進展分壓，從而得到 2.5V 參考電壓，其電路如

13、圖 3-7 所示。積分電路是使輸出信號與輸入信號的時間積分值成比例的電路，積分電路可將矩形脈沖波轉(zhuǎn)換為三角波，積分電路原理如圖3-8 所示。圖 3-7參考電壓圖3-8積分電路電路將 5kHz-10kHz 連續(xù)可調(diào)的方波進展積分，得到5kHz-10kHz 峰峰值 3V的三角波，其仿真波形如圖3-9 所示，實測波形如圖3-10 所示。專業(yè)資料整理WORD格式5專業(yè)資料整理WORD格式2021 年電子設(shè)計大賽綜合測評試題圖 3-9 仿真波形圖3-9實測波形3.4低通濾波器低通濾波器由兩節(jié) RC濾波電路和同相比例放大電路組成，其中同相比例放大電路具有輸入阻抗高，輸出阻抗低的特點。低通濾波器是容許低于截

14、止頻率的信號通過，但高于截止頻率的信號不能通過的電子濾波裝置。低通濾波器的作用是抑制高頻信號，通過低頻信號。簡單理解，可認為是通低頻、阻高頻。低通濾波器包括有源低通濾波器和無源低通濾波器，無源低通濾波器通常由電阻、電容組成，也有采用電阻、電感和電容組成的。有源低通濾波器一般由電阻、電容及運算放大器構(gòu)成，這里所用的是有緣低通濾波器。低通濾波器電路圖如圖3-10 。圖 3-10 低通濾波器任何周期信號，都可以看作是不同振幅，不同相位正弦波的疊加。而貫穿時域與頻域的方法之一，就是傳中說的傅里葉分解。此處 20kHz-30kHz 的方波信號就可以用低通濾波器將其中的正弦波別離出來然后得到電壓峰峰值為

15、3V、連續(xù)可調(diào)的 20kHz-30kHz 正弦波信號 I 。仿真信號如圖 3-11 ，實測信號如圖 3-12 。專業(yè)資料整理WORD格式6專業(yè)資料整理WORD格式2021 年電子設(shè)計大賽綜合測評試題圖 3-11 仿真波形圖3-12實測波形3.5帶通濾波器帶通濾波器是一個允許特定頻段的波通過同時屏蔽其他頻段的設(shè)備，也就是通過某一頻率X圍內(nèi)的頻率分量、但將其他X圍的頻率分量衰減到極低水平的濾波器。任何一個周期信號都可以展開成傅里葉級數(shù)，也就是假設(shè)干次正弦波之和，根據(jù)這一原理，可以用帶通濾波器，將頻帶設(shè)置在250kHz 左右就可以。本電路將通頻帶設(shè)置在250kHz+20Hz之間，得到諧波分量，然后再

16、用低通濾波器將高于250kHz 的諧波分量濾除，即得到250kHz 的正弦波分量。此處帶通濾波器和低通濾波器共同工作對50kHz 的方波進展選擇別離，得到固定頻率 250kHz峰峰值 8V的正弦波。電路如圖3-13 所示。圖 3-13正弦波選頻電路專業(yè)資料整理WORD格式7專業(yè)資料整理WORD格式2021 年電子設(shè)計大賽綜合測評試題圖 3-14仿真波形圖3-15實測波形專業(yè)資料整理WORD格式8專業(yè)資料整理WORD格式2021 年電子設(shè)計大賽綜合測評試題4 元件參數(shù)選擇4.1 555 多諧振蕩器555 電路要求 R1、R2均應(yīng)大于或等于1k，但 R1+R2應(yīng)小于 3.3M 。其輸出信號的時間參

17、數(shù)是：T=tw1+tw2tw1=0.7(R1+R2)*Ctw2=0.7R2*Cf=1/T所以調(diào)節(jié) R2的阻值，就可以調(diào)節(jié)所產(chǎn)生方波的頻率，然后調(diào)節(jié)輸出端的滑動變阻器就可以調(diào)節(jié)所產(chǎn)生方波的幅值。4.2 74ls74分頻器分頻就是用同一個時鐘信號通過一定的電路構(gòu)造轉(zhuǎn)變成不同頻率的時鐘信號。四分頻就是通過有分頻作用的電路構(gòu)造，在時鐘每觸發(fā) 4 個周期時，電路輸出 1 個周期信號。用一個脈沖時鐘觸發(fā)一個計數(shù)器，計數(shù)器每計 4 個數(shù)就清零一次并輸出 1 個脈沖，那么這個電路就實現(xiàn)了四分頻功能。Cp接時鐘， Q=1,D=/Q=OUT,R=S=0(接地 ) ，就是 Q端接高電平， D 端接 Q非，值位復(fù)位端

18、都接地。這就組成了一個二分頻 D觸發(fā)器，兩個 D 觸發(fā)器串聯(lián)，就構(gòu)成了四分頻器。4.3積分電路假設(shè)要進展積分電路信號的積分運算，可選用根本積分電路。首先確定時間常數(shù) =RC：的大小決定了積分速度的快慢。其次選擇電路元件：當時間常數(shù) =RC確定后，就可以選擇R和 C的值，積分電路的輸入電阻Ri=R，因此往往希望R的值大一些。最后確定RP、Rf ：RP 為靜態(tài)平衡電阻，用來補償偏置電流所產(chǎn)生的失調(diào);在積分電容的兩端并聯(lián)一個電阻Rf，防止積分漂移所造成的飽和或截止現(xiàn)象。于是得到計算公式：f=1/ 2RCVo=-(Vs/RC)*t=-(Vs/)t專業(yè)資料整理WORD格式9專業(yè)資料整理WORD格式202

19、1 年電子設(shè)計大賽綜合測評試題4.4低通濾波器低通濾波器是有兩節(jié)RC濾波電路和同相比例放大電路組成，其特點就是輸入阻抗高，輸出阻抗低。低通濾波器是容許低于截止頻率的信號通過，但高于截止頻率的信號不能通過的濾波裝置。 20kHz-30kHz 的方波經(jīng)過低通濾波器后可以將 20kHz-30kHz 正弦波過濾出來。低通濾波器的通帶電壓增益：Ao=Avf=1+Rf/R1f=1/ 2 RC4.5帶通濾波器帶通濾波器的帶寬為上限截止頻率與下限截止頻率之差。在有源帶通濾波器的中心頻率 fo 處：電壓增益 Ao=B3/2B1品質(zhì)因數(shù)：3dB帶寬 B=1/*R3*C也可根據(jù)設(shè)計確定的Q、fo 、 Ao 值，求出

20、帶通濾波器的各元件參數(shù)值。R1=Q/ 2 foAoCR2=Q/2Q2-Ao *2 foCR3=2Q/2foC。上式中， C 取 0.01Uf 。帶通濾波器亦可用于一般的選頻放大。專業(yè)資料整理WORD格式10專業(yè)資料整理WORD格式2021 年電子設(shè)計大賽綜合測評試題5 結(jié)論1. 學(xué)生電源提供的電壓對波形的影響：實物測試時由于電壓有毛刺對波形穩(wěn)定產(chǎn)生影響，為了上波形測試時穩(wěn)定，采用了三節(jié) 18650 電池供電使輸出波形較穩(wěn)定，并且工作在電源提供的電壓X圍之內(nèi)，否那么會出現(xiàn)失真。并且仿真電路測試效果與實物測試相差甚大，所以電阻采用電位器測試，以便于調(diào)試。2. 單電源和雙電源的區(qū)別及其對電路的影響：

21、運放采用單電源供電時，積分電路不能工作，所以采用參考電壓，以保證波形穩(wěn)定，且振幅最大。3. 模塊與模塊之間的存在相互影響：雖然總體電路運行仿真成功，但是做成實物時，各功能模塊的波形會受到其他模塊的影響，失真交嚴重。處理方法是在各模塊之間參加耦合電容。由于最后250kHz 正弦波，由于波形有毛刺，為了使波形穩(wěn)定，串聯(lián)進去一個磁珠，輸出波形較為符合預(yù)期標準。所以整體電路設(shè)計符合設(shè)計目標。4. 仿真與實物效果相差甚遠，需要耐心進展調(diào)試，有可能實物參數(shù)與仿真參數(shù)不符合，需要進展更換元件參數(shù)，然后再進展調(diào)試。專業(yè)資料整理WORD格式11專業(yè)資料整理WORD格式2021 年電子設(shè)計大賽綜合測評試題6 個人

22、總結(jié)在課程設(shè)計過程中，我不斷發(fā)現(xiàn)錯誤，不斷改正，不斷領(lǐng)悟，不斷獲取。最終的檢測調(diào)試環(huán)節(jié)，更進一步地熟悉了芯片的構(gòu)造及掌握了各芯片的工作原理和其具體的使用方法。也鍛煉了我獨立思考問題的能力和通過查看相關(guān)資料來解決問題的習(xí)慣。雖然這只是一次簡單的課程設(shè)計，但通過這次課程設(shè)計我了解課程設(shè)計的一般步驟，和設(shè)計中應(yīng)注意的問題。設(shè)計本身并不是有很重要的意義，而是對待問題時的態(tài)度和處理事情的能力。回憶起此課程設(shè)計，至今我仍感慨頗多，從理論到實踐，學(xué)到很多很多的東西，同時不僅可以穩(wěn)固了以前所學(xué)過的知識，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只