1、电子技术综合课程设计报告班级：电气 082 班姓名：徐泽元学号：200800494226一、题目：简易信号发生器和频率计二、设计目的1、掌握正弦波、方波及三角波信号发生器的设计、组装与调试方法；2、掌握数字频率计的设计与调试方法；三、设计任务及技术指标1、设计一个的正弦波、方波和三角波方生器：(1) 频率可调范围： 2Hz20KHz，分为 4 档：220Hz； 20200Hz；200Hz2KHz；220KHz；(2) 幅度可调范围： 05V；(3) 可调偏置。2、设计一个简易数字频率计：(1) 测量频率范围： 1100 KHz，显示单位为 Hz；(2) 输入电压幅度 VPP：100mV 10V
2、；(3) 输入信号波形：任意周期信号；(4) 显示方式 : 6 位十进制数显示。四、设计步骤和方法1方案设计根据设计任务书给定的技术指标和条件，初步设计出完整的电路（这一阶段又称为“预设计”阶段） 。主要任务是准备好实验文件，其中包括：画出方框图；画出构成框图的各单元的逻辑电路图；画出整体逻辑图；提出元器件清单；画出连接图。要完成这一阶段的任务，需要设计者进行反复思考，大量参阅文献和资料，将各种方案进行比较及可行性论证，然后才能将方案确定下来。具体步骤是：明确待设计系统的总体方案；把系统方案划分为若干相对独立的单元，每个单元的功能再由若干个标准器件来实现，化分为单元的数目不宜太多，但也不能太少
3、。设计并实施各个单元电路。在设计中应尽可能多地采用中、大规模集成电路，以减少器件数目，减少连接线，提高电路的可靠性，降低成本。这要求设计者应熟悉器件的种类、功能和特点。把单元电路组装成待设计系统。设计者应考虑各单元之间的连接问题。各单元电路在时序上应协调一致，电气特性上要匹配。此外，还应考虑防止竞争冒险及电路的自启动问题。衡量一个电路设计的好坏，主要是看是否达到了技术指标及能否长期可靠地工作。此外还应考虑经济实用、容易操作、维修方便。为了设计出比较合理的电路，设计者除了要具备丰富的经验和较强的想象力之外，还应该尽可能多地熟悉各种典型电路的功能。只要将所学过的知识融会贯通，反复思考，周密设计，一
4、个好的电路方案是不难得到的。2方案试验对所选定的设计方案进行安装调试由于生产实际的复杂性和电子元器件参数的离散性，加上设计者经验不足，一个仅从理论上设计出来的电路往往是不成熟的，可能存在许多问题，而这些问题不通过实验是不容易检查出来的，因此，在完成方案设计之后，需要进行电路的装配和调试，以发现实验现象与设计要求不相符合的情况。该内容将在第五章详细讲述。3工艺设计完成制作实验样机所必需的文件资料，包括整机结构设计及印制电路板设计等4样机制作及调试包括组装、焊接、调试等。5总结鉴定考核样机是否全面达到规定的技术指标，能否长期可靠地工作，同时写出设计总结报告。信号发生器的制作设计任务及技术指标：设计
5、一个的正弦波、方波和三角波方生器：1) 频率可调范围：2Hz 20KHz，分为 4 档：220Hz；20 200Hz； 200Hz2KHz；220KHz；2) 幅度可调范围：05V；3) 可调偏置。功能和原理：简易信号发生器采用正弦波振荡电路产生正弦波，通过电容和电位器调节频率，由 4 个电容进行换档，分别控制 4 个量程，量程确定后通过电位器进行频率的微调。为了得到对称的正弦波，运算放大器采用5V 电源。三角波产生电路中，可根据信号频率选择不同数值的电容。电路中产生的正弦波、方波和三角波容易产生上下偏移，所以需要在电路中设置偏置电路，来调节偏移。偏置电路可由运算放大器组成的加法电路来实现。为
6、了使输出波形的幅度可调，也可采用运算放大器实现，具体电路自行设计。原理框图如 3-1： 图 3-1 信号发生器原理框图1. 正弦波正弦波振荡电路产生正弦波，通过电容和电位器调节频率，由 4 个电容进行换档，分由别控制 4 个量程，量程确定后通过电位器进行频率的微调。2. 偏置电路电路中产生的正弦波以及后面要产生的方波和三角波容易产生上下偏移，所以需要在电路中设置偏置电路，偏置电路可由运算放大器组成的加法电路来实现。3. 方波 由运算放大器组成的过零比较器可实现将正弦波转换为方波的功能。4. 三角波由运算放大器组成的积分电路可实现将方波转换为三角波的功能。 方波和三角波的频率与正弦波的频率相同，
7、可通过正弦波振荡电路来调节。在积分电路中，信号的周期和积分时间常数两者在数值上有一定的要求。当信号频率改变时，也应相应地改变积分电路中的电容值。5. 调幅电路可由运放组成的比例电路来实现，反馈电阻由电位器构成，即可达到调幅的目的。简易数字频率计的制作一、功能说明数字频率计是近代电子技术领域的重要测量工具之一，同时也是其他许多领域广泛应用的测量仪器。数字频率计是在规定的基准时间内把测量的脉冲数记录下来，换算成频率并以数字形式显示出来。数字频率计用于测量信号（方波，正弦波或其他周期信号）的频率，并用十进制数字显示，它具有精度高，测量速度快，读数直观，使用方便等优点。在许多情况下，需要对信号的频率进
8、行精确的测量，数字频率计在实验室和一些工业现场得到广泛的应用。二、设计任务及要求设计一个简易数字频率计：(1) 测量频率范围：1Hz100 KHz，显示单位为 Hz；(2) 输入电压幅度 VPP：100mV 10V；(3) 输入信号波形：任意周期信号；(4) 显示方式: 6 位十进制数显示。三、电路功能简介1数字频率计的基本原理 频率是单位时间（1S ）内信号发生周期变化的次数。如果我们能在给定的 1S 时间内对信号波形计数，并将计数结果显示出来，就能读取被测信号的频率。数字频率计首先必须获得相对稳定与准确的时间，同时将被测信号转换成幅度与波形均能被数字电路识别的脉冲信号，然后通过计数器计算这
9、一段时间间隔内的脉冲个数，将其换算后显示出来。数字频率计的框图见图 1。放大整形电路脉冲计数器数据锁存电路译码驱动电路LED 显示电路时钟电路单稳态清零脉冲 秒脉冲输入图 1：数字频率计原理框图数字频率计由放大整形电路、脉冲计数器、数据锁存电路、译码驱动、LED 显示电路、时钟电路和产生清零脉冲的单稳态电路组成。2框图中各部分的实现方法及功能1） 放大整形电路由双运算放大器 NE5532 组成，采用5V 电源。其中一个运算放大器对输入信号进行放大，放大倍数选用 50；另一个运算放大器接成过零电压比较器，对放大后的信号进行整形，产生5V 的脉冲信号。要想得到 TTL 脉冲信号，需要设计成带限幅的
10、过零比较器。为了能够对直流周期信号的频率进行测量，需要在放大前加入滤波电路。2）脉冲计数器由两片 CD4518 双 BCD 码加法计数器组成，对周期性的脉冲信号进行计数并产生 4位 BCD 码输出送至数据锁存电路。单稳态电路产生的周期为一秒、宽度 25 微秒的清零脉冲送至 CD4518 的 CLR 端，使脉冲计数器清零后重新开始计数。3）数据锁存电路由三片 74HC374 锁存器组成，在时钟电路产生的秒脉冲（送至 74HC374 的 CLK 端）的作用下，对脉冲计数器输出的 4 位 BCD 码进行锁存，同时在 Q 端产生输出。4）译码驱动和 LED 显示电路由六片 BCD 码译码驱动芯片 CD
11、4543 和六个八段 LED 数码管组成。CD4543 将74HC374 锁存器输出的 BCD 码进行译码后驱动 LED 数码管显示。5）时钟电路和产生清零脉冲的单稳态电路由 14 级二进制分频器 CD4060 和双 J-K 触发器 CD4027 组成时钟电路，晶振采用平常较为多见的时钟晶振，谐振频率为 32.786kHz。CD4060 内部含有 14 级的二进制串行计数器，可以进行 214分频，32.768kHz 谐振频率经过内部 14 级计数器 2 14=16384 分频得到 2Hz 的精确频率后，由 J-K 触发器CD4027 进行 2 分频得到需要的 1 秒的时钟，用来控制 74HC3
12、74 锁存电路的工作。时钟信号同时又作为锁存器的锁存信号，直接送到锁存器 74HC374，在时钟信号的上升沿进行锁存。CD4528 双单稳态触发器在秒脉冲的上升沿作用下，产生输出宽度为 25us 的清零脉冲，使脉冲计数器清零后重新开始计数。由于单稳态触发器的时间延时，可以保证锁存器进行锁存之后，计数器才开始清零操作。待 测 信 号u t三、主要芯片介绍1、CD4543 BCD 码译码/ 驱动器CD4543 可以把 BCD 码译码成 7 段 LED 显示码。其中2，3，4，5 脚为 BCD 码输入端， 1 脚为锁存端，9-15 脚为译码输出，它可直接驱动 LED 数码管（需串联限流电阻） 。管脚
13、图如图 1 所示。 2、CD4060 14 级二进制分频器电路内部带有振荡器，全静态操作，有 14 级分频器，但只有 10个输出端引出，其中 1 脚为 4096 分频输出，2 脚为 8192 分频输出，3 脚为 16384 分频输出，4 脚为 64 分频输出，5 脚为 32 分频输出，6脚为 128 分频输出，7 脚为 16 分频输出，13 脚为 512 分频输出，14脚为 256 分频输出，15 脚为 1024 分频输出。管脚图如图 2 所示。3、CD4518 双 BCD 加法计数器1S25S 25S BIACDLPHa9b0cdefgVGN8图 1 CD4543 管脚图QKRT图 2 CD
14、4060 管脚图 E1CLK3S7J65RT4Q20VDGN89该器件由两个相同的同步 4 级计数器组成。计数器级为 D 型触发器。具有内部可交换的 CLK 和 EN 线，用于在时钟上升沿或下降沿加计数。在单个单元运算中，EN输入保持高电平，且在 CLK 上升沿进位。CLR 线为高电平时，计数器清零。其中管脚3，4，5，6 为第一个计数器的 BCD 输出，管脚 11，12，13，14 为第二个计数器的BCD 输出。管脚图如图 3 所示。4、CD4027 双 J-K 触发器CD4027 包含了两个相互独立、互补对称的 J-K 主从触发器。每个触发器分别提供了 J、K、置位、复位、时钟输入和经过缓
15、冲的 Q及 移位寄存器，且通过将 Q 输出连接到数据输入，可用作计数器和触发器。在时钟上升沿触发时，加在输入端的逻辑电平传送到 Q 输出端。置位和复位与时钟无关，而分别由置位或复位线上的高电平完成。其中 1CLK，2CLK 为时钟输入端，1S，2S 为置位端，1RST，2RST 为复位端。管脚如图 4 所示。真值表如下表所示：CLKJ K S RSTQ Q1 X 0 0 0 0 1X 0 0 0 1 1 00 X 0 0 0 0 1X 1 0 0 1 1 0X X 0 0 X 无变化X X X 1 0 X 1 0X X X 0 1 X 0 1X X X 1 1 X 1 1图 3 CD4518
16、管脚图图 4 CD4027 管脚图5、CD4528 双单稳态触发器CD4528 由可重触发地单稳态触发器组成，Q 和 输出有缓冲。该器件工作时应在T1A 和 CX/RX1 外接电容，在 CX/RX1 和 VDD 端外接电阻。每个触发器具有上升沿触发输入 A 和下降沿 B，复位端 CLR 为低电平时，终止输出脉冲。管脚图如图 5 所示。真值表如下表所示：6、74HC374 三态八位锁存器74HC374 是具有三态输出的八位锁存器。其输出端 Q0Q7 可直接与总线相连。当三态允许控制端 OE 为低电平时，Q0Q7 为正常逻辑状态，在时钟端 CLK 脉冲上升沿的作用下，Q 端数据随D 而变，可用来驱
17、动负载或总线。当 OE 为高电平时，Q0Q7 呈高阻态，即不驱动总线，也不为总线的负载，但锁存器内部的逻辑操作不受影响。管脚图如图 8 所示。所用仪器和设备1、仪器设备1）5V 直流稳压电源一台2）双踪示波器一台输入 输出CLRAINPUTBINPUTQQL X X 0 1X 1 X 0 1X X 0 0 11 01 1C/374GNV9图 8 74HC374 管脚图图 5 CD4528 管脚图 OEK3）万用表一块4）烙铁一个5）镊子一把6）剪刀一把2、器件1）电路板两块2）简易函数信号发生器元器件清单（见附录）3）简易数字频率计元器件清单（见附录）八、参考文献1 任为民.电子技术课程设计指
18、导书.北京：中央广播电视大学出版社,20012 焦宝文.电子技术基础课程设计指南.北京：清华大学出版社,20023 高吉祥.电子技术基础实验与课程设计.北京：电子工业出版社,20024 王毓银.数字电路逻辑设计（第二版）.北京：高等教育出版社,20055 余孟尝.数字电子技术简明教程.北京：高等教育出版社,20036 康华光.电子技术基础( 数字部分).北京：高等教育出版社,20017 阎 石 .数字电子技术基础.北京：高等教育出版社,20048 王 楚 .数字逻辑电路.北京：高等教育出版社,19999 欧阳星明.数字逻辑（第二版）.湖北：华中科技大学出版社,200510 王永军.数字逻辑与数
19、字系统（第 3 版）.北京：电子工业出版社,2005附 1：信号发生器仿真图附 2：频率计仿真图附 3：信号发生器电路原理图附 4：频率计电路原理图附 5：调试结果附 6：元器件清单附 7：实物图附录：信号发生器仿真图附录：简易频率计仿真图附录：调试结果正弦波 方波 三角波f 21.74 21.73 21.73Maxv 3.9 2.8 3.1f 1.429 1.428 1.4082-20HzMinv 1 2.7 3.0f 227.3 226.9 222.2Maxv 3.0 3.7 0.7220-200HzMin f 14.71 14.70 14.08v 3.0 3.8 0.42f 2475 2
20、468 2500Maxv 2.4 3.5 2.45f 144.9 144.8 147.1200-2KMinv 2.2 1.5 1f 22120 22120 21280Maxv 2 2.4 0.6f 1408 1405 13892-20KMinv 2 2.4 1.05附录：信号发生器实物图附录：简易频率计实物图课设总结很多时候我们看似很难的一些事情其实当我们用心去做的时候就会发现其实并没我们想象中的那么困难。就像这个课设一样，第一次看到指导书的时候真的觉得好难，但是在经过努力做出来之后就觉得也没想象中的那么困难。成功付出是必须的，只要付出了就会有一定的收获。刚开始，感觉很难无从下手同时也没有信心
21、，跟师兄讨论了下，他们说当时他们做的大部分人都调出来的情况下，我重拾了信心，相信自己可以做出来，谢谢他们给了我信心。经过这两个星期的努力，我们组信号发生器和数字频率计设计、焊接和调试都圆满成功，我很高兴也很激动。因为自己付出得到了回报。通过与老师发下来的电路原理图对比，我发现我设计的数字频率计有 3 处错误，分别是 4528 的管脚不对应两处，4060 连接错误，电路输入端没加滤波电路。接下来就是焊接了。在这过程中，我很努力的去做比其他同学都认真，每一个孔的焊接，每一条线路的连接我都很细心去做也有认真的去想老师给我们的电路原理，管脚图和原理的对比下， 。 通过检查几遍后确定焊接没出错后，我去调
22、试，一开始我不知怎么调试，叫同学帮忙，但是没用他们都调不出来，这样复杂的心情持续一天后，我的就调试就出来啦。 。我很开心，当然我要谢谢帮我的同学，更多的是谢谢实验室老师。调试过程中，我和同组同学讨论出现了什么问题，刚开始是出不来方波信号，老师告诉我可能什么原因，在通过检查后发现是虚焊的问题，解决这问题后在继续的往下检查又发现千位计数的管脚1 没信号出来，经过同学的提醒我发现了原因，是因为我加入的被测信号太小。在调节后数字频率计就正确调试出来啦。 通过这次课设，我总结出了一些方法，对于焊接这个环节，我们在焊接之前，首先对整个电路做大概了解，要认真的去看电路原理图。这样做的好处是，在焊接的时候，没
23、那么容易出错，自己的思路也比较清晰。还有就是会给后面调试电路的过程中，出现问题的时候检查电路带来很大的方便，也比较容易检查出哪里出问题。这就会节省很多时间，让自己不会那么头痛。如果电路出现了问题，在没有什么头绪的时候，这是就要保持冷静啦，不能急躁。这时候，我们应该从电路原理出发，把电路分成几个相对独立的几块，然后逐个逐个的去检查，一个一个的去排除问题。在这里，我们主要检查的是电路的线有没有接错，一些比较特殊的信号有没有。如果线路不存在问题，那就往芯片、元器件方面去考虑，再者就往信号源方面去考虑。当然这两个方面的问题是比较少的。在焊接与调试的过程中，主要是要有耐心，有耐心，才就能解决问题。 经过调试我完全懂了信号发生器、数字频率计制作和调试的过程以及其原理。虽然我们组的制作和调试很早就完成了，但我每天都陪着同学，看着他们焊接，甚至有些同学把头发都烧了一些，看到他们那么认真那么努力，他们给了我信心，让我明白努力的付出是值得的，所以我更加努力的帮助他们，让他们尽早的完成自己的成品。看到他们的完成高兴的笑脸，我也很替他们开心。 通过这次的实训，让我受益匪浅，它让我明白，世上无难事，只怕有心人这句名言的道理。现在我明白了，我们是可以的，我们是可以做好的。今后我会更加努力的去学好这专业。
