1、电工电子实验报告南邮课程设计第一章 技术指标 系统功能要求 数控正弦函数信号发生器的功能是，用数字电路技术产生正弦波信号。正弦波输出信号的频率和电压幅度均由数字式开关操纵。 系统结构要求 数控正弦波信号发生器的结构要求如图（1）所示，其中正弦波发生器采纳数字电路产生正弦信号，频率选择开关用于选择输出信号的频率，幅度选择开关用于选择输出信号电压幅度。频率选择开关和幅度选择开关均应采纳数字电路。 电气指标输出信号波形：正弦波输出信号频率范围：1kHz5kHz输出信号最大电压： (峰峰值)输出阻抗：50幅度选择档位：5档波形可选择：方形，正弦波，三角波，斜波输出频率最小步长：20Hz 设计条件 电源
2、条件：+5V,-5V可供选择器件如下： 型号 名称及功能 数量 DAC0832 8位D/C转换电路 2 MC4046 锁相电路 1 28C64B EEPROM存储器 1 T4LS393 双16进制计数器 1 MC4051 四模拟开关 1 TL084 运算放大器 1 8路开关 双制直插式微型开关 2 MC4060 与晶振为频率器 1 CD7474 双D型触发器 3 CD7404 六反向器 1 74139 译码器 2 LED 二极管 12 单开关 开关 3 晶振 32768k 1 其他假设干电阻，电容第二章 整体方案设计 整体方案 事前对正弦波进行取样，把各个取样点的取样值存入存储器组成正弦函数表
3、（能够存入一个周期完整信号，也能够存入半个周期或1/4周期）。通过数字频率操纵电路对正弦函数表的读取，再把读出的取样值掏出还原成原始的正弦信号。 整体原理及方框图通过频率操纵开关改变频率操纵电路的输出频率，由此改变计数器（地址发生器）的循环计数速度，进而改变从存储器掏出样值的速度，经D/A变换后输出正弦波信号。再由幅度操纵开关操纵输出信号的电压幅度。数字式频率选择开关操纵D/A变换的数据。D/A（I）,其转换输出一直流电压操纵锁相环中的压控振荡器输出频率，压控振荡器输出频率作为地址代数器输入。地址代数器产生256个地址依次从贮存器中掏出正弦信号的样值。该样值经D/A（II）变换，输出一正弦波。
4、幅度开关操纵衰减电路使幅度转变。放大电路可知足输出信号的幅度及输出阻抗的要求。 图（2）第三章 单元电路设计 频率操纵电路设计频率操纵电路含频率开关D/A（I）和压控振荡器，如图（3）所示。输出的正弦信号频率要求为15，那么模2计数器输入时钟信号的频率范围为2561280，即第一部份电路产生的方波频率范围的下限应小于256，上限应为1280。据此可得理论值： 图（3）压控振荡器的压控特性与VDD、R一、R二、C1取值大小有关。VDD一按时，只与R一、R二、C1有关，若是不接R2，振荡器的频率为0Hzfmax,这时fMAX由下式计算：fMAX=1/R1(C1+32PF) ，频率与电压VDD的关系
5、如图：如利用R2，振荡器的频率由fminfmax,可由下式计算：fMin=1/R2(C1+32PF) fMax=1/R2(C1+32PF)+ 1/R1(C1+32PF)，频率与电压VDD的关系如图： 计数器设计（256） 计数器，可由计数器（74LS393）级联扩展而成，设计如下图： 存储器及正弦函数表EEPROM所给元件为8K*8的28C64B，DAC00832数字输入端为0255。存储器内正弦函数表的采样值的采样点可由下面函数确信： H=255/2sin(2*D/256)+255/2，D=0，1，2，255。 利用C语言编程计算以下函数值#include#include#includevo
6、id main() int a; int i=0; int b256; for(a=0;a256;a+) bi+=255/2*sin(2*a/256)+255/2; ofstream fout(d:); for(i=0;i256;i+) fouthexbi ; 正弦值数据：7f 82 85 88 8b 8e 91 94 97 9a 9d a0 a3 a6 a9 ac af b2 b5 b8 ba bd c0 c2 c5 c8 ca cd cf d1 d4 d6 d8 da dd df e1 e3 e5 e6 e8 ea eb ed ef f0 f1 f3 f4 f5 f6 f7 f8 f9 f
7、a fa fb fc fc fd fd fd fd fd fe fd fd fd fd fd fc fc fb fa fa f9 f8 f7 f6 f5 f4 f3 f1 f0 ef ed eb ea e8 e6 e5 e3 e1 df dd da d8 d6 d4 d1 cf cd ca c8 c5 c2 c0 bd ba b8 b5 b2 af ac a9 a6 a3 a0 9d 9a 97 94 91 8e 8b 88 85 82 7e 7b 78 75 72 6f 6c 69 66 63 60 5d 5a 57 54 51 4e 4b 48 45 43 40 3d 3b 38 35 3
8、3 30 2e 2c 29 27 25 23 20 1e 1c 1a 18 17 15 13 12 10 e d c a 9 8 7 6 5 4 3 3 2 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 2 3 3 4 5 6 7 8 9 a c d e 10 12 13 15 17 18 1a 1c 1e 20 23 25 27 29 2c 2e 30 33 35 38 3b 3d 40 43 45 48 4b 4e 51 54 57 5a 5d 60 63 66 69 6c 6f 72 75 78 7b D/A（II）正弦波产生电路 D/A（II）用于产生正弦波电路，电路如下
9、图。是一单极性信号，其电压值由下面的公式得出。由公式可见，所有值均在0V上下。为了使正弦信号输出不含直流分量，需用作为输出信号。实现双极性输出。电路图：幅度操纵幅度操纵电路由分压衰减电路和模拟开关组成，如下图。衰减电路可提供8种不同的衰减值（我选择5种），模拟开关在幅度开关的操纵下选择其中一个输出。 阻抗操纵 跟从器的作用是使V01的输出阻抗为0，R1和R2的并联阻抗50欧姆作为整个电路的输出阻抗。 整体电路图数字式频率选择开关操纵D/A变换的数据。D/A（I）,其转换输出一直流电压操纵锁相环中的压控振荡器输出频率，压控振荡器输出频率作为地址代数器输入。地址代数器产生256个地址依次从贮存器中
10、掏出正弦信号的样值。该样值经D/A（II）变换，输出一正弦波。幅度开关操纵衰减电路使幅度转变。放大电路可知足输出信号的幅度及输出阻抗的要求。 简略图如下：（详细图见图纸） 整体元件清单（理论值） 型号 名称及功能 数量 DAC0832 8位D/C转换电路 2 MC4046 锁相电路 1 28C64B EEPROM存储器 1 T4LS393 双16进制计数器 1 MC4051 四模拟开关 1 TL084 运算放大器 1 8路开关 双制直插式微型开关 2 MC4060 与晶振为频率器 1 单开关 开关 3 晶振 32768k 1 1电阻 7 2电阻 2 30电阻 1 电阻 1 100电阻 2 10
11、0PF电容 1第四章 测设与调整（数据） 频率操纵电路调测 电容100PF是固定的。由于系统、器件误差阻碍，R1，R2的理论值和实际值并非相等。调整R1，R2的大小使方波频率范围的下限小于256，上限为1280别离记录理论值与实际值如下：R1=千欧R2=30千欧R1=1千欧R2=39千欧输入电压（VCOi)输出频率输入电压（VCOi)输出频率1V277KHZ1V900KHZ719KHZ4V1380KHZ4V1350KHZ依照记录可知，理论值不能知足指标要求，需要调整至实际值：R1=1千欧，R2=39千欧。 地址计数器电路调测如下： 计数器模M=256。记录实际值如下：输入频率输出频率256KH
12、Z1KHZ1280KHZ5KHZ依照记录可知，电路不需要调整。 存贮器电路调测（R=1千欧） 输出电压V02（峰峰值）最大为。记录实际值如下：R=1千欧放大电阻Rx输出电压V02（峰峰值）2R依照记录可知，放大器（II）中的放大电阻Rx理论值2R不能知足指标要求（峰峰值最大），需要调整至实际值：，即千欧。 数字幅度电路调测 输出电压V02（峰峰值）最大为。记录实际值如下：档位输出电压12345依照记录可知，电路不需要调整。 波形扩展 调整存贮器28C64的A8,A9端口的高低电平，能够改变波形。 记录如下：A8A9波形高高三角波低高斜波高低方波低低正弦波 依照记录可知，电路不需要调整。 整体指
13、标测试 输出信号波形：正弦波输出信号频率范围：输出信号最大电压： (峰峰值)输出阻抗：50幅度选择档位：5档波形可选择：方形，正弦波，三角波，斜波输出频率最小步长：15Hz28Hz 第五章 设计小结电子电路课程设计的意义加深对理论课程的明白得查验所学知识的深度和广度进一步拓展知识的深度和广度练习灵活运用所学电子电路的能力 设计任务完成情形 指标完成情况输出信号波形：正弦波正弦波输出信号频率范围：1kHz930Hz输出信号最大电压： (峰峰值) (峰峰值)输出阻抗：5050幅度选择档位：5档5档波形可选择：方形，正弦波，三角波，斜波方形，正弦波，三角波，斜波输出频率最小步长：20Hz15Hz28
14、Hz 问题及改良 频率操纵电路中，理论值不能知足指标要求，需要调整至实际值：R1=1千欧，R2=39千欧。R1=1千欧，R2=39千欧。 存贮器电路，放大器（II）中的放大电阻Rx理论值2R不能知足指标（峰峰值最大）要求，需要调整至实际值：，即千欧。 最终输出的正弦信号很不稳固，毛刺很多。解决方式：在四个放大器（TL084）的输入输出端接上10000PF的电容。 整体元件清单（理论值） 型号 名称及功能 数量 DAC0832 8位D/C转换电路 2 MC4046 锁相电路 1 28C64B EEPROM存储器 1 T4LS393 双16进制计数器 1 MC4051 四模拟开关 1 TL084
15、运算放大器 1 8路开关 双制直插式微型开关 2 MC4060 与晶振为频率器 1 单开关 开关 3 晶振 32768k 1 1电阻 8 2电阻 2 39电阻 1 电阻 1 100电阻 2 100PF电容 1 心得体会 数字信号源是目前进展较快的领域，用途也很广。它其实确实是利用了存储器E2PROM里的正弦函数表产生一个频率和幅度都可数字操纵的正弦波发生器。这种数字合成的正弦信号源较传统的振荡器有很多优势。第一它的输出频率能够方便地进行操纵，通过改变读取信号的速度，也能够通过改变取样点的读取，实现调频、扫频和数字操纵。再者这种信号源能够由运算机操纵，组合成多种波形的函数发生器，它更便于集成，靠
16、得住性也更高，频率转变范围更宽。数字式频率选择开关操纵D/A变换的数据。D/A（I）,其转换输出一直流电压操纵锁相环中的压控振荡器输出频率，压控振荡器输出频率作为地址代数器输入。地址代数器产生256个地址依次从贮存器中掏出正弦信号的样值。该样值经D/A（II）变换，输出一正弦波。幅度开关操纵衰减电路使幅度转变。放大电路可知足输出信号的幅度及输出阻抗的要求。波形可选择方形，正弦波，三角波，斜波。依照理论值选择器件，例如电阻，会发觉输出信号与指标偏离专门大，这是因为各类器件存在系统误差和导线和接口的阻抗阻碍。通过实验，不断改变某些器件的参数，例如电阻阻值和放大器的放大倍数，直至达到或接近指标。 由
17、于接入多种器件和电源，输出的信号很不稳固，这是交直流信号混合造成的。鉴于此，在不同电源之间和放大器输入输出端口利用二极管过滤非直流信号，发觉信号毛刺消失且比较稳固。 实验时，维持一颗平复、认真的心超级重要。固然，把握科学的检查方式更不可或缺。二者结为一体就完美体此刻分步检查：利用信号发生器、示波器、万用表等各类测量设备测试各器件的输入输出，记录数据，和理论及指标相较较，不断调整。这是本次实验必需经历的关隘。附录参考文献【1】电子电路课程设计张豫禛 苏起虎 林彦杰 编著，河海大学出版社，2005年8月第一版。【2】电子电路网，八通道模拟开关MC4051.【3】DAC0832中文资料，个人博客，。
18、要紧芯片介绍：一DAC0832是采样频率为八位的D/A转换器件。DAC0832内部结构资料:芯片内有两级输入寄放器，使DAC0832具有双缓冲、单缓冲和直通三种输入方式，以便适于各类电路的需要(如要求多路D/A异步输入、同步转换等)。D/A转换结果采纳电流形式输出。若是需要相应的模拟信号，可通过一个高输入阻抗的线性运算放大器实现那个供功能。运放的反馈电阻可通过RFB端引用片内固有电阻，可之外接。该片逻辑输入知足TTL电压电平范围，可直接与TTL电路或微机电路相接。DAC0832的要紧特性参数如下：* 分辨率为8位；* 电流稳固时刻1us；* 可单缓冲、双缓冲或直接数字输入；* 只需在满量程下调
19、整其线性度；* 单一电源供电（+5V+15V）；* 低功耗，200mW。DAC0832引脚功能说明：DI0DI7：数据输入线，TLL电平。ILE：数据锁存许诺操纵信号输入线，高电平有效。CS：片选信号输入线，低电平有效。WR1：为输入寄放器的写选通信号。XFER：数据传送操纵信号输入线，低电平有效。WR2：为DAC寄放器写选通输入线。Iout1:电流输出线。当输入全为1时Iout1最大。Iout2: 电流输出线。其值与Iout1之和为一常数。Rfb:反馈信号输入线,芯片内部有反馈电阻.Vcc:电源输入线 (+5v+15v)Vref:基准电压输入线 (-10v+10v)AGND:模拟地,摸拟信号
20、和基准电源的参考地.DGND:数字地,两种地线在基准电源处共地比较好.D/A转换器DAC0832DAC0832是采纳CMOS工艺制成的单片直流输出型8位数/模转换器。如图4-82所示，它由倒T型R-2R电阻网络、模拟开关、运算放大器和参考电压VREF四大部份组成。运算放大器输出的模拟量V0为： 图4-82由上式可见，输出的模拟量 与输入的数字量（ ） 成正比，这就实现了从数字量到模拟量的转换。一个8位D/A转换器有8个输入端（其中每一个输入端是8位二进制数的一名），有一个模拟输出端。输入可有28=256个不同的二进制组态，输出为256个电压之一，即输出电压不是整个电压范围内任意值，而只能是25
21、6个可能值。图4-83是DAC0832的逻辑框图和引脚排列。二MC4046是一种锁相环电路。其特点是电源电压范围宽、功耗低和输入阻抗高，其内部含有一个高性能的压控振荡器（VCO)和两个方式不同的鉴相器（PD)。大体锁相环如以下图所示：当无信号加到锁相环时，鉴相器输出的误差电压Ue 为0，低通滤波器LF的电压Ud也为0，压控振荡器VCO的工作频率最低；当有输入信号加到锁相环时，鉴相器将输入信号Ui的相位和频率与VCO输出信号Uo的相位和频率相较较，并将两个信号的相位差转换成电压Ue，经太低通滤波器加到VCO操纵输入端，操纵VCO的频率fo。压控振荡器的压控特性与VDD、R一、R二、C1取值大小有关。VDD一按时，只与R一、R二、C1有关，若是不接R2，振荡器的频率为0Hzfmax,这时fMAX由下式计算：fMAX=1/R1(C1+32PF) ，频率与电压VDD的关系如图：如利用R2，振荡器的频率由fminfmax,可由下式计算：fMin=1/R2(C1+32PF) fMax=1/R2(C1+32PF)+ 1/R1(C1+32PF)，频率与电压VDD的关系如图：外接元件的选择范围：10kR1,R2,RS1MVDD5V时，C1100PFVDD10V时，C150PF最高频率为:（VDD=5V）= (VDD=15V)=MC4046管脚图：4051管脚图：（VSS接地，VEE接-5V。）
