多种波形产生电路

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本课程设计要求设计一种多波形产生电路,该电路主要由信号的运算与处理电路, 它主要由信号产生电路、信号运算电路、信号处理电路构成。多种波形的产生就是使 用各种基本的电子元器件对电信号产生,运算,处理等电路。具体应用了 555 芯片、 74LS74 芯片、LM324 运放芯片。555 芯片是一个可以产生多谐振荡的芯片,配合其他 电子器件可以产生方波等。74LS74 是以个有着四个双 D 触发器的芯片,我们可以把它 连接为一个四分频的电路;RC 积分器就是使用电容的充放电对方波积分产生三角波; LM324 是有四个运放的芯片,我们可以使用这些运放器构成低通滤波电路,和振荡器产 生正弦波。本次课程设计
摘要 本课程设计要求设计一种多波形产生电路,该电路主要由信号的运算与处理电路, 它主要山信号产生电路、信号运算电路、信号处理电路构成。多种波形的产生就是使 用各种基本的电子元器件对电信号产生,运算,处理等电路。具体应用了555芯片、 74LS74芯片、LM324运放芯片。55芯片是一个可以产生多谐振荡的芯片,配合其他 电子器件可以产生方波等。74LS74是以个有着四个双D触发器的芯片,我们可以把它 连接为一个四分频的电路;RC积分器就是使用电容的充放电对方波积分产生三角波 LM324是冇四个运放的心片,我们可以使用这些运放器构成低通滤波电路,和振荡器 生正弦波。本次课程设计的目是1.使用555时基电路产生频率20kHz-50kHz连续可 调,输出电压幅度为1的方波Ⅰ。2.使用数字电路74LS74,产生频率5kHz-10k出z连 续可调,输出电压幅度为1V的方波Ⅱ。3.使用数字电路7LS71,产生频率5kHz 10kz连续可调,输岀电压幅度峰峰值为3ⅴ的一角波。4.产生输出频率为20kHz 30kHz连续可调,输出电压幅度峰峰值为3V的正弦波Ⅰ。5.产生输岀频羍为250kHz, 输出电压嘔度峰峰值为8V的正弦波Ⅱ。 关键词:多波形产生电路;信号产生电路;信号运算电路;信号处理电路 目录 1.设计方案 1.1总设计方案 1.2设计流程图 3实验软件 1122 1.3.1 Al tium Des i gner介绍 1.3.2 Microsoft0 ffice visio介绍. 2.单元电路设计 2.1555多谐振荡器 2.274LS74分频电路 2.3积分电路 2.4低通滤波器 2.5正弦振荡器 3电路元器件介绍… 8 3.1555定时器 3.1.1555介绍 3.1.2555定时器引脚 3.274LS74芯片 3.2.174LS74芯片 9 3.2.274LS74芯片介绍 10 3.3LM324运算放大器 10 3.3.1LM324介绍 10 4.结论 1非 5个人总结 12 参考文献 附录1复合信号发生器总原理图 附录2元件参数列表… 15 1.设计方案 1.1总设计方案 波形产生电路通常可采用多种不同电路形式和元器件获得所要求的波形信号输出。 波形产生电路的关键部分是振荡器,而设计振荡器电路的关键是选择有源器件,确定振 荡器电路的形式以及确定元件参数值等。具体设计可参考以下思路 ①用多谐振荡器产生频率20kHz-50kHz连续可调,输出电压幅度为1V的方波Ⅰ输 出;由741s74对信号进行四分频处理产生,频率5kH-10k连续可调,输出电压嶇度 为ⅣV的方波Ⅱ;方波经电路74LS74,积分电路可得,产生频率5kHz-10kHz连续可调, 输出电压嘔度峰峰值为3V的三角波;方波经低通滤波器输出频率为20kHz-30kHz连续 可调,输出电压幅度峰峰值为3V的正弦波Ⅰ。 ②用止弦波振荡器产生弦波输出,运放构建的止炫波振荡电路产生输出频率为 250kz,输出电压幅度峰峰值为8V的止弦波Ⅱ。 1.2设计流程图 请频 20kHz-50kHz,喵 度1V的方波I 多谐振荡器 74s74四分之一分频触发器 5kH-10kHz幅度1V 产生方波 的方波Ⅱ 低通滤波器 20kHz-30kz峰峰 积分电路 5kHz-10kHz峰峰值 值为3V的正弦波I 为3V的三角波 正弦波振荡 器广生正弦 运放电路 频率为250kz峰峰 值8炫波Ⅲ 波输出 图1设计流程图 1.3实验软件 此次多种波形产生电路的设计,我使用 Altium Designer软件来进行电路图的绘 制,使用 Visio软件来进行流程图的设计。 1.3.1 Altium Des i gner介绍 Altium Designer是原 Protel软件开发商 Altium公司推出的一体化的电子产品开 发系统,主要运行在 Windows操作系统。这套软件通过把原理图设计、电路仿真、PCB 绘制编辑、拓扑逻辑自动布线、信号完整性分析和设计输出等技术的完美融合,为设计 者提供了仝新的设计解决方案,使设计者可以轻松进行设计,熟练使用这一软件使电路 设计的质量和效率大大提高 1.3.2 Microsoft0 ffice visio介绍 Office visio是 office软件系列中的负责绘制流程图和示意图的软件,是一款便 于IT和商务人员就复杂信息、系统和流程进行可视化处理、分析和交流的软件。使用 具有专业外观的 Office visio图表,可以促进对系统和流程的了解,深入了解复杂信 息并利用这些知识做出更好的业务决策。 Microsoft officeⅥisio具有专业外观的图表,以便理解、记录和分析信息、数据、 系统和过程。 大多数图形软件程序依赖亍结构技能。然而Ⅴisio可视方式传递重要信息就像打开 模板、将形状拖放到绘图中以及对即将完成的工作应用主题一样轻松。O『 ice visio 2010中的新增功能和增强功能使得创建 Visio图表更为简单、快捷,令人印象更加深 刻 2单元电路设计 2.1555多谐振荡器 频率20kHz-50kHz幅度1方波I VCC GND 202 PI R21 U NE555 RST DIS 2THR OUT CTRL 0. Oluf 0.olut 55构均成的多诣振荡器GND 图2555多谐振荡器原理图 由555定时器和外接元件Rl、R2和C构成的多谐振荡器,2脚与6脚直接相 连,电路没有稳态,只有两个暂稳态,电路也不需要外加触发信号,利用电源通过R1、 R2向电容C充电,使电路产牛震荡,电容在1/3VCC和2/3VCC之间充电和放电,调 节电位器R21的阻值就可以调整所产生方波的频率 NE555的工作温度范围为0-70°C,军用级的SE555的工作温度范围为-55到 +125°C。555的封装分为高可靠性的金属封装(用T表小)和低成本的环氧树脂封装 (用V表示),所以555的完整标号为NE555V、NE555T、SE555V和SE555T 外部元件的稳定性决定了多谐振荡器的稳定性,该电路川少量的元件就可以获得高 精度震荡频率和较强的功率输出能力,输出的方波经过电阻分压就得到了稳定的20kHz- 50kHz连续可调的方波I。所以该电路符合设计要求 2.274LS74分频电路 VCO IRD VCC 方波 ID 2RD 4 ICP 2D 频率5kHz-10kH电压幅度1V的方波Ⅱ SD 2CP 1Q 2SD 10 Q 20 GND 2Q 74ls74 R14 103 P2 GND GND 图3四分频电路原理图 74IS74是个双D触发器,把其中的一个D触发器的Q非输出端接到D输入端,时 钟信号输入端 CLOCK接时钟输入信号,这样每来一次 CLOCK脉冲,D触发器的状态就会 翻转一次,每两次CL0CK脉冲就会使D触发器输岀一个完整的正方波,这就实现了2分 频。把同一片74LS74上的两路D触发器串联起来,其中一个D触发器的输出作为另 个D触发器的时钟信号,还可以实现4分频 一个74LS74集成芯片有两个D触发器,一个D触发器可以组成一个二分频电路, 把其中的一个D触发器的Q非输岀端接到D输入端,时钟信号输入端 CLOCK接时钟输入 信号,这样每来一次 CLOCK脉冲,D触发器的状态就会翻转一次,每两次CLCK脉冲就 会使D触发器输出一个完整的正方波,这就实现了信号二分频 二分频电路输入信号过零上升沿每到来一次二分频器状态翻转一次便可得到二分 频,把两个D触发器串联起来,就是四分频电路。于是基本方波信号就被分频成了5kHz- 10kHz的方波,然后经过分压电路,就得到5kHz-10kHz的方波幅值为1V的方波II 2.3积分电路 VCC SR8 频率5Hz-10kH幅度峰峰值3V三角波 r9 103 VCC R510k R11 U2A R7 R1010 LM324D 82方波 GND GND C4 68nf 图4积分电路原理图 输入信号经过了一个电阻后经过反馈流到电容上,但此时认为电容的初始电量为零, 故此时给电容充电。积分电路是使输出信号与输入信号的时间积分值成比例的电路。最 简单的积分电路由一个电阻R和一个电容C构成 积分电路可以用来进行波形变换,由于交流信号需要和偏置电压复合,以偏置电压 为参考点,交流信号分别位于正负半周,为了使积分输出的波形更稳定,也为了使电路 输出振幅符合题意要求,需要设置参考电压。这里设置的参考电压为2.5V,由于只有 10V单电源供电,选用5V稳压管,将电压稳到5V,然后进行分压,从而得到2.5V参考 电压,其电路如图3所示。 积分电路是使输岀信号与输入信号的时问积分值成比例的电路,积分电路可将矩形 脉冲波转换频率5kL-0kz连续可调,输出电压幅度峰峰值为3V的三角波。 2.4低通滤波器 0.01uf U2D LM324D 12. R16 方波 R15 203 203 . 01uf 5.1k GND 5.1k GND 频率20kHz-30H幅度峰峰值3v止弦波I 图5低通滤波器原理图 低通滤波是一种过滤方式,规则为低频信号能正常通过,而超过设定临界值的高频 信号则被阻隔、减弱。但是阳隔、减弱的幅度则会依据不同的频率以及不同的滤波程序 (日的)而改变。它有的时候也被叫做髙频去除过滤或者最高去除过滤。低通过滤是高 通过滤的对立 低通滤波器山两节RC滤波电路和同相比例放人电路组成,其中同相比例放大电路 具有输入阻抗高,输出阻抗低的特点。低通滤波器是容许低于截止频率的信号通过, 但高于截止频率的信号不能通过的电子滤波装置。低通滤波器的作用是抑制高频信号, 通过低频信号。简单理解,可认为是通低频、阻髙频。低通滤波器包括有源低通滤波器 和无源低通滤波器,无源低通滤波器通常由电阻、电容组成,也有采用电阻、电感和 电容组成的。有源低通滤波器一般由电阻、电容及运算放大器构成,这里所用的是有缘 低通滤波器 仼何周期信号,都可以看作是不同振幅,不同相位正弦波的叠加。而贯穿时域与频 域的方法之一,就是传中说的傅里叶分解。此处20kHz-30kHz的方波信号就可以用低通 滤波器将其中的正弦波分离出来然后得刭电压峰峰值为3V、连续可调的20kHz-30kHz正 弦波信号I。

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