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波形发生器.doc

波形发生器

李欲言
2017-10-27 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《波形发生器doc》,可适用于工程科技领域

波形发生器桂林电子科技大学课程设计论文题目:波形发生器院(系):信息与通信学院专业:电子信息工程学生姓名:不懂的细节加QQ学号:指导教师:题目类型:理论研究实验研究工程设计工程技术研究软件开发年月日桂林电子科技大学课程设计论文目录引言(方案论证和选择及系统框图方案一原理及框图方案二原理框图简易信号发生器的选择方案(单元电路的设计方波发生电路的工作原理方波三角波转换电路的工作原理三角波正弦波转换电路的工作原理总电路的设计电路图和工作原理组装调试调试电路的方法和技巧测试的数据和波形焊接注意事项手工焊接方法电路板焊接的注意事项印刷电路板PCB设计流程系统制板的调试引论硬件调试总结谢辞参考文献附录桂林电子科技大学课程设计论文摘要简易信号发生器是一种能够产生多种波形如方波、三角波、正弦波、锯齿波、矩形波等的电路。简易信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。简易信号发生器的设计仿真制作已成为电子专业的学生最基本的一种技能。该简易信号发生器可通过芯片做成多谐振荡器电阻和电容来组成积分电路和低通滤波电路来分别实现方波、三角波和正弦波的输出。此方案的优点是制作成本低电路原理和结构简单调试方便频率范围可调具有一定的应用价值。关键词:多谐振荡器积分电路低通滤波电路桂林电子科技大学课程设计论文AbstractSimplesignalgeneratorisakindofcanproduceavarietyofwaveforms,suchasasquarewave,trianglewave,sinewave,sawtoothwave,rectangularwavecircuitSimplesignalgeneratorinelectriccircuitexperimentandtheequipmentexaminationhasaverywiderangeofusesSimplesignalgeneratordesign,simulation,productionhasbecometheelectronicprofessionalstudentsabasicskillsThesimplesignalgeneratorcanbemadethroughthechipmultivibrator,resistorsandcapacitorstoformintegralcircuitandlowpassfiltercircuittoachieveasquarewave,trianglewaveandsinewaveoutputThisschemehastheadvantagesoflowproductioncost,circuitprincipleandhastheadvantagesofsimplestructure,convenientadjustment,frequencyadjustablerange,hasacertainvalueKeywords:harmonicoscillatorintegratedcircuitlowpassfiltercircuit第页共页桂林电子科技大学课程设计论文引言现今世界中电子技术与电子产品的应用越加广泛人们对电子技术的要求也越来越高。因此如何根据实际要求设计出简便实用的电子技术物品便显得尤为重要。波形发生器是一种常用的信号源波形发生器是一种常用的信号源广泛的应用于电子电路、自动控制系统和教学实验等领域是现代测试领域内应用最为广泛的通用仪器之一。在研制、生产、测试和维修各种电子元件、部件以及整机设备时都需要有信号源。由它产生不同频率不同波形的电压、电流信号并加到被测器件或设备上用其他仪器观察。测量被测仪器的输出响应以分析确定它们的性能参数。信号发生器是电子测量领域中最基本、应用最为广泛的一类电子仪器。它可以产生多种波形信号如锯齿波、三角波、梯形波等因而广泛应用于通信、雷达、导航、宇航等领域。函数信号发生器是一种能够产生多种波形如三角波、锯齿波、矩形波(含方波)、正弦波的电路。函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。通过对函数波形发生器的原理以及构成分析可设计一个能变换出三角波、正弦波、方波的函数波形发生器。目前使用的信号发生器大部分是函数信号发生器且特殊波形发生器的价格昂贵。信号源主要给被测电路提供所需要的已知信号(各种波形)然后用其它仪表测量感兴趣的参数。本课题所设计的简易信号发生器就是信号源的一种采用集成芯片、电阻和电容组成简单的电路实现波形的产生和转换。第页共页桂林电子科技大学课程设计论文(方案论证和选择及系统框图方案一原理及框图三角波正弦波方波RCRC多低积通谐分滤振器波荡器器图方案一简易信号发生器的原理框图方案一是由定时器组成的多谐振荡器产生方波然后由RC积分电路将方波转化为三角波最后用RC低通滤波器将三角波转化为正弦波电路结构简单所使用的元器件少成本低。方案二原理框图方波三角波正弦波运运放放组多组成谐波成的振器的积荡低分器通器滤图方案二简易信号发生器的原理框图第页共页桂林电子科技大学课程设计论文方案二是由定时器组成的多谐振荡器产生方波然后由运放组成的积分电路将方波转化为三角波最后用运放组成的低通滤波器将三角波转化为正弦波此电路具有良好的三角波和正弦波信号。此方案电路比较复杂所使用元器件多但输出波形好而且幅度大。简易信号发生器的选择方案经过认真计算和通过仿真软件仿真后我最终选择方案一。因为该电路具有结构、思路简单运行时性能稳定且能较好的符合设计要求对原器件要求不高且成本低廉、调整方便。上述两个方案均可以产生方波、三角波和正弦波三种波形但方案二的电路比较复杂有过多焊接部分而且较浪费元器件两个方案在调节的时候都比较方便都可以很快的调节出波形。但方案一电路简洁而且有利于焊接板子小可以节省元器件而且在调节波形的频率值可在一定的范围内变化所得波形参数也完全符合简易信号发生器的基本设计要求。综上考虑选用方案一足矣。(单元电路的设计VCC方波发生电路的工作原理VRkΩAVCCR方波输出kΩRSTOUTDISkΩRpTHRKey=ATRICONGNDCCVIRTUALµFµF图由芯片组成的多谐振荡器产生方波第页共页桂林电子科技大学课程设计论文用定时器组成的多谐振荡器如图所示。为了输出方波即占空比q应该为而q=RRRp(R(RRp))()故当R,,(RRp)时R的值可以忽略即q=RRRp(R(RRp))RRp(RRp)=()则定时器组成的多谐振荡器可近似的产生方波。为了产生频率在kHz以内的方波取R=kR=kRp=,kC=uFC=uFVCC=V。电容器C充电所需的时间为T=(RRRp)Cln(RRRp)C()当Rp=时T=(RRRp)C()=×()×××=ms当Rp=时T=(RRRp)C()=×()×××=ms电容器C放电所需的时间为T=(RRp)Cln(RRp)C()第页共页桂林电子科技大学课程设计论文当Rp=时T=(RRp)C()=×()×××=ms当Rp=时T=(RRp)C()=×()×××=ms其振荡频率为当Rp=时f=T=(TT)()=()Hz当Rp=时f=T=(TT)()=()Hz即该定时器组成的多谐振荡器可产生方波的可调频率f的范围是:f=,Hz第页共页桂林电子科技大学课程设计论文方波三角波转换电路的工作原理RkΩC方波输入三角波输出µFUiUo图由RC组成的积分电路RC电路的工作原理是:uRu输出电压:u=u=dt=dtdt()iiiCCRCR上式表明电路的输出电压与输入电压的积分成正比ttV从V下跳至,C放电V=V以指数规律下降IMOittV从上跳V,C被充电V=V以指数规律缓慢上升IMOi方波信号可以看成是多个阶跃信号的组合因此当输入信号为方波信号时积分电路输出三角波。应用“积分延时”现象把跳变电压“延缓”如此反复就可将矩形波转换成三角波。通常情况下必须满足,=RCT()而由前面可知方波的频率f=,Hz即T=,ms故可取第页共页桂林电子科技大学课程设计论文R=kC=uF则RC=×××=msT()故当,,积分电路的输入信号为方波时输出信号就是三角波。三角波正弦波转换电路的工作原理RRkΩkΩCCµFµF三角波输入Vi正弦波输出Vo图二阶RC滤波电路采用RC滤波器简单地多级连接的方法组成二阶RC滤波电路如图所示。低通滤波器是让某一频率以下的信号分量通过而对该频率以上的信号分量大大抑制的电路。Vo()H(jw),,,|H(j,)|,(,)V,RCjRC,,i,|H(j)|,()(,,RC),RC,RC,,,,()arctan()(),,RC,c,f,,,截止角频率截止频率Hc,,RC通过仿真与计算可取=R=R=kC=C=uF。这样三角波通过RC滤波电路后就可以装换成正弦波。第页共页桂林电子科技大学课程设计论文总电路的设计电路图和工作原理VCCVRkΩVCC方波三角波正弦波ARSTOUTRkΩRRRDISTHRkΩkΩkΩTRIRpCONkΩCCCGNDKey=AµFµFµFCCVIRTUALµFµF图简易信号发生器总的电路原理图总电路图的工作原理:芯片接成多谐振荡器输出的是近似对称的方波其频率为Hz左右幅度为Vpp左右调节电位器Rp可改变方波、三角波和正弦波的频率但会同时稍微改变其幅度。方波信号经R、C积分电路后输出三角波。三角波再经R、R、C、C低通滤波电路后输出近似的正弦波。组装调试使用的主要仪器和仪表电源一台万用表一台示波器一台表主要仪器仪表调试电路的方法和技巧首先用万用表主要是蜂鸣档对电路板进行静态测试目的主要是为了防止虚焊、漏焊或者短路的地方。接好电路要特别注意电源的正负极不能接反先测试方波的幅值输出第页共页桂林电子科技大学课程设计论文波形频率范围等。再对三角波正弦波进行相应的调试。然后对电路进行动态测试。主要是测试方波、三角波、正弦波的振荡频率的调节范围。注意用示波器测量幅值必须把所有的微调都调到顺时针顶端。在测量之前必须把波形先调好只有在波形不失真的情况下才能测量参数否则所测数据没有任何意义。测试的数据和波形方波测试的数据表方波参数方波各项参数幅度频率设计要求Hz,KHz,Vpp实测数值HzVpp方波波形图方波波形角波测试的数据表三角波参数三角波各项参数幅度频率第页共页桂林电子科技大学课程设计论文设计要求Hz,KHz,Vpp实测数值HzVpp三角波波形图三角波波形弦波测试的数据表正弦波参数正弦波各项参数幅度频率设计要求Hz,KHz,Vpp实测数值HzVpp正弦波波形图正弦波波形比较以上实验所测数据可知设计方案结果比较符合设计要求结果基本上实现三种波形的输出。调试中出现的故障原因及排除方法、首次调试时芯片两端加v电压结果芯片发热很严重。通过检查焊接电路发现芯片两端连接电源的引脚连接错误。调整好引脚后芯片通电时不在严重发热。第页共页桂林电子科技大学课程设计论文、调试时没有波形出现。用万用表测量各个结点是否有电流通过以便检查电路连接是否正常。、调节电位器时波形的没有任何变化。可能是电位器的连接方法有问题后经检查后发现电位器虚焊。、在做方案二的用运放组成积分器和低通滤波器时能很快很好的输出方波但输出的三角波和正弦波很不规则经过多番调试和检查并且更换元件后还是调不出后面两种波形故后面不得不放弃该方案而采用方案一。焊接注意事项手工焊接方法手工焊接握电烙铁的方法,有正握、反握及握笔式三种。焊接元器件及维修电路板时以握笔式较为方便。手工焊接一般分四步骤进行。准备焊接:清洁被焊元件处的积尘及油污,再将被焊元器件周围的元器件左右掰一掰,让电烙铁头可以触到被焊元器件的焊锡处,以免烙铁头伸向焊接处时烫坏其他元器件。焊接新的元器件时,应对元器件的引线镀锡。加热焊接:将沾有少许焊锡和松香的电烙铁头接触被焊元器件约几秒钟。若是要拆下印刷板上的元器件,则待烙铁头加热后,用手或镊子轻轻拉动元器件,看是否可以取下。清理焊接面:若所焊部位焊锡过多,可将烙铁头上的焊锡甩掉(注意不要烫伤皮肤,也不要甩到印刷电路板上!),用光烙锡头"沾"些焊锡出来。若焊点焊锡过少、不圆滑时,可以用电烙铁头"蘸"些焊锡对焊点进行补焊。检查焊点:看焊点是否圆润、光亮、牢固,是否有与周围元器件连焊的现象。电路板焊接的注意事项在焊接的过程中我们需要注意的问题很多主要问题如下:三极管的e、b、c应该认真判定焊接的时候仔细与原理图对照后在做焊接。电阻的认真识别按照原理图的电阻大小对号入座。可变电感所用引脚的识别将有用的两个引脚连在电路图上。电解电容的大小以及正负判定焊接的时候应该严格按照正负焊接否者将没有作用。瓷片电容相对电解电容就要简单许多了只需要将大小判定好久可以了。第页共页桂林电子科技大学课程设计论文此外最重要的就是应该严格按照电路图来焊接原件不能有一点点的错误。印刷电路板印制电路版(PrintedCircuitBoard,简称PCB)它是以一定尺寸的绝缘板为基材以铜箔为导线经特定工艺加工用一层或若干层导电图(铜箔的链接关系)以及设计好的孔(如元件孔、机械安装孔、金属化过孔等)来实现元件间的电气连接关系它就像在纸上印刷上去似的故得名印制电路板或称印刷线路板。在电子设备中印制电路板可以对各种元件提供必要的机械支撑提供电路的电气连接并用标记符号把板上安装的各个元件标注出来以便于插件、检查及调试。PCB设计流程印制电路板的设计的一般步骤绘制印制电路板主要任务是绘单片机键盘控制流水灯原理图并且确保无误后生成网络表用与PCB设计时自动布局。规划电路板主要完成确定电路板的物理边界电气边界电路板的层数各种元件的封装形式和布局要求等任务。设置参数主要是设置软件中电路板的工作层PCB编辑器的工作参数自动布局等。装入网络表及元件的封装形式网络表是PCB自动布线的核心(笔者用的单面板用的手动布线)也是电路理图设计与印制电路板设计系统的接口。只有正确装入网络表后才能进行对电路板的自动布局等。元件的布局元件的布局包括自动和手动调整两个过程。在规划好电路板和装入网络表之后系统能自动装入元件并自动将它们放置在电路板上。自动布线是系统根据某种算法在电气边界内自动摆放元件的位置。如果自动布局不尽如意则在进行手工调整。手动布线第页共页桂林电子科技大学课程设计论文手动布线时要注意相连导线之间要有一定的绝缘距离信号线在拐弯处不能走直线电源线和地线的布线要短粗且避免形成回路。补泪滴文件的保存及输出印刷板制作工艺流程制板工艺程序:修整板周边尺寸复制腐蚀钻孔定位清洗细砂纸擦光亮涂松香水。先将符合尺寸要求的复铜板表面用细砂纸擦光亮,再用复写纸将布线图复制到复铜板上。腐蚀一般采用三氯化铁作腐蚀液,腐蚀速度与腐蚀液的浓度,温度及腐蚀过程中采取抖动有关,为保证制板质量及提高腐蚀速度,可采用抖动和加热的方法。腐蚀完成后,应用自来水冲洗干净,把印刷板抹干。用直径mm钻头钻孔、定位。用细砂布将印刷板复铜面擦至光亮为止,然后立即涂上松香溶液。系统制板的调试引论对系统进行原理图设计之后就应该根据原理图画出系统的原理图、制作印刷电路板以及对电路板进行焊接。完成这些前期工作后就要对这个系统进行调试了这些对系统的设计是至关重要的它们是理论联系实际的桥梁。整个单片机键盘控制流水灯应用系统的调试包括三个部分:硬件调试、软件调试和总体调试。硬件调试的含义是对所设计的应用系统板进行调试使之能够正常工作这些主要包括对最小系统、系统的一些外围电路及其接口电路的调试工作。软件调试指的是对一个要实现的特定的应用系统的软件部分进行调试。比如说对软件进行检查、仿真等。总体调试就是指将已经调试通过的软件在硬件上运行对它们进行系统联调。硬件调试当硬件制板焊接之后就可以对系统进行硬件调试了。对硬件调试时考虑到系统的庞大所以调试工作是不可能一蹴而就的应该把系统合理划分为一个个功能模块将这些功能模块分别进行调试当然在调试一些模块的时候利用已第页共页桂林电子科技大学课程设计论文经调试成功的模块这样可能更加有利于系统的调试工作。系统调试的前奏()系统制板之后首先进行PCB板检测。这里主要观察电源与地线是否短接这种检测必须在系统调试之前进行因为若电源与地线短接当系统加电运行的时候就会造成芯片损坏。()焊接。焊接的顺序应该是先焊最小系统然后逐步增加元件表贴元件要先焊接这样有利于焊接工作的顺利进行方便后面对其他元件进行焊接。焊接的时候应该避免虚焊的出现焊点尽量光滑。测试系统的电源首先应该测试电压是否正确。这一步至关重要。如果系统的电源不能正确工作的话那么系统也就不可能正确工作了同时还要注意系统的供应电压是否能够满足系统所要求的最大输出电流的要求。系统电源的测试对振荡器供电电压、三极管、MIC电压以及一些外围电路工作电压的测试。在这部分的测试中可能采用万用表测试电源的输出引脚的方法。测试系统输入电压。因为系统中所有的电压都是通过电源供电电路将输入的V电压转换成系统所需要的电压所以在测试其他地方电压之前应该先保证V电压的输入正确。随后测试接口电路的工作电压主要输出引脚的电压在保证V主电源电压正常这些外围电路电压正常的情况下电路就能正常工作而不受损坏了。第页共页桂林电子科技大学课程设计论文总结本设计设计了简易信号发生器就是信号源的一种采用集成芯片、电阻和电容组成简单的电路实现波形的产生和转换。在电路系统设计阶段如何使所设计出的电路具有最佳的实用性、最优的可扩展性、最佳匹配的性价比是另一个必须解决的问题。只有在正确的系统设计思想的指引下整个设计过程才有可能一帆风顺。解决问题的过程是一个耗时费神甚至痛苦的过程而问题的解决又是一个令我感到成功感的过程~从理论上说本论文所设计的这个应用系统板不但能够完成设计所规定的要求也能在实际中发挥一定的作用我可以通过这个设计联想到其它智能化的东西制造出对社会、对人类有用的东西可以说通过这个设计给我最大的收获就是思维的拓宽这是书本上无法学到的东西。所以在一定程度上这次的课程设计是很成功的。实现本次设计课题的方法不唯一但相较而言本方案提高了电路的稳定性且实验的调节方法也很简单采用本方案设计的简易信号发生器思路明了原理清晰电路结构简单使用元件少占用板子空间小节约资源并且也能很好的产生出符合设计要求的波形。但后面输出的两种波形幅度明显减小。为了改变这种情况我认为可以适当提高芯片的参考电压或者是用运放做一个放大器将后面的信号放大这样所得的波形就更加符合要求了。第页共页桂林电子科技大学课程设计论文谢辞本论文设计在蒋老师的悉心指导和严格要求下业已完成从课题选择到具体的写作过程论文初稿与定稿无不凝聚着蒋老师的心血和汗水在我的毕业设计期间李恒太老师为我提供了种种专业知识上的指导和一些富于创造性的建议蒋老师一丝不苟的作风严谨求实的态度使我深受感动没有这样的帮助和关怀和熏陶我不会这么顺利的完成毕业设计。在此向蒋老师表示深深的感谢和崇敬不积跬步何以至千里各位任课老师认真负责在他们的悉心帮助和支持下我能够很好的掌握和运用专业知识并在设计中得以体现顺利完成课程设计论文。同时在论文写作过程中我还参考了有关的书籍和论文在这里一并向有关的作者表示谢意。我还要感谢同组的各位同学以及我的各位室友在课程设计的这段时间里你们给了我很多的启发提出了很多宝贵的意见对于你们帮助和支持在此我表示深深地感谢~第页共页桂林电子科技大学课程设计论文参考文献北京:高教出版社阎石数字电子技术基础(第五版)(M康华光电子技术基础模拟部分(第五版)M北京:高等教育出版社,李淑明模拟电子电路实验设计仿真M成都:电子科技大学出版社,杨欣王玉凤电子技术从零开始第二版北京:清华大学出版社董诗白华成英模拟电子技术基础第四版北京:肖玲妮袁增贵ProtelSE印刷电路板设计教程北京:清华大学出版社第页共页桂林电子科技大学课程设计论文附录学号:姓名:课题:简易信号发生器序号名称数量单价备注芯片电阻K个、K个电容uF个、uF个滑动变阻器双面版×mm圆孔插座排杜邦线合计附录表元器件清单第页共页桂林电子科技大学课程设计论文PPPPRResKVCCHeaderHeaderHeaderHeaderUVCCRRSTVCCResTHRKCVOLTDISCTRIGRRRGNDOUTRpResResResRPotNEJGKKKKCCCCCCapCapCapCapCapuFuFuFuFuF附录图图电路原理图

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