示波器功能扩展电路的设计与实现实验报告

电子电路综合实验

示波器功能扩展电路的设计与实现

综合实验

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2010年5月18日

模拟电路综合实验实验报告

一、课题名称：示波器功能扩展电路的设计与实验

二、实验摘要：设计一个将普通双踪示波器改装成为多踪示波器的电路，包括多踪

示波器的时钟电路、位移电路、衰减和放大电路，实现用示波器一路探头输入稳定

显示四路被测信号波形。通过多路模拟开关不断快速选择四路中的一路显示在示波

器上，使得在示波器上同时输出四路信号。

三、关键词：时钟电路、多路模拟开关、加法器电路

四、任务要求：

1. 设计一个将普通双踪示波器改装成为多踪示波器的电路，包括多踪示波器的时钟电路、位移电路、衰减和放大电路，满足在输入信号幅度为0-10V，频率不低于500Hz，系统电源DC +5V 的条件下，能够实现用示波器一路探头输入稳定显示四路被测信号。

2. 设计该电路的电源电路（不要求实际搭建），用PROTEL 软件绘制完整的电路原理图。

五、设计思路：

通过时钟电路产生电路产生时钟脉冲，将时钟脉冲信号加到计数器产生2 位地址信号，在多路模拟开关部分，地址信号从输入信号中取出一个与地址信号产生的阶梯波通过加法器叠加输出，以满足题目要求。

（1）利用NE555时基振荡器作为时钟电路，产生35KHz的方波，作为16进制计数器74LS169的时钟信号。可以通过改变其外部电阻的阻值来改变方波的频率；

（2）74LS169是模16的同步二进制计数器，可以通过四位二进制输出来记时钟沿的个数，本设计中利用其两位输出Qa、Qb作为多路选择开关CD4052的地址；

（3）CD4052为双回路模拟开关芯片，有直流、交流两个通道。直流通道是由2K、1K、1K、1K组成的电阻分压网络，分别取出3V、2V、1V、0V的直流电压作为信号所要显示

波形的直流分量，使其在示波器的不同位置上显示出来，另一路输入被显示信号，

通过地址信号Qa、Qb对两回路信号同步进行选通；

（4）被测信号由CD4052选通后由LF353双运放之一进行放大或衰减处理，信号通过改变反馈电阻10K、10K、40K、60K、60K对其进行放大或衰减，实现不同增益的控制，

另一个运放使直流和交流信号进行无损叠加并输出。

分模块电路的参数设计：

（1）NE555外部电路电阻电容值的选择：

震荡周期：T=0.693(R1+2R2)C

震荡频率：f=1.443/（R1+2R2）C

占空比：D=t1/T=(R1+R2)/(R1+2R2)

t1为输出脉冲的持续时间：t1=0.693（R1+R2）C

当R1>R2时，D约为50%，输出波形为方波

输出频率要求为35KHz，选择C1=1000p，C2=0.01uF，R1=1kΩ，调节R2使

方波的频率为35KHz。

（2）74LS169的连接方法：

74F169SC要想正常工作，需要将它的使能端接地，加减计数控制端接地，实现

减计数，不用的预置端接高电平，其余不用的端口接地，用LMC555CH的输出作

为时钟信号，这样计数器就可以正常工作了

在这种情况下，计数器本身为16进制计数，低位的循环顺序为：00→11→10→

01→00，实现四位地址控制。

（3）CD4052BC的连接方法：

74F169SC的两位低位输出作为CD4052BC的地址输入，使其交替输出从V i1、V i2、

V i3、V i4输入的信号Y与直流信号X叠加以后的信号，如果这四个输入端口没有

信号输入，则输出的是四路直流信号，也就是阶梯数为4的阶梯波信号。将端

口13接到示波器上在示波器中观察时，如果使用DC端，则可以看到阶梯的数

值为0V、-1V、-2V、-3V。

（4）LF353M的连接方法：

将74F169SC的端口13与LF353M的反相输入端相连，由于直流通道和交流通道

是由同样的地址同步控制的，所以不同的交流信号会与不同的直流偏置信号相

叠加。

运放是反相输入的，所以在V i1、V i2、V i3、V i4没有输入信号的时候，阶梯波

的值从0V、-1V、-2V、-3V变成了0V、1V、2V、3V。

74F169SC的输出是通过一系列反馈电阻与运放连接的，如果没有反馈电阻接

入，这时由周边电阻的阻值可计算得运放的放大倍数为

A=-R18/R16,R18=R16=39KΩ,A=-1，如果接入不同阻值的电阻，通过以上

公式求的的信号的放大倍数将会改变，也就是输入信号的增益改变了。实现了

预期的效果。

六、总体结构框图

七、电路分析

1、时钟信号产生电路

通过使用LMC555CH 来产生时钟信号，调节可变电阻R15 的大小可以改变输出的时钟信号的频率，频率越高最后的波形中连续性越好。

2、地址信号产生电路

使用16 位计数器74F169SC，通过输入时钟信号，在输出端Q0 Q1 产生周期1:2 的方波作为下一部分电路的地址信号。

3、模拟开关电路

使用数据选择器CD4052BC 来实现模拟开关。R2 R3 R4 R5 来在输入端X0 X1 X2 X3 输入不同电平信号，输入地址信号使得输出端X 产生阶梯波电路。Y0 Y1 Y2 Y3 为输入信号，本实验中均接正弦信号，通过AB 地址信号的改变，输出Y 为四路输入信号中的一路。

4、放大与数据叠加电路

采用运放LF353M 来进行放大与相加。左边的运放是将从模拟开关输出的正弦信号放大并输入到加法器，右边的运放与电阻组成加法器，将模拟开关输出的阶梯波与放大电路产生的信号叠加输出。