电子技术综合课程设计

综合电子技术课程设计题目名称：简易信号发生器和频率计院系名称：电子信息学院班级：电气学号：学生姓名：指导教师：李晓荃2013年1月7日中原工学院电子技术综合任务书姓名学号学院电子信息学院班级题目简易信号发生器和频率计设计任务1、基本要求(1)、信号发生器可产生正弦波、三角波和方波；(2)、频率可调范围：2Hz—20KHz，分为4档：2—20Hz；20—200Hz；200Hz—2KHz；2—20KHz；(3)、幅度可调范围：0—5V；(4)、直流偏置可调；2、发挥部分(1)、显示电路误差≤ 5‰；(2)、可显示信号的V PP 最低为100mV；时间进度总体时间为1周；星期一上午：讲解；星期一下午：理解电路原理；星期二上午：发放元器件和工具，设计电路和连线；星期四上午：验收电路；星期五之前：上交课程设计报告；主要参考文献[1]康华光。

电子技术基础数字部分(第五版)。

北京：高等教育出版社，2006；[2]康华光。

电子技术基础模拟部分(第五版)。

北京：高等教育出版社，2006；目录任务书中文摘要目录1 绪论 (4)2 设计步骤和方法 (5)2.1 设计目的 (5)2 .2 设计设计任务及技术指标 (5)2.3 设计步骤 (5)2.4 设计方案 (5)3 设计内容及原理 (6)3.1 信号发生器设计原理 (6)3.1.1 正弦波发生电路 (7)3.1.2 偏置电路 (8)3.1.3 方波发生电路 (8)3.1.4 三角波发生电路 (9)3.1.5 调幅电路 (11)3.2 频率计设计原理 (11)3.2.1 脉冲发生电路 (11)4 安装与调试 (12)4.1 PCB板的焊接 (12)4.2 电路板的调试 (12)5 实验总结 (14)5.1 实验结果 (14)5.2 心得体会 (16)附录一：电路原理图 (17)附录二：工具清单 (18)附录三：元器件清单 (19)附录四：主要元器件的引脚图和功能表 (21)1 绪论随着电子技术和计算机技术的飞速发展，电子电路及其应用系统设计手段也越来越先进。

传统的电子电路与系统设计方法，周期长、耗材多、效率低，难以满足电子技术飞速发展的要求。

EWB是将先进的计算机技术应用在电子设计与仿真过程中的线技术，它已广泛应用于电子电路分析、设计、仿真、印刷电路板的设计等各项工作之中。

EWB 还有庞大的元件库和比较齐全的仪器仪表库，是我们在仿真时变得操作简便、简单易懂。

集成电路是指通过一系列特定的加工工艺，将晶体管、二极管等有源器件和电阻、电容、电感等无源器件，按照一定的电路相互连接。

集成在一块一块半导体晶片上，封装在一个外壳内，执行特定的电路或系统功能的一种器件。

随着应用领域的不断扩展，社会对集成电路芯片的需求量和种类越来越多，消费者这对产品的整体性能要求越来越高。

集成电路正在向集成系统发展，即在一个微电子芯片上将信息的采集、传输、存储、处理等功能集成在一起而构成的系统芯片。

本次课程设计中简易数字频率计，以信号产生器和计数器为核心，由通道输入条理、触发、超量程电路、数据处理和数据显示等功能模块组成。

基于题目基本要求，本系统对秒脉冲信号发生器、门控电路、信号输入电路、计数器和显示电路进行了重点设计。

设计中采用了模块化设计方法，并采用适当的放大和整性，提高了设计频率。

可以培养学生的解决问题分析问题的能力以及创新思维和创新能力，掌握电子电路的一般设计方法，并了解电子产品的研发过程。

对学生的培养起到一个承前启后的作对学生以后的学习和工作，具有积极而深远的意义。

人们正处在一个信息时代。

每天都要通过电视、广播、通信、互联网等多种媒体获取大量的信息。

而现代信息的储存、处理和传输越来越趋于数字化。

在人们的日常生活中，常用的计算机、电视机、音响系统、视频记录设备、长途电信等电子设备或电子系统，无一不采用数字电路或数字系统。

随着数字电子技术的应用越来越广泛。

随着科学技术的发展，将会有更多的电子产品陆续问世。

教育是培养人才和增强民族创新能力的基础，当代大学生是在科学的浇灌下成长起来的，将以学习过的知识应用于工业生产和社会主义的现代化建设中去，是当代大学生的光荣使命。

2设计步骤和方法2.1 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；3、加强学生的动手、思考和解决问题的能力；4、掌握电路设计的一般方法。

2.2 设计任务及技术指标1、设计一个的正弦波、方波和三角波发生器：(1) 频率可调范围：2Hz—20KHz，分为4档：2—20Hz；20—200Hz；200Hz—2KHz；2—20KHz；(2) 幅度可调范围：0—5V；(3) 可调偏置。

2、设计一个简易数字频率计：(1) 测量频率范围：1Hz~100 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。

2.3 设计设计步骤1.原理了解，清楚设计内容。

2.原理图绘制，一组一张。

3.安装实际电路。

4.调试，功能实现。

5.教师检查及答辩。

6.完成设计报告。

2.4 设计方案：本次电子技术课程设计分为两大部分，即电子技术模拟部分和数字部分。

通过这两部分的结合，设计出一个简易信号发生器和简易频率计。

1 信号发生器:设计方案可先产生正弦波，然后通过整形电路将正弦波变成方波，再由积分电路将方波变为三角波；也可先产生三角波—方波，再将方波变为正弦波，如下框图所示：图1 信号发生器的组成框图2 简易频率计数字频率计测试的是外部输入信号，被测信号送入电路进行处理、测量，最终在数码管上现实出来。

它的整体结构框图如下：测量频率的原理图图2 测量周期的原理图3 设计内容及原理3.1 信号发生器设计原理这一部分是电子技术模拟部分知识的利用，它是通过利用各种器件（如运算放大器、电阻、电容等）构成一个可以产生正弦波、方波、以及三角波的信号发生器。

其中正弦波是其它各种波形产生的基础，只有产生了正确的正弦波，其它波形才有形成的条件需要认真谨慎的设计和检查。

下图为信号发生器的框图结构：3.1.1 正弦波发生电路由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。

RC振荡电路用RC 电路构成选频网络的振荡电路即所谓的RC振荡电路，可选用的RC 选频网络有多种，这里用文氏桥选频电路，其电路图如图3-4所示:图3-9 RC震荡电路产生正弦波3.1.2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，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。

图3-10 偏执电路对波形的影响3.1.3 方波发生电路正弦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。

其电路原理图如下所示：图3-11 由正弦波实现方波仿真电路图3-12 输出地方形波3.1.4 三角波发生电路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。

其电路原理图如下所示：通过对电容的充放电，来实现三角波。

图3-13 由方波实现三角波仿真电路方波和三角波的频率与正弦波的频率相同，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。

图3-14 积分常数对波形的影响3.1.5 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图3-15 调幅电路仿真电路3.2频率计设计原理其功能是对脉冲的频率进行计数并在数码管上显示出来。

它将信号发生器产生的信号经过整形放大，再通过脉冲计数器进行计数，然后经过数据锁存电路锁存，最后经过译码驱动电路连接LED 显示电路，将信号的频率值在数码管上显示出来。

其简化流程图如下所示图3-16 频率计设计流程图放大整 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 单稳态清零脉输入3.2.1 脉冲发生器电路电路如图3-19所示图3-19 脉冲发生器电路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。

在时钟信号的上升沿时刻，用单稳态触发器CD4528产生一个宽度25微秒的清零脉冲送至计数器CD4518的CLR端，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。

至此，简易信号发生器的设计和频率计数器的设计便完成了。

4 安装与调试实践表明，一个电子装置，即使按照设计的电路参数进行安装，往往也难以达到预期的效果，所以必须通过安装后的测试和调整，来发现和纠正设计方案的不足。

然后采取措施加以改进，以使装置达到预期的技术指标。

调试常用的仪器有：万用表、示波器、信号发生器。

4.1 电路的焊接首先要搞清楚PCB板的结构原理和各个元器件的位置。

实验开始的第一步是根据电路图将各个元件在电路板上焊接好，在焊接的时候应注意电路板的整体布局，焊点要美观，线路整齐，焊电路板是一项很有技巧的工作，如果焊不好，就很容易出现虚焊等情况，并且在选择器件时要两个人同时配合，以免把元件焊错。

在焊的过程中，要服从从高到底的原则，这样焊出来的板子才会美观大方。

所以在焊接时要细心并且有耐心，这样才能使电路板的板面的美观，使人赏心悦目。

4.2 电路的调试：a在电路板好以后，先不要急着通电源，因为如果连线中有短路，很容易造成面包板上集成器件被烧掉。

所以，在通电前需要用确认连线正确。

方法是：用万用表的欧姆档测“地”与电源、高电平与低电平之间的电阻，一般为几百欧姆。

若显示为零，则说明地线与电源之间或高低电平之间存在短路，需要排查连线。

注意，每一个集成器件的地线与总的地线之间以及VCC端与电源端电阻必须为零。

用万用表，测试过后，确认无误，方可通电。

焊接好的电路板如下图所示：b通上电观察电路使出波形，先调试正弦波波，若示波器上无正弦波则需要调节电位器RW 以找出正弦波形。

c若正弦波有失真现象，则需要调节电位器RW或RW1，RW3, RW4 以得到正确的，无失真的正弦波形。

图21 几种正弦波的失真正弦波调试出来以后，分别改变接通的电容，查看各频率段是否正确。

该换方波和三角波调试，调节无误后，下一步调试频率计。

d 频率计调节时用频率发生器可测量信号频率范围，和实验要求为1~100 KHz，显示单位为Hz；输入电压幅度应为V PP：100mV—10V；e 测试频率计精度，将信号发生器和频率计相连，观察示波器上的频率值和频率计上的显示是否一致.f 综合分析可以知道在测试电路的过程中可能带来的误差因数有：1 原件本身存在误差2 焊接时焊点存在微小电阻；3 万用表本身的精度而造成的系数误差；4 读数误差g 在调试过程中，不但要认真检查和观测，还要勤于记录。