数控脉冲信号发生器(电子系统设计)

电子系统课程设计——设计报告
1 设计任务要求
任务： 设计并制作一个数字控制脉冲信号发生器。 设计要求： 1. 基本部分 （1） 输出1kHz～15kHz的方波脉冲信号，占空比50%，波形良好，无明显失真。 （2） 信号发生器输出电阻不限，在负载电阻为100Ω时，输出脉冲信号电平满 足TTL电平要求。 （3） 输出信号频率可通过拨码开关输入二进制数字预置，步进频率1kHz（即可 输出信号频率1kHz、2kHz、3kHz、……、15kHz），要求拨码开关所预置的二进 制数值即为输出频率值（单位：kHz）。输出信号频率的精度和稳定度要求优于 10-4。 2. 发挥部分 （1） 输出信号频率范围2.0kHz～20.0kHz，步进频率0.1kHz（即可输出信号频率 2.0kHz、2.1kHz、2.2kHz、……、19.9kHz，20.0kHz）。 （2） 设计信号发生器输出电阻为50Ω。在负载电阻为50Ω时，输出信号高电平 5V， 低电平-5V， 误差不大于10%。 （测试时分别测信号发生器空载输出电平UOpen 和带负载时的输出电平ULoad，应满足UOpen= 2*ULoad） （3） 增加按键输入和显示功能。 要求用按键 （可用成品键盘或用按键开关自制， 按键数量不限）输入信号频率（按键输入方式不限），利用数码管或液晶显示器 显示键入的数字和当前输出信号频率。 （4） 增加输出保护功能。当信号发生器输出发生短路时，自动启动保护电路， 切断输出并发出报警。短路去除后，自动恢复正常输出。
1 2RC
（式 2-1）.其次，对压控振荡器的参数也要进行设计，主要是根据芯片手册进行 的设计，从理论上算出震荡电容、电阻和解调输出电阻的大小。 （2）第二部分（发挥任务 2） ：这一部分是要通过功放来实现信号的放大，从而 达到输出信号电平的正负值范围的要求。 所以我们应该选择适当的功放或运放来 实现信号的放大 。 根 据计 算 ，要 达到任务要求要 满足功率
2.2
方案比较
方案设计： 根据系统设计框图我们的方案制定也主要是按照这个思路来进行的。 主要是 其中每部分的设计选择的器件及相应原理有所不同而产生的两种方案： 第一部分的设计分为信号产生、分频、锁相和步进四个主要模块。
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方案一：用晶振和 CD4060 构成振荡分频电路；用 74HC191 进行分频和步进 设计，用的是预置减法计数器分频；用 CD4046 进行锁相环电路部分功能实现。 方案二：用 555 定时计数器形成信号发生电路；用 74HC191 进行分频和步进 设计，用的是预置加法计数器分频；用 CD4046 进行锁相环电路部分功能实现。 第二部分实现输出信号电平的正负值范围的要求。 方案一：用 TDA2822M 功放实现信号的放大 方案二：用 LM324 集成运放进行放大 第三部分显示控制部分 方案一：用单片机加矩阵键盘和液晶显示屏来实现 方案二：用开关控制和七段数码管进行显示 第四部分保护电器实现 方案一和方案二的主要区别就如上所述在各个部分的设计选材上有所不同。 我们主要的系统框图如下:
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一般在 20~30PF 左右，振荡电阻一般要较大来防止晶体被过分驱动等等。 分频：这部分主要是要对产生的信号进行分频和步进控制，根据任务要求， 我们要产生输出范围为 2.0kHz～20.0kHz，步进频率 0.1kHz 的方波脉冲信号， 所以我们要分频使产生的信号达到 1kHZ 的基准，步进则是通过分频在步进基准 频率的基础上达到倍增效果从而实现 0.1kHZ 的步进。我们可以选择合适的计数 器来构成分频电路或者直接采用分频器。 锁相：这一部分要用到的是锁相环电路的知识，我们要选择一种合适的锁相 环电路或者是芯片来实现。 根据任务要求， 我们要对环路滤波器的参数进行设计， 因为要将鉴相器比较得到的相位差转换成电压，我们要设计它的截频 f c
P
U 2 52 U 2 102 0.5w(带载情况） 1w(空载情况） 则P （式 2-2） ，然后再 R 50 R 100
结合芯片手册对所要满足的参数进行选择和电路的设计。 （3）第三部分：用按键或开关输入信号频率，利用数码管或液晶显示器显示键 入的数字和当前输出信号频率。具体是要通过键盘或开关控制步进计数，在通过 显示将输入的频率显示出来。 （4）第四部分：保护电路主要是要在电路输出端短路时对电路进行的一种保护 措施，在电路输出短路时能自动切断或进行其他行为的保护或者是提醒，达到对 电路的保护功能。具体参数设计主要根据输出脉冲的特性来设计。
设 计 题 目 :数 控 脉 冲 信 号 发 生 器
目
目录
录
1 设计任务要求.............................................................. 1 2 设计方案及论证............................................................ 1 2.1 任务分析............................................................ 1 2.2 方案比较............................................................ 2 2.3 系统结构设计 ........................................................ 4 2.4 具体电路设计 ........................................................ 7 3 制作及调试过程........................................................... 10 3.1 制作与调试流程 ..................................................... 10 3.2 遇到的问题与解决方法 ............................................... 11 4 系统测试................................................................. 11 4.1 测试方法........................................................... 11 4.2 测试数据........................................................... 14 表 4-2-1 ................................................................ 14 4.3 数据分析和结论 ..................................................... 14 5 系统使用说明............................................................. 14 5.1 系统外观及接口说明 ................................................. 14 图 5-1-1 ................................................................ 14 图 5-1-2 ................................................................ 15 各部分接口与说明： ...................................................... 15 晶振荡与分频部分 ........................................................ 15 晶振接入 CD4060 ......................................................... 15 CD4060 输出接入 74191 进行 10 分频 ........................................ 15 图 5-1-3 ................................................................ 15 锁相环与分频计数器： .................................................... 15 锁相环输出接低片计数器的时钟输入端，低片进位控制两片置数，高片 MAX/MIN 输出 ........................................................................ 15 图 5-1-4 ................................................................ 16 功率放大部分和电路保护部分： ............................................ 16 TDA2822M 接锁相环电路 VCO 输出，对信号进行放大。 ......................... 16 功放输出接一个二极管电路整流输入比较器与设定信号进行比较。 .............. 16 图 5-1-5 ................................................................ 16 5.2 系统操作使用说明 ................................................... 16 6 总结..................................................................... 21 6.1 本人所做工作 ....................................................... 21 6.2 收获与体会 ......................................................... 21 6.3 缺陷与不足 ......................................................... 21 6.4 对本课程的建议 ..................................................... 21 7 参考文献................................................................. 21 8 附录...................................................................... 22
2 设计方案及论证
2.1 任务分析
因为我们直接做的是发挥部分，所以跳过了基本部分。根据设计任务的要求 我们的设计主要包括以下几个部分： （1）首先是第一部分：输出范围为 2.0kHz～20.0kHz，步进频率 0.1kHz 的方波 脉冲信号。根据要求，这一部分我们主要设计的是分为信号产生、分频、锁相和 步进四个主要模块。 信号产生：这部分是要设计出信号发生电路来产生我们所要的脉冲信号，根 据任务中要实现的信号频率范围，我们要考虑到信号发生器件的振荡能力，要尽 量考虑到各方面原因选择一种最优振荡源。 然后是根据所选的振荡源构成合适的 振荡电路，参数的选取根据振荡源的不同而去计算和选择，比如滤波电容的选取