2015年電子設(shè)計大賽綜合測評試題鄭州輕工業(yè)學(xué)院課程設(shè)計任務(wù)書題目2015年電子設(shè)計大賽綜合測評試題專業(yè)電信工程13-1學(xué)號541301030134姓名王苗龍主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等：主要內(nèi)容.閱讀相關(guān)科技文獻(xiàn)。.學(xué)習(xí)電子制圖軟件的使用。.學(xué)會整理和總結(jié)設(shè)計文檔報告。.學(xué)習(xí)如何查找器件手冊及相關(guān)參數(shù)。技術(shù)要求1、使用555時基電路產(chǎn)生頻率20kHz-50kHz連續(xù)可調(diào)，輸出電壓幅度為1V的方波I；2、使用數(shù)字電路74LS74,產(chǎn)生頻率5kHz-10kHz連續(xù)可調(diào)，輸出電壓幅度為1V的方波H；3、使用數(shù)字電路74LS74,產(chǎn)生頻率5kHz-10kHz連續(xù)可調(diào)，輸出電壓幅度峰峰值為3V的三角波；4、產(chǎn)生輸出頻率為20kHz-30kHz連續(xù)可調(diào)，輸出電壓幅度峰峰值為3V的正弦波I；5、產(chǎn)生輸出頻率為250kHz，輸出電壓幅度峰峰值為8V的正弦波H；方波、三角波和正弦波的波形應(yīng)無明顯失真（使用示波器測量時）。頻率誤差不大于5%；通帶內(nèi)輸出電壓幅度峰峰值誤差不大于5%。2015年電子設(shè)計大賽綜合測評試題目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1設(shè)計方案 1\o"CurrentDocument"1設(shè)計方案 1\o"CurrentDocument"2多波形產(chǎn)生電路設(shè)計 2\o"CurrentDocument"設(shè)計原理 2\o"CurrentDocument"整體流程框圖 2\o"CurrentDocument"3單元電路設(shè)計 3\o"CurrentDocument"555多諧振蕩器 3741s74分頻電路 3\o"CurrentDocument"積分電路 4\o"CurrentDocument"低通濾波器 5\o"CurrentDocument"帶通濾波器 6\o"CurrentDocument"4元件參數(shù)選擇 8\o"CurrentDocument"555多諧振蕩器 8\o"CurrentDocument"741s74分頻電路 8\o"CurrentDocument"積分電路 8\o"CurrentDocument"低通濾波器 9\o"CurrentDocument"帶通濾波器 9\o"CurrentDocument"5結(jié)論 106個人總結(jié) 11參考文獻(xiàn) 12附錄1電路原理圖及元件清單 13附錄2PCB及實(shí)物照片 142015年電子設(shè)計大賽綜合測評試題1設(shè)計方案1設(shè)計方案使用555和外圍電路構(gòu)成多諧振蕩器，產(chǎn)生20kHz-50kHz的方波作為信號源，利用此方波作為基本信號。將基本信號通過電阻分壓可得到電壓幅度 1V、20kHz-50kHz連續(xù)可調(diào)的方波I；將基本信號通過74ls74雙D觸發(fā)器進(jìn)行四分頻，然后電阻分壓得到5kHz-10kHz連續(xù)可調(diào)電壓幅度為1V的方波II；將方波II通過由LM324四通道運(yùn)放構(gòu)成的積分電路，得到5kHz-10kHz連續(xù)可調(diào)電壓幅度峰峰值為3V的三角波；將方波I通過由LM324四通道運(yùn)放構(gòu)成的低通濾波器，得到20kHz-50kHz連續(xù)可調(diào)電壓幅度峰峰值為3V的正弦波I；將基本信號固定頻率，然后通過由LM324四通道運(yùn)放構(gòu)成的帶通濾波器，得到250kHz左右的正弦波，再通過由LM324四通道運(yùn)放構(gòu)成的低通濾波器，得到250k峰峰值8V的正弦波II。2015年電子設(shè)計大賽綜合測評試題2多波形產(chǎn)生電路設(shè)計設(shè)計原理555多諧振蕩器：電源接通時，555的3腳輸出高電平，同時電源通過R1R2向電容c充電，當(dāng)c上的電壓到達(dá)555集成電路6腳的閥值電壓（2/3電源電壓）時，555的7腳把電容里的電放掉，3腳由高電平變成低電平。當(dāng)電容的電壓降到1/3電源電壓時，3腳又變?yōu)楦唠娖?，同時電源再次經(jīng)R1R2向電容充電。這樣周而復(fù)始，形成振蕩。741s74四分頻：74LS74是個雙口觸發(fā)器，把其中的一個D觸發(fā)器的Q非輸出端接到D輸入端，時鐘信號輸入端CLOCK接時鐘輸入信號，這樣每來一次CLOCK脈沖，D觸發(fā)器的狀態(tài)就會翻轉(zhuǎn)一次，每兩次CLOCK脈沖就會使D觸發(fā)器輸出一個完整的方波，這就實(shí)現(xiàn)了二分頻。把同一片74LS74上的兩路D觸發(fā)器串聯(lián)起來，其中一個D觸發(fā)器的輸出作為另一個D觸發(fā)器的時鐘信號，這就實(shí)現(xiàn)了四分頻。LM324:四通道運(yùn)算放大器，與一定數(shù)目的電阻電容可以構(gòu)成積分電路、低通濾波器、帶通濾波器，從而實(shí)現(xiàn)信號的運(yùn)算處理。整體流程框圖路的可行性。2015年電子設(shè)計大賽綜合測評試題3單元電路設(shè)計555多諧振蕩器由555定時器和外接元件R1、R2和C構(gòu)成的多諧振蕩器，2腳與6腳直接相連，電路沒有穩(wěn)態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)，電路也不需要外加觸發(fā)信號，利用電源通過R1、R2向電容C充電，使電路產(chǎn)生震蕩，電容在1/3VCC和2/3VCC之間充電和放電，其仿真波形如圖3-2所示，實(shí)測波形如圖3-3所示。圖3-1555多諧振蕩器調(diào)節(jié)電位器R2的阻值就可以調(diào)整所產(chǎn)生方波的頻率。外部元件的穩(wěn)定性決定了多諧振蕩器的穩(wěn)定性，該電路用少量的元件就可以獲得高精度震蕩頻率和較強(qiáng)的功率輸出能力，輸出的方波經(jīng)過電阻分壓就得到了穩(wěn)定的20kHz-50kHz連續(xù)可調(diào)的方波I。所以該電路符合設(shè)計要求。74ls74分頻電路一個741s74集成芯片有兩個D觸發(fā)器，一個D觸發(fā)器可以組成一個二分頻電路，把其中的一個D觸發(fā)器的Q非輸出端接到D輸入端，時鐘信號輸入端CLOCK接時鐘輸入信號，這樣每來一次CLOCK脈沖，D觸發(fā)器的狀態(tài)就會翻轉(zhuǎn)一次，每兩次CLOCK脈沖就會使D觸發(fā)器輸出一個完整的正方波，這就實(shí)現(xiàn)了信號二分頻。二分頻電路輸入信號過零上升沿每到來一次二分頻器狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次便可得到二

2015年電子設(shè)計大賽綜合測評試題分頻，把兩個D觸發(fā)器串聯(lián)起來，就是四分頻電路。于是基本方波信號就被分頻成了5kHz-10kHz的方波，然后經(jīng)過分壓電路，就得到5kHz-10kHz的方波幅值為1V的方波II。741s74四分頻電路原理如圖3-4所示，仿真效果如圖3-5所示，實(shí)測效果如圖3-6所示 VCC xsci 74LS74D 74LS74D IRTUAL圖3-4分頻電路原理圖3-5仿真波形 圖3-6實(shí)測波形積分電路積分電路可以用來進(jìn)行波形變換，由于交流信號需要和偏置電壓復(fù)合，以偏置電壓為參考點(diǎn)，交流信號分別位于正負(fù)半周，為了使積分輸出的波形更穩(wěn)定，也為了使電路輸出振幅符合題意要求，需要設(shè)置參考電壓。這里設(shè)置的參考電壓為2.5V，由于只有10V單電源供電，選用5V穩(wěn)壓管，將電壓穩(wěn)到5V，然后進(jìn)行分壓，從而得到2.5V參考電壓，其電路如圖3-7所示。積分電路是使輸出信號與輸入信號的時間積分值成比例的電路，積分電路可將矩形脈沖波轉(zhuǎn)換為三角2015年電子設(shè)計大賽綜合測評試題波，積分電路原理如圖3-8所示。圖3-7圖3-7參考電壓圖3-8積分電路電路將5kHz-10kHz連續(xù)可調(diào)的方波進(jìn)行積分，得到5kHz-10kHz峰峰值3V的三角波，其仿真波形如圖3-9所示，實(shí)測波形如圖3-10所示。低通濾波器低通濾波器由兩節(jié)RC濾波電路和同相比例放大電路組成，其中同相比例放大電路具有輸入阻抗高，輸出阻抗低的特點(diǎn)。低通濾波器是容許低于截止頻率的信號通過，但高于截止頻率的信號不能通過的電子濾波裝置。低通濾波器的作用是抑制高頻信號，通過低頻信號。簡單理解，可認(rèn)為是通低頻、阻高頻。低通濾波器包括有源低通濾波器和無源低通濾波器，無源低通濾波器通常由電阻、電容組成，也有采用電阻、電感和電容組成的。有源低通濾波器一般由電阻、電容及運(yùn)算放大器構(gòu)成，這里所用的是有緣低通濾波器。低通濾波器電路圖如圖3-10。2015年電子設(shè)計大賽綜合測評試題圖3-10低通濾波器任何周期信號，都可以看作是不同振幅，不同相位正弦波的疊加。而貫穿時域與頻域的方法之一，就是傳中說的傅里葉分解。此處20kHz-30kHz的方波信號就可以用低通濾波器將其中的正弦波分離出來然后得到電壓峰峰值為3V、連續(xù)可調(diào)的20kHz-30kHz正弦波信號I。仿真信號如圖3-11，實(shí)測信號如圖3-12。帶通濾波器帶通濾波器是一個允許特定頻段的波通過同時屏蔽其他頻段的設(shè)備，也就是通過某一頻率范圍內(nèi)的頻率分量、但將其他范圍的頻率分量衰減到極低水平的濾波器。任何一個周期信號都可以展開成傅里葉級數(shù)，也就是若干次正弦波之和，根據(jù)這一原理，可以用帶通濾波器，將頻帶設(shè)置在250kHz左右就可以。本電路將通頻帶設(shè)置在250kHz+20Hz之間，得到諧波分量，然后再用低通濾波器將高于250kHz的諧波分量濾除，即得到250kHz的正弦波分量。此處帶通濾波器和低通濾波器共同工作對50kHz的方波進(jìn)行選擇分離，得到固定頻率250kHz峰峰值8V的正弦波。電路如圖3-13所示。2015年電子設(shè)計大賽綜合測評試題通通旺渡器&也取上吊川強(qiáng)波「■段低i團(tuán)涸反潛」5里結(jié)帳山弦武圖3-13正弦波選頻電路2015年電子設(shè)計大賽綜合測評試題4元件參數(shù)選擇555多諧振蕩器555電路要求R1、R2均應(yīng)大于或等于1k。，但R1+R2應(yīng)小于3.3M。。其輸出信號的時間參數(shù)是：T=tw1+tw2tw1=0.7(R1+R2)*Ctw2=0.7R2*Cf=1/T所以調(diào)節(jié)R2的阻值，就可以調(diào)節(jié)所產(chǎn)生方波的頻率，然后調(diào)節(jié)輸出端的滑動變阻器就可以調(diào)節(jié)所產(chǎn)生方波的幅值。74ls74分頻器分頻就是用同一個時鐘信號通過一定的電路結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成不同頻率的時鐘信號。四分頻就是通過有分頻作用的電路結(jié)構(gòu)，在時鐘每觸發(fā)4個周期時，電路輸出1個周期信號。用一個脈沖時鐘觸發(fā)一個計數(shù)器，計數(shù)器每計4個數(shù)就清零一次并輸出1個脈沖，那么這個電路就實(shí)現(xiàn)了四分頻功能。Cp接時鐘，Q=1,D=/Q=0UT,R=S=0(接地)，就是Q端接高電平，D端接Q非，值位復(fù)位端都接地。這就組成了一個二分頻D觸發(fā)器，兩個D觸發(fā)器串聯(lián)，就構(gòu)成了四分頻器。積分電路若要進(jìn)行積分電路信號的積分運(yùn)算，可選用基本積分電路。首先確定時間常數(shù)t=RC：t的大小決定了積分速度的快慢。其次選擇電路元件：當(dāng)時間常數(shù)t=RC確定后，就可以選擇R和C的值，積分電路的輸入電阻Ri=R,因此往往希望R的值大一些。最后確定RP、Rf：RP為靜態(tài)平衡電阻，用來補(bǔ)償偏置電流所產(chǎn)生的失調(diào)；在積分電容的兩端并聯(lián)一個電阻Rf,防止積分漂移所造成的飽和或截止現(xiàn)象。于是得到計算公式：f=1/(2nRC)Vo=-(Vs/RC)*t=-(Vs/T)t2015年電子設(shè)計大賽綜合測評試題低通濾波器低通濾波器是有兩節(jié)RC濾波電路和同相比例放大電路組成，其特點(diǎn)就是輸入阻抗高，輸出阻抗低。低通濾波器是容許低于截止頻率的信號通過，但高于截止頻率的信號不能通過的濾波裝置。20kHz-30kHz的方波經(jīng)過低通濾波器后可以將20kHz-30kHz正弦波過濾出來。低通濾波器的通帶電壓增益：Ao=Avf=1+Rf/R1f=1/(2nRC)帶通濾波器帶通濾波器的帶寬為上限截止頻率與下限截止頻率之差。在有源帶通濾波器的中心頻率fo處：電壓增益Ao=B3/2B1品質(zhì)因數(shù)：3dB帶寬B=1/(n*R3*C)也可根據(jù)設(shè)計確定的Q、fo、Ao值，求出帶通濾波器的各元件參數(shù)值。R1=Q/(2nfoAoC)R2=Q/((2Q2-Ao)*2nfoC)R3=2Q/(2nfoC)。上式中，C取0.01Uf。帶通濾波器亦可用于一般的選頻放大。2015年電子設(shè)計大賽綜合測評試題5結(jié)論.學(xué)生電源提供的電壓對波形的影響：實(shí)物測試時由于電壓有毛刺對波形穩(wěn)定產(chǎn)生影響，為了上波形測試時穩(wěn)定，采用了三節(jié)18650電池供電使輸出波形較穩(wěn)定，并且工作在電源提供的電壓范圍之內(nèi)，否則會出現(xiàn)失真。并且仿真電路測試效果與實(shí)物測試相差甚大，所以電阻采用電位器測試，以便于調(diào)試。.單電源和雙電源的區(qū)別及其對電路的影響：運(yùn)放采用單電源供電時，積分電路不能工作，所以采用參考電壓，以保證波形穩(wěn)定，且振幅最大。.模塊與模塊之間的鏈接存在相互影響：雖然總體電路運(yùn)行仿真成功，但是做成實(shí)物時，各功能模塊的波形會受到其他模塊