课程设计论文最新版

1、开放实验课程作业题 目： 多波形产生电路 姓 名： 专业班级： 学 号： 院 （系）： 指导教师： 完成时间： 2015年12月 4日 2015 年 12月 4 日多波形产生电路摘 要运算放大器是模拟电路中的特殊的放大器，只要适当选取外部元件，就能构成各种运算电路，如放大、加法、减法、微分和积分等，并因此而得名。方波集成运放应用范围十分广泛，有基本放大电路、比较器电路、简单滤波器电路等。正弦波、三角波、矩形波等波形产生电路也可由此产生。通过对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、锯齿波、方波的函数波形发生器。本次设计采用555定时器产生10kHZ-50kHZ方波经分压

2、产生1v方波I。再经过74LS74双D触发器连接成四分频电路，产生5kHZ-10kHZ的方波II。方波2经积分电路产生三角波。正弦波I我们采用三节低通滤波经过运放可得。方波2由基波经带通滤波，选频出250kHZ的正弦波，再经低通滤波与比例放大电路产生出8v的波形得到正弦波II。关键词 运算放大器/积分电路/低通滤波器/带通滤波/比例放大目 录中文摘要1 设计方案选择1设计方案12 多波形产生电路设计22.1设计原理22.2 整体流程框图33 单元电路设计43.1 555多谐振荡器43.2 74LS74分频电路53.3 积分电路63.4 低通滤波器83.5 带通滤波器94 元件参数选择104.1

3、 555多谐振荡器104.2 74ls74分频器104.3 积分电路104.4 低通滤波器114.5 通滤波器带11个人体会12致谢13(附录）151 设计方案选择1 设计方案555时基电路选取方案：时基电路的选取因为此次要产生一个基波，作为后级的信号处理的输入端，则需要产生一个占空比固定，频率可调的方波，本着以最简单的电路来完成要求，我们采用模拟电子技术书上介绍的555和外围电路构成多谐振荡器3，产生20kHz-50kHz的波形并经电阻分压产生1v的方波I作为基波。利用此方波作为基本信号。分频电路选取：74LS74这个集成块是一个双D触发器，其功能比较的多，可用作寄存器，移位寄存器，振荡器，

4、单稳态，分频计数器等功能。除此之外，数字电路总的集成块的用途都是相当的多，可以根据情况灵活的运用。所以我们采用74ls74双D触发器进行四分频10，然后电阻分压得到5kHz-10kHz连续可调电压幅度为1V的方波II；三角波产生电路选取：将方波II通过由LM324四通道运放构成的积分电路，得到5kHz-10kHz连续可调电压幅度峰峰值为3V的三角波；正弦波I产生电路选取：方波是由很多波形叠加组成的，所以我们采用滤波的方法来得到我们所需要的波形。但滤波电路有好多种如：无源和有源低通滤波，高通滤波，带通滤波电路，带阻滤波电路，我们采用了最简洁的方法即将方波I通过由LM324四通的道运放中的其中之一

5、通道构成的三阶无源低通滤波器，得到20kHz-50kHz连续可调电压幅度峰峰值为3V的正弦波I；250kHz正弦波产生方案：因为要产生固定的250kHz频率所以我们决定采用带通滤波器。将基本信号固定频率，然后通过由LM324四通道的运放构成的带通滤波器，得到250kHz左右的正弦波，再通过由LM324四通道运放构成的低通滤波与比例放大电路，得到250k峰-峰值8V的正弦波II。2 多波形产生电路设计2.1设计原理用555定时器组成多谐振荡器形成方波信号将其分压成幅值1v的，并将此方波作为基波成为滤波电路的输入信号，通过滤波电路产生并输出正弦波，由电位器来改变输出波形的频率而；另一条路径的方波信

6、号输入数字电路74LS74，产生频率持续可调的方波。经由LM324放大器组成的积分电路得到三角波1-3。555多谐振荡器：电源接通时，555的3脚输出高电平，同时电源通过R1，Rp1向电容c充电，当c上的电压到达555集成电路6脚的阀值电压（2/3电源电压）时，555的7脚把电容里的电放掉，3脚由高电平变成低电平。当电容的电压降到1/3电源电压时，3脚又变为高电平，同时电源再次经R1,R2向电容充电。这样周而复始，形成振荡3。74ls74四分频：74LS74是个双D触发器，把其中的一个D触发器的Q非输出端接到D输入端，时钟信号输入端CLOCK接时钟输入信号，这样每来一次CLOCK脉冲，D触发器

7、的状态就会翻转一次，每两次CLOCK脉冲就会使D触发器输出一个完整的方波，这就实现了二分频。把同一片74LS74上的两路D触发器串联起来，其中一个D触发器的输出作为另一个D触发器的时钟信号，这就实现了四分频。LM324:四通道运算放大器，与一定数目的电阻电容可以构成积分电路、低通滤波器、带通滤波器，比例放大，从而实现信号的运算处理7-9。图2-1 LM324结构图2.2 整体流程框图图2-2 多波形产生器设计框图如图2-1展示了此多波形产生电路的基本工作流程，经过仿真验证证明此电路的可行性。3 单元电路设计3.1 555多谐振荡器由555定时器和外接元件R1、Rp1和C构成的多谐振荡器，2脚与

8、6脚直接相连，电路没有稳态，只有两个暂稳态，电路也不需要外加触发信号，利用电源通过R1、Rp1向电容C充电，使电路产生震荡，电容在1/3VCC和2/3VCC之间充电和放电，利用Multisim仿真波形如图3-2所示。 图3-1 555多谐振荡器图3-2 仿真波形图3-3 实物波形调节电位器Rp1的阻值就可以调整所产生方波的频率。外部元件的稳定性决定了多谐振荡器的稳定性，该电路用少量的元件就可以获得高精度震荡频率和较强的功率输出能力，输出的方波经过电阻分压就得到了稳定的20kHz-50kHz连续可调的方波I。所以该电路符合设计要求。3.2 74LS74分频电路一个74LS74 集成芯片有两个D触

9、发器，一个D触发器可以组成一个二分频电路，把其中的一个D触发器的Q非输出端接到D输入端，时钟信号输入端CLOCK接时钟输入信号，这样每来一次CLOCK脉冲，D触发器的状态就会翻转一次，每两次CLOCK脉冲就会使D触发器输出一个完整的正方波，这就实现了信号二分频。二分频电路输入信号过零上升沿每到来一次二分频器状态翻转一次便可得到二分频，把两个D触发器串联起来，就是四分频电路。于是基本方波信号就被分频成了5kHz-10 kHz的方波，然后经过分压电路，就得到5kHz-10 kHz的方波幅值为1V的方波II。74LS74四分频电路原理如图3-4所示：图3-4 74LS74四分频触发器实物效果如图3-

10、5所示：图3-5 实物波形图3-6 四分频电路仿真3.3 积分电路积分电路主要用于波形变换、放大电路失调电压的消除及反馈控制中的积分补偿等场合。简化积分电路图见图3-5所示。由图可以看出，输入信号经过了一个电阻后经过反馈流到电容上，但此时认为电容的初始电量为零，故此时给电容充电。由理想运算放大器的虚短、虚断性质得： （3-1）所以 （3-2）积分电路可将矩形脉冲波转换为锯齿波或三角波，还可将锯齿波转换为抛物波。这里设置的参考电压为2.5V，由于只有10V单电源供电，选用5V稳压管，将电压稳到5V，然后进行分压，从而得到2.5V参考电压，其电路如图3-7所示。积分电路是使输出信号与输入信号的时间

11、积分值成比例的电路，积分电路可将矩形脉冲波转换为三角波，积分电路原理图如图3-8所示。 图3-7 参考电压图3-8 简化积分电路图电路将5kHz-10kHz连续可调的方波进行积分，得到5kHz-10kHz峰峰值3V的三角波，积分电路原理如图3-9所示；其仿真波形如图3-10所示。图3-9 利用DXP绘制的积分电路原理图图3-10 仿真波形其仿实物波形如图3-11所示。图3-11 实物波形3.4 低通滤波器低通滤波器是容许低于截止频率的信号通过， 但高于截止频率的信号不能通过的电子滤波装置。低通滤波器由两节RC滤波电路和同相比例放大电路组成，其中同相比例放大电路具有输入阻抗高，输出阻抗低的特点。

12、低通滤波器是容许低于截止频率的信号通过， 但高于截止频率的信号不能通过的电子滤波装置。低通滤波器的作用是抑制高频信号，通过低频信号。简单理解，可认为是通低频、阻高频。低通滤波器包括有源低通滤波器和无源低通滤波器，无源低通滤波器通常由电阻、电容组成，也有采用电阻、电感和电容组成的。有源低通滤波器一般由电阻、电容及运算放大器构成，这里所用的是有缘低通滤波器。低通滤波器电路图如图3-12。图3-12 低通滤波器任何周期信号，都可以看作是不同振幅，不同相位正弦波的叠加。而贯穿时域与频域的方法之一是傅里叶分解。此处20kHz-30kHz的方波信号就可以用低通滤波器将其中的正弦波分离出来然后得到电压峰峰值

13、为3V、连续可调的20kHz-30kHz正弦波信号I。仿真信号如图3-13。图3-13 低通滤波仿真波形实物波形如图3-14：图3-14 实物波形3.5 带通滤波器带通滤波器是指能通过某一频率范围内的频率分量、但将其他范围的频率分量衰减到极低水平的滤波器，与带阻滤波器的概念相对。任何一个周期信号都可以展开成傅里叶级数，也就是若干次正弦波之和，根据这一原理，可以用带通滤波器，将频带设置在250kHz左右就可以。本电路将通频带设置在250kHz+20Hz之间，得到谐波分量，然后再用低通滤波器将高于250kHz的谐波分量滤除，即得到250kHz的正弦波分量。此处带通滤波器和低通滤波器共同工作对50k

14、Hz的方波进行选择分离，得到固定频率250kHz峰-峰值8V的正弦波。电路如图3-11所示。该电路图所对应的仿真波形如图3-12所示。图3-11 正弦波选频电路图3-12 正弦波选频电路仿真波形4 元件参数选择4.1 555多谐振荡器555电路要求R1、R2均应大于或等于，但R1+R2应小于。其输出信号的时间参数是： （4-1）所以调节R2的阻值，就可以调节所产生方波的频率，然后调节输出端的滑动变阻器就可以调节所产生方波的幅值。4.2 74ls74分频器分频就是用同一个时钟信号通过一定的电路结构转变成不同频率的时钟信号。四分频就是通过有分频作用的电路结构，在时钟每触发4个周期时，电路输出1个周

15、期信号。用一个脉冲时钟触发一个计数器，计数器每计4个数就清零一次并输出1个脉冲，那么这个电路就实现了四分频功能【6】。cp接时钟，(接地)，就是Q端接高电平，D端接Q非，值位复位端都接地。这就组成了一个二分频D触发器，两个D触发器串联，就构成了四分频器。4.3 积分电路若要进行积分电路信号的积分运算，可选用基本积分电路。首先确定时间常数:的大小决定了积分速度的快慢。其次选择电路元件：当时间常数=RC确定后，就可以选择R和C的值，积分电路的输入电阻Ri=R，因此往往希望R的值大一些。最后确定RP、Rf：RP为静态平衡电阻，用来补偿偏置电流所产生的失调;在积分电容的两端并联一个电阻Rf，防止积分漂

16、移所造成的饱和或截止现象。于是得到计算公式： （4-2）4.4 低通滤波器低通滤波器是有两节RC滤波电路和同相比例放大电路组成，其特点就是输入阻抗高，输出阻抗低。低通滤波器是容许低于截止频率的信号通过， 但高于截止频率的信号不能通过的滤波装置。20kHz-30kHz的方波经过低通滤波器后可以将20kHz-30kHz正弦波过滤出来。低通滤波器的通带电压增益： （4-3）4.5 带通滤波器带通滤波器的带宽为上限截止频率与下限截止频率之差。为低边截止角频率，为高边截止角频率，为中心角频率。带通滤波器有两个阻带:和，因此带宽。品质因数 ：3dB带宽B=1/（*R3*C）也可根据设计确定的Q、fo、Ao

17、值，求出带通滤波器的各元件参数值。 （4-4）上式中， C取0.01uf。带通滤波器亦可用于一般的选频放大。5 个人体会时间过得真快，转眼间开放创新实验室电子设计就要结束了。在这里我学到了很多，通过这次设计，我真切的明白了一个道理：理论与现实总是有那么一点差距！ 对于我个人的理论学习来说，我在运用的时候发现在这方面欠缺很多。有时候的一个小小的知识点就能打断自己的整个思路，经过别人的提醒之后才发现自己犯的错误是那么愚蠢。同时也让我明白，做任何事都不能闭门造车，要学会与人交流，在思想的碰撞中发现新的问题，学到新的学习方法与思维方式。团队的分工很重要，只有明确了分工才能使一个团队有条不紊的

18、合作下去，不会使一些人闲着，而另一些人忙不可开交。实物测试时由于电压有毛刺对波形稳定产生影响，为了使波形测试时稳定，采用了直流电压源供电使输出波形较稳定，并且工作在电源提供的电压范围之内，否则会出现失真。通过几天的努力，从查资料到画仿真电路图，认认真真的学习每一个知识点，当仿真画出来之后，心里想着这样不就成功了吗。可是当我我做出实物后才知道：实践很重要！电路做出来后，按照仿真上的焊接完毕之后，试过后发现按照仿真的值来根本达不到我们想要的结果。最后开始一个电阻一个电容的换。最后终于调出来后发现电路中的电容电阻基本上全部换了个遍。作业设计发端之始，思绪全无，举步维艰。刚开做是一片茫然，但通过逐渐的

19、了解学习，对于题目的认识不断明了。回过头来才发现原来课程设计也就是这么回事。我深深的明白做任何事情都不能怕，要自己认真的动手做起来，不能在那光思考不行动。一些问题当你真的在实际中遇到了，你会发现其实并不难解决。对于我自己来说下一步学习要注重理论知识的提高，努力使自己做到最好。团结就是力量。课程设计的过程中我们遇到了很多烦恼。为了调到一个理想的波形，我们花了好长时间都不见好转。那时的自己烦恼无比，真的就想放弃。但最后还是自己心中的不甘让自己继续下去。最后当然得到了自己理想的结果。回头观之，一切的辛苦都是值得地 。 致 谢即将要结束，在这一周的时间里，接触并学到了很多新的知识。在此期间老师提供技术支持给予了我们很大的帮助，积累了宝贵的经验。在这次做开放创新实验室课程作业过程中首先要感谢老师的辛勤