标准三角波产生电路的设计与制作 3

1、标准三角波产生电路 丽 水 学 院课程设计与制作报告 题 目 标准三角波产生电路的设计与制作 指导教师 张新红 院 系 工学院 专 业 自动化 班 级 自动化101 学 号 10105200125 姓 名 宋浩财 2012年 10月20日标准三角波产生电路的设计与制作一、设计要求1输出三角波上升时间和下降时间严格相等，电压平均值为零。2输出三角波频率调节范围大于30Hz6kHz，峰峰值。二、电路原理图整个电路由时钟产生电路、8位来回计数器、D/A转换及电平移位输出电路组成。时钟产生电路产生TTL电平矩形脉冲，频率调节范围大于256×30Hz256×6kHz。8位二进制来回计

2、数的状态转换过程为0，1，128，127，1。D/A转换及电平移位输出电路首先将计数器输出数字信号转换为模拟三角波信号，再将电平移位使平均值为零。电路构成框图如下。D/A转换及电平移位输出电路来回计数器时钟产生电路图1-1 电路构成框图三、电路设计1.时钟产生电路施密特触发器74LS14的两个门限电压分别VT1=0.8V和VT2=1.6V，输出高电平VOH=3.4V，低电平VOL=0.2V。图2所示为由74LS14施密特触发器构成的时钟产生电路。电路中触发器输入、输出波形如图3-3所示，根据三要素法可求出。 （1-1） （1-2） （1-3) （1-4） 当开关闭合时，式（1-1）、（1-2）

3、、（1-3）、（1-4）中,当开关打开时，,可知电路的最高频率为 , 取值时应使256×6kHz，电路的最低频率为 ，取值时应使256×30Hz. 当开关S1，打开时，电路的最低振荡频率为，元件参数取值应满足,。由于受74LS14输出最大电流的限制，R1应大于100，又由于受74LS14输入电流的影响，Rw1应小于7.5k。 综上所述，所需计算的值有两个 R1 与 RW1 计算结果是：R1 54 所以用 30 代替； RW1 936 所以用 1K 代替。 图1-2 时钟产生电路 t 图1-3 电路的电压波形图74LS14芯片: 图1-4 74LS14芯片管脚图施密特触发器又

4、称斯密特与非门，是具有滞后特性的数字传输门。（1）电路具有两个阈值电压,分别称为正向阈值电压和负向阈值电压；（2）与双稳态触发器和单稳态触发器不同,施密特触发器属于“电平触发”型电路,不依赖于边沿陡峭的脉冲。它是一种阈值开关电路，具有突变输入输出特性的门电路。这种电路被设计成阻止输入电压 出现微小变化（低于某一阈值)而引起的输出电压的改变。施密特触发器74LS14管脚图详见图1-6。 当输入电压由低向高增加，到达V+时，输出电压发生突变，而输入电压Vi由高变低，到达V-，输出电压发生突变，因而出现输出电压变化滞后的现象，可以看出对于要求一定延迟启动的电路，它是特别适用的。从IC内部的逻辑符号和

5、“与非”门的逻辑符号相比略有不同，增加了一个类似方框的图形，该图形正是代表施密特触发器一个重要的滞后特性。当把输入端并接成非门时，它们的输入、输出特性是：当输入电压V1上升到VT电平时，触发器翻转，输出负跳变；过了一段时间输入电压回降到VT电平时，输出并不回到初始状态而需输入V1继续下降到VT电平时，输出才翻转至高电平（正跳变），这种现象称它为滞后特性，VTVT=VT。VT称为施密特触发器的滞后电压。VT与IC的电源电压有关，当电源电压提高时，VT略有增加，一般VT值在3V左右。因施密特触发器具有电压的滞后特性，常用它对脉冲波形整形，使波形的上升沿或下降沿变得陡直；还可以用它作电压幅度鉴别。在

6、数字电路中它也是很常用的器件。2.8位来回计数器电路8位二进制来回计数器电路如图3-4所示，计数电路由两块4位二进制可逆计数器74LS191组成，控制电路由一块双D触发器74LS74和一块四二输入或非门74LS00组成。当高位输出端时（即计数到128）或高位和低位进/借位输出端=0（即计数到0）时，D触发器时钟输入端跳变为高电平，状态反转，使计数器实现加法/减法切换。 图1-5 8位来回计数器74LS74芯片74LS74内含两个独立的D上升沿双d触发器，每个触发器有数据输入（D）、置位输入（）复位输入（）、时钟输入（CP）和数据输出,的低电平使输出预置或清除，而与其它输入端的电平无关。当,均无

7、效（高电平式）时，符合建立时间要求的D数据在CP上升沿作用下传送到输出端。 图1-6 74LS74芯片管脚图管脚功能：CLR1:复位信号。D1:触发信号。CLK1:时钟信号。PR1:控制。Q1:同相位输出。:反相位输出。CLR2:复位信号。D2:触发信号。CLK2:时钟信号。PR2:控制。Q2:同相位输出。:反相位输出。芯片74LS191： 图1-7 74LS191芯片管脚图191 的预置是异步的。当置入控制端（LOAD）为低电平时，不管时钟CLOCK的状出端（QAQD）即可预置成与数据输入端（AD）相一致的状态。191 的计数是同步的，靠CLOCK加4 个触发器上而实现。当计数控制端（EN

8、G）为低电平时，在CLOCK上升沿作用下QAQD同时变化， 从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。 当计数方式控制（DOWN/UP）为低电平时进行加计数，当计数方式控制（DOWN/UP）为高电平时进行减计数。只有在CLOCK为高电平时EN G和DOWN/UP 才可以跳变191 有超前进位功能。当计数溢出时，进位/错位输出端输出一个高电平脉冲，其宽度为CLOCK 脉冲周期 的高电平脉冲；行波时钟输出端（RC）输出一个宽度等于CLOCK 低电平部分的低电平脉冲。利用 RC 端，可级联成N 位步计数器。当采用并行CLOCK 控制时，则将RC 接到后一级EN G；当采用并行ENG 控制时，则将RC 接

9、到后一级CLOCK。芯片74LS00；本实验所用的是四2输入与非门,1A-4A,1B-4B为输入，1Y-4Y输出端。 图1-8 74LS00芯片管脚图3.D/A转换及电平位移输出电路图1-9 D/A转换及电平移位输出电路D/A转换及电平位移输出电路主要由MC1408 D/A转换和uA741运放组成。其电路如图3-5所示。MC1408为CMOS-BJT混合工艺集成电路，使用时R4和R5需要取相同的值，图3-5中流入4脚的电流为： (1-5) 式(1-5)中为输入二进制数值，当将图3-4来回计数器输出加到图3-5 D/A转换器输入端时，将以0,1，128,127，1为周期而变化，因此，在一个周期内

10、将先从0上升到0.5mA,然后从0.5mA下降到0。流过的电流为0.25mA,起的是电平位移的作用，使运放输入端的电流由单极性变为双极性，可以得出VO为-2.5V到+2.5V变化的三角波。图4-4、图4-5中电容C3C6，R2、R3构成电源滤波电路，由于整个电路既有数字电路，又有模拟电路，为了消除数字电路产生的脉冲电流对模拟电路的干扰，我们可以将数字电路的电源通过滤波电路与模拟电路的电源连接端分开。DAC0832芯片MC1408是一个D/A转换器，能将模拟信号转换为数字信号。当信号输入到D/A转换器的输入端时，DIN将做周期性变化，从而引起IO做周期变化。它的引脚图； 图1-10 DAC083

11、2 芯片管脚图管脚功能：D0D7：数字信号输入端。ILE：输入寄存器允许，高电平有效。CS：片选信号，低电平有效。WR1：写信号1，低电平有效。XFER：传送控制信号，低电平有效。WR2：写信号2，低电平有效。IOUT1、IOUT2：DAC电流输出端。Rfb：是集成在片内的外接运放的反馈电阻。 Vref：基准电压（-1010V）。Vcc：是源电压（+5+15V）。AGND：模拟地 NGND：数字地，可与AGND接在一起使用。 uA741芯片图1-11 uA741管脚图uA741通用高增益运算通用放大器,早些年最常用的运放之一.应用非常广泛, 双列直插8脚或圆筒8脚封装。工作电压±22

12、V,差分电压±30V,输入电压±18V,允许功耗500mW.其管脚与OP07（超低失调精密运放）完全一样，可以代换的其他运放有uA741,uA709,LM301,LM308, LF356,OP07.管脚功能：1和5为偏置(调零端)，2为正向输入端，3为反向输入端，4接地，6为输出，7接电源 8空脚注：DXP的基本使用步骤一：画电路图的步骤1创建一个工程文档：file, new, project, pcb project；2创建一个原理图文件：file, new, schematic，并且保存全部文件；3设置图纸的大小：右击图纸，options, document optio

13、ns, standard styles 选择图纸大小；4放置元件图符号：libraries, 选择miscellaneous devices 原理图库，寻找原理图元件图符号，并且，注意元件的封装（一般都带有封装，没有的话，可以按TAB键进行选择合适的封装后再放置元件，这样每放一个元件，就有相应的封装了），可以先放置好一类符号元件，然后放另外一类的元件，直至一一放完所有的元件，例如，放置完所有的电阻元件等等）；在放置元件图符号时，对于已经装载的库中没有的，或找不到的元件，必须查找。查找元件图：点击原理图纸空白处，在弹出的下拉菜单中，选择find component, 在libraries sea

14、rch 中，输入要查找的元件名称，选中clear existing query, scope 中，选择libraries on path, path 定位于安装DXP的文件夹，按查找即可进行查找中；5给元件规划流水号（系统给元件自动编号，注意一般不手动编号，否则容易发生错误！）：tools, annotate quiet （如果没有规划好，可以复位后重来规划：tools, reset designators）；6元件布局与电气连接：手工拖放布局。布局的优劣以方便电气连接为佳（电气连接有两种方式：用导线连接和NET 连接。导线连接一定要从元件脚端点开始连线，连接不能重叠，否则会出来多余的点），放

15、置导线与网络电气连接；7检查错误：右击原理图的空白处，workspace panels, design compilers, compileerrors,在弹出的compile errors 卡上没有错误，说明编译通过。保存全部文档；8元件的选择，旋转，删除、排列和元件相关参数的修改等等在元件的布局或修改时，经常要用到；9产生网络表：design, netlist for document, protel. 项目文件夹中可以看到网络表文件，打开，可以看到元件的说明与电路原理图的电连接网络情况；10保存并且打印输出原理图纸。设置时，可以充满整个A4 纸打印；注意：要及时保存全部文档：save a

16、ll.总结： 画电路原理图时需要注意两点：（1）电源应该接VDD而不能接VCC.(2)原理图上的元器件标注要清楚，要包括元器件的型号，参数，标号等二：PCB的详细过程、做电路板的具体操作步骤1创建一个PCB 文档：file, new, PCB,SAVE ALL；2PCB 参数设置（包括PCB 板的尺寸，导线宽度和布线的层面-单面还是双面版）：右击PCB 的空白处，选择options, board options, 选择测量单位；在keep outlayer 层，选择place, dimension, dimension 画标尺的长度，以规划电路版的长宽大小，再择place, line, 画版的

17、大小；再右击PCB 的空白处，选择design, rules,在弹出的卡中点击routing, width 进行设置连接导线的宽度，和布线板层的层数routing layers，单面板，只选择bottom layer, 双面板，还要选择top layer；3将原理图中各元件的电气连接关系，导入PCB 文档中各元件封装的连接关系，为元件布局的连线提供保证。步骤：在PCB 文档中，选择design, update schematic in PCB project. prj pcb, 在弹出的confirm 中选择YES, 在弹出的 differences between schematic doc

18、ument and PCB document 卡中右击，点击update all in PCB document, 再点击create engineering change order, 再点击validate changes,STATUS 栏全部打勾后，说明基本没有问题，最后点击execute changes, 在PCB板中导入了连接；4将元件选中并拖入PCB 板框内，检查元件的封装是否合适后，手工布局。布局时要用到元件封闭的选择、旋转、排列和封装的更换与查找。为布线提供良好的环境，使布线布通的概率提高，尽量少用跳线；5.规划焊盘的大小与打孔孔径大小：选择相似的焊盘：右击该焊盘，find s

19、imilarObjects, 在弹出的卡中，在该焊盘尺寸的X 和Y 座标栏中选择SAME, 点击OK，再在Inspector 卡中，修改X 和Y 座标相关焊盘参数和hole size 参数后，点击左键，系统即会对相关参数进行修改。再右击焊盘，选择filter, clear filter；6手工布线：对哪层布线前，就要先选择该层后进行布线：interactively routeconnections；7保存并且输出PCB 板图；8打印设置：比例1：1，黑白输出，TOP 面要镜像，BOTTOM 面不要镜像。总结：1.画PCB图时，根据实验电路选择正确的元件封装（贴片式还是直插式）。2.画PCB图时

20、，除了需要按照上面说到的，还需要注意的一点是布线时，需要先安排好各元件的位置，这样才不会在手动布线时，让这些线穿来穿去，影响电路的稳定性.5、 电路板的制作过程1. 将pcb图打印在A4纸上，反复对照原理图，在确认无误，然后再执行下一步。2. 将100mm*120mm电路板用清洁球刷去表面的氧化膜，并晾晒干。3. 将pcb图打印在油纸，用印板图形转印机将电路图印在准备好的电路板上。4. 配制氯化高铁溶液，具体的配制方法：将500g氯化高铁倒入塑料桶，然后再加入1500g，搅拌成液体即可。5. 腐蚀，将印好的电路板放入腐蚀液中，每隔半分钟取出来抖抖，然后再放入，这主要是为了防止电路板上的线被腐蚀

21、。6. 打孔，用0.8mm的钻头打孔。7. 用铁球刷去电路板表面的墨。8. 晒干后进行电路的安装与调试。六、电路的安装与调试（1）通电前检查电路安装完毕，首先对照PCB图检查电路各部分接线是否正确，用万用表检查电源、地线、信号线、元器件引脚之间有无短路，器件有无接错。按照实际线路来对照原理电路进行查线（万用表发出滴滴的声音表明原器件没有短路），再把每个元件（包括器件）引脚的连线一次查清，检查每个引脚的去处在电路图上是否存在，不但可以查出错线和少线，还轻易查出多线。（2）通电检查接入电路所要求的电源电压+5V、-5V和电线。为了防止电路烧坏，在通电源和电线为了防止芯片烧坏，两输入端不能相互接触。

22、防止芯片被烧坏我们可以接稍微低一点的电压，观察电路中各部分器件有无异常现象。如果出现异常现象，如芯片发热，则应立即关断电源，待排除故障后方可重新通电。 （3）观察输出端波形一切正常开始进行调试，电源线、地线。打开示波器，首先测试的6号角，若出现三角波，观察三角波是否为等腰三角形。若出现成等腰三角形的三角波，则调试成功。若不出现则检查其他的器件和接线。直至出现呈现等腰三角形的三角波。（4）整机调试观察各单元电路连接后各级之间的信号关系，主要观察动态结果，对发现的故障和问题及时采取处理措施若以上的3个步骤依次调试，若以上调试结果都正确，则表明调试成功。其出现的图像如下图最小频率输出波形中间频率输出

23、波形最大频率输出波形七、电路测试（1）三角波是为等腰三角形。 （2）旋动电位器，调节开关。测出输出三角波的和 输出三角波频率调节范围为 =50Hz =18kHz 峰峰值Vpp=5.0V制作过程中遇到的问题以及解决方法1电容C1，C2焊反了，导致输出波形的频率达不到要求。2由于此次布板，芯片比较多，所以只能很大部分需要自己手动接线，花费的时间比较大。八设计体会 在这次为期10天实训的日子里，我根据实验指导书，我自己完成了标准三角波产生电路的设计与制作的全过程，当然也离不开我们指导老师张老师的帮助，最终顺利完成。我根据张老师的日程安排，合理分配自己时间，按时按照实验指导书上的原理图画好原理图，然后

24、导到PCB图，第二天开始布线工作。布线应该说是前期工作中最耗费时间的工作，我在这点身有体会，经过反复的调整，手动布线，最后还是有不少跳线，这段过程我用了两天时间，比老师所规定预期的时间稍长。为加快进程，接下来两呆在模电实验室，顺利完成板的制作与焊接工作。焊接好各个元件和复杂的跳线之后，就是调试了。一开始，因为焊接技术的粗糙，把地线和+5V的电源线短路了，幸好发现的早，以至于没有烧坏芯片，在检查又检查之后，发现了短路接点，解决之后又发现频率有问题，伴随的是标准三角波产生电路的设计与制作调试的顺利完成，整个调试工作还算顺利。 在设计电路中，电路原理图正确，也不一定能将实物制作成功，例如芯片本身的管

25、脚定义不同，例如实际连接中遗漏芯片的电源。在制作过程有虚焊或者是有些飞线未连，都会有一定的影响。通过这个原理与实践结合的过程，我加深了对电子电路专业课程理论的理解，这极大的增加了我学习专业课的兴趣。但也在这个原理与实践结合的过程中，发现自己的很多不足，比如对ProtelDXP2004的操作熟练程度（特别是布线这个环节，严重不足）、还有就是基础知识的不扎实、焊接技术的粗糙和调试方法不熟练，希望通过这次实训，对自己的各方面能力都有所提高。 因此，在这个学期自己要加强学习来加深知识，提升自己的动手能力，尤其是焊接能力和调试排除故障的能力,提高自己各方面的能力。附件一原理图 附录2附录2 PCB图附录3附录3 标准三角波产生电路元器件清单三、元器件清单序 号元器件名称规 格数 量备 注1碳膜电阻RT-0.25-301R12碳膜电阻RT-0.25-15k1R23碳膜电阻RT-0.25-56k1R34微调电阻（卧式）WH5-1K1Rw15微调电阻（卧式）WH5-10K1Rw26涤纶电容CL-63-0.01F1