循环序列号信号发生器设计

PAGE12PAGEPAGE12PAGE1电子线路课程设计（报告）题目 循环序列数据信号发生器电路设计 目录TOC\o"1-3"\h\u23973一题目要求与方案论证 1326691.1序列信号发生器 1310051.1.1题目要求 136721.1.2方案论证 1106631.2波形发生器与计数器 2261501.2.1题目要求 2263891.2.2方案论证 223545二电子线路设计与实现 513822.1序列信号发生器 5254092.2波形发生器与计数器电路设计 59211三结果与分析 7227543.1序列信号发生器的实现 77963.2波形发生器与计数器的实现 924338四总结与体会 1223284参考文献 136387附录 13一题目要求与方案论证1.1序列信号发生器1.1.1题目要求（1）设计一款通用型数字序列信号发生电路，能周期性地输16位二进制序列信号，序列内容定为学号末四位的压缩BCD码（如学号末三位为“4213”，则序列内容为“0100001000010011”）；（2）序列信号的周期可调，调整范围为：（学号末两位×20）ms至（1000+学号末两位×20）ms；（3）可实现顺序和逆序输出，并能实时显示当前的数字序列值；（4）序列输出时，可实现“暂停/继续”、“清零”、“置位”和“复位”等功能；（5）不能使用单芯片集成解决方案（如单片机，序列信号发生器IC）。1.1.2方案论证序列信号发生器是能够循环产生一组或多组序列信号的时序电路，它可以用以为寄存器或计数器构成。序列信号的种类很多，按照序列循环长度M和触发器数目n的关系一般可分为三种：1、最大循环长度序列码，M＝2n。2、最大线性序列码（m序列码），M=2n－1。3、任意循环长度序列码，M＜2n。通常在许多情况下，要求按照给定的序列信号来设计序列信号发生器。序列信号发生器一般有两种结构形式：一种是反馈移位型，另一种是计数型。

反馈移位型序列码发生器，它由移位寄存器和组合反馈网络组成，从移存器的某一输出端可以得到周期性的序列码。其设计按以下步骤进行：

1、根据给定序列信号的循环长度M，确定移存器位数n，2n-1＜M≤2n。2、确定移位寄存器的M个独立状

将给定的序列码按照移位规律n位一组，划分位M个状态。若M个状态中出现重复现象，则应增加移存器位3、根据M个不同状态列出移存气的状态表和反馈函数表，求出反馈函数F的表式。4、检查自启动性能5、画逻辑图。

计数型序列码发生器，它由计数器和组合输出网络两部分组成，序列码从组合输出网络输出。

设计过程分两步：

1、根据序列码的长度M设计模M计数器，状态可以自定；

2、按计数器的状态转移关系和序列码的要求设计组合输出网络。由于计数器的状态设置和输出序列的更改比较方便，而且还能同时产生多组序列码。

m序列码也称伪随机序列码，其主要特点是：

1、每个周期中，“1”码出现2n-1次，“0”码出现2n-1次，即0、1出现概率几乎相等。2、序列中连1的数目是n，连0的数目是n-1。3、分布无规律，具有与白噪声相似的伪随机特性。此次实验，我们采用计数器74LS163和数据选择器74LS151构成发生。1.2波形发生器与计数器1.2.1题目要求计数器电路的根本任务是能准确的实现三十秒倒计时并以数码管的形式显示。主要芯片为74LS169D计数器芯片、数码管、与门、非门以及若干电阻元件等。根据已知电路连接电路后，接通电路，显示器上呈现倒计时计数，观察并进行后续改进。波形变换电路的根本任务是根据已知电路图连接电路，进而进行方波—三角波发生器的调试、三角波—正弦波变换电路的调试并用示波器观察正弦波、方波、三角波的波形，并调节好波形记录之。1.2.2方案论证波形发生器我们采用方波—三角波—正弦波变换的电路设计方法。电路图如图所示：原理分析采用方波——三角波——正弦波变换的电路设计方法在三角波电压为固定频率或频率变化范围很小的情况下，要以考虑采用低通滤波的方法将三角波变换为正弦波。（1）此电路综合运用运放系列模块和差动放大模块。按图连接电路，首先调试方波—三角波。（2）将Rp3滑动变阻器与C4断开，由于比较器U1与积分器U2组成正反馈闭环电路，同时输出方波与三角波，这两个单元电路可以同时调试。先使Rp1=10KΩ，Rp2取2.5KΩ--70KΩ内的任意阻值，否则电路可能会不起振。只要电路接线正确，UO1输出方波，UO2输出三角波，调节Rp2用示波器观察输出波形并记录数据。再将电容换成C2，调试记录数据。（3）调节正弦波:将Rp3与C4连接，调节Rp3时三角波的输出幅度适当，此时UO3的输出波形应接近正弦波，调整Rp4、Rw可改善正弦波波形。（4）频率范围:函数发生器的输出频率一般分为若干波段，低频信号发生器的频率范围为：1—10HZ，10--100HZ，100HZ–1kHZ，1--10kHZ，10—100kHZ，100kHZ–1MHZ等六个波段，测试并记录本实验的频率范围。三十秒倒计时电路系统整体框图：用74LS169，二进制四位加/减同步计数器和74LS48N，BCD-七段译码器/驱动器来做。74LS48—七段译码驱动器：图474LS48管脚排列数码管：LED显示器有共阴极和共阳极两种结构，本设计只介绍共阴极结构。LED显示器是由发光二极管作为为显示字段的数码显示器件，图4为一位LE显示器的外形和引脚图，其中七只发光二极管(a~g七段)构成字型“8”，另外还有一只发光二极管dp作为小数点。各段发光二极管的阴极连在一起，将此公共点接地，某一段发光二极管的阴极为高电平时，该段发光。例如，使b、c、f、g这4段发光二极管通电，则显示字符“4”。通过对74LS192、74LS48以及共阴极数码管管脚等特性的了解，可以用两个74LS192来实现二十四进制的可逆计数。计数前使8个输入端为00000000，通过置数P̅L̅将00000000置到输出端，采用反馈清零的方法，使计数到达00100100时截止，从而实现0~23的计数。为了实现可逆计数，且在加计数时减计数端CPD需接高电平，减计数时加计数端CPU需接高电平，因此可以使用双刀4掷开关，一个接加计数端CPU，减计数端CPD；另一个接高低电平，来实现转换。通过74LS48驱动使计数器的数字在数码管中显示。且当转换开关时，数码管显示的数字会立即实现减计数。二电子线路设计与实现2.1序列信号发生器本实验采用计数器和数据选择器构成发生。图中，四位二进制同步计数器74LS163状态输出端QC、QB、QA输出的数据，送入选择器74S151的地址输入端ABC，需要获取产生的序列信号接至数据选择器74S151的数据输入端D0-D7，数据从Y或-W端输出。实验电路原理图如图。2.2波形发生器与计数器电路设计波形发生器我们采用方波—三角波—正弦波变换的电路设计方法。电路图如下图所示：电路分析：方波发生电路的工作原理:从一般原理来分析，可以在滞回比较器电路的基础上，靠正反馈和RC充放电回路组成矩形波发生电路。由于滞回比较器的输出只有两种可能的状态：高电平或低电平。两种不同的输出电平使RC电路进行充电或放电，于是电容上的电压将升高或降低，而电容的电压又作为滞回比较器的输入电压，控制其输出端状态发生跳变，从而使RC电路由充电过程变成放电过程或相反。如此循环往复，周而复始，最后在滞回比较器的输出端即可得到一个高低电平变化周期性交替的方波信号。方波三角波转换电路的工作原理在产生方波信号之后，利用此波形输入到一个积分电路便可输出一个三角波。由于三角波信号是电容的充放电过程形成的指数曲线，所以线性度较差。为了能够得到线性度比较好的三角波，可以将运放和几个电阻、电容构成积分电路。三角波正弦波转换电路的工作原理可由RC振荡电路产生，也可以通过三角波——正弦波的变换电路产生，本设计方案中主要采用有差分放大器来完成。差分放大器工作电积分，输入阻抗高，抗干扰能力强，可以有效地抑制零点漂移，利用差分放大电路传输特性曲线的非线性，将三角波型号转化为正弦波信号，传输特性曲线越对称，线性区越好三角波的幅值U应正好是晶体管结晶饱和区和截止区。该波形变换电路优点：由比较器和积分器组成方波—三角波产生电路，比较器输出的方波经积分器得到三角波，三角波到正弦波的变换电路主要由差分放大器来完成。差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高，抗干扰能力较强等优点。特别是作为直流放大器时，可以有效地抑制零点漂移，因此可将频率很低的三角波变换成正弦波。计数器计数器原理图如下：运行步骤：输入脉冲后，数码管由29开始显示并逐渐递减至0，当数码管显示为0时，小灯泡亮一下就灭掉，随后数码管又显示29，并重复上述步骤。分析：计数器采用74LS169同步可逆双时钟计数器。74LS169的U/D端是加/减计数器的时钟输入端。在置数控制端=1、清零端MR=0的情况下,若置数端为1,U/D端接入低电平，计数器处于减计数状态。用两片74LS169设计成三十进制减法计数器,由74LS48译码,七段码显示器显示计时时间。计数器个位置数端A、B、C、D分别接“1001”。计数器十位中B置数端接高电平“1”,A、C、D端接低电平“0”，随着脉冲的接入，计数器开始运作，实现从29到0的倒计时，当数码管显示到零时,信号灯亮，随后计数器重复以上步骤。若在计数器运作过程中，将单刀双掷开关拨至接地端，则计数暂停，若拨回接有脉冲的一端，则计数继续。在进行排线连接时，注意尽量不要将线交叉重叠，否则可能会导致电路短路等等故障。尽量将线条横平竖直，转折处尽量垂直。连接芯片时，注意其接地与接高电平的管脚。连接电容注意区分正负级以及三极管的b,c,e。三结果与分析3.1序列信号发生器的实现1、设定产生周期序列信号为0010001000101001。2、打开Multisim操作平台，从TTL元件库中取下74S163、74S151，显示器件库中取下带译码器的数码管及探针等器件；以及逻辑分析仪，按实验电路图连接好。3、设定时钟信号发生器V1频率为100Hz，调整好实验电路后打开工作开关，数码管应有0-7计数显示，探针应有闪动。输入时钟脉冲计数器输出逻辑指示灯数码管显示QCQBQAY0000N01001Y12010Y23011N34100Y45101N56110N67111Y78000N09010Y110001Y211001N312011N413100Y514110Y615110N74、双击打开逻辑分析仪工作界面，以备测试波形。调整逻辑分析仪时钟源为外同步，正常后，观察数码管、探针、逻辑分析仪波形的变化，把有关数据填入表中。测试必要时，可将电路工作状态静止分析。5、画出序列信号周期变化的波形及相关时钟，注意两波形时序6同步。3.2波形发生器与计数器的实现波形发生器连接电路：1）输出波形用示波器观察正弦波、方波、三角波的波形，并调节好波形记录之。计数器四总结与体会这个学期期末时，我们进行了为期一周多的电子线路程序设计课程。刚开始的时候，觉得课时安排很紧张。内容也很麻烦，但是随着一步步深入了解课程内涵，觉得挺有意义的，毕竟能学到许多书本外的知识，也锻炼了自己的动手能力和团队协作能力。课程设计的前三天，我们主要是在面包板上连接线路，其中面包板上电路的连接与大一时的电子工艺实训有点类似，只是器件都缩小了，而美观的要求未改变，这对我们的耐心、恒心以及动手能力的培养都有很大的帮助。在进行排线连接时，注意尽量不要将线交叉重叠，否则可能会导致电路短路等等故障。尽量将线条横平竖直，转折处尽量垂直。连接芯片时，注意其接地与接高电平的管脚。连接电容注意区分正负级以及三极管的b,c,e。之后我们迎来了这次课程设计的重点项目，三人一组设计一个已定命题，我们组的题目是序列信号发生器的设计，因为之前我们学习了数电的相关知识，并通过上网查询资料了解了电路设计的基本步骤和设计理念，即设计一个电路可以先通过对所设计电路进行仿真模拟，再进行电路的实际操作，所以对序列信号发生器的设计，有了一定的基础。为了顺利完成课程设计，我们小组通过在图书馆，上网搜索资料，搜索有关序列信号发生器的资料，发现了许多与我们已学过的课程相关的书籍，这些书籍激发了我对专业知识的兴趣，也使我确认了未来的前进方向。这次实训的确收获很多，不仅初步了解了简单的面包板电路连接，也学会了如何通过查找资料用陌生的芯片设计数电电路，这为我以后学习电路知识指明了方向。参考文献[1