
压控阶梯波发生器的设计与制作.docx
16页JUL. —冃IJ H此次实验是在我们学习了《模拟电子技术基础》和《数字电子技术基础》等课程 地基础上进行地综合性训练•它不仅培养了我如何合理运用课本中所学到地理论知识与 实践紧密结合,更提高了我们独立解决实际问题地能力.本次课程设计地地压控阶梯波发生器是利用不同功能地芯片和逻辑电路构成地数 字及模拟电路,其中所需地芯片如计数器、OP07放人器等,它与我们所学地数、模电 密切相关.数字、模拟电子技术是电子、通信专业地重要基础课程,其特点之一是实践 性强,电子技术专业设计,是依据教案、科研、生产地要求,熟悉与掌握电子电路地 设计、安装、调试地过程,是通过理论指导实践,并转化为实用电路及电子产品地过 程,要想较好地掌握电子技术,就要求在熟悉电子电路基本器件地原理上、基本电路 地组成及分析方法地基础上,更要掌握电子器件和基本电路地应用,实践是科学发展 地重要手段,也是电子电路教案过程中不可或缺地环节,因此电子电路课程设计也是 其教案过程地重要组成部分.通过此次“电子技术综合课程设计”我们应达到以下地基本要求:一、 综合运用电子技术课程中所学到地理论知识来独立完成此次设计课题,培养 我们查阅手册和文献资料地良好习惯,以及培养我们独立分析和解决实际问 题地能力.二、 在学习了理论知识地基础上进一步熟悉常用电子器件地类型和特征,并掌握 合理选用地原则.三、学会电子电路地安装与调试技能,以及与同组地组员地团结合作地精神.四、为了满足学生对电工、电子技术课程地实践需求,学校特地给我们提供了为 期三周地课程设计时间,这门课程将电子技术基础理论与实际操作有机地联 系起来,意在加深我们对所学理论课程地理解•通过让我们运用已基本掌握 地具有不同功能地单元电路地设计、安装和调试方法,在单元电路设计地基 础上,设计出具有各种不同用途地电子装置•深化所学理论知识,培养综合 运用能力,增强独立分析与解决问题地能力•训练培养严肃认真地工作作风 和科学态度.同时,它也培养我们查阅资料地能力和学生地工艺素质,培养 我们地团队精神以及综合设计和实践能力.就是培养我们严肃认真地工作作 风和严谨地科学态度以及学会撰写课程设计报告,为以后毕业论文打好基础.1. 任务书压控阶梯波发生器地设计与制作任务和要求:设计并制作一个压控阶梯波发生器,要求如下:1、输出阶梯波地波形如图示,频率f弓电压Vc地函数关系为:f=l/T=100Vc (Hz/V)式中控制电压Vc地变化范鬧为+1V〜+10V:AVo(v) …• TO ■ ■ ■ ▼: ■ ▼■ ■■………■ y 1~: 14 T ►图1-1阶梯波图形2、 阶梯波地实际频率与按上述函数关系计算所得数值相比,误差不超过±5%:3、 输出电压Vo地实际值与理论值相比,误差不超过±10%;4、 设计并制作本电路所用直流稳压电源,用AC220V供电.二、提示和参考文献1、 压控振荡器参阅《模拟电子技术》(第二版)第九章附录9A:2、 D/A转换器采用《电子技术基础课程设计参考资料》第一章图1-29地右半部分.2.设计方案地选择2.1提出方案根据设计要求,该课题首先要有一个V.T变换器,将外加直流控制电压Vc变为脉 冲信号,如何把脉冲信号变成周期与其频率有关地阶梯信号,考虑到先通过一个计数 器对其计数,利用计数器输出各Q端产生规律性地高低电平,再通过一个D/A转换 器,把计数器输出地脉冲信号相加,例如,起始计数器输出Q2QlQ0=000,即各输出端 均为零电平,产生地电流10=11=12=0,D/A输出电压亦为零电平.第一个CP.Q2Q1QO=OO1, 这时,10=12=0,但10不为零,输出电平亦不为零,产生第1个台阶.第二个 CP,Q2Q1QO=O 10,10=12=0,但11x0,若选取权电阻使11=210,则在D/A输出端产生地电压 即为第一个CP期间产生电压地2倍,产生第2个台阶.第三个CP.Q2Q1QO=O11,则D/A 输出电压为第一个CP期地3倍,如此卞去,需要产生多少个台阶,决定计数器地计数长度, 如第四个CP.Q2Q1Q0100•只有Q2输出为高电平,若选取权电阻使其产生地电压为第一 个CP时地4倍,4个台阶已产生,一个压控阶梯波地周期己完成,再来一个CP,应取 Q2QlQ0=000,周而复始•由上分析,本课题要产生地如图3-6-1地压控阶梯波电压波形, 只需设计一个五进制同步加法计数器即可,而D/A为权电阻网络D/A转换器•本课题设 计方案地方框图如图2-1所示.图2-1压控阶梯波形发生器原理方框图2.2方案论证数字电路精确度较高、有较强地稳定性,可靠性和抗干扰能力强,数字系统地特 性不易随使用条件变化而变化,尤其使用了大规模地集成芯片,使设备简化,进一步 提高了系统地稳定性和町靠性,在计算精度方面,模拟系统是不能和数字系统相比拟 地.为此,许多测屋仪器为满足高精度地要求,只能采取数字系统.数字系统有算术运算能力和逻辑运算能力,电路结构简单,便于制造和犬规模集 成,可进行逻辑推理和逻辑判断:具有高度地规范性,对电路参数要求不严,容易犬 规模集成和大规模生产,价格不断降低,这也是其发展迅速地原因之一,由于采用了 人规模集成电路,数字系统体积小重量轻,可靠性强,使用方便灵活.另外,由于数字 电路功耗低,因而可以有很高地集成度,也就是功能更强犬•数字信号处理具有稳定、 不需要调试、设置和修改方便,容易实现自适应处理,等等,这些都是数字电路比模 拟电路优越地地方•具有算术运算能力和逻辑运算能力,町进行逻辑推理和逻辑判断.为 了得到更精确地波形,采用数模混合方案具有算术运算能力和逻辑运算能力,可进行 逻辑推理和逻辑判断.3. 单元电路地设计(DV/F变换器地方案选择和电路设计① V,T变换器地功能是将模拟信号电压变换成频率与之电压成正比地数字信号, 本课题要求控制电压Vc与阶梯波地压频比为lOOHzV.研究图1-1给定地波形图,一个 压控阶梯波为5个台阶,或者说,在一个周期T内,每个阶梯占有地时间为1/5T,若 以变换后地脉冲信号作为计数器地时钟CP,实际地压频比应为500HZ/V,即外加电压 Vc为+1V时,输出脉冲频率为f=500H乙② 设计方案地选择V/T为500HZ.V,可直接选用专用地压频变换器,精度高、线性度好如AD650、 AD654,但价格较贵.在精度要求不太高地情况下,可采用集成运算放人器组成简单地压 频变换电路•其中,电荷平衡式压频变换电路,精度可以在1%以下,而本课题要求为 5%,完全可以达到设计要求.③ 电路及电路参数选择选择电荷平衡方式压频变换电路如图3-1所示.图中A1组成积分电路,A2为滞回 电压比较器,D1为电子开关,工作原理如下:Al、Rl、C1组成积分电路,A2、R3、 R4组成滞回比较器,输出电压U02地幅值经稳压二极管稳压,D1.R6组成电子开关, 当U02为+u乙D1截止,相当于开关断开,uOl地变化由积分电路参数决定,当1】02为 -uZ时,D1导通,相当于开关闭合,电容上充电电荷将通过D1.R6释放,使u01产生 突跳,uOl、u02地波形如图3-2所示图3-2 V/F变换电路波形地分析由于(R6+Tdl) C1«R1C1,故TI»T2•故该电路地振荡周期T=T1+T2qT1 •可求得图3-3五进制同步加法计数器图3・4状态转换图131211109 8H>°-4>°-4>°-4>°-1 2 3 4 5 6图3-5 74LS04内部管脚图(3) D/A转换一加法器地设计D/A地功能是将计数器Q端输出地高低电平转换成权电流相加,在输出端产生阶 梯电压,选择电路如图3・6所示.图3-6 D/A转换电路由状态转换图,Q3端没有用上,故Q3端开路,QO、QI、Q2分别极电阻 R9R&R7.取值为 R9=4R , R8=2R. R7= R.以实现 11=210,12=410,由 RIO 引入负反馈,使 运放A3反相输入端电压UN^O (虚地点),故有:10+11+12=1U03=-IR0取R9=40K (39k),则R8=20K .R7=10K,R10地计算如下。
设计数器输出高电平UQ=3.4V,当 Q2Q1QO=OO1 时,UO3=-1V;此时有 11=12=0.10=1,即:UQO / R7=-UO3 / R10暂取R1O=1KQ,在调试过程中,若台阶电压间隔偏离IV过人,可适当调整.图 3-6电路实际上是一个反相求和电路,获得地阶梯波电压为负台阶,故在D/A后面要接 一个反相器(反相比例运算电路地比例系数为如图3-7所示.(4)反相器电路模块设计图3-7电路实际上是一个反相求和电路,获得地阶梯波电压为负台阶,故在D/A 后面要接一个反相器(反相比例运算电路地比例系数为-1—10可调)如图3-7所示集成运放有同相输入端和反相输入端,这里地“同相”和“反相”是指运放地输入电 压与输出电压之间地相位关系•根据电路要求,选用集成运放地反相输入端.反相比例运算电路是典型地电压并联负反馈电路•输入电压通过电阻作用于集成运 放地反相输入端,故输出电压与输入电压反相•同相输入端通过电阻接地,为补偿电 阻,以保证集成运放输入级差分放大电路地对称性.参数选择:取Rll =1KQ, R12=10KQ地电位器,调整R12阻值来调节阶梯波幅 值地人小.图3-7反相比例分解电路(5)电源模块本课题为模拟电路与数字电路组成地混合电路,首先要注意电源电压地选择•模拟电 路选用地A1〜A4均为双电源集成运放OP07,应选择正,负电源供电,电源电压为 +12V〜+15V,选择模拟电路电源电压为+12V.数字电路主要是计数器74LS160, +5V电 源电压供电,3组电源要共地•电路图如3-8.U1 U2图3-8电源电路图4•总电路图由上设计,得压控阶梯波发生器总电路原理图如图4・1所示.图4-1压控阶梯波形发生器总电路图图中A1~A4均选用集成运放op07, uC电压可通过一个-12V电源经电位器RP分 压获得.5.安装与调试首先用万用表对元器件进行测试,确定元器件完好•然后测试面包板,确定面包板地 导通状态(横向导通还是纵向导通),然后按照所设计地电路图进行布线,要求连线 尽量整齐、简明.然后按照电路原理图连线•对每个模块可以分别连线然后分别检查•确定各个模块功能 无误之后再对各模块连接以检查模块间地匹配问题(1)本课题为模拟电路与数字电路组成地混合电路,首先要注意电源电压地选 择.模拟电路选用地A1~A4均为双电源集成运放OP07,应选择正,负电源供电,电源 电压为+12W15V,选择模拟电路电源电压为+12V.OP07地管脚排列如图5-1.数字电 路主要是计数器74LS160, +5V电源电压供电,3组电源要共地图5-1 OP07管脚图VOSTRIMV+OUTNC(2)本电路适于分级安装调试,逐级推进① V.,T电路地安装与调试按电路图3-1中地V/F电路组装好电路,加上电源电压,调RP使UC=+1V从UC 端I I输入.用示波器观察U01,U02地波形,并与图3-2进行比较,若无波形或波形不正 常,检查并调整电路地步骤如下:%检查OP07地⑦脚与④脚电位,判断电源是否加上;b, 用万用表测量U02是否是+5V或-5V;c, 调R4中地100KQ地电位器。
