目录第一章技术指标 (2)1.1 系统功能要求 (2)1.2 系统结构要求 (2)1.3 电气指标 (2)1.4 设计条件 (2)第二章整体方案设计 (2)2.1 整体方案 (2)2.2 整体原理及方框图 (2)第三章单元电路设计 (4)3.1 频率控制电路设计 (4)3.2 计数器设计(256) (5)3.3 存储器及正弦函数表 (6)3.4 D/A(II)正弦波产生电路 (7)3.5幅度控制 (8)3.6 阻抗控制 (9)3.7整体电路图 (9)3.7 整体元件清单(理论值) (9)第四章测设与调整(数据) (11)4.1 频率控制电路调测 (11)4.2 地址计数器电路调测如下: (11)4.3 存贮器电路调测(R=1千欧) (11)4.4 数字幅度电路调测 (11)4.5 波形扩展 (11)4.6 整体指标测试 (12)第五章设计小结 (13)5.1电子电路课程设计的意义 (13)5.2 设计任务完成情况 (13)5.3 问题及改进 (13)5.4 心得体会 (14)附录 (15)参考文献 (15)主要芯片介绍: (15)第一章技术指标1.1 系统功能要求数控正弦函数信号发生器的功能是,用数字电路技术产生正弦波信号。
正弦波输出信号的频率和电压幅度均由数字式开关控制。
1.2 系统结构要求数控正弦波信号发生器的结构要求如图(1)所示,其中正弦波发生器采用数字电路产生正弦信号,频率选择开关用于选择输出信号的频率,幅度选择开关用于选择输出信号电压幅度。
频率选择开关和幅度选择开关均应采用数字电路。
1.3 电气指标输出信号波形:正弦波输出信号频率范围:1kHz~5kHz输出信号最大电压:2.8V (峰峰值)输出阻抗:50Ω幅度选择档位:5档波形可选择:方形,正弦波,三角波,斜波输出频率最小步长:20Hz1.4 设计条件电源条件:+5V,-5V•可供选择器件如下:•型号名称及功能数量•DAC0832 8位D/C转换电路 2•MC4046 锁相电路 1•28C64B EEPROM存储器 1•T4LS393 双16进制计数器 1•MC4051 四模拟开关 1•TL084 运算放大器 1•8路开关双制直插式微型开关 2•MC4060 与晶振为频率器 1•CD7474 双D型触发器 3•CD7404 六反向器 1•74139 译码器 2•LED 二极管12•单开关开关 3•晶振32768k 1•其他若干电阻,电容第二章整体方案设计2.1 整体方案事先对正弦波进行取样,把各个取样点的取样值存入存储器构成正弦函数表(可以存入一个周期完整信号,也可以存入半个周期或1/4周期)。
通过数字频率控制电路对正弦函数表的读取,再把读出的取样值取出还原成原始的正弦信号。
2.2 整体原理及方框图通过频率控制开关改变频率控制电路的输出频率,由此改变计数器(地址发生器)的循环计数速度,进而改变从存储器取出样值的速度,经D/A变换后输出正弦波信号。
再由幅度控制开关控制输出信号的电压幅度。
数字式频率选择开关控制D/A变换的数据。
D/A(I),其转换输出一直流电压控制锁相环中的压控振荡器输出频率,压控振荡器输出频率作为地址代数器输入。
地址代数器产生256个地址依次从贮存器中取出正弦信号的样值。
该样值经D/A(II)变换,输出一正弦波。
幅度开关控制衰减电路使幅度变化。
放大电路可满足输出信号的幅度及输出阻抗的要求。
图(2)第三章单元电路设计3.1 频率控制电路设计频率控制电路含频率开关D/A(I)和压控振荡器,如图(3)所示。
输出的正弦信号频率要求为1kHz~5kHz,则模28计数器输入时钟信号的频率范围为256kHz~1280kHz,即第一部分电路产生的方波频率范围的下限应小于256kHz,上限应为1280kHz。
据此可得理论值:5.7,21==Ω=Ω30k,PFRC1R100k图(3)•压控振荡器的压控特性与VDD、R1、R2、C1取值大小有关。
VDD一定时,只与R1、R2、C1有关,如果不接R2,振荡器的频率为0Hz~fmax,这时fMAX由下式计算:•fMAX=1/[R1(C1+32PF)] ,频率与电压VDD的关系如图:•如使用R2,振荡器的频率由fmin~fmax,可由下式计算:•fMin=1/[R2(C1+32PF)]•fMax=1/[R2(C1+32PF)]+ 1/[R1(C1+32PF)],频率与电压VDD的关系如图:3.2 计数器设计(256)8M计数器(74LS393)级联扩展而成,设计如图所=M计数器,可由422=示:3.3 存储器及正弦函数表EEPROM所给元件为8K*8的28C64B,DAC00832数字输入端为0—255。
存储器内正弦函数表的采样值的采样点可由下面函数确定:H=255/2sin(2 *D/256)+255/2,D=0,1,2, (255)利用C语言编程计算下列函数值#include<iostream.h>#include<fstream.h>#include<math.h>void main(){int a;int i=0;int b[256];for(a=0;a<256;a++){b[i++]=255/2*sin(2*3.141592657*a/256)+255/2;}ofstream fout("d:\\test4.txt");for(i=0;i<256;i++){fout<<hex<<b[i]<<" ";}}正弦值数据:7f 82 85 88 8b 8e 91 94 97 9a9d a0 a3 a6 a9 ac af b2 b5 b8ba bd c0 c2 c5 c8 ca cd cf d1d4 d6 d8 da dd df e1 e3 e5 e6e8 ea eb ed ef f0 f1 f3 f4 f5f6 f7 f8 f9 fa fa fb fc fc fdfd fd fd fd fe fd fd fd fd fdfc fc fb fa fa f9 f8 f7 f6 f5f4 f3 f1 f0 ef ed eb ea e8 e6e5 e3 e1 df dd da d8 d6 d4 d1cf cd ca c8 c5 c2 c0 bd ba b8b5 b2 af ac a9 a6 a3 a0 9d 9a97 94 91 8e 8b 88 85 82 7e 7b78 75 72 6f 6c 69 66 63 60 5d5a 57 54 51 4e 4b 48 45 43 403d 3b 38 35 33 30 2e 2c 29 2725 23 20 1e 1c 1a 18 17 15 1312 10 e d c a 9 8 7 65 4 3 3 2 1 1 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 1 12 3 3 4 5 6 7 8 9 ac d e 10 12 13 15 17 18 1a1c 1e 20 23 25 27 29 2c 2e 3033 35 38 3b 3d 40 43 45 48 4b4e 51 54 57 5a 5d 60 63 66 696c 6f 72 75 78 7b3.4 D/A(II)正弦波产生电路D/A(II)用于产生正弦波电路,电路如图所示。
V是一单极性信号,其电01压值由下面的公式得出。
由公式可见,所有值均在0V上下。
为了使正弦信号输出不含直流分量,需用V作为输出信号。
02t V V V V V t V V R R RR ωωsin )2(,2sin 2010201=+-=--=实现双极性输出V V V V PP R 5,5.20==。
电路图:3.5幅度控制幅度控制电路由分压衰减电路和模拟开关组成,如图所示。
衰减电路可提供8种不同的衰减值(我选择5种),模拟开关在幅度开关的控制下选择其中一个输出。
3.6 阻抗控制跟随器的作用是使V01的输出阻抗为0,R1和R2的并联阻抗50欧姆作为整个电路的输出阻抗。
3.7整体电路图数字式频率选择开关控制D/A变换的数据。
D/A(I),其转换输出一直流电压控制锁相环中的压控振荡器输出频率,压控振荡器输出频率作为地址代数器输入。
地址代数器产生256个地址依次从贮存器中取出正弦信号的样值。
该样值经D/A(II)变换,输出一正弦波。
幅度开关控制衰减电路使幅度变化。
放大电路可满足输出信号的幅度及输出阻抗的要求。
简略图如下:(详细图见图纸)3.7 整体元件清单(理论值)•型号名称及功能数量•DAC0832 8位D/C转换电路 2•MC4046 锁相电路 1•28C64B EEPROM存储器 1•T4LS393 双16进制计数器 1 •MC4051 四模拟开关 1 •TL084 运算放大器 1 •8路开关双制直插式微型开关 2 •MC4060 与晶振为频率器 1 •单开关开关 3 •晶振32768k 1 •1Ωk电阻7 •2Ωk电阻 2 •30Ωk电阻 1 •7.5Ωk电阻 1 •100Ω电阻 2 •100PF电容 1第四章测设与调整(数据)4.1 频率控制电路调测电容100PF是固定的。
由于系统、器件误差影响,R1,R2的理论值和实际值并不相等。
调整R1,R2的大小使方波频率范围的下限小于256kHz,上限为1280kHz分别记录理论值与实际值如下:R2=39千欧。
4.2 地址计数器电路调测如下:计数器模M=256。
4.3 存贮器电路调测(R=1千欧)输出电压V02(峰峰值)最大为2.8V。
(峰峰值最大2.8V),需要调整至实际值:1.2R,即1.2千欧。
4.4 数字幅度电路调测输出电压V02(峰峰值)最大为2.8V。
记录实际值如下:4.5 波形扩展调整存贮器28C64的A8,A9端口的高低电平,可以改变波形。
记录如下:4.6 整体指标测试输出信号波形:正弦波输出信号频率范围:1.07kHz~5.00kHz输出信号最大电压:2.60V (峰峰值)输出阻抗:50Ω幅度选择档位:5档波形可选择:方形,正弦波,三角波,斜波输出频率最小步长:15Hz~28Hz第五章设计小结5.1电子电路课程设计的意义5.1.1.加深对理论课程的理解5.1.2.检验所学知识的深度和广度5.1.3.进一步拓展知识的深度和广度5.1.4.锻练灵活运用所学电子电路的能力5.25.3 问题及改进5.3.1 频率控制电路中,理论值不能满足指标要求,需要调整至实际值:R1=1千欧,R2=39千欧。
R1=1千欧,R2=39千欧。
5.3.2 存贮器电路,放大器(II)中的放大电阻Rx理论值2R不能满足指标(峰峰值最大2.8V)要求,需要调整至实际值:1.2R,即1.2千欧。