2015年电子设计大赛综合测评试题
郑州轻工业学院
电子技术课程设计
题 目： 2015年电赛测评试题
* 名： ***
专业班级： 电信13-01
学 号： ************
院 （系）： 电子信息工程学院
指导教师： 曹卫锋 谢泽会
完成时间： 2015年10月 29日
2015年电子设计大赛综合测评试题
郑州轻工业学院
课程设计任务书
题目 2015年电子设计大赛综合测评试题
专业 电信工程13-1 学号 541301030134 姓名 王苗龙
主要内容、基本要求、主要参考资料等：
主要内容
1．阅读相关科技文献。
2．学习电子制图软件的使用。
3．学会整理和总结设计文档报告。
4．学习如何查找器件手册及相关参数。
技术要求
1、使用555时基电路产生频率20kHz-50kHz连续可调，输出电压幅度为1V的方波Ⅰ；
2、使用数字电路74LS74，产生频率5kHz-10kHz连续可调，输出电压幅度为1V的方波Ⅱ；
3、使用数字电路74LS74，产生频率5kHz-10kHz连续可调，输出电压幅度峰峰值为3V的三角波；
4、产生输出频率为20kHz-30kHz连续可调，输出电压幅度峰峰值为3V的正弦波Ⅰ；
5、产生输出频率为250kHz，输出电压幅度峰峰值为8V的正弦波Ⅱ； 方波、三角波和正弦波的波形应无明显失真（使用示波器测量时）。频率误差不大于5%；通带内输出电压幅度峰峰值误差不大于5%。
主要参考资料
1．何小艇，电子系统设计，浙江大学出版社，2010年8月
2．姚福安，电子电路设计与实践，山东科学技术出版社，2001年10月
3．王澄非，电路与数字逻辑设计实践，东南大学出版社，1999年10月
4．李银华，电子线路设计指导，北京航空航天大学出版社，2005年6月
5．康华光，电子技术基础，高教出版社，2006年1月
完 成 期 限： 2015年10月30日
指导教师签章：
专业负责人签章：
2015 年 10月26日
2015年电子设计大赛综合测评试题
2015年电子设计大赛综合测评试题
摘 要
模拟电路中，多种波形产生电路属于信号的运算与处理电路，它主要由信号产生电路、信号运算电路、信号处理电路构成。555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件，可通过一定数目的电容、电阻构成多谐振荡器。74ls74是一种上升沿双D触发器芯片，可以对信号分频处理。LM324为四通道运放集成芯片，可以构成信号基本运算电路。本课程设计的基本目标：使用555多谐振荡器产生方波作为信号源，由74ls74对信号进行四分频处理，由LM324四运放芯片对信号分别独立进行积分运算、低通滤波运算，带通滤波运算从而得到所需波形。通过理论计算分析，最终实现规定的电路要求，并做成实物，经过反复检测，符合设计要求。
关键词：波形产生 分频 信号运算 信号处理
2015年电子设计大赛综合测评试题
目 录
1 设计方案 ................................................... 1
1 设计方案 ................................................. 1
2 多波形产生电路设计 ......................................... 2
2.1 设计原理 ............................................... 2
2.2 整体流程框图 ............................................ 2
3 单元电路设计 ............................................... 3
3.1 555多谐振荡器 ........................................... 3
3.2 74ls74分频电路 .......................................... 3
3.3 积分电路 ............................................... 4
3.4 低通滤波器 .............................................. 5
3.5 带通滤波器 .............................................. 6
4 元件参数选择 ............................................... 8
4.1 555多谐振荡器 ........................................... 8
4.2 74ls74分频电路 .......................................... 8
4.3积分电路 ................................................ 8
4.4低通滤波器 .............................................. 9
4.5带通滤波器 .............................................. 9
5 结论 ...................................................... 10
6 个人总结 .................................................. 11
参考文献 .................................................... 12
附录1 电路原理图及元件清单 ................................. 13
附录2 PCB及实物照片 ........................................ 14
2015年电子设计大赛综合测评试题
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1 设计方案
1 设计方案
使用555和外围电路构成多谐振荡器，产生20kHz-50kHz的方波作为信号源，利用此方波作为基本信号。将基本信号通过电阻分压可得到电压幅度1V、20kHz-50kHz连续可调的方波I；将基本信号通过74ls74双D触发器进行四分频，然后电阻分压得到5kHz-10kHz连续可调电压幅度为1V的方波II；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；将方波I通过由LM324四通道运放构成的低通滤波器，得到20kHz-50kHz连续可调电压幅度峰峰值为3V的正弦波I；将基本信号固定频率，然后通过由LM324四通道运放构成的带通滤波器，得到250 kHz左右的正弦波，再通过由LM324四通道运放构成的低通滤波器，得到250k峰峰值8V的正弦波II。2015年电子设计大赛综合测评试题
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2 多波形产生电路设计
2.1 设计原理
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R1R2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R1R2向电容充电。这样周而复始，形成振荡。
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，从而实现信号的运算处理。
2.2 整体流程框图
图2-1 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。 2015年电子设计大赛综合测评试题
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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、R2和C构成的多谐振荡器，2脚与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、R2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，其仿真波形如图3-2所示，实测波形如图3-3所示。
图3-1 555多谐振荡器
调节电位器R2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。
图3-2 仿真波形 3-3 实测波形
2015年电子设计大赛综合测评试题
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3.2 74ls74分频电路
一个74ls74 集成芯片有两个D触发器，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，仿真效果如图3-5所示 ，实测效果如图3-6所示
图3-4 分频电路原理