电子技术综合训练设计报告题目：脉冲信号发生器姓名：xxx学号：xxxxxxx班级：xx 电气及其自动化xx同组成员：xxx指导教师：xxx日期：2011年1月4日脉冲信号发生器的原理主要分为四部分，即正弦波的产生，方波的变换，分频电路和倍频电路，并由这四部分最终产生三种不同频率的信号，其要点在于电路的线路连接及焊接。

通过设计体会理论与实际结合的重要性.关键字：正弦发生多谐振荡器降频电路锁相环一、设计任务和要求 (5)1.1设计任务 (5)1.2设计要求 (5)二、系统设计 (6)2.1系统要求 (6)2.2方案设计 (6)2.3系统工作原理 (7)三、单元电路设计 (8)3.1 RC正弦发生器 (8)3.1.1电路结构及工作原理 (9)3.1.2电路仿真 (9)3.1.3元器件的选择及参数确定 (9)3.2 555定时器组成的多谐振荡器 (9)3.2.1电路结构及工作原理 (9)3.2.2电路仿真 (11)3.3 74LS161计数器降频电路 (11)3.3.1电路结构及工作原理 (11)3.3.2电路仿真 (11)3.3.3元器件的选择及参数确定 (11)3.4 锁相环升频电路 (13)3.4.1电路结构及工作原理 (13)3.4.2元器件的选择及参数确定 (15)四、系统仿真 (17)五、电路安装、调试与测试 (18)5.1电路安装 (17)5.2电路调试 (17)5.3系统功能及性能测试 (17)5.3.1测试方法设计 (18)5.3.2测试结果及分析 (18)结论 (19)参考文献 (20)总结、体会和建议 (21)附录 (22)一、设计任务和要求1.1设计任务设计并制作一个脉冲信号发生器。

1.2设计要求1、能够输出1KHZ正弦波信号；2、由该1KHZ正弦信号产生100HZ脉冲信号；3、由100HZ脉冲信号产生10KHZ脉冲信号；4、输出信号能够在这三种信号中通过电子开关进行选择，电子开关由按键控制，并且能够对选择的信号用发光二极管指示；5、按照要求，设计电路原理图，用multisim进行仿真，用万用板焊接元器件，完成调试、测试，撰写设计报告。

二、系统设计2.1系统要求运用所学到的数电模电知识查找到的资料结合实际，设计原理图，焊接元器件，要求满足课设课题要求。

2.2方案设计先由文氏振荡电路产生1kHZ正弦波信号。

再通过555组成的多谐振荡器产生1kHZ矩形波，此为第一路输出。

经过74LS161计数器降频可以产生100HZ 的矩形波，此为第二路输出。

100HZ的矩形波由HEF4046BP和HEF4518BP组成的锁相环升频电路变成10KHZ，此为第三路输出。

用两个开关控制1kHZ正弦信号，100HZ方波信号，10kHZ方波信号。

系统原理图：2.3系统工作原理产生预期1kHZ正弦波信号，再将正弦波转换为同频率的方波，然后降频到100HZ，最终升频到10kHZ，每一步的信号产生都有各种可选方案，比如正弦波的产生就有：利用ICL8038产生正弦波，石英晶体正弦振荡器电路，电感三点式振荡电路。

方波转换电路有：利用施密特触发器，利用滞回比较器，利用555组成的单稳态及多谐振荡器。

由于电路设计中要求用100HZ的脉冲信号产生10KHZ的脉冲信号，因此，我们想到了用锁相环CD4046和两个十进制计数器74LS160构成频率变化100倍的变频电路根据每一部分的设计方案，我们最终选择的方案为：RC振荡电路、多谐振荡器、74LS161计数器设计的同步十进制加法计数器降频电路和锁相环升频电路。

原理方框图如下：三、单元电路设计3.1 RC正弦发生器3.1.1电路结构及工作原理正弦波振荡的平衡条件为AF=1。

正弦波振荡电路必须由四部分组成，分别为放大电路、选频网络、正反馈网络和稳幅环节。

当f=f。

时Uf与Uo同相，此时F=1∕3。

从而A=Au=3，即可构成正弦波振荡电路。

根据起振条件和幅值平衡条件Au=Uo∕Up=1+R4∕R3≥3所以R4的取值略大于2R3若使产生正弦波的频率为1khz，则电阻电感的值为：R1=R2=480欧C1=C2=0.33uf3.1.2电路仿真3.1.3元器件的选择及参数确定C=C1=C2=330nf，R1=R2=480Ω，R3=1.47kΩ，R4=700Ω3.2 555定时器组成的多谐振荡器3.2.1电路结构及工作原理通电源后，当Vc上升到2Vcc/3时，使V o为低电平，同时放电三极管T导通，此时电容C通过R2和T放电，Vc下降。

当Vc下降到Vc/3时，V0翻转为高电平。

电容器C放电所需的时间为Tl=R7Cln2≈0.7R7C当放电结束，T截止，Vcc将通过R1、R2向电容器C充电，Vc由Vcc/3上升到2Vcc/3所需时间为Th=（R5+R7）Cln2≈0.7（R5+R7）C其震荡频率为f=1/(Tl+Tp) ≈1.43/（R5+2R7）C3.2.2电路仿真元器件的选择及参数确定C3=40nf,C4=100nf,C5=10nf.R5=R7=10kΩ3.3 74LS161计数器降频电路3.3.1电路结构及工作原理将1kHZ的脉冲降频为100HZ的脉冲信号需要利用十进制计数器将频率降低，其中1kHZ的脉冲作为计数器CLK信号，十进制计数器的进位信号作为输出脉冲，则输出脉冲频率为100hz。

故采用的方法有利用十六进制计数器74LS161和与非门构成的十进制计数器。

74LS161同步四位二进制计数器（直接清零）3.3.2电路仿真3.3.3元器件的选择及参数确定选用74ls161，74ls00,输入端接1kHz脉冲信号。

3.4 锁相环倍频电路3.4.1电路结构及工作原理锁相的意义是相位同步的自动控制，能够完成两个电信号相位同步的自动控制闭环系统叫做锁相环，简称PLL。

它广泛应用于广播通信、频率合成、自动控制及时钟同步等技术领域。

锁相环主要由相位比较器（PC）、压控振荡器（VCO）。

低通滤波器三部分组成，如图1 所示。

压控振荡器的输出Uo 接至相位比较器的一个输入端，其输出频率的高低由低通滤波器上建立起来的平均电压Ud 大小决定。

施加于相位比较器另一个输入端的外部输入信号Ui 与来自压控振荡器的输出信号Uo 相比较，比较结果产生的误差输出电压UΨ正比于Ui 和Uo 两个信号的相位差，经过低通滤波器滤除高频分量后，得到一个平均值电压Ud。

这个平均值电压Ud 朝着减小VCO 输出频率和输入频率之差的方向变化，直至VCO 输出频率和输入信号频率获得一致。

这时两个信号的频率相同，两相位差保持恒定（即同步）称作相位锁定。

当锁相环入锁时，它还具有“捕捉”信号的能力，VCO 可在某一范围内自动跟踪输入信号的变化，如果输入信号频率在锁相环的捕捉范围内发生变化，锁相环能捕捉到输人信号频率，并强迫VCO 锁定在这个频率上。

锁相环应用非常灵活，如果输入信号频率f1 不等于VCO 输出信号频率f2，而要求两者保持一定的关系，例如比例关系或差值关系，则可以在外部加入一个运算器，以满足不同工作的需要。

过去的锁相环多采用分立元件和模拟电路构成，现在常使用集成电路的锁相环，CD4046 是通用的CMOS 锁相环集成电路，其特点是电源电压范围宽（为3V－18V），输入阻抗高(约100MΩ)，动态功耗小，在中心频率f0 为10kHz下功耗仅为600μW，属微功耗器件。

图2 是CD4046 的引脚排列，采用16 脚双列直插式CD4046 内部还有线性放大器和整形电路，可将14 脚输入的100mV 左右的微弱输入信号变成方波或脉冲信号送至两相位比较器。

源跟踪器是增益为1 的放大器，VCO 的输出电压经源跟踪器至10 脚作FM 解调用。

齐纳二极管可单独使用，其稳压值为5V，若与TTL 电路匹配时，可用作辅助电源。

综上所述，CD4046 工作原理如下：输入信号Ui 从14 脚输入后，经放大器A1 进行放大、整形后加到相位比较器Ⅰ、Ⅱ的输入端，图3 开关K 拨至2 脚，则比较器Ⅰ将从3 脚输入的比较信号Uo 与输入信号Ui 作相位比较，从相位比较器输出的误差电压UΨ则反映出两者的相位差。

UΨ经R3、R4 及C2 滤波后得到一控制电压Ud 加至压控振荡器VCO 的输入端9 脚，调整VCO 的振荡频率f2，使f2 迅速逼近信号频率f1。

VCO 的输出又经除法器再进入相位比较器Ⅰ，继续与Ui 进行相位比较，最后使得f2＝f1，两者的相位差为一定值，实现了相位锁定。

若开关K 拨至13 脚，则相位比较器Ⅱ工作，过程与上述相同，不再赘述。

下面介绍CD4046 典型应用电路。

下图用CD4046 与BCD 加法计数器CD4518 构成的100 倍频电路。

刚开机时，f2 可能不等于f1，假定f2<f1，此时相位比较器Ⅱ输UΨ为高电平，经滤波后Ud 逐渐升高使VCO 输出频率f2 迅速上升，f2 增大值至f2=f1，如果此时Ui滞后U0，则相位比较器Ⅱ输出UΨ为低电平。

UΨ经滤波后得到的Ud 信号开始下降，这就迫使VCO 对f2 进行微调，最后达到f2/N=f1，并且f2 与f1 的相位差Δφ=0°。

进入锁定状态。

如果此后f1 又发生变化，锁相环能再次捕获f1，使f2与f1 相位锁定。

由于电路设计中要求用100HZ的脉冲信号产生10KHZ的脉冲信号，因此，我们想到了用锁相环CD4046和两个十进制计数器74LS160构成频率变化100倍的变频电路。

3.4.2元器件的选择及参数确定选用CD4046、CD4518、电容0.01uF、2.2uF、电阻64k、1M.四、系统仿真图中由正弦波产生了同频率的方波，如图中中间的波形所示，每个正弦波对应一个方波，最后一个图为100HZ的方波，即十个1kHZ的方波与一个100kHZ 的方波幅值相同。

由于CD4046和CD4518不能仿真，所以在仿真图里没有体现出来。

五、电路安装、调试与测试5.1电路安装1.器件导线布置应紧凑合理。

2.加热时应尽量使烙铁头接触印制板上铜箔和元器件引线。

3.对接的元件接线最好先绞和后再上锡。

4.烙铁在焊接处停留的时间不宜过长。

5.烙铁离开焊接处后，被焊接的零件不能立即移动，否则因焊锡尚未凝固而使零件容易脱焊。

6.引线直接穿过通孔，焊接时使适量的熔化焊锡在焊盘上方均匀地包围沾锡的引线，形成一个圆锥体模样，待其冷却凝固后，把多余部分的引线剪去7.电烙铁通电后温度高达250摄氏度以上，不用时应放在烙铁架上，但较长时间不用时应切断电源，防止高温“烧死”烙铁头（被氧化）。

要防止电烙铁烫坏其他元器件，尤其是电源线，若其绝缘层被烙铁烧坏而不注意便容易引发安全事故。

8.不要把电烙铁猛力敲打，以免震断电烙铁内部电热丝或引线而产生故障。

9.焊接时不要用烙铁头摩擦焊盘，要靠表面清理和预焊来增强焊料润湿性能。