2数显多波形信号源课设报告V10.docx
- 文档编号:29379008
- 上传时间:2023-07-22
- 格式:DOCX
- 页数:17
- 大小:537.57KB
2数显多波形信号源课设报告V10.docx
《2数显多波形信号源课设报告V10.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《2数显多波形信号源课设报告V10.docx(17页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
2数显多波形信号源课设报告V10
南京航空航天大学
现代电子技术课程设计
数显多波形信号源
设计报告
学号
姓名
指导老师:
2015年6月20日
摘要:
本设计使用函数发生器(ICL8038),3数字BCD计数器(MC14553B),锁存、译码、驱动BCD-7段集成电路(CD4543),二进制计数、分频、振荡集成电路(CD4060),驱动、十进制计数集成电路(CD4017BC),数码显示管等电子器件,设计一款功能全面的信号源,满足日常维修和测量。
数显频率计是具备锁存,复位清零功能的六位十进制计数显示电路,通过计数器将输入脉冲信号转换为对等的四位BCD码,再进入译码器将其转换为七位二进制数,最后经过驱动电路输入到七段式数字显示器显示十进制数。
关键词:
信号发生器,数显频率计,ICL8038,计数器
1引言
波形发生器是一种常见的信号源,可以产生多种波形信号,应用十分广泛。
传统的信号发生器采用模拟电子技术,由分立元件构成振荡和整形电路,产生各种波形,在电子信息、通信,工业等领域发挥了很大的作用。
但采用这种技术的波形发生器电路结构复杂、体积庞大、稳定度和准确度较差。
随着电子技术的发展和需求,开发一款新式波形发生器——数显多波形信号源,显得尤为重要。
这款数显多波形信号源是用数显频率计和信号发生器的电路组合而成,可获得三种常用的波形:
正弦波、方波、三角波。
频率调节范围大,波形失真小,制作简单,价格低廉。
2设计要求
技术要求:
方波、正弦波、三角波频率可调范围为1Hz-100kHz,分档输出为1Hz-10Hz、10Hz-100Hz、100Hz-1kHz、1kHz-10kHz、10kHz-100kHz。
数字显示三种波形的频率,频率分辨率为1Hz,6位数码管显示。
波形失真小于1%。
3基本原理
该数显多波形信号源的设计框图下图所示,信号发生模块产生所需信号并输入到频率计模块有它进行计数,而后输出进入显示模块进行显示。
3.1信号发生模块
信号发生模块的主要作用是产生所需要的波形,如三角波、正弦波、方波。
该模块是由函数发生器集成电路芯片ICL8038和一些参数控制电路以及一些必要的电路组成。
线路简单,调试方便,功能完备输出波形稳定清晰,信号质量好,精度高,系统输出频率范围较宽且经济实用,具备较高的温度稳定性和频率稳定性。
其原理框图如下图。
3.2数显频率计模块
频率计模块的主要作用是对信号发生模块产生的信号进行计量。
使用二进制技术、分频、振荡集成电路CD4060来充当时基单元产生时基信号,使用驱动、十进制计数集成电路CD4017来充当控制单元部分,用来产生闸门控制取样和显示控制。
在此设计中的计数单元、主控门单元和延时单元则是由3数字BCD计数器MCI4553来充当,它完成了频率计的多数组成部分,因而它也是频率模块的重要组成部分。
3.3显示模块
在显示模块中的主要作用是对频率计模块计量出来的BCD数值进行译码并通过数码管显示出来。
在设计中使用锁存、译码、驱动BCD-7段集成电路(CD4543)来充当译码部分,来将计数模块输出的BCD码译成七段码并驱动数码管组成动态显示模式将数值直观的显示出来。
3.4设计电路图
左侧由晶振产生一个32768kHz的脉冲,经过CD4060十四分频后变成2Hz的脉冲,再经过CD4017后变成一个周期为5s的时序信号,用来控制MC14553计数1s,保持3.5s,清零0.5s。
右侧由ICL8038产生一个频率分段可调的方波,三角波,正弦波的波形,经MC14553计数以及CD4543译码,最终在数码管上显示频率。
4主要元器件说明
4.1二进制计数、分频、震荡集成电路(CD4060)
CD4060由一振荡器和14级二进制串行计数器位组成,振荡器的结构可以是RC或晶振电路,CR为高电平时,计数器清零且振荡器使用无效。
所有的计数器位均为主从触发器。
在CP1(和CP0)的下降沿计数器以二进制进行计数。
在时钟脉冲线上使用斯密特触发器对时钟上升和下降时间无限制。
芯片引脚知识如下:
1:
十二分频输出
2:
十三分频输出
3:
十四分频输出
4:
六分频输出
5:
五分频输出
6:
七分频输出
7:
四分频输出
8:
Vss接地
9:
信号正向输出
10:
信号反向输出
11:
信号输入
12:
复位信号输入
13:
九分频输出
14:
八分频输出
15:
十分频输出
16:
电源
芯片特性:
1、在15v的电源下有12MHz的时钟输出速率。
2、公共复位端3、完全静态动作
4、缓冲输入输出5、施密特触发脉冲输入端
震荡特性:
1由片内精密元件组成
2、可接RC或晶振的外部振荡电路
3、在15V电源下RC振荡电路可提供至少690KHz的频率。
4.2驱动、十进制计数集成电路(CD4017)
CD4017是5位Johnson计数器,具有10个译码输出端,CP、CR、INH输入端。
时钟输
入端的斯密特触发器具有脉冲整形功能,对输入时钟脉冲上升和下降时间无限制。
INH为低电平时,计数器在时钟上升沿计数;反之,计数功能无效。
CR为高电平时,计数器清零。
Johnson计数器,提供了快速操作、2输入译码选通和无毛刺译码输出。
防锁选通,保证了正确的计数顺序。
译码输出一般为低电平,只有在对应时钟周期内保持高电平。
在每10个时钟输入周期CO信号完成一次进位,并用作多级计数链的下级脉动时钟。
芯片引脚知识如下:
1脚:
第5输出端
2脚:
第1输出端
3脚:
第0输出端,电路清零时,该端为高电平
4脚:
第2输出端
5脚:
第6输出端
6脚:
第7输出端
7脚:
第3输出端
8脚:
电源负极
9脚:
第8输出端
10脚:
第4输出端
11脚:
第9输出端
12脚:
级联进位输出端,每输入10个时钟脉冲时,就可以得到一个计数器的时钟信号
13脚:
时钟输入端,脉冲输入端,脉冲下降沿有效
14脚:
时钟输入端,脉冲上升沿有效
15脚:
清零输入端,在该管脚加高电平或正脉冲时,CD4017计数器中,各计数单元
输出低电平“0”,在译码器中,只有对应“0”状态的输出端3脚为高电平
16脚:
电源正极,可以使用3~18V直流电源供电
4.3信号发生器(ICL8038)
ICL8038是单片集成函数信号发生器,其内部框图如下图所示。
它由恒流源I1和I2、电压比较器A和B、触发器、缓冲器和三角波变正弦波电路等组成。
外接电容C由两个恒流源充电和放电,振荡电容C由外部接入,它是由内部两个恒流源来完成充电放电过程。
恒流源2的工作状态是由恒流源1对电容器C连续充电,增加电容电压,从而改变比较器的输入电平,比较器的状态改变,带动触发器翻转来连续控制的。
当触发器的状态使恒流源2处于关闭状态,电容电压达到比较器1输入电压规定值的2/3倍时,比较器1状态改变,使触发器工作状态发生翻转,将模拟开关K由B点接到A点。
由于恒流源2的工作电流值为2I,是恒流源1的2倍,电容器处于放电状态,在单位时间内电容器端电压将线性下降,当电容电压下降到比较器2的输入电压规定值的1/3倍时,比较器2状态改变,使触发器又翻转回到原来的状态,这样周期性的循环,完成振荡过程。
芯片引脚知识如下:
脚1、12:
正弦波失真度调节
脚2:
正弦波输出
脚3:
三角波输出
脚4、5:
方波的占空比调节、正弦波和三角波的对称调节
脚6:
正电源
脚7:
内部频率调节偏置电压
脚8:
外部扫描频率电压输出
脚9:
方波输出,为开路结构
脚10:
外接振荡电容
脚11:
负电源
脚13、14(NC):
空脚
4.4数字BCD计数器(MC14553)
MC14553内部有3组BCD码计数器(计数最大值为999),BCD的输出端只有一组Q0~Q3通过内部的多路转换开关能分时输出个、十、百位的BCD码,相应地,也输出3位位选通信号。
例如:
当Q0~Q3输出个位的BCD码时,DS1端输出低电平;当Q0~Q3输出十位的BCD码时,DS2端输出低电平;当Q0~Q3输出百位的BCD码时,DS3端输出低电平时,周而复始、循环不止。
本实验通过两个4553芯片进行工作,驱动两片4543进行工作,电路原理图如下
芯片引脚知识如下:
12脚(CLOCK):
计数脉冲输入端,下调沿有效。
4脚(CIA)、3脚(CIB):
内部振荡器的外界电容端子。
13脚(MR):
计数器清零(只清计数器部分),高电平有效。
10脚(LE):
锁定允许。
当该端为低电平时,3组计数器的内容分别进入3组锁存器,当该端为高电平时,锁存器锁定,计数器的值不能进入。
11脚(DIS):
该端接地时,计数脉冲才能进行计数。
2脚(DS1)、1脚(DS2)、15脚(DS3):
位选通扫描信号的输出,这3端能循环地输出低电平,供显示器作为位通控制。
9脚(Q0)、7脚(Q1)、6脚(Q2)、5脚(Q3):
BCD码输出端,它能分时轮流输出3组锁存器的BCD码。
8脚(Vss):
接地。
16脚(V):
接电源。
4.5BCD码转七段译码器/驱动器(CD4543)
CD4543在设计中充当译码部分,来将计数模块输出的BCD码译成七段码并将驱动数码管组成动态模式将数值直观的显示出来。
芯片引脚知识如下:
CD4543为BCD码转7段码的译码器。
2、3、4、5脚为BCD码的输入端
9-15脚为输出的数码管信号
8脚Vss接地
16脚Vdd接电源
4.6数码管显示部分(d5631)
从MC14553输出的信号到CD4543,经CD4543译码后的信号由CD4543的输出端直接接至DPY数码管,cd4543输出的信号直接接至数码管,由于数码器输出的电流较大,大于数码管所能承受最大电流,所以要在译码器和数码管之间接入电阻,以保护数码管不被烧坏。
用三个三极管由低位到高位依次驱动六片数码管依次显示从而完成数码管的显示工作。
其中数码管的基本原理图如下。
5数据测量
5.1三角波,正弦波,方波,高频失真方波波形展示
三角波波形
正弦波波形
方波的波形
高频时方波出现的失真状况
5.2
对信号发生模块的检测
信号发生器能够发出方波、三角波、正弦波。
调节滑动变阻器,使波形占空比在50%附近,得到数据:
波形
方波
三角波
正弦波
占空比
49.7%
49.0%
50.0%
占空比符合要求,在50%左右,波形失真度也在误差允许范围内。
各个频率段的频率调节都能够达到要求,各个频段上下限如下表:
波形
要求调节范围(Hz)
测得调节范围(Hz)
直流电平(V)
峰峰值(V)
方波
1-10
1-12
3.61
5.92
10-100
9-104
3.61
8.40
100-1K
82-1.05k
3.88
8.00
1K-10K
376-10.4k
3.63
7.88
10K-100K
4.5k-112.3k
3.34
7.60
三角波
1-10
1-9
2.73
4.21
10-100
9-104
2.80
4.12
100-1K
57-1.6k
2.73
4.20
1K-10K
304-10.8k
2.81
4.42
10K-100K
4.4k-121.3k
2.82
4.80
正弦波
1-10
1-10
2.13
4.22
10-100
9-103
2.62
4.34
100-1K
57-1.6k
2.73
4.20
1K-10K
108.4-12.6k
2.86
4.21
10K-100K
4.7k-112.3k
3.00
4.45
5.3对频率计的检测
用频率计检测CD4060的各脚的频率,频率计显示如下表:
4060引脚
Q12
Q13
Q14
Q6
Q5
Q7
频率(Hz)
8
4
2
512
1024
257
4060引脚
Q4
CP0
Q9
Q8
Q10
频率(Hz)
2048
32768
65
129
32
可见,频率计的误差控制在1Hz内,满足设计要求。
用信号发生器代替信号发生模块,用频率计检测其发生频率,得到数据:
信号发生器频率(Hz)
频率计测得频率(Hz)
精确度
5.000
5
100.0%
50.00
50
100.00%
500
503
99.40%
5000
4999
99.98%
50000
49991
99.98%
结论:
频率计设计符合要求,可以用频率计的测量数据作为频率数据。
5.4晶振输出波形
波形
最大值
最小值
直流电平
峰峰值
周期
频率
5.04V
-80.0mV
2.12V
5.04V
32766Hz
MC14553的1、2、15脚输出波形对比
引脚
波形
峰峰值Vpp
直流电平Vavs
1脚
6.0V
2.3V
2脚
6.0V
2.3V
15脚
6.0V
2.3V
6心得感悟
7参考文献
[1]臧春华,葛玉蓝,鲍丽星.电子线路设计与应用.北京:
高等教育出版社,2004.
[2]王成华,王友仁,胡志忠.现代电子技术基础.北京:
北京航空航天大学出版社,2007.
[3]臧春华,沈嗣昌,蒋璇.数字设计引论.北京:
高等教育出版社,2010.4.
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 数显多 波形 信号源 报告 V10