模电课程设计.docx
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模电课程设计
目录
第一章绪论………………………………………………………………………1
第二章函数发生器的几种设计方法及我们的选择方案…………………………2
2.1几种设计方案…………………………………………………………………2
2.1.1基于555的函数发生器设计……………………………………………2
2.1.2基于单片机的函数发生器设计………………………………………3
2.1.3基于ICL8083的函数发生器设计………………………………………3
2.2我们的选择方案……………………………………………………………6
第三章.仿真结果……………………………………………………………………7
3.1软件介绍……………………………………………………………………7
3.1.1 Multisim概貌…………………………………………………………7
3.1.2Multisim的主窗口界面………………………………………………7
3.1.3菜单栏……………………………………………………………………7
3.1.4工具栏…………………………………………………………………11
3..1.5 Multisim对元器件的管……………………………………………12
3.1.6 输入并编辑电路………………………………………………………13
3.1.7设置Multisim的通用环境变量………………………………………13
3.1.8取用元器件……………………………………………………………14
3.1.9将元器件连接成电路…………………………………………………15
3.1.10软件截图………………………………………………………………16
3.2实验仿真结果………………………………………………………………16
3.2.1方波--三角波发生电路的仿真及实物波形…………………………16
第四章.调试………………………………………………………………………18
4.1调试步骤……………………………………………………………………18
4.2调试结果……………………………………………………………………19
第五章心得体会…………………………………………………………………20
附录…………………………………………………………………………………21
参考文献……………………………………………………………………………21
第一章绪论
本系统以ICL8038集成块为核心器件,制作一种函数信号发生器,制作成本较低。
适合学生学习电子技术测量使用。
ICL8038是一种具有多种波形输出的精密振荡集成电路,只需要个别的外部元件就能产生从0.001Hz~30KHz的低失真正弦波、三角波、矩形波等脉冲信号。
输出波形的频率和占空比还可以由电流或电阻控制。
另外由于该芯片具有调制信号输入端,所以可以用来对低频信号进行频率调制。
在电子工程、通信工程、自动控制、遥测控制、测量仪器、仪表和计算机等技术领域,经常需要用到各种各样的信号波形发生器。
随着集成电路的迅速发展,用集成电路可很方便地构成各种信号波形发生器。
用集成电路实现的信号波形发生器与其它信号波形发生器相比,其波形质量、幅度和频率稳定性等性能指标,都有了很大的提高。
第二章函数发生器的几种设计方法及我们的选择方案
2.1几种设计方案
2.1.1基于555的函数发生器设计
通过555定时器进行函数发生器的设计,电路简单,成本低廉。
555定时器是集模拟电路和数字电路为一体的中规模集成电路,只要适当配接少量的外围元件,可以方便的构成脉冲产生电路、脉冲变换电路及其它具有定时功能的电路。
设计思路为:
由555定时器构成的多谐自激震荡器得到方波;方波通过一阶RC积分电路得到三角波;三角波再通过二阶RC积分电路得到正弦波。
图1555定时器构成的函数发生器
图2电路仿真波形图
由555定时器构成的函数发生器,电路简单,成本低廉,如稍许增加正弦波放大电路及幅度调节电路,即可构成简单实用的信号源。
2.1.2基于单片机的函数发生器设计
可以以AT89C52单片机为核心,选用DAC0832为模数转换芯片,并辅以必要的模拟电路,设计基于AT89C52单片机的函数发生器。
该方案的主要思路是采用编程的方法来产生希望得到的波形,用户将要输出的波形预先储存在半导体存储器中,在需要某种波形时将存储在存储器中的数据依次读出来,经过数模转换、滤波等处理后,输出该波形信号。
该方案优点是输出信号的频率稳定抗干扰能力强,实现任意波形的信号容易,可通过外置按键或键盘来设定所需要产生信号源的类型和频率,还可以通过显示器显示波形的相关信息。
不足之处是由于单片机的处理数据速度有限,当产生频率比较高的信号时,输出波形的质量将下降。
2.1.3基于ICL8083的函数发生器设计
函数发生器是一种可以同时产生方波、三角波和正弦波的专用集成电路。
当调节外部电路参数时,还可以获得占空比可调的矩形波和锯齿波,其频率范围从1Hz到几百kHz,频率的大小与外接相应电阻和电容有关,目前广泛应用于仪器仪表之中。
1.单片集成函数发生器ICL8038的原理框图及管脚排列。
图3
ICL8038是一款性能优良的集成函数发生器,即可用单电源供电,也可双电源供电。
单电源供电时,将引脚11接地,6脚接+VCC,其值为10~30V:
可双电源供电时,引脚11接-VEE,引脚6接+VCC,它们的值为±5~±15V。
频率的可调范围为0.001Hz~300kHz。
输出矩形波的占空比可调范围为2%~98%,上升时间为180ns,下降时间为40ns,输出三角波的非线性小于0.05%,输出正弦波的失真小于1%。
1,12引脚:
正弦波线性调节;2引脚:
正弦波输出;3引脚:
三角波输出;4、5恒流源调节;6引脚:
正电源;7引脚:
调频偏置电压;8引脚:
调频控制输入端
9引脚:
方波输出;10引脚:
外接电容;11引脚:
负电源;13、14空引脚
2.ICL8038原理框图
图4
缓冲电路Ⅰ是电压跟随器,缓冲电路Ⅱ是反相器,用于隔离波形发生电路和负载,以提高负载能力;电压比较器Ⅰ和电压比较器Ⅱ的阀值电压分别为2/3VCC和1/3
VCC,它们的输入电压为电容C两端的电压uc,它们的输出电压分别控制RS触发器的置位端和复位端;为得到在比较宽的频率范围内由三角波到正弦波的转换,内设一个由电阻与晶体管组成的折线近似转换网络(正弦波变换器),以得到低失真的正弦信号输出;RS触发器的状态输出端用来控制电子模拟开关S,以实现对电容的充放电功能;电流源电流IS1与IS2的大小可通过外接电阻调节,但IS2必须大于等于IS1,若IS2=IS1,则触发器的输出为方波,经缓冲电路2输出到管脚9;在IS2=2IS1的条件下,UC上升与下降的时间相等,其电压输出为三角波,经缓冲电路Ⅰ输出到管脚2,并通过三角波变正弦波的变换电路从管脚3输出正弦波,当IS1﹤IS2﹤2IS1时,UC上升与下降的时间不相等,管脚2输出锯齿波,管脚9输出矩形波。
当通电后,触发器的输出端Q为低点平时,开关S断开,电流源Is1给电容充电,因充电电流是恒流,故它两端的电压uc随时间线性上升,当uc达到电源电压的2/3倍时,电压比较器Ⅰ的输出电压发生跳变,使触发器的输出端Q由低电平跳为高电平,开关S接通。
由于电流源的电流IS2大于IS1,因放电电流是恒流,所以uc随时间线性下降。
当它下降到电源电压的1/3倍时,电压比较器Ⅱ的输出电压发生跳变,使触发器的输出端Q由高电平跳变为低电平,开关S断开,电流源IS1再给电容充电,uc又随时间线性上升。
如此周而复始,电路产生了自激振荡。
通过以上分析可知,改变电容充放电电流,可以输出占空比可调的矩形波和锯齿波。
但是,当输出不是方波时,输出也得不到正弦波了。
在图2-1-2中,引脚8为频率调节电压输入端,电路的振荡频率与该电压成正比;引脚7输出频率调节偏置电压,数值是引脚7偏置电压与电源+VCC之差,它可作为引脚8的输入电压;引脚4和引脚5外接电阻和电位器,进行恒流源调节,用以改变输出信号的占空比和频率;引脚10外接充放电电容,改变其容量则改变了充放电时间常数,也即改变了触发器的翻转时间;引脚13和引脚14为空脚(NC)。
3.由8038组成的手动调频函数发生器电路
图5
在图1-3所示电路中,u2、u3和u9分别输出三角波或锯齿波、正弦波、方波或矩形波电压。
电路振荡频率:
调节电位器RP1可以改变方波的占空比、锯齿波的上升时间和下降时间;调节电位器RP2可以改变输出信号的频率;调节电位器RP3和RP4可以调节正弦波的失真度,两者要反复调整才可得到失真度较小的正弦波;改变充放电电容C的容量大小也可以改变输出信号的频率,根据不同的设计要求可将其分为数挡(如100pF、0.01μF、1μF和10μF)的功能,然后利用开关进行接换即可;在ICL8038的输出端可接一由运算放大器构成的比例放大器,其输入端通过开关分别切换的ICL8038的9、3、2脚,可实现不同输出信号的增益调整。
图6基于ICL8038的函数发生电路
2.2选择方案
经过综合考虑后,在此,我们选择的是方案3.
第三章.仿真结果
3.1软件介绍
Multisim2001简介
Windows为基础的仿真工具,适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。
它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式,具有丰富的仿真分析能力。
为适应不同的应用场合,Multisim推出了许多版本,用户可以根据自己的需要加以选择。
在本书中将以教育版为演示软件,结合教学的实际需要,简要地介绍该软件的概况和使用方法,并给Multisim是InteractiveImageTechnologies(ElectronicsWorkbench)公司推出的以出几个应用实例。
3.1.1 Multisim概貌
软件以图形界面为主,采用菜单、工具栏和热键相结合的方式,具有一般Windows应用软件的界面风格,用户可以根据自己的习惯和熟悉程度自如使用。
3.1.2Multisim的主窗口界面。
启动Multisim2001后,将出现如图1所示的界面。
界面由多个区域构成:
菜单栏,各种工具栏,电路输入窗口,状态条,列表框等。
通过对各部分的操作可以实现电路图的输入、编辑,并根据需要对电路进行相应的观测和分析。
用户可以通过菜单或工具栏改变主窗口的视图内容。
3.1.3菜单栏
菜单栏位于界面的上方,通过菜单可以对Multisim的所有功能进行操作。
不难看出菜单中有一些与大多数Windows平台上的应用软件一致的功能选项,如File,Edit,View,Options,Help。
此外,还有一些EDA软件专用的选项,如Place,Simulation,Transfer以及Tool等。
1.File
File菜单中包含了对文件和项目的基本操作以及打印等命令。
命令 功能
New 建立新文件
Open 打开文件
Close 关闭当前文件
Save 保存
SaveAs 另存为
NewProject 建立新项目
OpenProject 打开项目
SaveProject 保存当前项目
CloseProject 关闭项目
VersionControl 版本管理
PrintCircuit 打印电路
PrintReport 打印报表
PrintInstrument 打印仪表
RecentFiles 最近编辑过的文件
RecentProject 最近编辑过的项目
Exit 退出Multisim
2.Edit
Edit命令提供了类似于图形编辑软件的基本编辑功能,用于对电路图进行编辑。
命令 功能
Undo 撤消编辑
Cut 剪切
Copy 复制
Paste 粘贴
Delete 删除
SelectAll 全选
FlipHorizontal 将所选的元件左右翻转
FlipVertical 将所选的元件上下翻转
90ClockWise 将所选的元件顺时针90度旋转
90ClockWiseCW 将所选的元件逆时针90度旋转
ComponentProperties 元器件属性
3.View
通过View菜单可以决定使用软件时的视图,对一些工具栏和窗口进行控制。
命令 功能
Toolbars 显示工具栏
ComponentBars 显示元器件栏
StatusBars 显示状态栏
ShowSimulationErrorLog/AuditTrail 显示仿真错误记录信息窗口
ShowXSpiceCommandLineInterface 显示Xspice命令窗口
ShowGrapher 显示波形窗口
ShowSimulateSwitch 显示仿真开关
ShowGrid 显示栅格
ShowPageBounds 显示页边界
ShowTitleBlockandBorder 显示标题栏和图框
ZoomIn 放大显示
ZoomOut 缩小显示
Find 查找
4.Place
通过Place命令输入电路图。
命令 功能
PlaceComponent 放置元器件
PlaceJunction 放置连接点
PlaceBus 放置总线
PlaceInput/Output 放置输入/出接口
PlaceHierarchicalBlock 放置层次模块
PlaceText 放置文字
PlaceTextDeionBox 打开电路图描述窗口,编辑电路图描述文字
ReplaceComponent 重新选择元器件替代当前选中的元器件
PlaceasSubcircuit 放置子电路
ReplacebySubcircuit 重新选择子电路替代当前选中的子电路
5.Simulate
通过Simulate菜单执行仿真分析命令。
命令 功能
Run 执行仿真
Pause 暂停仿真
DefaultInstrumentSettings 设置仪表的预置值
DigitalSimulationSettings 设定数字仿真参数
Instruments 选用仪表(也可通过工具栏选择)
Analyses 选用各项分析功能
Postprocess 启用后处理
VHDLSimulation 进行VHDL仿真
AutoFaultOption 自动设置故障选项
GlobalComponentTolerances 设置所有器件的误差
6.Transfer菜单
Transfer菜单提供的命令可以完成Multisim对其它EDA软件需要的文件格式的输出。
命令 功能
TransfertoUltiboard 将所设计的电路图转换为Ultiboard(Multisim中的电路板设计软件)的文件格式
TransfertootherPCBLayout 将所设计的电路图以其他电路板设计软件所支持的文件格式
BackannotateFromUltiboard 将在Ultiboard中所作的修改标记到正在编辑的电路中
ExportSimulationResultstoMathCAD 将仿真结果输出到MathCAD
ExportSimulationResultstoExcel 将仿真结果输出到Excel
ExportNetlist 输出电路网表文件
7.Tools
Tools菜单主要针对元器件的编辑与管理的命令。
命令 功能
CreateComponents 新建元器件
EditComponents 编辑元器件
CopyComponents 复制元器件
DeleteComponent 删除元器件
DatabaseManagement 启动元器件数据库管理器,进行数据库的编辑管理工作
UpdateComponent 更新元器件
8.Options
通过Option菜单可以对软件的运行环境进行定制和设置。
命令 功能
Preference 设置操作环境
ModifyTitleBlock 编辑标题栏
SimplifiedVersion 设置简化版本
GlobalRestrictions 设定软件整体环境参数
CircuitRestrictions 设定编辑电路的环境参数
9.Help
Help菜单提供了对Multisim的在线帮助和辅助说明。
命令 功能
MultisimHelp Multisim的在线帮助
MultisimReference Multisim的参考文献
ReleaseNote Multisim的发行申明
AboutMultisim Multisim的版本说明
3.1.4工具栏
Multisim2001提供了多种工具栏,并以层次化的模式加以管理,用户可以通过View菜单中的选项方便地将顶层的工具栏打开或关闭,再通过顶层工具栏中的按钮来管理和控制下层的工具栏。
通过工具栏,用户可以方便直接地使用软件的各项功能。
顶层的工具栏有:
Standard工具栏、Design工具栏、Zoom工具栏,Simulation工具栏。
1.Standard工具栏包含了常见的文件操作和编辑操作,如下图所示:
2.Design工具栏作为设计工具栏是Multisim的核心工具栏,通过对该工作栏按钮的操作可以完成对电路从设计到分析的全部工作,其中的按钮可以直接开关下层的工具栏:
Component中的MultisimMaster工具栏,Instrument工具栏。
(1)作为元器件(Component)工具栏中的一项,可以在Design工具栏中通过按钮来开关MultisimMaster工具栏。
该工具栏有14个按钮,每个每一个按钮都对应一类元器件,其分类方式和Multisim元器件数据库中的分类相对应,通过按钮上图标就可大致清楚该类元器件的类型。
具体的内容可以从Multisim的在线文档中获取。
这个工具栏作为元器件的顶层工具栏,每一个按钮又可以开关下层的工具栏,下层工具栏是对该类元器件更细致的分类工具栏。
以第一个按钮为例。
通过这个按钮可以开关电源和信号源类的Sources工具栏如下图所示:
(2)Instruments工具栏集中了Multisim为用户提供的所有虚拟仪器仪表,用户可以通过按钮选择自己需要的仪器对电路进行观测。
3.用户可以通过Zoom工具栏方便地调整所编辑电路的视图大小。
4.Simulation工具栏可以控制电路仿真的开始、结束和暂停。
3.1.5Multisim对元器件的管理
EDA软件所能提供的元器件的多少以及元器件模型的准确性都直接决定了该EDA软件的质量和易用性。
Multisim为用户提供了丰富的元器件,并以开放的形式管理元器件,使得用户能够自己添加所需要的元器件。
Multisim以库的形式管理元器件,通过菜单Tools/DatabaseManagement打开DatabaseManagement(数据库管理)窗口(如下图所示),对元器件库进行管理。
在DatabaseManagement窗口中的Daltabase列表中有两个数据库:
MultisimMaster和User。
其中MultisimMaster库中存放的是软件为用户提供的元器件,User是为用户自建元器件准备的数据库。
用户对MultisimMaster数据库中的元器件和表示方式没有编辑权。
当选中MultisimMaster时,窗口中对库的编辑按钮全部失效而变成灰色,如下图所示。
但用户可以通过这个对话窗口中的ButtoninToolbar显示框,查找库中不同类别器件在工具栏中的表示方法。
据此用户可以通过选择User数据库,进而对自建元器件进行编辑管理。
在MultisimMaster中有实际元器件和虚拟元器件,它们之间根本差别在于:
一种是与实际元器件的型号、参数值以及封装都相对应的元器件,在设计中选用此类器件,不仅可以使设计仿真与实际情况有良好的对应性,还可以直接将设计导出到Ultiboard中进行PCB的设计。
另一种器件的参数值是该类器件的典型值,不与实际器件对应,用户可以根据需要改变器件模型的参数值,只能用于仿真,这类器件称为虚拟器件。
它们在工具栏和对话窗口中的表示方法也不同。
在元器件工具栏中,虽然代表虚拟器件的按钮的图标与该类实际器件的图标形状相同,但虚拟器件的按钮有底色,而实际器件没有,如下图所示。
从图中可以看到,相同类型的实际元器件和虚拟元器件的按钮并排排列,并非所有的是元器件都设有虚拟类的器件。
在元器件类型列标中,虚拟元器件类的后缀标有Virtual,如下图所示:
3.1.6输入并编辑电路
输入电路图是分析和设计工作的第一步,用户从元器件库中选择需要的元器件放置在电路图中并连接起来,为分析和仿真做准备。
3.1.7设置Multisim的通用环境变量
为了适应不同的需求和用户习惯,用户可以用菜单Option/Preferences打开Preferences对话窗口,如下图所示。
通过该窗口的6个标签选项,用户可以就编辑界面颜色、电路尺寸、缩放比例、自动存储时间等内容作相应的设置。
以标签Workspace为例,当选中该标签时,Preferences对话框如下图所示:
在这个对话窗口中有3个分项:
1.Show:
可以设置是否显示网格,页边界以及标题框。
2.Sheetsize:
设置电路图页面大小。
3.Zoomlevel:
设置缩放比例。
其余的标签选项在此不再详述。
3.1.8取用元器件
取用元器件的方法有两种:
从工具栏取用或从菜单取用。
下面将以74LS00为例说明两种方法。
1.从工具栏取用:
Design工具栏?
MultisimMaster工具栏?
TTL工具栏?
74LS按钮
从TTL工具栏中选择74LS按钮打开这类器件的ComponentBrowser窗口,如下图所示。
其中包含的字段有Databasename(元器件数据库),ComponentFamily(元器件类型列表),ComponentNameList(元器件名细表),ManufactureNames(生产厂家),ModelLevel-ID(模型层次)等内容。
2.从菜单取用:
通过Place/PlaceComponent命令打开ComponentBrowser窗口。
该窗口与上图一样。
3.选中相应的元器件
在ComponentFamilyName中选择74LS系列,在ComponentNameList中选择74LS00。
单击OK按钮就可以选中74LS00,出现如下备选窗口。
7400是四/二输入与非门,在窗口种的SectionA/B/C/D分别代表其中的一个与非门,用鼠标选中其中的一个放置在电路图编辑窗口中,如左图所示。
器件在电路图中显示的图形符号,用户可以在上面的ComponentBrowser中的Symbol选项框中预览到。
当器件放置到电路编辑窗口中后,用户就可以进行移动、复制、粘贴等编辑工作了,在此不再详述。
3.1.9将元器件连接成电路
在将电路需要的元器件放置在电路编辑窗口后,用鼠标就可以方便地将器件连接起来。
方法是:
用鼠标单击连线的起点并拖动鼠标至连线的终点。
在Multisim中连线的起点和终点不能悬空。
第四节虚拟仪
- 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:
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- 关 键 词:
- 课程设计