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脉冲分频信号产生器
沈阳航空航天大学
课程设计
(说明书)
脉冲分频信号产生器设计
班级24020103
学号2012040201131
学生姓名郁健
指导教师关庆阳
沈阳航空航天大学
课程设计任务书
课程名称电子技术综合课程设计____
课程设计题目脉冲分频信号产生器
课程设计的内容及要求:
一、设计说明与技术指标
设计一个脉冲分频信号产生器,技术指标如下:
①能够输出1KHz脉冲信号;
②能够输出10KHz脉冲信号;
③能够输出100Hz脉冲信号;
二、设计要求
1.在选择器件时,应考虑成本。
2.根据技术指标,通过分析计算确定电路和元器件参数。
3.画出电路原理图(元器件标准化,电路图规范化)。
三、实验要求
1.根据技术指标制定实验方案;验证所设计的电路,用软件仿真。
2.进行实验数据处理和分析。
四、推荐参考资料
1.童诗白,华成英主编.模拟电子技术基础.[M]北京:
高等教育出版社,2006年
五、按照要求撰写课程设计报告
成绩评定表:
序号
评定项目
评分成绩
1
设计方案正确,具有可行性,创新性(15分)
2
设计结果可信(例如:
系统分析、仿真结果)(15分)
3
态度认真,遵守纪律(15分)
4
设计报告的规范化、参考文献充分(不少于5篇)(25分)
5
答辩(30分)
总分
最终评定成绩(以优、良、中、及格、不及格评定)
指导教师签字:
2015年01月14日
一、概述
该脉冲分频信号产生器可以实现10KHZ、1KHZ、100HZ三路频率输出,电路结构相对简单,输出频率相对稳定,且能够有效的实现频率间的转变,具有节能,经济,功能具备的特点。
二、方案论证
设计一个脉冲分频信号产生器,技术指标如下:
①能够输出1KHz脉冲信号;
②能够输出10KHz脉冲信号;
③能够输出100Hz脉冲信号;
方案一:
方案一原理框图如图1所示。
降频降频
图1方案一脉冲分频电路的原理框图
方案二:
方案二原理框图如图2所示。
升频
降频
图2方案二脉冲分频电路的原理框图
本设计采用的是方案一,555构成的多谐振荡器电路较容易实现10KHZ的脉冲,由10KHZ的脉冲依次降频分别得到1KHZ和100HZ的脉冲比较容易实现,电路不复杂且性价比较高。
三、电路设计
1.由555定时器组成的多谐振荡电路
原理图和输出波形图如图3和图4所示
图3由555定时器组成的多谐振荡器图4输出波形
(1)工作原理
多谐振荡器由555定时器组成,将555定时器的V1和V2(2脚和6脚)连在一起接成施密特触发器,然后再将V0经RC积分电路接回输入端便构成了多谐振荡器。
当接通电源以后,因为电容上的初始电压为零,所以输出为高电平,并开始经电阻R向电容C充电。
当充到输入电压为V1=VT-时,输出跳变为低电平,电容C又经电阻R开始放电。
当放电至V1=VT-时,输出电位又跳变成高电平,电容C重新开始充电,周而复始,电路便不停的振荡。
V0和V1的电压波形如图4所示。
(2)周期、频率计算
由V1的波形可以求得电容C的充电时间T1和放电时间T2。
T1=(R1+R2)*C*ln2
T2=R2*C*ln2
故电路的振荡周期为:
T=(R1+2R2)*C*ln2
故振荡频率为f=1/T=1/(R1+2R2)*C*ln2
通过改变电阻R和电容C的参数即可改变振荡频率。
根据设计要求,由555组成的多谐振荡器输出的频率为10KHZ。
经过计算可取:
R1=5KHZ
R2=5KHZ
C1=10nF
2.十分频电路
十分频电路由十进制计数器74LS160构成,74LS160芯片如图5所示其功能表如表一所示。
CLK
RD'
LD'
EP
ET
工作状态
*
0
*
*
*
置零
1
0
*
*
预置数
*
1
1
0
1
保持
*
1
1
*
0
保持C=0
1
1
1
1
计数
图5计数器芯片表一74LS160计数器功能表
工作原理:
十进制计数器74LS160,ABCD引脚分别是计数器的输入端,ENP和ENT是工作状态控制端,正常工作时应接高电位,LOAD是置数端,CLR是异步置零端,CLK是脉冲输入端,RCO是进位输出端,QAQBQCQD是计数输出端。
使计数器从零开始计数,ABCD接地,脉冲输入端CLK接10KHZ脉冲信号,根据功能表RD’、LD’、ET和EP端接高电平,使电路正常计数。
在电路正常工作的情况下,输入端的脉冲每来一次,计数器就开始记一次数,当计数器记到1001时,此时计时器已经经历了10个脉冲,记下了十个数,由于是十进制计数器,当第十个脉冲到来时计数器从0000进到1001时,进位输出端输出高电平进位信号,当第十一个脉冲到来时,计数器回到0000状态开始新一轮的计数,此时进位输出端从高电平越变到低电平,形成一个脉冲,周而复始,每经过十个CLK脉冲信号,进位输出端就会产生一个脉冲,把进位输出端作为信号产生器的输出端,就会产生与CLK脉冲信号差十倍的脉冲信号,从而实现了分频。
由555定时器产生的10KHZ脉冲信号一次经过分频电路就会分别得到1KHZ和100HZ的脉冲信号。
分频电路如图6所示。
图6十分频电路
四、性能测试
1.由555定时器组成的多谐振荡器的测试。
输出波形如图7所示
图7由555定时器组成的多谐振荡器的输出波形
测试数据如表2所示
表2多谐振荡器电路测试数据表
R1值(kΩ)
R2值(kΩ)
C(nF)
周期(us)
频率(KHZ)
5
5
10
100.379
9.962
2.十分频降频电路的测试
由10KHZ脉冲信号经十分频电路分频到1KHZ的输出波形和频率计显示结果如图8图9所示。
图8十分频电路输出波形
图9频率计显示结果
测试数据如表3所示
表3分频电路测试数据表
CLK脉冲信号频率
(KHZ)
输出信号周期
(ms)
输出信号频率
(KHZ)
10
0.979
1.021
由1KHZ脉冲信号经十分频电路分频到100HZ的输出波形和频率计显示结果如图10和图11所示。
图10十分频电路输出波形
图11频率计显示结果
测试数据如表4所示
表4分频电路测试数据表
CLK脉冲信号频率(KHZ)
输出信号周期
(ms)
输出信号频率(HZ)
1
9.846
101.563
3.脉冲分频信号产生器总电路测试。
10KHZ、1KHZ、100HZ三路输出波形如图12所示。
图12三路输出波形
5、结论
本实验方案所设计的脉冲分频产生器是以555定时器和计数器74LS160为核心组成的,其中由555定时器组成的多谐振荡器产生10KHZ频率的脉冲,由计数器74LS160组成十分频电路,分别产生1KHZ和100HZ的脉冲信号。
该实验方案所设计的电路具有结构简单,较容易实现的特点,从经济的角度考虑,本实验只采用了三片芯片,一片555定时器和两片计数器74LS160,节省了制作成本,从功能上考虑,具有10KHZ、1KHZ、100HZ的三路输出频率,实现了所具有的输出功能。
但本实验方案也有一定的缺点,由于电路采用了连续降频的设计方案,存在着输出误差,其中对误差影响最大的是多谐振荡器输出的频率,为了减小误差,应尽量的调整多谐振荡器的电容或电阻,使其输出频率达到10KHZ,以减小对后续电路输出频率的影响。
该实验方案存在着优点也存在着缺点,也有一定的局限性,只能输出三路频率,不能输出其他频率,为加强电路的功能性和提高输出频率的精确度,可对电路进行改进,把多谐振荡器的固定电阻R1或R2换成可调电阻,或把电容C1换成可调电容,通过调节,就可以获得不同的频率,使脉冲分频器的功能更加完备,另外通过调节电阻或电容的大小,也会大大降低电路的输出误差。
参考文献
[1]阎石主编.数字电子技术.[M]北京:
高等教育出版社,2006年
[2]陈振官等编著.新颖高效声光报警器.[M]北京:
国防工业出版社,2005年
[3]童诗白主编.模拟电子技术基础.[M]北京:
高等教育出版社,2006年
[4]邱关源主编.电路.[M]北京:
高等教育出版社,2005年
[5]谢昭光主编.分频器设计与制作.[M]辽宁:
辽宁科学技术出版社,1985年
[6]杨鲁平主编.数字电子技术基础.[M]成都:
电子科技大学出版社,2009年
[7]王冠华主编.Multisim10电路设计及应用.[M]北京:
国防工业出版社,2008年
[8]郑君里主编.脉冲数字电路及应用.[M]北京:
人民邮电出版社,1985年
[9]王毓银主编.脉冲与数字电路.[M]北京:
高等教育出版社,1985年
[10]王家礼主编.频率合成技术.[M]西安:
西安电子科技大学出版社,2009年
附录I总电路图
附录II元器件清单
序号
编号
名称
型号
数量
1
U1
555定时器
LM555CN
1
2
U2
计数器
74LS106
2
3
R1
电阻
5KΩ
2
4
R2
电阻
100Ω
3
5
C1
电容
10nF
1
6
C2
电容
1uF
1
7
D1
二极管
SB560
5
8
LED
发光二极管
3
9
J1
开关
3
10
11
附录III实物图
输出10KHZ波形图
输出1KHZ波形
输出100HZ波形
10KH分频到1KHZ波形
输出1KHZ分频到100HZ波形
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