1、目 錄i韶 關 學 院課程設計說明書（論文）設計題目：波形發生器設計設計題目：波形發生器設計課程名稱：電子技術課程設計課程名稱：電子技術課程設計學生姓名：黃明高學生姓名：黃明高學學 號：號：12101071053院院 系：物理與機電工程學院系：物理與機電工程學院專業班級：專業班級：12 電子電子 2 班班 指導教師姓名及職稱：洪遠泉指導教師姓名及職稱：洪遠泉 實驗師實驗師 起止時間：起止時間： 2014 年 3 月 2014 年 6 月 課程設計評分：課程設計評分：（教務處制）（教務處制）目 錄ii目目 錄錄1課題任務（一級標題，黑體，三號）課題任務（一級標題，黑體，三號）.12電路設計原理電

2、路設計原理.22.1脈沖波形設計原理 .22.2鋸齒波形設計原理 .32.3正弦波形 1 設計原理 .3 2.4 正弦波形 2 設計原理.43PCB 電路板制作電路板制作.63.1DXP2004 軟件簡介 .63.2原理圖設計 .63.3元件庫設計 .63.4四位加法器 PCB 板圖設計.73.5腐蝕加工與 PCB 板直觀檢查.73.6焊接與通電前測試 .74常見故障分析常見故障分析.74.1PCB 板電源與地線短路.84.2無法實現正弦波的輸出.84.3鋸齒波幅度值偏大 .85總結總結.7附錄附錄.8 附錄 A：仿真電路圖 8附錄 B：電路原理圖.9附錄 C：PCB 電路板圖.9附錄 D：實

3、物照片.10目 錄iii波形發生器設計波形發生器設計專業班級：12 電子 2 班 學生姓名：黃明高 指導老師: 洪遠泉（實驗師） 1 1 課題任務課題任務使用 555 芯片和一個通用四運放 LM324 芯片，設計制作一個頻率可變的同時輸出脈沖波，鋸齒波，正弦波 1，正弦波 2 的波形產生電路。設計制作要求如下：1同時四通道輸出，每通道輸出脈沖波，鋸齒波，正弦波 1，正弦波 2 中的一種波形，每通道輸出的負載電阻均為 560 歐姆。2四種波形的頻率關系為 1:1:1:3.脈沖波，鋸齒波，正弦波 1 輸出頻率范圍為8KHz10KHz，輸出電壓幅度峰峰值為 1V；正弦波 2 輸出頻率范圍為24KHz

4、30KHz，輸出電壓幅度峰峰值為 9V。脈沖波，鋸齒波，正弦波輸出波形無明顯失真。頻率誤差不大于 10%；通道內輸出電壓幅度值誤差不大于5%。脈沖波占空比可調節。3電源只能選用+10V 單電源，由穩壓電源供給。4要求預留脈沖波，鋸齒波，正弦波 1，正弦波 2 的電源的測試端子。5每通道輸出的負載電阻 600 歐姆應標示清楚，置于明顯位置，便于檢查。總體設計結構如下圖所示：目 錄iv2 2電路設計原理電路設計原理2.1 脈沖波形設計原理脈沖波形設計原理 電路剛通電時，由于電容 C 上的電壓不能突變，為 0V，則 555 的 2 腳、6 腳電壓也為 0，而比較器 C1 的正端（5 腳）電壓固定在

5、2VCC/3 的閥值上，比較器 C2 的負端電壓固定在 VCC/3 的閥值上。因此，UCVCC/3,R1=1,S=0,3 腳輸出高電平，三極管 T 截止。通電之后，電源 VCC 通過電阻 R1、R2 對電容 C 充電，2 腳與 6 腳的電壓 Uc 逐漸上升。當 UcVcc/3 時，R=1,S=1,輸出維持不變。Uc2Vcc/3 時，R=0,S=1,3 腳輸出低電平，三極管 T 導通，此時電容通過電阻R2、三極管 ce 極放電，Uc 電壓下降。電容放電一段時間后，電壓下降到目 錄vUcVcc/3 時 R=1，S=0，3 腳又輸出高電平，三極管 T 截止，電源通過 R1、R2對電容 C 充電。電路

6、輸出的脈沖 Vo 的高電平持續時間 tpH跟電容 C 的充電速度有關。根據暫態電路的定律，電源 Vcc 通過電阻 R1、R2 對 C 充電的電壓大小計算公式為：Uc(t)=Uc()+Uc(0+)-Uc()e-t/=Ucc(1-e-t/),=(R1+R2)CUcc/3=Ucc(1-e-t/),解得 t1=(ln3-ln2)2Ucc/3=Ucc(1-e-t/),解得 t2=ln3Tph=t2-t1=ln2=0.693(R1+R2)C同理，電路輸出的脈沖 v0 的低電平持續時間 tPL跟電容 C 對電阻 R2 的放電速度有關。放電電壓的計算公式為：Uc(t)=2Ucc/3e-t/,=R2C電容上的電

7、壓從 2Vcc/3 放到 Vcc/3 的時間為 tPL=ln2=0.693R2C因此，多謝振蕩器的周期 T=TPH+TPL=ln2(R1+2R2)C=0.693(R1+2R2)C頻率：F=1/0.693(R1+2R2)C=1.44/(R1+2R2)CHZ2.2 鋸齒波形設計原理鋸齒波形設計原理如圖所示是由 NE555 定時器、運算放大器、穩壓二極管等構成的鋸齒波發生器電路。采用 NE555 對定時電容進行恒流充電，就可產生鋸齒波。目 錄vi鋸齒波的周期與振幅是通過改變 NE555 片內復位檢測用比較器的比較電平而改變的。若 NE555 復位檢測比較器的比較電平為 Uc，VDz 的穩定電壓為 U

8、z，則從外部觸發開始到復位檢測的時間 t 為 t=（UcUz）R3C1。從外部觸發開始，NE555 的輸出在 t 期間保持高電平，t 可用做定時時間。由運算放大器 A1 構成的跟隨器采用自舉方式，C1 的充電電流由穩壓二極管 VDz 和電阻 R3 決定。電路中，通過穩壓二極管不同的穩壓值來改變鋸齒波的周期，也可通過改變參數 R3 或 C1 的值改變鋸齒波的周期，但同時要考慮運算放大器的動態范圍，否則，波形會失真。2.3正弦波正弦波 1 設計原理設計原理 低通濾波器的設計框圖：有源濾波器的快速設計：（1）根據截止頻率 fc,選擇電容 C(單位為 uF)，滿足下式： K=100/fcC 注意 K

9、值不能太大，否則會使得電阻的取值較大，從而使引入的誤差增大，通常取1K10。同時，恰當選擇 K 值，使得電容 C 的取值容易實現。例如，要設計一個9K 的低通濾波器，K=1時，C=0.011111uF;K=2,C=0.005566uF;K=3,C=0.003704uF;K=4,C=0.002778uF;K=5,C=0.002222uF;K=6,C=0.001852uF;K=7,C=0.001587uF;K=8,C=0.001389uF;K=9,C=0.001111uF?？梢赃x擇 K=5，用瓷片電容222（0.0022uF）代替。目 錄vii從設計表中查出與 Av 對應的電容值，及 K=1時的電

10、阻值。再將這些電阻值乘以參數 K,得到電阻的設計值。實驗調整修改電容、電阻值，測量濾波器的性能參數，繪制幅頻特性曲線。2=1/R2R3CC1，Q=0.0707，AV=-R2/R12.4 正弦波正弦波 2 的設計原理的設計原理有源帶通濾波器的設計框圖：有源濾波器的快速設計：（1）根據截止頻率 fc,選擇電容 C(單位為 uF)，滿足下式： K=100/fcC 注意 K 值不能太大，否則會使得電阻的取值較大，從而使引入的誤差增大，通常取1K10。同時，恰當選擇 K 值，使得電容 C 的取值容易實現。例如，要設計一個9K 的低通濾波器，K=1時，C=0.011111uF;K=2,C=0.005566

11、uF;K=3,C=0.003704uF;K=4,C=0.002778uF;K=5,C=0.002222uF;K=6,C=0.001852uF;K=7,C=0.001587uF;K=8,C=0.001389uF;K=9,C=0.001111uF?？梢赃x擇 K=5，用瓷片電容222（0.0022uF）代替。從設計表中查出與 Av 對應的電容值，及 K=1時的電阻值。再將這些電阻值乘以參數 K,得到電阻的設計值。實驗調整修改電容、電阻值，測量濾波器的性能參數，繪制幅頻特性曲線。RCR3C1才能形成通帶目 錄viiif0=1/2RC,Q=1/(3-Av),BW=f0/QAv=1+RF/R3為通向比例放

12、大電路的電壓增益，Av 必須小于3，電路才能穩定工作。當 f=f0時，帶通濾波器具有最大的電壓增益 Auo=Av/(3-Av)2=(R1+R2)/R2R2R3C2,Q=O/BW=fo/BW(BWo） ，AV=-R3/2R13 3 PCBPCB 板制作板制作3.1 DXP2004 軟件簡介軟件簡介Protel DXP 是第一個將所有設計工具集于一身的板級設計系統，電子設計者從最初的項目模塊規劃到最終形成生產數據都可以按照自己的設計方式實現。Protel DXP 運行在優化的設計瀏覽器平臺上，并且具備當今所有先進的設計特點，能夠處理各種復雜的 PCB 設計過程。通過設計輸入仿真、PCB 繪制編輯、

13、拓撲自動布線、信號完整性分析和設計輸出等技術融合，Protel DXP 提供了全面的設計解決方案。3.2 原理圖設計原理圖設計 打開 DXP2004 軟件，建立項目“波形發生器設計.projpcb”并保存到專用的文件夾。新建原理圖文件“波形發生器原理圖.schdoc”到項目中，并保存。在原理圖中繪制波形發生器原理圖如下：目 錄ix3.3 PCB 板圖設計板圖設計波形發生器設計的的項目中按右鍵，在彈出的對話框中點擊【追加已有文件到項目中】-【PCB】 。接著打開主原理圖點擊【設計】【Update PCB Document】【執行變化】【關閉】即可導入原件到 PCB 文件上，接下來就是布局。布局時

14、需要注意的是一般優先考慮電路中的核心元件和體積較大的元件，各元件不要重疊，功率較大的元件的位置不能靠的太近，盡量使飛線不要交叉，連線長度較短，電路板中元件盡量均勻分布，不要擠到一邊，以便于和原理圖對照分析。布局完成后就是布線，布線時跳線盡量短和少。布線完成后要在 PCB 上加入漢子模塊。分別是姓名和學號，此處使用工具是“PCB 圖中加入中文字”文件。完成后即可用打印機打 PCB 圖打印在油紙上，然后將圖案印在銅板上。具體圖案見附錄。3.4腐蝕加工及腐蝕加工及 PCB 板直觀檢查板直觀檢查 將適量的三氯化鐵固體與清水混合并攪拌直至形成渾濁液，再把 PCB 板放入水中，輕輕地晃動盛有三氯化鐵渾濁液

15、的器皿直到裸露的銅完全脫落再將腐蝕后的銅板用清水沖洗干凈，然后用砂紙打磨掉附在銅板上的碳粉，最后用打孔機在焊盤處打孔。完成這一系列的步驟之后還需檢查線路是否有短路或是斷路，及時糾正錯誤。目 錄x3.5焊接與通電前的測試焊接與通電前的測試 腐蝕完成后用萬用表調到二極管檔測試電路是否斷路，若萬用表發出尖銳的聲響說明電路時連通的，否則該段電路是斷開的，斷開的電路可用焊錫連接，檢查無誤后即可進行元器件的焊接。焊接時注意烙鐵的溫度不能過高，焊接時間盡量短。應讓焊接面盡量干凈，焊接才會很迅速、很堅固，可以使用細砂紙打磨焊接表面。焊接完成后首先要外觀檢查，即目測每個焊點是否合乎外觀標準，檢查整塊電路板，確保

16、沒有漏焊，沒有橋接，未損傷導線及元器件的絕緣層，沒有焊料飛濺等。還應用指觸，鑷子撥動，拉線等方法檢查有無導線斷線，焊盤剝落等缺陷。4 4 常見故障分析常見故障分析4.1 PCB 板電源與地線短路板電源與地線短路檢測：萬用表調蜂鳴檔或電阻檔，兩表筆分別接電路板的 VCC 與 GND 端，若萬用表響了或指針有較大擺動，叫短路（或通路） ；若萬用表沒響或指針沒有較大擺動，說明兩點不連通。還可以在計算機中打開 PCB 圖，點亮短路的網絡，觀察什么地方離得最近，最容易粘在一塊。4.2 無法實現正弦波的輸出無法實現正弦波的輸出LM324 的 4 腳沒有加偏置電壓。加偏置電壓的方法是在 VCC 和 GND

17、間串聯兩個 10K 的電阻，然后在兩電阻間分一條支路到 LM324 的 4 腳，即可完成偏置電壓。4.3 鋸齒波幅度值偏大鋸齒波幅度值偏大 鋸齒波幅度值偏大的原因是沒有分壓，可以通過電位器的調節進行分壓從而得到符合設計要求的鋸齒波幅度值目 錄xi5 總結總結經過接近一個月的不斷調試與改進，終于完成了本次的波形發生器課程設計，并且達到了預期的效果，實現了脈沖波，鋸齒波和正弦波的輸出，頻率連續可調，但是正弦波 2 沒有達到預期的頻率范圍，整個電路板也因為多次的修改導致非常不美觀。不過通過了本次的波形發生器設計，我把模電部分的理論知識與實踐結合了起來，以前在學習理論知識期間似懂非懂的問題經過了這次課

18、程設計也有了新的了解。調試的過程中遇到很多問題，最后都通過翻閱資料和檢查電路找出并解決。最重要的還是從實踐中理解了課本上的理論知識，明白了學與致用的真諦，因為理論計算值在實踐中又不一定是最佳的參數，還需通過不斷地觀察實驗結果調整器件的參數以達到最好的效果，也正因為如此，這次的課程設計花費了比以往的課程設計更多的時間，不過在調試的過程中我們也學到了更多的經驗和知識?？傊敬蔚牟ㄐ伟l生器設計不但提高了我的動手實踐能力，同時也讓我更加深刻地體會到了理論與實踐結合的重要性。附錄附錄附錄 A:用 Multisim10 仿真電路及波形目 錄xii附錄 B：電路原理圖目 錄xiii附錄 C：PCB 電路板圖目 錄xiv附錄 D：實物照片目目 錄錄目 錄xv1課題課題任務任務 . 摘要 .3 3波形發生器波形發生器工作原理工作原理 . 3.1 主要芯片的引腳，功能與工作原理 . 3.2 脈沖波產生原理 . 3.3 鋸齒波產生原理與跟隨器 . 3.4 低通濾波器與正弦波產生原理 . 3.5 帶通濾波器與正弦波產生原理 .4 4 波形發生器在波形發生器在 multisimmultisim 仿真結果仿真結果 .5 5波形發生器波形發生器 PCBPCB 電路板制作電路板制作 . 5.1 DXP2004 軟件簡介 . 5.2 原理圖設計 . 5.3 波形發生器 PCB 板圖設計 . 5