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北京工业大学课程设计报告学院电子信息与控制工程专业班级组号题目1、压控阶梯波发生器2、基于运放的信号发生器设计姓名学号指导老师成绩年月日-1-压控阶梯波发生器（数字类）（一）设计任务在规定时间内设计并调试一个由电压控制的阶梯波发生器。（二）设计要求1、输出阶梯波的频率能被输入直流电压所控制，频率控制范围为600Hz至1000Hz。2、输出阶梯波的台阶级数为10级，且比例相等。3、输出阶梯波的电压为1V/级。4、输入控制电压的范围0.5V至0.6V。5、电路结构简单，所用元器件尽量少，成本低。（三）调试要求利用实验室设备和指定器件进行设计、组装和调试，达到设计要求，写出总结报告。（四）方案选择在压频转换部分存在两种方案。1、Lm358组成压频转换电路；2、NE555构成压频转换电路。方案论证数字电路精确度较高、有较强的稳定性、可靠性和抗干扰能力强，数字系统的特性不易随使用条件变化而变化，尤其使用了大规模的继承芯片，使设备简化，进一步提高了系统的稳定性和可靠性，在计算精度方面，模拟系统是不能和数字系统相比拟的。数字系统有算术运算能力和逻辑运算能力，电路结构简单，便于制造和大规模集成，可进行逻辑推理和逻辑判断；具有高度的规范性，对电路参数要求不严，功能强大。为了得到更精彩的波形采用数模混合方案。（五）实验元器件和芯片运算放大器Lm358，TTL电路74LS20、74LS161、74LS175，CMOS缓冲器CD4010，稳压管，二极管1N4148，电位器，电容，电阻。（六）设计方案整体设计思路：-2-压频转换→计数器→权电阻→运放=阶梯波利用Lm358组成压频转换电路；使用CD4010缓冲，形成可被数字电路识别的矩形波信号；74LS161与74LS20组合构成十进制计数器；利用74LS175提高负载、整流信号，并组成权电阻网络；最后利用运放放大信号，并输出。仿真电路图：详细设计：压频转换部分：V12VC11uFR1100kΩR25kΩR31kΩR4100kΩR5100kΩU174LS161NQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2U274LS175D1D4CLK91Q2~CLR12D53D124D13~1Q3~2Q63Q10~3Q112Q74Q15~4Q14U3A74LS20D5U4ALM358D32481U5ALM358D32481U6ALM358D3248134U7A40106BD_5V600R6100kΩKey=A50%GNDVDD15VVDD15VVEE-15VVEE-15VVEE-15VVDD15VVEEVEEVDDVDD0R71kΩVCC5VR81kΩR92kΩR104kΩR118kΩR122kΩKey=A50%R132kΩKey=A50%R142kΩKey=A50%R152kΩKey=A50%1718192021222324VEEVDDR161kΩ0R17680Ω27R182kΩ26XSC1ABExtTrig++__+_1211D11N4148109830729VCCGNDD21N5758015251228-3-压频转换将一定的输入电压按线性的比例关系转化成频率信号，当输入电压变化时，输出频率也相应变化。其输出时矩形波。上图采用的是电荷平衡式压频转换电路，该部分有积分器和滞回比较器组成。滞回比较器的阈值电压为：±UT=±𝑅5𝑅3·UZV12VC11uFR1100kΩR25kΩR31kΩR4100kΩR5100kΩU174LS161NQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2U274LS175D1D4CLK91Q2~CLR12D53D124D13~1Q3~2Q63Q10~3Q112Q74Q15~4Q14U3A74LS20D5U4ALM358D32481U5ALM358D32481U6ALM358D3248134U7A40106BD_5V600R6100kΩKey=A50%GNDVDD15VVDD15VVEE-15VVEE-15VVEE-15VVDD15VVEEVEEVDDVDD0R71kΩVCC5VR81kΩR92kΩR104kΩR118kΩR122kΩKey=A50%R132kΩKey=A50%R142kΩKey=A50%R152kΩKey=A50%1718192021222324VEEVDDR161kΩ0R17680Ω27R182kΩ26XSC1ABExtTrig++__+_1211D11N4148109830729VCCGNDD21N5758015251228-4-在波形图的t2时段，UO1是对UI的线性积分，起始值记作+UT，终值记作-UT，因而t2应满足-UT=1𝑅4𝐶•𝑈𝐼+𝑡2•𝑈𝑇，解得t2=2𝑅5𝑅4𝐶𝑅3·𝑈𝑍|𝑈𝐼|，当R1R2时，振荡周期T≈t2，故振荡频率受控于输入电压：F=1𝑡2=𝑅32𝑅5𝑅4𝐶𝑈𝑍·|𝑈𝐼|。Lm358芯片信息：WideSupplyRange:−SingleSupply...3Vto32V(26VforLM2904)−orDualSupplies...1.5Vto16V(13VforLM2904)LowSupply-CurrentDrain,IndependentofSupplyVoltage...0.7mATypCommon-ModeInputVoltageRangeIncludesGround,AllowingDirectSensingNearGroundLowInputBiasandOffsetParameters:−InputOffsetVoltage...3mVTypAVersions...2mVTyp−InputOffsetCurrent...2nATyp−InputBiasCurrent...20nATypAVersions...15nATypDifferentialInputVoltageRangeEqualtoMaximum-RatedSupplyVoltage...32V(26VforLM2904)Open-LoopDifferentialVoltageAmplification...100V/mVTypInternalFrequencyCompensation内部结构：-5-Lm358管脚图：计数器部分用74LS161和74LS20组成计数器，其中A~D为四个输入端，QA~QD为四个输出端，采用置数法完成十进制计数器。ENP,ENT,LOAD,CLR根据要求分别置高低电平。CLK连接压频转换电路的输出端。74LS161和74LS20管脚图：V12VC11uFR1100kΩR25kΩR31kΩR4100kΩR5100kΩU174LS161NQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2U274LS175D1D4CLK91Q2~CLR12D53D124D13~1Q3~2Q63Q10~3Q112Q74Q15~4Q14U3A74LS20D5U4ALM358D32481U5ALM358D32481U6ALM358D3248134U7A40106BD_5V600R6100kΩKey=A50%GNDVDD15VVDD15VVEE-15VVEE-15VVEE-15VVDD15VVEEVEEVDDVDD0R71kΩVCC5VR81kΩR92kΩR104kΩR118kΩR122kΩKey=A50%R132kΩKey=A50%R142kΩKey=A50%R152kΩKey=A50%1718192021222324VEEVDDR161kΩ0R17680Ω27R182kΩ26XSC1ABExtTrig++__+_1211D11N4148109830729VCCGNDD21N5758015251228-6-权电阻网络部分74LS175——四D触发器集成电路，可以用来构成寄存器。功能表如下：权电阻网络是把数字信号转换为模拟信号称为数模转换，其原理是将二进制数字量形式的离散信号转换成以标准量为基准的模拟量。74LS175管脚图：内部结构：-7-放大器部分具有很高放大倍数的电路单元。在实际电路中，通常结合反馈网络共同组成功能模块。如图，使用运算放大器构成正向比例放大器，对输出信号幅度加以调节，以满足实验要求。（七）实验调试过程首先用万用表元器件测试，确定元器件完好，测试面包板，确定面包板的导通状态，然后按照设计的电路图布线，连线整齐、简明。组装完毕后，对各个模块单独测试。调试中发现的问题：压频转换部分输出信号：V12VC11uFR1100kΩR25kΩR31kΩR4100kΩR5100kΩU174LS161NQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2U274LS175D1D4CLK91Q2~CLR12D53D124D13~1Q3~2Q63Q10~3Q112Q74Q15~4Q14U3A74LS20D5U4ALM358D32481U5ALM358D32481U6ALM358D3248134U7A40106BD_5V600R6100kΩKey=A50%GNDVDD15VVDD15VVEE-15VVEE-15VVEE-15VVDD15VVEEVEEVDDVDD0R71kΩVCC5VR81kΩR92kΩR104kΩR118kΩR122kΩKey=A50%R132kΩKey=A50%R142kΩKey=A50%R152kΩKey=A50%1718192021222324VEEVDDR161kΩ0R17680Ω27R182kΩ26XSC1ABExtTrig++__+_1211D11N4148109830729VCCGNDD21N5758015251228-8-发现信号并不整齐，影响后面TTL计数电路的识别和波形发生。在调整稳压管和增加施密特触发器个数后，波形得到改善：计数器部分调试：输入脉冲选择实验板上固定脉冲，四个输出端对应接到实验板数码管上。验证十进制计数器工作情况。验证无误后，将输入脉冲改为压频转换电路生成的脉冲信号，进一步确认信号通路完好。权电阻网络及运放部分调试：在信号输出部分，可以产生阶梯波，但各阶幅值并不相等，使用示波器测量线发现部分阶梯大于1V，而有的小于1V。使用万用表欧姆档测量权电阻阻值发现比例并非严格的8：4：2：1，导致阶梯比例失调。通过调节支路上的电位器使阶梯比例趋于严格。调试完毕，最终产生的波形为：-9-完成本次试验全部效果。（八）总体电路材料清单名称规格数量集成运算放大器LM3582计数器74LS1611与非门74LS201D触发器74LS1751二极管1N41481稳压管2CW2341施密特触发器CD40101电阻、电容、导线——若干-10-参考资料《模拟电子技术》（第四版）童诗白主编；高等教育出版社。《数字数字电子技术》阎石主编;高等教育出版社。（九）心得体会此次电子技术课程设计，让我懂得了实践的重要性。即使课本知识掌握的很好，如果不会综合运用，也是一些支离破碎的知识，这是无用的，而如果能运用而实际动手能力很差，理论与实际结合不起来，学得再好也没有用。这次课程设计恰好是将课本知识与动手实践结合起来。一方面，它加深与巩固了所学的各章节的理论，并将其综合运用，提高了我们综合运用知识的能力；另一方面，培养了我们学习知识的兴趣。虽然，我们这次遇到很多困难，经过努力，都得以解决。经过查资料、选方案、设计电路、撰写设计报告，使我得到一次较全面的实践训练。首先，综合运用电子技术课程中所学到的理论知识来独立完成此次设计课题，培养我们查阅手册和文献资料的良好习惯，以及培养我们独立分析和解决实际问题的能力。其次，在学习了理论知识的基础上进一步熟悉常用电子器件的类型和特征，并掌握合理选用的原则。再次，就是学会电子电路的安装与调试技能，以及与同组的组员的团结合作的精