北京交通大学-电子系统课程设计报告 - 图文

国家电工电子实验教学中心

电子系统课程设计

设 计 报 告

设计题目： 李沙育图形信号产生电路

学 院： 电子信息工程学院 专 业：

自动化

学生姓名： 学 号：

任课教师： 张宇威

2013 年 7 月 17 日

国家电工电子实验教学中心 电子系统课程设计 设计报告

目 录

1 设计任务要求.......................................................................................................... 1 2 设计方案及论证...................................................................................................... 1

2.1 任务分析 .......................................................................................................................... 1 2.2 方案比较 .......................................................................................................................... 2 2.3 系统结构设计 .................................................................................................................. 3 2.4 具体电路设计 .................................................................................................................. 3

3 制作及调试过程...................................................................................................... 7

3.1 制作与调试流程 .............................................................................................................. 7 3.2 遇到的问题与解决方法 .................................................................................................. 8

4 系统测试.................................................................................................................. 8

4.1 测试方法 ........................................................................................................................... 8 4.2 测试数据 ........................................................................................................................ 12 4.2 数据分析和结论 ............................................................................................................. 13

5 系统使用说明........................................................................................................ 13

5.1 系统外观及接口说明 .................................................................................................... 13 5.2 系统操作使用说明 ........................................................................................................ 13

6 总结........................................................................................................................ 14

6.1 本人所做工作 ................................................................................................................ 14 6.2 收获与体会 .................................................................................................................... 15 6.3 对本课程的意见与建议 ................................................................................................ 16

7 参考文献................................................................................................................ 17

国家电工电子实验教学中心 电子系统课程设计 设计报告

1 设计任务要求

李沙育图形信号产生电路可用中规模数字、模拟集成电路和可编程逻辑器件构成，主要由波形产生电路、滤波电路和移相电路等构成。通过波形产生电路、滤波电路和移相电路等电路参数设计，可以夯实电子技术课程的基本概念和基础理论，为后续专业课程设计打下良好的基础。

通过李沙育图形信号产生电路的设计，掌握波形产生电路、滤波电路和移相电路的精确设计，评价相移电路的误差原因，加深对相关理论的深刻理解。掌握调节波形发生器、滤波电路和相移电路的主要参数特性及其测试方法，掌握增加显示图形精度的方法，提高学生理论和实际相结合的能力。

2 设计方案及论证

2.1 任务分析

1、设计并制作一个产生两路正弦信号的电路（基准频率20KHz左右），分别作为示波器的X、Y轴输入，在双路示波器显示，要求比例分别为1:2、1:4。

图2-1 基本要求显示图形

分析：基准频率为20KHz的正弦波可采用文氏桥正弦波振荡器产生，分频实现方法可以使用.集成二进制计数器74LS161、四位通用移位寄存器74LS195或者D触发器74LS74并加入一些逻辑关系达到三种分频输出。

2、 设计并制作一组移相分别为0°、45°、90°、180°的移相电路。完成对基准正弦信号的移相，作为Y轴信号。要求移相电路的增益为1，增益误差不大于5%，移相误差不大于5°，产生如图2-2所示的基频、二分频、四分频的不同移相的李沙育图形。

分析：移相电路可以选择有源RC移相电路（0-360度可调）或者可以选择无源RC移相电路（0-180度可调），不但能实现移相功能，同时可以误差范围内保证增益为1 。

3、设计并制作一个单位增益的程控移相电路，使得上述四路信号能够自动循环显示，要求每秒更换一次相位。

分析：程控移相电路可以使用四位通用移位寄存器74LS195或者3线－8线译码器74LS138和集成二进制计数器74LS161来循环产生高电平，使用555定时器产生1Hz的定时脉冲，同时通过双控型继电器来控制移相通道的开断。

4、改进电路，产生比例为1:3的两路正弦信号，并输入示波器，观察显示的图形，产生如图2-3的三分频的不同相移的李沙育图形。

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分析：采用集成二进制计数器74LS161，四位通用移位寄存器74LS195，D触发器74LS74同样可以实现3分频。

0°45°90°180°1:11:21:4

图2-2 发挥部分显示图形

0°45°90°180°1:3

图2-3 附加部分显示图形

2.2 方案比较

1、首选方案：信号源采用文氏桥产生正弦波形，并通过LM324运放电路向下进行系统的级联，可以取得较好的抗噪和高驱动能力。使用555施密特触发器进行方波到正弦波转换，信号的频率信息转换到矩形波中，再利用后者对分频电路输入脉冲计数。分频电路采用移位寄存器74LS195和非门74LS00实现时序上的二分频、四分频、三分频等，并输出相应的方波波形。利用有源滤波电路（RC负反馈LM324电路）实现方波到三角波的积分变换，再由无源滤波RC电路对三角波进行滤波，获得无谐波成分的正弦波基波。再利用LM324运放电路调节输出正弦波的幅值，以获得符合要求的分频输出结果。

移相电路可以采用无源RC电桥网络实现0°到180°的延迟移相。自动移相则考虑用继电器直接控制移相电路的接入，继电器则使用移位寄存器74LS195或者3线－8线译码器74LS138和集成二进制计数器74LS161来循环产生高电平移位码，利用555定时器产生1Hz

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的定时脉冲加以控制。

2、备选方案：对首选方案中的555施密特触发器，尝试用LM324过零比较器或者339正弦波-方波转换器替代。分频电路也可以采用集成二进制计数器74LS161或者D触发器74LS74实现。在积分电路和滤波电路部分，可以考虑根据实际输入输出情况选择有源或者无源电路。移相电路改用有源RC运放电路来实现。

2.3 系统结构设计

系统结构设计具体为，信号源采用文氏桥产生正弦波形，并通过LM324运放电路向下进行系统的级联，可以取得较好的抗干扰能力和高驱动能力。使用555施密特触发器进行方波到正弦波转换，信号的频率信息转换到矩形波中，再利用后者对分频电路输入脉冲计数。分频电路采用移位寄存器74LS195和与非门74LS00实现时序上的二分频、四分频、三分频，并输出相应的方波波形。利用有源滤波电路（RC负反馈LM324电路）实现方波到三角波的积分变换，再由无源滤波RC电路对三角波进行滤波，获得无谐波成分的正弦波。最后利用LM324运放电路调节输出正弦波的幅值，以获得符合要求的X路输出结果。

移相电路可以采用无源RC电桥网络实现0°到180°的延迟移相。自动移相则考虑用继电器直接控制不同移相电路的选择，继电器则使用3线－8线译码器74LS138和集成二进制计数器74LS161来循环产生高电平移位码，利用555定时器产生1Hz的定时脉冲加以控制，从而输出Y路信号。结构框图如下图。

图2-4 原理方框图

2.4 具体电路设计

1、文氏桥正弦波产生电路

电路设计说明：第一部分，当幅度和相位满足起振条件，可以在文氏桥振荡器的输出端得到正弦波频率： f?11??28.6KHz （式2-1）

2?RC2?3.14?2.55?103?2.2?10?9第二部分，为LM324运放电路，用于级联放大。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/0cj2.html