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1、.wd摘要如见大量的信息是加载在电信号上，我们想要了解这些电信号就从几种最 根本的电信开场研究。多种波形的产生就是使用各种 根本的电子元器件对电信号产生，运算，处理等电路。555芯片是一个可以产生多谐振荡的芯片，配合其他电子器件可以产生方波等。74LS74是以个有着四个双D触发器的芯片，我们可以把它连接为一个四分频的电路；RC积分器就是使用电容的充放电对方波积分产生三角波；LM324是有四个运放的芯片，我们可以使用这些运放搭建低通滤波电路，和振荡器产生正弦波。1选题背景这是一个信息时代，如今电子科技飞速开展，尽管未来量子通信以其优良的保密性，是未来开展的方向。但是电子技术依然是这个时代的主题。
2、信息的处理就是对信号的处理。模拟信号是信号中最重要的组成局部。对模拟信号的处理就涉及各种电路的设计。温度，压力等，各种连续信号经相应的电子设备转换为模拟电信号，对这些电信号的处理就是我们所做的。信号的产生就对我们的研究提供了很好的源头。1.1指导思想方波，三角波，正弦波是很重要的波形，方波的产生可以有555芯片配合电阻电容产生，对方波的处理有分频，积分等，可以生成其他频率，形状的波形。使用74LS74组成的四分频电路，可以对输入的信号的频率进展四分之一的变化。方波的积分就可以产生三角波。正弦波是自然界中最重要的波，我们任何周期波由傅里叶变换可以得到任何频率的正弦波。1.2方案论证方案一：使用5
3、55芯片产生方波，四分频电路生成方波，RC积分电路对方波积分后产生三角波，使用有源低通滤波电路对方波滤波处理产生正弦波，最后用运放构建的正弦波振荡电路产生250KHz。方案二：使用555芯片产生方波，四分频电路生成方波，使用有源积分电路产生三角波，使用有源低通滤波电路产生正弦波，最后使用250KHz的带通滤波电路对方波滤波就可以产生250KHz的正弦波。由于有源积分电路，和带通电路在搭建的时候有一点的难度，站在简化电路的角度讲，我们选择第一方案。1.3 根本设计任务首先是一个20KHz到50KHz的方波的产生，可以利用555产生一个脉冲的方波，再利用外接的电阻电容调节脉冲的频率。1.4电路特点
4、电路原理简单明了，电路设计简洁。精度不是很高，但是抗干扰能力有所加强，2电路设计2.1总体方框图方波5-10KHz方波20-50KHz74LS74四分频R C积分电路555振荡器三角波5-10KHz正弦波20-30KHz正弦波250KHz正弦振荡电路低通滤波电路 图2-1 总体方案框图2.2工作原理如图2-1所示，五种波形的产生的设计思路是：使用555芯片产生单谐振荡的方波，由于此频率是较高的频率，而且和方波的频率是四分之一关系，于是我们可以是用74LS74构成的四分频电路对方波进展分频处理就可以得到方波；从方波到三角波，由于其频率是一致的，可以使用积分电路对方波进展积分，就可以得到三角波。我
5、们知道任何周期函数都可以写成许多频率不同的正弦波的叠加。同样，可以把一个周期信号分解为正弦信号。正弦波可以使用低通滤波器对方波进展滤波。就可以得到全段频率的正弦波。方波由于频率太高，要是使用带通太难实现，于是我们采用一个可以产生250KHz的振荡器。经过以上所有步骤就可以实现五种波形的产生。3各种主要电路及部件的工作原理3.1方波的产生：555振荡电路图3-1-1555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极型TTL工艺制作的称为 555，用 互补金属氧化物CMOS 工艺制作的称为 7555，除单定时器外，还有对应的双定时器 556/7556。555 定时器的电源电压范围宽
6、，可在 4.5V-16V 工作，7555 可在 3-18V 工作，输出驱动电流约为 200mA，因而其输出可与 TTL、CMOS 或者模拟电路电平兼容。图3-1-2 555电路产生方波工作原理：设电容的初始电压 Uc ，t时接通电源，由于电容电压不能突变，所以高、低触发端Vth Vo 1/3cc，对比器1 输出为高电平，输出为低电平，即RD =0，S D = 11 表示高电位，0 表示低电位，R S 触发器置，定时器输出 u o=1此时Q = 1，定时器内部放电三极管截止，电源VCC 经 R1 ， R2 向电容充电，Uc 逐渐升高。当Uc 上升到1/3 Vcc 时， A2 输出由翻转为，这时R
7、D = SD = 0，R S 触发顺保持状态不变。所以0t t1 期间，定时器输出 u0 为高电平。 t = t 1时刻， Uc 上升到2/3 Vcc ，对比器A1 的输出由变为，这时RD = 1， S D= 0，R S 触发器复，定时器输出 u0= 0。t 1 t t2 期间，Q =0，放电三极管导通，电容通过 R2 放电。VC 按指数规律下降，当VC 2/3 VCC时对比器 A1 输出由变为，触发器的RD =0, SD =0 ，的状态不变， UO 的状态仍为低电平。T=t2时刻，Vcc 下降到1/3 Vcc ，对比器 A2 输出由1 变为0，R-S 触发器的RD = 0，S D= 1，触发
8、器处于1，定时器输出UO =1。此时电源再次向电容C 放电，重复上述过程。1输出信号时间参数：， ，振荡频率：占空比：3.2方波的产生：74LS74分频电路图3-3-174LS74中含有两个独立的D触发器，每个触发器有数据输入D、置位输入复位输入、时钟输入CP和数据输出Q、/Q。、的低电平使输出预置或去除，而与其它输入端的电平无关。当、均无效高电平式时，符合建设时间要求的D数据在CP上升沿作用下传送到输出端。图3-2-2 四分频电路产生方波74LS74是个双D触发器，把其中的一个D触发器的Q非输出端接到D输入端，时钟信号输入端CLOCK接时钟输入信号，这样每来一次CLOCK脉冲，D触发器的状态
9、就会翻转一次，每两次CLOCK脉冲就会使D触发器输出一个完整的正方波，这就实现了2分频。把同一片74LS74上的两路D触发器串联起来，其中一个D触发器的输出作为另一个D触发器的时钟信号，还可以实现4分频。23.3三角波的产生：RC积分电路图3-3-1 积分电路产生三角波积分电路定义输出信号与输入信号的积分成正比的电路，称为积分电路。积分电路原理从图中可以看出，Uo=Uc=(1/C)icdt,因Ui=UR+Uo,当t=to时，Uc=Oo.随后C充电，由于RCTk,充电很慢，所以认为Ui=UR=Ric,即ic=Ui/R,故Uo=(1/c)icdt=(1/RC)icdt这就是输出Uo正比于输入Ui的
10、积分icdtRC电路的积分条件：RCTk积分电路可将矩形脉冲波转换为锯齿波或三角波，还可将锯齿波转换为抛物波。电路原理很简单，都是基于电容的冲放电原理，这里就不详细说了，这里要提的是电路的时间常数R*C，构成积分电路的条件是电路的时间常数必须要大于或等于10倍于输入波形的宽度。3.4正弦波的产生：低通滤波电路图3-4-1LM324系列器件带有真差动输入的四运算放大器，具有真正的差分输入。与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采
11、用外部偏置元件的必要性。LM324系列是低成本的四路运算放大器，具有真正的差分输入。在单电源应用中，它们与标准运算放大器类型相比具有几个明显的优势。该四路放大器可以工作于低至3.0 V或高达32 V的电源电压，静态电流是MC1741的五分之一左右每个放大器。共模输入范围包括负电源，因此在众多应用中无需外部偏置元器件。输出电压范围也包括负电源电压。图3-4-2 低通滤波电路产生正弦波LM324是四运放集成电路，每个运放都是一个独立的运放，采用共同的供电源。这是一个低通滤波电路，采用电位器可以对过滤的正弦波进展调整使之不会过分失真。3.5正弦波的产生：正弦振荡器图3-5 正弦振荡器产生正弦波该振荡
12、电路的振荡频率是：选取相应参数后可以实现250KHz的正弦波振荡电路，产生正弦波。34原理总图 图4-1 电路原理总图5元器件清单元件参数个数555174LS741LM3241电容1034电容1042电位器100K/10K/2K3电阻400/600/5K/1K/20K4，5，1，2，16调试过程及仿真结果6.1通电前的检查首先通电之前我的仿真时可以出结果的，但是在把原理图转化为实物图的时候我还是很小心翼翼地检查每一根线路的导通情况，测量每个元器件的参数是否到达理论的要求，并尽可能的将误差降到最小。首先是最 根本的电阻总是选取和理论最接近的。还有各种芯片，采用先焊底座，再插元器件的方法，即防止了
13、焊接时的损坏，又使芯片可以更换。6.2通电检查再就是加上5V电压，并观察没有芯片发热，电路也可以正常工作。于是就进一步使用示波器来测试所要的波形。6.3结果分析图6-3-1如图6-3-1的比照结果我们可以看出，方波的结果还是对比让人满意的，但是还是不免有一点失真，在方波的峰值出现了一点小的抖动。可能是我的电路受到外界的干扰引起的。也有可能是我的电路之间的信号相互影响造成的。图6-3-2如图6-3-2的结果。我们可以清楚的看出方波的频率是方波的四分之一。记得在实际的电路中这里有对比大的波形抖动，于是我还在这里加了一个电容来减少这种误差。让人兴奋的是这真的可以起作用。尽管仿真的是后不需要，但是在实
14、际的应用中可能有各种的影响。这就让我们更能深入的知道一个电子器件的最 根本作用。图6-3-3图6-3-3就是最 根本的积分电路。由于我为了在实际的电路中简化电路，我使用了最简单的积分电路。但是这造成的影响就是仿真的结果有失真，如图可以看出由于充放电时间的不适宜，导致三角波的上升、下降不是一条直线，这就使结果发生了不如理想状态的失真。但是在要求不高的情况下采用此电路可以很有效的简化电路。图6-3-4图6-3-4是一个又低通滤波后的产生的正弦波，这个电路是对比简单的几乎没有什么可以出的错误。但是在实际的电路中为了使电路方便调节我还是在电路中使用了一个电位器。在电路波形出现较大的失真的时候我们可以对
15、其调节使产生的结果尽可能的保持正弦波图6-3-5这是有一个振荡器产生的正弦波。可以看出的是正弦波的频率是不可调的，但是这就导致了频率有一点误差。要是使用一个电位器就可以很好的弥补这一缺憾。7小结回望这次课程设计，从选题到我焊接成功再到调试出波形。我对比深刻的了解了555若何产生方波等很多的电路知识。在对电路焊接后的漫长调试时间中我一步步的查找原因，改正线路，发现了不少的如连接不严密造成的断路，和引脚焊错的小问题。更正之后使用示波器也出现了小小的问题，我知道了在使用仪器的时候要提前检查一下仪器是否可以正常工作的很多方法。这在我以前的学习中是不可能遇到的，但是这就是课设的意义所在，将我们平常所学转化我实际生产所需。记得在一次调试的时候，我的一个方波出现了失真，是在水平的地方有两个小的毛刺。我调节每一个电位器对此进展调节，但是都没有什么效果。当我疑心是否是因为有外界的干扰造成的时候。旁边的一个同学跟我说，你可以试试往输出加一个电容。我就加了
