可编程函数发生器

1课程设计说明书课程设计名称：数字电路课程设计课程设计题目：可编程函数发生器学院名称：信息工程学院评分：教师：付崇芳2013年9月22日2数字电路课程设计任务书2013－2014学年第1学期第2周－4周注：1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带一份备查。2、课程设计结束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务存档。题目可编程函数发生器内容及要求1）用开关输入8位二进制数，要求输出50Hz~1kHz的方波；2）要求使用D/A转换方式；3）要求频率按照由小到大自动变化。进度安排2013.9.9-2013.9.15：查阅资料，方案分析与设计，电路仿真；2013.9.16-2013.9.22：完成系统的制作、焊接、调试；2013.9.23-2013.9.27：画PCB线路板图，完成报告。学生姓名：指导时间：周一、周二、周五指导地点：实验大楼南310、E610任务下达2013年9月9日任务完成2013年9月27日考核方式1.评阅□√2.答辩□3.实际操作□√4.其它□指导教师系（部）主任3摘要可编程函数发生器，通过分析函数信号发生器原理分析制作可以产生和转换各种信号的电路，再加入可编程控制部分的通用自动化控制装置从而会具有控制功能强，使用灵活方便。本次课程设计依据数电中D/A转换原理，经过压控方波产生电路实现了将二进制信号转化为频率信号，使输出信号频率再50—1KHz变化。在生产丶科研丶测控丶通信等领域都有广泛的应用。关键字：可编程发生器，数模转化，数字信号逻辑4目录第一章系统设计...................................................1第二章电路方案设计..............................................21.1方案一......................................................21.2方案二......................................................21.3方案三.......................................................2第三章电路组成..................................................32.1D/A电路.....................................................32.2方波发生电路................................................4第四章单元电路调试..............................................63.2压控方波电路调试............................................63.3分析........................................................6第五章总结.......................................................8参考文献..........................................................9附录一：PCB......................................................10附录三：实物图...................................................111第一章系统设计可编程函数发生器要求输入八位二进制数，输出方波的课题。并且要使用D/A转换模式输出50到1000Hz的方波。故将设计电路分为两大部分设计：第一部分电路实现将进制信号转化为电信号。由于最终要获得频率信号，所以第二部分为实现将电信号转化为频率信号的电路。第一部分电路逻辑信号输入由开关构成输入数模转换器后实现电信号的转换，在经过啊、反向放大器输出正向电信号。第二部分将传过来的电信号转化为能在示波器上观察到现象的频率信号。通过上述设计，然后选取合适的芯片，设计电路仿真，在制板调试，完善课程。2第二章电路方案设计1.1方案一设计可编程发生器是，可用模拟电路组成方波发生器利用改变发生器中电阻或电容数值的方法改变方波的频率。采用二进制编码去控制多路模拟开关接通不同数值的电阻或电容，输出频率就可以实现编程。采用这种方案缺点是输出信号频率不可连续可调，采用的模拟开关数量较多1.2方案二采用锁相环倍频器。首先制作一个10HZ方波发生器，在此方波作为基波输入到锁相环中，锁相环反馈之路加入100进制可预置的减法器，锁相环中亚控振荡器输出波形为计数器的计数脉冲，用减法器计数的结尾脉冲输入到锁相环的反馈输入端:通过自锁定输出频率就是10HZ的整数倍信号。倍频数取决于减法计数器的预置数。预置数可用二进制代码由拨码开关给出。这样设计出了产生10HZ~1KHZ之间变化，区分度10HZ的方波信号发生器。这种方案电路较复杂1.3方案三方案三采用如图1.1原理框图，D/A数模转换器任务是通过编程得到二进制代码00-FFH，转换成与其大小成比例的控制电压。压控方波发生器输出方波频率与控制电压成正比。采用8位D/A转换器输出频率可以分256个等级，选择合适电阻电容频率变化在50HZ---10KHZ范围内。00~FFH方波输出图1.1方案三原理框图通过比较选择方案三D/A转换压控方波发生器3第三章电路组成2.1D/A电路D/A电路如图2.1所示,电路由D/A转换器DAC0832和运算放大器LM741组成。4图2.1D/A转化电路其中使DAC0832的各使能端接入VCC电源和地线让电路在有效的工作状态，D/A数模转换器就使二进制代码00-FFH转换成对应成大小关小的电流。在DAC0832的两个输出端1,输出端2接运算放大器LM741由运算放大器进行电流→电压转换，这样转换成二进制代码00-FFH与其大小成比例的控制电压。当外接运算放大器进行电流电压转换时，则电路构成基本上与内置放大器的电压输出型相同，这时由于在DA转换器的电流建立时间上加入了运算放大器的延迟，使响应变慢。此外，这种电路中运算放大器因输出引脚的内部电容而容易起振，有时必须作相位补偿。电路运行时，输出电压值VOUT和输入数字量二进制代码00-FFH的关系：先将00-FFH转换成十进制数值DVOUT=－VREF×D/256VREF为输入的参考电压；代数式中“－”是运算放大器LM741反相当D=0～255，VOUT=0～－VREF×255/2562.2方波发生电路如图2.2所示，方波发生电路又芯片CD4046实现。5图2.2压控方波发生电路CD4046中心频率计算公式：f=(Udd-Ugs)/8R4C1式中，Ugs为耗尽型NMOS电压三极管的源栅间导通压降，约为0.5V。R4为10K,C1为1uf。6第四章单元电路调试3.1D/A电路调试先用万用表测量芯片管脚的输出电压，与理论值比较，结合电路分析，判断电路工作状态是否正常。改变逻辑信号输入端D0——D7的输入值。然后测量输出电压值，结合电路分析出哪里电压不正常。再用万用表测，找出故障点。3.2压控方波电路调试方波发生部分--连接上电源，测量PCB电流，是否在设计范围内。在输入端加固定的电平信号，用示波器测输出端波形，与理论波形值比较，结合电路原理的分析，判断电路工作状态是否正常。，改变输入端加固定的电平信号测量输出电压值，结合电路原理的分析比较输出电压变化是正确。3.3分析1)实验结果中第二部分无法产生方波，示波器只显示一个幅度的电压，且会随D0-D7变化而变化CD4046损坏，以至于不能产生方波2）实验结果中第一部分的控制开关无法控制电路，输出电压不受D0~D7的电平改变而改变焊接没有错误应该是使用的开关存在问题7图3可编程函数发生器原理图8第五章总结本次课程设计所做的可编程函数发生器运用到了数电的数模转换以及模拟电路的知识。也有部分微机原理的知识。本次课设是对数电课程所学知识的运用，锻炼学生动手能力及自主思考能力，同时也对知识串联使用和知识综合分析实践。这次课设仿真花费了比较长的时间，因为对知识点的掌握不够。再到后面焊板由于没注意电压的范围而导致芯片的损坏。延误了比较多的时间。最后板子实现了功能。能在示波器上看到明显的波形。但是波形的变化范围不大。所以对于参数的设计应该可以改进。在本次课设中也认识到个人能力的不足，比较薄弱的还是理论知识不够。使得开题时遇到种种困难。以后一定要加强理论知识。9参考文献[1].华成英主编.模拟电子技术基础教程.北京：清华大学出版社，2007[2].阎石主编.数字电子技术基础.北京：高等教育出版社，2006.5[3].尹建华主编.数字电子技术基础微型计算机原理与接口技术.北京：高等教育出版社，2008.1[4].梁宗善.电子技术基础与课程设计.上海：华东理工大学出版社，1994.[5].陈光梦.可编程逻辑器件的原理及应用.上海：复旦大学出版社，199810附录一：PCB图4PCB制图11附录三：实物图图5电路板正面图图6示波器频率信号图——方波