正弦波低频信号发生器.docVIP

电子技术课程设计报告 题 目： 正弦波低频信号发生器 专 业： 自动化 班 级： 一班 学 号： 02号 姓 名： 王冉 指导教师：赵宇驰 设计日期：2012年9月22日星期六 摘要：正弦信号发生器是信号发生器中最常见的一种，由于数字电路构成的低频信号发生器，多是由一些芯片组成，其低频性能比模拟信号发生器号得多，而且体积较小，输出的错误信号谐波比较少，频率和振幅相对比较稳定，本文协助555定时器产生方波，再借助滤波电路，产生频率可调且输出稳定的正弦波。 在产生了稳定可调的正弦波之后，再借助A/D转换，用一些芯片，讲正弦波信号的幅值通过数码管显示出来，完成幅显的功能。并且用一种数字电路中常用的十进制计数器芯片74LS160讲正弦波的频率通过数码管显示出来，完成频显的功能。 关键词：低频 555定时器 正弦信号 滤波 频显 幅显 一、设计目的作用 （1）利用所学单片机理论知识，进行软硬件整体设计。锻炼学生理论联系实际，提高我们我们的综合应用能力。 （2）本次设计，我们将以单片机为基础，设计并开发出能输出正弦波，且频率幅度可变的函数发生器。掌握各接口芯片功能特性及接口方法，并运用其实习简单的微机应用系统功能器件。 （3）通过这几个波形进行组合形成一个函数发生器，使得学生对系统的整个框架的设计有一个很好的锻炼。这不仅有助于学生找到自己感兴趣的领域，更可以锻炼大家各方面知识的融贯性，更有助于知识的巩固和提高。 二、设计要求 （1）．输出为正弦信号，且输出正弦信号频率为20HZ—20KHZ可调 （2）．数码管显示正弦信号频率，且正弦信号幅值-5V--+5V可调 （3）．设计接口电路，将这些外设构成一个简单的单片机应用系统，画出接口的连接图。根据开关对输出波形的频率，幅度进行控制调节 三、设计的具体实现 1、系统概述 利用555定时器产生方波的原理，基于熟悉的知识，我们可以利用555定时器先产生频率可调的方波，再利用模拟电子技术中所学的滤波电路搭建一个多阶的滤波电路，即采用三阶可调滤波电路，利用方波产生频率可调的正弦波。再利用数字电子技术中所学的十进制计数器74LS160和数码显示DCD-HEX来完成频率的显示。由滤波电路产生的正弦波信号，经过一个放大器放大后。形成幅值在-5和+5V可调的正弦波信号，最后，再利用A/D转换装置，经过数码显示装置，完成幅值显示功能。其原理方框图如下： 图一方框原理图 2、?单元电路设计与分析 1. 正弦波的产生模块 本组正弦波的产生模块又可以分成方波产生部分两个小模块。先由方波产生部分产生频率可调的方波，再通过正弦波部分，即滤波网络产生正弦波。 1.1方波产生部分 本组正弦波的产生采用的是以芯片555定时器为核心的电路。采用555定时器构成的多谐振荡器，经过一定方式的电路连接，产生方波。 B .方波产生信号的连接电路图及原理 图二 方波产生信号的接线原理图 计算可得 T1≈0.7R6C1； T2≈0.7R5C1；当设定R5=R6的时候，即可使得T1=T2；由于要求输出频率为20HZ—20KHZ；F=1/T=1(T1+T2)≈1/1.4R6C1 当设定C1=1uF时，可以算出 R5=R6=35.7Ω~35.7KΩ。由于要求产生的信号是频率可调的，而且电路的特点又要求R5=R6，输出端3脚就可以得到一个占空比为50%的矩形波。 但是经滤波产生的矩形不符合要求。故给输出端加反电动势，输出矩形波向下平移，使0坐标轴正好位于矩形波的中间位置，这样通过改变R5、R6的阻值就可以形成输出频率在20HZ—20KHZ的方波。 电路的仿真效果 : 图三 电路的仿真结果 1.2 正弦波产生模块 A．滤波网络图及原理 图四 滤波网络图 本次采用的是三阶有源低通滤波电路。为了避免滑动变阻器的阻值过大，引起调节不便，我们采用两个小滑动变阻器相串联，为了更好的达到滤波效果，我们设定三组相串联滑动变阻器的阻值相等，即C1=C2=C3=1Uf。对于滤波电路适于通过的频率：f=1/(2*3.14RC).由于电容C 值确定，故只需通过选取滤波网络中的R值，就可得到合适的频率，使得通过波形满足课设要求。 B.滤波仿真结果 图五 滤波仿真结果 C.隔离装置图及原理 图七 隔离装置图 为了防止波形发生严重变形，故加一个放大倍数为4倍的反向比例器为隔离装置，使得输出幅值为5V。又由于反向比例