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数电课程设计报告 阶梯波仿真
孟繁贵 20078002113
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数字电子技术
课程设计报告
设计课题:阶梯波仿真报告姓 名:学 院:信息工程学院专 业:班 级:学 号:日 期指导教师:山东大学威海分校信息工程学院1 数字技术课程设计
1.1课程设计题目:阶梯波仿真
1.2课程设计要求:设计一个频率可调、阶数可调的阶梯波发生器,在Multisim中进行仿真分析。
1.3设计电路实现的功能:产生一个频率可调、阶数可调、平滑的阶梯波。
1.4设计电路的性能指标:频率可调的范围要比较大,阶数可调的阶数的范围要合理,输出平滑、没有毛刺的阶梯波。
1.5设计方案:
(1)产生阶梯??的电路结构是由由时钟信号发生器、计数器、D/A转换器和低通滤波器组成电路。
(2)时钟信号发生器的信号频率可调,采用由555构成的多谐振荡器。
(3) 计数器的进制数决定阶梯波的阶数,可采用有预置数功能的计数器,通过置数改变计数器的进制数。
(4) D/A转换器将计数器的输出值转换为模拟电压。
(5)RC组成的低通滤波器将阶梯波的毛刺出去,使阶梯波变得平滑。
2 阶梯波的组成和原理
2.1电路框图
如图一:
时钟信号发生器
(f可调)
N进制计数器
D/A转换器
低通滤波器
图一
得到一个频率可调、阶数可调、平滑的阶梯波
2.2电路原理图
如图二:
图二
3 实验方法
用555构成多谐振荡器产生一个时钟信号,用置数法产生一个可以调节的阶数,用DAC转化器完成将数字信号转化为模拟信号,用RC低通滤波器将阶梯波的毛刺去除,最后产生平滑的阶梯波。
4 实验设计细节:
4.1用555定时器组成多谐振荡器
555构成的多谐振荡器如图三所示:
图三
电源接通后,v1通过电阻R1、R2向电容C2充电。当电容上电压Uc=2*V1/3时,阈值输入端6受到触发,上比较器翻转,输出电压Uo=0,同时放电管导通,电容C2通过R2放电;当电容上电压Uc=V1/3时,下比较器工作,输出电压Uo变为高电平,C2放电终止,有重新开始放电;周而复始,形成振荡。其振荡周期与充放电时间如下;
充电时间:Tph=(R1+R2)*C2*Ln[(V1-2*V1/3)/(V1-1*V1/3)]=0.7(R1+R2)C2
放电时间:Tpl=R2*C2*Ln[(V1-2*V1/3)/(V1-1*V1/3)]=0.7R2*C2
振荡周期:T=Tph+Tpl=0.7*(R1+2*R2)*C2
振荡频率:f=1/T=1/( Tph+Tpl)=1.44/[(R1+2*R2)*C2]
占空系数:D=Tph/T=(R1+R2)/(R1+2R2)
由以上公式可知,电路的振荡周期T,占空系数D,仅与外接元件R1、R2和C2有关,不受电压源变化的影响
改变R1、R2,即可改变占空系数,其值可在较大范围内调节改变C2的值,可单独改变周期,而不影响占空系数。
在本次实验中,开始通过使用滑动变阻器调节频率,在实际的仿真过程中,滑动变阻器同时改变R1和R2,频率改变不是很大,并且影响阶梯波的占空系数,使波形变得失真。所以不再使用滑动变阻器改变频率,转而通过使用可变电容,通过改变电容的值,可以使频率逐渐减小,并且不影响占空系数。
在设置555多谐振荡器的参数时,要注意R1、R2均应大于1K,R1+R2应小于或等于3.3M欧姆。
4.2 74ls160十进制计数器
74ls160十进制计数器的电路图如图四所示:
图四
十进制电路采用置数法法构成任意进制计数器。电路采用74LS160十进制加法计数器,当输出1001时,RCO进位输出端输出高电平1,通过7404N反相器变为低电平接到置数端,计数器开始下一个计数周期。
电路处于计数工作状态时,ENP、ENT接高电平。
电路计数采用置数法,所以置零端接高电平。
74LS160的输入端A、B、C、D通过双向开关与高电平或低电平相连。
阶梯波的阶数的计算,因为电路采用十进制计数器,所以最大阶数是十阶,计数器每个计数周期最后输出都是9,所以所要输出的阶数设为N,DCBA所表示的数字为10-N。
例如若要输出5阶,所以DCBA表示的数字为5,所以DCBA为0101,即AC接高电平,BD接低电平。
所以通过控制双向开关的开关即实现了阶梯波阶数的
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