正弦波发生、频率显示电路设计实验报告.doc

江 南 大 学 物 联 网 工 程 学 院 电子技术课程设计实验报告 实验名称： 正弦波发生、频率显示电路设计 专业班级： 自动化1205 实验时间： 2014.6.20-2014.6.25 学生姓名： 学号： 同实验者： 实验成绩： 一、课题名：正弦波发生、频率测量显示电路 2 设计任务和要求 2 2 1、系统框图 2 2、管脚图 2 3、 单元电路设计与元器件的选择 3 (1)+5V电源电路 3 3 (3)单稳态定时电路 4 (4)频率计数显示电路 5 (5)超量程指示电路 10 10 4、总电路图 11 四、电路的调试与测量 12 1、调试内容及步骤： 12 2、调试成功后的实物图： 12 3、调试中存在的问题及其解决方法： 14 五、课程设计的收获与体会 15 六、所用的相关器件清单： 15 一、课题名：正弦波发生、频率测量显示电路 设计任务和要求 正弦波振荡频率100～1000Hz，输出信号幅度5±5％V； （1）用3位数码管显示振荡频率； （2）能自动连续测量、显示频率，测量周期为4S； （3）用中规模集成电路实现 1、系统框图 图1 正弦波发生电路组成框图 正弦波发生及频率显示电路的框图如图1所示，它由正弦波振荡器及波形变换电路、5V电源电路、单稳态定时电路、计数器、译码显示电路、超量程指示电路和控制电路七部分组成。 1、正弦波发生及波形变换电路是由RC桥式正弦波振荡电路和电压比较器组合而成的。 2、5V电源电路是主要利用三极管特性与运算放大器组合制作的 3、1s定时电路是利用555定时器构成单稳态触发器来定时。 4、计数器设计为三位十进制计数器，采用MC14553三位BCD加法计数器。 5、显示译码电路选用CD4511显示译码器，利用三极管驱动数码管，把计数器计到的脉冲数用十进制数字显示出来。 6、超量程指示电路是由或非门构成的一个基本RS触发器。 7、控制电路实际上是一低频信号发生器，根据数字式电容计的工作原理来设计，采用CD4001芯片。 2、管脚图 图2 总电路图草稿设计 单元电路设计与元器件的选择 (1)+5V电源电路 图 4 正弦波发生及波形变换电路 RC桥式正弦波振荡电路以RC串并联网络为选频网络和正反馈网络，以电压串联负反馈电路为放大环节，具有振荡频率稳定、带负载能力强、输出电压失真小等优点。波形变换电路用电压比较器来实现正弦波到方波的变换。 电路要产生正弦波需满足起振条件和幅值条件Au=(1+Rf/R1) ≥3，即Rf ≥ 2R1=4kΩ，调节电位器Rf使之略大于4kΩ；RC桥式电路中应调节电位器R2，使R2=R=10kΩ。 (3)单稳态定时电路 为了便于测量换算，设计一个1S定时电路，在该定时范围内所测得的脉冲个数即为振荡频率。定时电路及单稳态输出波形如图5所示。 图5 1s定时电路 用555定时器构成单稳态定时电路，Tw=1.1RC=1.1*0.47*2=1.034≈1s，式中R和C为定式电阻和电容。 在电路中加入由Cr和R1组成的微分电路，这样单稳态电路只要靠输入的下降沿触发。考虑到定时精度和测量速度，取R1=91kΩ。 (4)频率计数显示电路 计数器选用MC14553芯片，这是一片3位BCD加法计数器芯片，由选择端、、控制每一时刻只输出一位BCD码。 显示译码器选用CD4511芯片，该芯片具有BCD七段锁存/译码/驱动功能。计数及译码显示电路如图6所示。 （a）计数器的选用 图6 计数及译码显示电路 计数器采用MC14553，它是三位BCD加法计数器，集成电路的引脚排列图和功能表如图7和表1所示。 图7 MC14553引脚图 输入 输出 R CL INH LE 0 0 0 不变 0 0 0 计数 0 1 不变 0 1 ↑ 0 计数 0 1 ↓ 0 计数 0 0 不变 0 锁存 0 1 锁存 0 0 QA~QD=0 表1 MC14553功能表 MC14553功能说明 MC14553逻辑结构示意图如图8所示，MC14553集成电路由三个同步级联的下降沿触发的BCD计数器、三个锁存器以及分配锁存器的多路传输器组成。此外，还有时钟输入端的整形电路，分配多路传输器的时序扫描电路和振荡电路，以及用于显示控制的数据选择输出DS1、DS2、DS3组成。 图8中，振荡器提供多路数据选择器的低频扫描时钟脉冲，振荡器的振荡频率取决于连接在引出端③和④之间的外接电容C1的大小，