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实 验 报 告

课程名称：电子技术课程设计 实验名称：多信号发生器

学 院：信息科学与技术学院

专业班级：自实xxxx 姓 名：赵霆锋 学 号：xxxxxxxxxx 同组人：无 成 绩：

2019 年 09 月 10 日

北京化工大学

一、 实验目的及要求

1.

实验目的

? 电子课程设计是电子信息相关专业重要的实践教学环节，目的是初步培养学生对模拟和数

字电路知识的综合运用能力；

? 掌握常用元件的识别和测试；熟悉常用仪器、仪表；了解电路性能优化方法； ? 理论与实践相结合，提高实际动手能力和独立思考能力； ? 培养团队精神与协调沟通能力；

2. 实验要求

? 模拟部分：使用一片LM324AD（四运放）和一片SN74LS00D（四与非门）芯片设计一个多路信号发生器。

? 数电部分：基于BASYS 3开发板实现模拟部分产生的方波频率计数并显示。

3. 实验规则

? 系统仅可使用一片LM324AD（四运放）和一片SN74LS00D（四与非门）芯片，不得额外使用其它IC芯片。

? 系统外部电源仅可使用+5V单电源。

? 系统设计除固定电阻、固定电容及可变电阻外，不得使用其它类型元器件；可使用的元器件数量不限。

电容：10nF、100nF、200nF 可选滑动变阻器：1k?

二、 实验原理

1.

模拟部分设计原理图

图2-1-1模拟部分设计原理图

本实验模拟部分要求使用一片LM324AD（四运放）和一片SN74LS00D（四与非门）芯

片设计一个多路信号发生器，要求在5V单电源供电的条件下，产生能带1kΩ的负载的方波、正弦波、余弦波、窄脉冲。本设计的思路是先通过两与非门产生方波，再经过一个单门限电压比较器和一个与非门进行整形，产生符合要求的方波。将方波经过一个分压电路，再经过一个两节RC滤波电路和电压跟随电路，产生正弦波。将正弦波经过一个一阶低通滤波电路，便可以产生余弦波。将正弦波经过一个单门限电压比较器和一个与非门，即可产生窄脉冲。

产生方波的具体原理是2Y两个输入端信号随便，假如为两个1信号输出就是0信号，1Y输入就是两个0信号，输出1信号，电容充电，充满了2Y的输入端就会被电容隔开而变成0信号，2Y输入端有一个0信号，输出为1信号，1Y输入端为两个1信号，输出为0，电容放电，2Y输入端因为电容放电而变成1信号，如此循环下去就是震荡方波。其中电容选择200nF,实验室可供选择的电容10nF无法产生方波，100nF可调范围太小，无法满足频率要求，最后只能选择200nF。再根据f=1/0.7ΠRC计算出所需电阻大约在380Ω~560Ω之间，所以选择一个1kΩ的滑动变阻器。这样产生的方波由于干扰形状不规整，需要与规定电压2.5V进行比较从而整形，大于2.5V统一为5V，小于2.5V统一为0V。再经过一个与非门整成符合要求的波形。

分压电路由5V和俩个相同电阻构成，我选用的是两个1kΩ，这样可以提供2.5V电压，避免双电源的使用。方波再经过一个两节RC滤波电路和一个电压跟随器，两节RC滤波电路是决定正弦波在频率为6kHz时电压峰峰值大于1V、频率为4kHz时电压不失真的关键问题，也是将方波转化为正弦波的关键，电压跟随器可以消除负载变化对输出电压的影响，从而避免波形变化。然后就可以产生峰峰值大于1V的正弦波。两节RC滤波电路选用100nF、200nF时无波形，只能选择10nF，在仿真过程中只有7kΩ同时符合峰峰值和不失真的要求。

由产生的正弦波出发，经过一个由RC 滤波电路和一个反向放大电路并联形成的电路，RC滤波电路使正弦波相位发生改变，与此同时变化的还有峰峰值，再用一个反相放大电路，将峰峰值等比调回原来的大小，并进行相位二次变化，使变化的相位程度变大。选用的RC滤波电路电容应与产生正弦波的电容相同，而经过尝试发现3kΩ时，在RC电路上的相位变化为Π/4而峰峰值缩小，再经过反向放大电路，产生相位变化Π/2而峰峰值未变的余弦波。

将正弦波引入单门限电压比较器，根据正弦波波形计算出确保窄脉冲范围在0~50%的电压范围是2.5V~3.07V，指定电压是5V，只有1kΩ的滑动变阻器，选用500Ω的电阻作为定值电阻比较合适。经过单门限电压比较器就可以产生可调占空比50%的窄脉冲。

2. 数字部分设计原理图