1、 本科生课程设计报告本科生课程设计报告 题目：题目：正弦波发生及频率显示电路设计正弦波发生及频率显示电路设计 2 目录目录 一、设计课题 3 二、设计任务和技术要求 3 三、设计方案 3 四、电路的工作原理分析与仿真 4 4.1 局部电路的设计与分析4 4.2 总电路图 12 4.3 仿真电路 13 五、电路的调试与测量 13 5.1 调试内容及步骤 13 5.2 调试成功后的实物图展示13 5.3 调试中存在的问题及其解决方法14 六、课程设计的收获与体会 14 七、附录 15 7.1 所需器件清单15 7.2 面包板15 7.3 有关器件的引脚图示 16 7.4 总电路的设计图纸17 3
2、一、设计课题：正弦波发生及频率显示电路的设计 二、设计任务及技术要求： 1、正弦波能变换成方波，波形失真较小；5V 电源电路能提供 5V 左右电压； 2、测量范围为 1999nF； 3、数码管能正确显示测量结果；具有超量程指示； 4、能自动地进行连续测量，测量周期为 4s，测量结果保持 2s 左右。 三、设计方案 图 1 总电路的组成框图 图 2 总电路图的设计 波形变换 单稳态 定时 计 数 器 显示译码 超 量 程 指示 正 弦 波 振荡器 控制电路 4 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、
3、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 CD
4、4001 芯片。 四、电路的工作原理分析与仿真 1、局部电路的设计与分析 (1) 正弦波发生及波形变换电路 图 3 正弦波发生及波形变换仿真电路 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 = 5 2R1=4k，调节电位器 Rf使之略大于 4k；RC 桥式电路中应调节电位器 R2， 使 R2=R=10k。 图 4 正弦波发生及波形变化电路的仿真结果
5、 (2) 5V 电源电路 图 5 5V 电源电路的仿真结果 6 5V 电源电路主要有运算放大器、 晶体管组成， 为后续各部分电路提供 5V 电源。 (3) 单稳态定时电路 图 6 1s 定时电路 用 555 定时器构成单稳态定时电路，有 Tw=1.1RC=1.1*0.47*2=1.0341s，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=91k。 (4) 计数电路 (a) 计数器的选用 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 表 1 MC14553 功能表 输入 输出 R CL INH LE 0 0 0 不变 0 0 0 计数 0 1 不变 7 0 1 0 计数 0 1 0 计数 0 0 不变 0 锁存 0 1 锁存 0 0 QAQD=0 (b) MC14553 功能说明 MC14553 逻辑结构示意图如图 7 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
