电子技术综合训练
设计报告
题目： 脉冲信号发生器
姓名： 学号： 班级： 同组成员： 指导教师： 日期： 2011年12月29日
内容摘要
脉冲信号发生器主要用来作为各种电子设备的信号源,此电路要求达到: 设计并制作一个信号发生器，
基本要求如下：
1、能够输出1KHZ正弦波信号；
2、由该1KHZ脉冲信号产生100HZ脉冲信号； 3、由100HZ脉冲信号产生10KHZ脉冲信号；
4、输出信号能够在这三种信号中通过电子开关进行选择，电子开关由按键控制，并且能够对选择的信号用发光二极管指示；
实现方法：RC文氏振荡器产生正弦波﹑通过过零比较器转化为脉冲信号﹑经过分频倍频电路实现脉冲宽度的调节﹑由模拟开关﹑四进制计数器﹑译码器实现三种波形之间的转化。
本次设计的要点在于电路的线路的连接及焊接，通过设计体会理论与实际结合的重要性。
关键词：脉冲信号发生器﹑正弦波﹑脉冲信号、电子开关。
目录
一﹑ 设计任务及其要求要求： ........................................................................................ 4
1.1设计并制作一个信号发生器， .............................................................................. 4 1.2 基本要求如下： .................................................................................................. 4 1.3 发挥部分： ......................................................................................................... 4 二﹑系统设计................................................................................................................... 5
2.1 系统要求 ............................................................................................................ 5 2.2 方案设计........................................................................................................... 5 2.3 方案的选择和确定 .............................................................................................. 5
2.3.1正弦波的产生............................................................................................. 5 2.3.2波形变换.................................................................................................... 6 2.3.3分频倍频.................................................................................................... 6 2.3.4电子开关.................................................................................................... 6 2.4 设计指标 ............................................................................................................ 7 2.5 系统组成及其工作原理 ....................................................................................... 7 三﹑单元电路设计............................................................................................................ 9
3.1 单元电路A(RC振荡电路) ................................................................................... 9
3.1.1 RC低频桥式正弦波振荡电路 ................................................................... 9 3.1.2 参数计算 ............................................................................................... 12 3.2单元电路B(过零比较器) .................................................................................... 13 3.3 单元电路C﹙分频电路﹚ .................................................................................. 15 3.4 单元电路D（倍频电路） ................................................................................ 17 3.5 单元电路E（模拟开关） .................................................................................. 19 3.6 单元电路F(74LS112型双JK触发器) ............................................................... 21 3.7 单元电路G(74LS139) ...................................................................................... 23 3.8 直流稳压电源电路........................................................................................... 24 四、系统仿真................................................................................................................. 25 五﹑电路安装与调试 ...................................................................................................... 26
5.1电路安装 ........................................................................................................... 26
5.2 电路调试......................................................................................................... 27 5.3 系统功能及性能测试 ....................................................................................... 27 六﹑结论........................................................................................................................ 28 七﹑参考文献................................................................................................................. 30 八、总结、体会及建议................................................................................................... 31
一﹑ 设计任务及其要求要求：
1.1设计并制作一个信号发生器， 1.2 基本要求如下：
1.能够输出1KHZ正弦波信号；
2、由该1KHZ脉冲信号产生100HZ脉冲信号； 3、由100HZ脉冲信号产生10KHZ脉冲信号；
4、输出信号能够在这三种信号中通过电子开关进行 选择，电子开关由按键控制，并且能够对选择的信号用发光 二极管指示；
5、电源：220V/50HZ的工频交流电供电；（注：直流电源部分仅完成设计即可，不需制作，用实验室提供的稳压电源调试，但要求设计的直流电源能够满足电路要求）
6、按照以上技术要求设计电路，绘制电路图，对设计的电路用Multisim或OrCAD/PspiceAD9.2进行仿真，用万用板焊接元器件，制作电路，完成调试、测试，撰写设计报告。
1.3 发挥部分：
1、测量信号的频率并指示； 2、其它恰当的功能。
二﹑系统设计
2.1 系统要求
准确而高度概括完成的设计的主要内容，一般不作评价；结构严谨，表达简明，语义确切，文字要求精炼、明白，用字严格推敲；摘要先写什么，后写什么，要按逻辑顺序来安排；句子之间要上下连贯，互相呼应，摘要慎用长句，句型应力求简单，每句话要表意明白，无空泛、笼统、含混之词；用第三人称，不必使用“本文”、“作者”等作为主语；内容中一般不举例证，不讲过程，不用图、图解、简表等，只用标准科学命名，术语、惯用缩写、符号；要开门见山，直入主题，切忌把应在引言中出现的内容写入摘要；不得简单重复题名中已有的信息；其字数一般不超过100。
2.2 方案设计
〈1〉用分立元件组成的信号发生器：通常是单寒数发生器且频率不高，其工作不是很稳定，不易调试。
〈2〉可以由晶体管，运放等通用器件制作，更多的则是用专门的信号发生器产生，例如74ls161N,7404N, 等可以产生特定的频率信号，且可以通过给予信号不同实现新号之间的相互转化，且可以自由调节。
〈3〉利用单片集成芯片的信号发生器：能产生多种波形，达到较高的频率，且已与调试。
〈4〉利用直接数字合成的DDS芯片的信号发生器：能产生任意波形并达到很高频率，但成本比较高。
2.3 方案的选择和确定
2.3.1正弦波的产生
信号发生电路因不需要外加输入信号就有稳定的输出信号称为自激振荡电路,
要产生振荡必须同时满相位条件和幅值条件正弦波的产生有多种方法(通过已学
的知识和查阅相关的资料得出如下结论): （1）DDFS数字频率合成
DDFS由相位累加器,正弦查找表,DAC和低通滤波器组成.参考时钟是一个稳定的晶振,相位累加器类似计数器,在每个时钟脉冲到来时,就输出一个相位增量即把频率控制字FSW的数据变成相位抽样来确定输出频率,相位增量随指令的不同而不同,用在数据寻址时,正弦查找表就把存储的值转换成正弦波幅度的数字量,DAC把数字量转换成模拟量低通滤波平滑并滤掉带外杂散后得到所需的波形 用FPGA实现只要在FPGA内建立一个正弦查找表,然后在外部时钟驱动下,读取正弦数据表中的数据,再送到高速DAC中进行数摸转换就可以得到正弦信号. (2) 用简单的振荡电路
包括: LC振荡电路,RC振荡电路和石英晶振:LC和石英晶振电路产生的正弦信号频率较高。由于在本设计中,正弦信号的产生不是最终目的,只是其中一部分,而且要通过简单中小规模器件手工焊接实现.所以前两种方法虽然很好,但对于本设计不好实现.又因为要求得到的正弦信号频率为1KHZ,不高,所以用RC振荡电路实现。 2.3.2波形变换
此设计要将正弦波变为同频方波,想到可以用施密特触发器或过零比较器实现,两种方法都比较好实现,考虑到经济性 ,所以选用过零比较器实现. 2.3.3分频倍频
计数器的一个功能就是实现分频,本设计中要求实现十分频,可以选用十进制的计数器74LS160也可以用任意进制的计数器连成十进制的计数器.考虑到市场上160不好买且成本高,所以选用十六进制74LS161接成十进制来实现.。 2.3.4电子开关
模拟开关CD4051，四进制计数器，译码器74LS139实现三种波形的转化。设计四进制计数器有多种方法，从经济型考虑，用JK触发器即可实现四进制计数器。139实现四选一，现在需要实现三种波形的选择，只要选择其中的三个输出端即
可。
综上所述,确定下总体方案原理方框图如2-3-1所示:
图2-3-1
2.4 设计指标
1﹑输出正弦波和方波两种波形,并且通过模拟开关实现两种波形之间的转化. 2﹑正弦波为双极性，方波是单极性。
3﹑输出正弦波时输出电压峰值为0~5V可调，输出信号频率为1KHZ; 4﹑输出方波时输出电压峰值为0~5V可调，输出信号频率为100HZ ~10KHZ可调；
2.5 系统组成及其工作原理
(1)利用RC文氏振荡电路产生1KHZ的正弦波；
(2)由过零比较器将上述1KHZ的正弦波转化为1KHZ的方波；
(3)用74LS161N制作十进制分频器将1KHZ的脉冲信号分频，得到100HZ脉冲信号；
(4)﹑选用CD4046﹑CD4518制作倍频器，将100HZ的脉冲信号转化为10KHZ的脉冲信号；
（5）通过CD4051模拟开关，CD4051是单8道数字控制模拟电子开关，有三个二进制控制输入端A﹑B﹑C和INH输入，用74LS112型双JK触发器芯片联
接四进制的计数器，然后接到74LS139实现三种波形之间的相互转化。 （6）通过发光二级管连接到74LS139实现能够对选择的信号用发光 二极管指示；
原理图如下图2-5-1
图2-5-1
三﹑单元电路设计
3.1 单元电路A(RC振荡电路)
图3-1-1
3.1.1 RC低频桥式正弦波振荡电路 1.工作原理
RC振荡电路在没有外加输入信号情况下,依靠自激振荡产生正弦波,频率一般在200KHZ以下.通常连接方式有:桥式,移相,双T式三种.本设计采用文式桥式电路实现,电路图如图3-1-1所示：
在此电路中 反馈信号代替输入信号,引入正反馈;要确定振荡频率,引入外加的选频网络.
起振条件为：|AF|﹥1 平衡条件为|AF|=1，φA+φB=2nπ
在Rf回路中串联两个二极管,利用电流增大时二极管动态电阻小,电流减小时二极管动态电阻增大的特点,加入非线性环节,从而使输出电压稳定。
RC低频桥式正波振荡电路又称为文氏振荡电路。它适用于产生频率低于或等于1MHZ的低频振荡信号，振幅和频率较稳定，而且频率调节较方便。许多低频信号发生器其主振器均采用这种电路。
如图3-1-1所示是典型RC桥式正弦波振荡电路。其中RC串并联电路构成选频
网络，同时兼作反馈环节，连接于集成运放的输出端和同相输入端之间，构成正反馈，以产生正弦自激振荡，而R5,R7及 二极管D3，D4构成负反馈网络和稳幅环节。调节R7即可改变负反馈的反馈系数。从而调整放大电路的电压增益，使之满足振荡的幅值条件；二极管D3，D4为自动稳幅元件；其作用是：当U0很小时，二极管D3，D4相当于开路，此时由D3﹑D4，和R5组成的并联支路等效电阻较大，设R5和D3，D4，R3并联支路总的等效电阻为Rf，则Rf也较大，所以Auf=(1+Rf∕R1) ＞3,有利于起振；反之，当U0幅值较大时，D3,D4导通，并联支路的等效电阻下降，Rf也下降，所以Auf 随之下降，如果此时Auf≈3，则U0幅值趋于稳定。另外采用两只二极管反相并联，目的是使输出电压在正负两个半周期内轮流工作，使正半轴和负半轴振幅相等。显然，这两只二极管特性应相同。否则正负半轴振幅将不同。文氏振荡器常见的一种稳幅措施是在负反馈回路中加入二极管.目的也是在输出幅度增大时使负反馈增强，但由于二极管的非线性，会使输出波形发生少许畸变。而提供的这个电路的负反馈回路中不含有非线性元件，因而能获得高质量的正弦波形。 RC串﹑并联选频网络的选频特性
在RC串﹑并联选频网络中，令RC串联阻抗为Z1，RC并联阻抗为Z2，有： Z1=R+1／jwC
不难看出，正反馈的反馈系数为：Z2=R∥1／jwC Fv=1／(3+j﹙WRC－1／wRC﹚) 令w0=1／RC或f0=1／2ΠRC，则有 Fv=1／(3+j﹙ω／ω0-ω0／ω﹚)
由此可知，RC串并联选频网络的幅频特性和相频特性分别为：F=1／½（3 ²＋﹙ω／ω0-ω0／ω﹚²）
Φf=－arctan[﹙ω／ω0-ω0／ω﹚÷3]，
根据以上两式可知,当ω=ω0=1／RC或f=f0=1／2πRC时，反馈系数最大，Fvmax=1／3，同时相频相应的相角φf=0。 （2）起振条件和振荡频率
由图2－1－1可知，当ω=ω0=1÷RC时，经RC串并联选频网络反馈到运放的
同相输入端的电压与输出电压相位相同，满足自激振荡的相位条件。则正弦波振荡器的震荡条件是：
相位平衡条件：φa+φf=2nπ n=0，1,2„ 振幅平横条件：Auf•F=1
以上分析表明，只有当ω=ω0=1／RC时，才能满足振荡的相位平衡条件决定，f0=1／2πRC。
电路的起振条件为Auf=﹙1+Rf÷R1﹚＞3,调节负反馈的反馈系数可使Auf大于3。 计算如下： 令ω=1／RC 则：f0=1／2πRC。
若要确定1KHZ的频率，则要求： R=478HZ; C=330nf
在正弦波电路中，一要反馈信号能够取代输入信号﹙电路中必须引入正反馈﹚;二要有外加的选频网络，用以确定正当频率。
在正反馈过程中，当输入增大时，由于晶体管的非线性特性，当输入增大到一定程度时，放大倍数的数值将减小。因此，输入不会无限制的增大，当其达到一定程度时，电路达到动态平衡，此时，输入量又通过放大电路维持着输出量。 则：则正弦波振荡器的幅值条件是：AF=1。 相位平衡条件：|AF |=1
φa+φf=2nπ n=0，1,2„
为了使输出量在合闸后能够有一个从小到大在一定幅值的过程，电路的起振条件为：|AF |＞1
电路把除频率f=f0以外的输出量均逐渐衰减为零，因此可以产生输出量为f=f0的正弦波。
波形图如图3－1－2所示：
图3-1-2
3.1.2 参数计算
(1)确定频率:按要求要产生1KHZ正弦波,所以由f0=1／2πRC可知
rc然后先将电容确定下来,参考电容标称值,选为所以按标称值选C=330nf,计算出电阻为476Ω与它最接近的值,故选为470Ω (2)满足起振条件
Rf 先确定,另则Rf为稳定幅值加入反并的二极管,R1=18KΩ, R2=1.1KΩ。 (3)器件的选择
器件的选择原则:明确对所需器件的要求,按要求选择.
运放:书上和仿真时运放都是理想情况,增益无穷大,实际中不可能实现,选择时,时选增益稍大的如RC4558,像741就因增益不够大振荡不起来.
二极管:一般承受反压都可达到50，故本设计不用考虑耐压问题,选择开关特性好一些的即可,如1N4007。
3.2单元电路B(过零比较器)
该电路可以将正弦波转换为脉冲信号，原理图如图3－2－1所示
图
3-2-1
图3-2-2过零比较器的传输特性
过零比较器的工作原理是将输入信号与0V地电压进比较来判定输出是高电平还是低电平，例如反相输入端输入的过零比较器在输入正弦信号时，在正弦波的正半周时输出为低电平，而在正弦波的负半周时输出为高电平。这样就把正弦波变成矩形波了，当然它还可以将三角波等波形变换为矩形波
过零比较器就是翻转阈值为零的比较器。无工作区域之说，比较器实质就是开环状态工作的误差放大器，以阈值为界，小于阈值则输出一个逻辑，大于则输出与刚才相反的逻辑，达到区分比较结果的目的。至于是不是单值要看是否有迟滞量存在。
根据开环电压放大倍数无穷大的性能特点：
如果在运算放大器同相输入端加入一个交流信号，当交流信号越过零电压进入正半周的时候，输出端电压就会到达电源电压的正极。每当交流信号越过零电压进入负半周的时候，输出端电压就会达到电源电压的负极。因为输出端总是在输入端电压过零的时刻发生同相翻转，所以被称为同相过零比较器。而反相过零比较器与上述过程正好相反。
过零比较器，其阈值电压UT=0V。为了限制集成运放的差模输入电压，保护其输入级，可加二极管限幅电路，如图3-2-1所示。
★ 两只稳压管稳压值不同在实用电路中为了满足负载的需要，常在集成运放的输出端加稳压管限幅电路，从而获得合适的UOH和UOL ,如图3-2-1图中 R为限流电阻，两只稳压管的稳定电压均应小于集成运放的最大输出电压UOM。设稳压管DZ1的稳定电压为UZ1,稳压管DZ2的稳定电压为UZ2 ,UZ1和UZ2的正向导通电压均为UD。
当 u I
当uI>0时，由于集成运放的输出电压u/O=-UOM,DZ2使工作在稳压状态，DZ1工作在正向导通状态，所以输出电压uO=UOL=-(UZ2 +UD) ★两只稳压管稳压值相同
若要求，UZ1=UZ2则可以采用两只特性相同而又制作在一起的稳压管，其符号如图(b)所示，稳定电压标为±UZ。 当uI0时，uO=UOL=-UZ。 ★稳压管接在反馈通路中
限幅电路的稳压管还可跨接在集成运放的输出端和反相输入端之间，如右图所示。假设稳压管截止，则集成运放必然工作在开环状态，输出电压不是+UOM,就是-UOM。这样，必将导致稳压管击穿而工作在稳压状态，DZ构成负反馈通路，使反相输入端为“虚地”，限流电阻上的电流iR等于稳压管的电流iZ,输出电压uO=±UZ。电路优点：
◆由于集成运放的净输入电压和净输入电流均近似为零，从而保护了输入级； ◆由于集成运放并没有工作到非线性区，因而在输入电压过零时，其内部的
晶体管不需要从截止区逐渐进入饱和区，或从饱和区逐渐进入截止区，所以提高了输出电压的变化。
3.3 单元电路C﹙分频电路﹚
该电路可以实现将1KHZ脉冲信号转化为100HZ的脉冲信号；用十六进制计数器连成十进制计数器有两种方法：图a反馈置数法和图b反馈清零法。本设计用进
选择清零法。
将1KHZ的脉冲降频为100HZ的脉冲信号需要利用十进制计数器将频率降低，其中1KHZ的脉冲作为计数器的CP信号，十进制计数器的进位信号作为输出信号，则输出脉冲频率为100HZ。故采用的方法有利用十六进制计数器74LS161N和与非门构成的十进制计数器。故74LS161同步四位二进制计数器。
原理：这种同步可预置四位二进制计数器是由四个D型触发器和若干个门电路
构成，内部有超前进位，具有计数﹑置数禁止﹑直接(异步)清零功能。对所有触发器同时加上时钟，使得当计数能输入和内部门发出指令时输出变化彼此协调一致而实现同步工作。这种工作方式消除了非同步(脉冲时钟)计数器中常用的输出技术尖峰。缓冲时钟输入将在上升沿触发四个触发器。这种计数器是可全编程的，即输出可预置到任何电平，输出都与建立数据一致。清零是异步的，不管时钟输入﹑置数输入﹑使能输入为任何电平，清除输入端的低电平把所有四个触发器直接置为低电平。有了超前进位后，无须另加门，即可串出n为同步应用的计数器。它是借助于两个计数使能输入和一个动态进位输出来实现的。两个计数输入（ENT和ENP）计数时必须是高电平，且输入ENT必须正反馈，以便使能动态
仅为输出。因而被使能的动态进位输出将产生一个高电平输出脉冲，其宽度近似等于QA输出高电平。此高电平溢出进位脉冲可用来使能其后的各个串联级。使能ENT 和ENP输入的跳变不受时钟输入的影响。电路有全独立的时钟电路。改变工作模式的控制输入纵使发生变化，直到时钟发生为止，都没有什么影响。计数器的功能完全由稳态建立时间和保持时间所需的条件来决定。
用十六进制计数器连成十进制计数器有两种方法：反馈置数法和反馈清零法。本设计选择用清零法。由74LS161构成的十进制计时器如图3-3-1所示：
Ui
图3-3-1
图3-3-2仿真波形
3.5
单元电路D（倍频电路）
CD4046是通用的CMOS锁相环集成电路，其特点是电源电压范围宽（3V ~
18V），输入阻抗高（约100MΩ），动态功耗小。其工作原理如下：输入信号Ui从14脚输入后，经放大器A1进行放大﹑整形后加到相位比较器ⅠⅡ的输入端，开关K拨到2脚，则比较器Ⅰ将从3脚输入的比较信号U0与输入信号Ui作相位比较，从相位比较器输出的相位误差电压U则反映出两者的相位差。两者的相位差为一定值，实现了相位锁定。
由于电路设计中要求用100HZ的脉冲信号产生10KHZ的脉冲信号，因此，我们想到了用锁相环CD4046和两个十进制计数器74LS160构成频率变化100倍的变频电路。
芯片CD4518 CD4046的引脚图如图3-4-1所示：
图3-4-1
电路图如图3-4-2所示：
图3-4-2
倍频后的仿真波形如图3-4-3所示：
图3-4-3
3.5 单元电路E（模拟开关）
CD4051是单8道数字控制模拟电子开关，有三个二进制控制输入端A﹑B﹑C和INH输入，具有低导通阻抗和很低的截止漏电流，幅值为4.5~20V的数字信号可控制峰值至20V的模拟信号。例如，若VDD=+5V，VSS=0，VEE=-13.5V，则0~ 5V的数字信号可控制-13.5~4.5V的模拟信号，这些开关电路在整个VDD ~VSS和VDD ~VEE。电源范围内具有极性的静态功耗，与控制信号的逻辑状态无关。当输入端=1时，所有的通道截止。三位二进制信号选通8通道中的一通道，可连接该输入端至输出，其中VEE可以接负电压，因为可以接地。当输入电压有负值时，VEE必须接负电压，其他时候可以接地。这些开关电路在整个VDD-VSS和VDD-VEE电源范围内具有极低的静态功能，与控制信号的逻辑状态无关。当INH输入端=“1”时，所有的通道截止。三位二进制信号选通8通道中的一通道，可连接该输入端至输出。
CD4051的引脚图如图3-5-1所示：
图3-5-1
CD4051是单8道数字控制模拟电子开关，有三个二进制控制输入端A﹑B﹑C和INH输入，具有低导通阻抗和很低的截止漏电流，幅值为4.5~20V的数字信号可控制峰值至20V的模拟信号。 CD4051的真值表如下表所示:
表一
CD4051引脚功能说明:
表二
3.6 单元电路F(74LS112型双JK触发器)
74LS112型双JK触发器芯片引脚图管脚图如图3-6-1所示;
图3-6-1
TTL手册上查得74LS112功能表为：
INPUTS OUTPUTS /PRE /CLR CLK J K Q /Q ------------------------------------------------
L H X X X H L H L X X X L H L L X X X H H H H ↓ L L Q0 /Q0 H H ↓ H L H L H H ↓ L H L H H H ↓ H H TOGGLE
H H H X X Q0 /Q0
表三
该仿真波形是由触发器74LS112构成的四进制加法计数器产生的脉冲信号波形
图3-6-2
3.7 单元电路G(74LS139)
74LS139 为两个2线－4 线译码器，共有 54/74S139和 54/74LS139 两种线路结构型式，当选通端（G1）为高电平，可将地址端（A、B）的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。 若将选通端（G1）作为数据输入端时，139 还可作数据分配器芯片功能表如图3-7-1：
74LS139的引脚如图3-7-1所示:
图3-7-2
A、B译码地址输入端
G1、G2选通端（低电平有效）
Y0～Y3译码输出端（低电平有效） 编辑本段工作条件及逻辑图
图3-7-3
电源电压：±7V
输入电压：±7V 发射极间电压：±5.5V 工作环境温度 ：0～70℃ 贮存温度：－65～150℃
3.8 直流稳压电源电路
输出电压V0=1.25（1+Rp/R1）,改变Rp的阻值就可以改变输 出电压，输出电压范围为1.2V~3.7C2用于抑制高频干扰； C3作用是提高稳压电源纹质波抑制。
图3-8-1
四、系统仿真
由于有的器件无法仿真，部分仿真如下所示：
图4-1-1
图中由正弦波产生了同频率的方波，如图中中间的波形所示，每个正弦波对应一个方波，最后一个波形为100HZ的方波，即十个1KHZ的方波与一个100KHZ的方波幅值相同。由于CD4046和CD4518不能仿真，所以在仿真图里没有体现出来。
图4-1-2
五﹑电路安装与调试
5.1电路安装
1﹑器件导线布置应紧凑合理。
2 加热时应尽量使烙铁头接触印制板上铜箔和元器件引线。 3 对接的元件接线最好先绞和后再上锡。 4 烙铁在焊接处停留的时间不宜过长。
5 烙铁离开焊接处后，被焊接的零件不能立即移动，否则因焊锡尚未凝固而使零件容易脱焊。
6 引线直接穿过通孔，焊接时使适量的熔化焊锡在焊盘上方均匀的包围站锡的引线，形成一个圆锥体模样，待其冷却凝固后，把多余部分的引线剪去。 7 电烙铁通电后温度高达250摄氏度以上，不用时应放在烙铁架上，但较长时间不用时应切断电源，防止高温烧死烙铁头（被氧化）。要防止电烙铁烫坏其他元器件，尤其是电源线，若其绝缘层被烙铁烧坏而不注意便容易引发安全事故。 8 不要把电烙铁猛力摔打，以免震端电烙铁内部的电热丝或引线而发生故障。 9 焊接时不要用烙铁头摩擦焊盘，要靠表面清理和预焊润湿性能。而耐热性差的元器件应使用工具辅助散热，如镊子。
按照原理图，先焊接RC振荡电路使其产生在正弦波信号，调试完之后接过零比较器，使正弦波变为脉冲信号，再调试，一步一步，易查出错误。在安装由74LS161﹑7400N﹑7404N组成的分频电路，使1KHZ脉冲信号转化为100HZ脉冲信号，之后调试，安装由CD4046和CD4518组成的倍频电路，将100HZ脉冲信号转化为10KHZ的脉冲信号，再调试。最后安装CD4051模拟开关，CD4051是单8道数字控制模拟电子开关，有三个二进制控制输入端A﹑B﹑C和INH输入，用74LS112型双JK触发器芯片联接四进制的计数器，然后接到74LS139实现三种波形之间的相互转化接发光二极管对所选信号进行指示。再调试。
5.2 电路调试
每做一个单元电路，调试一次，发现错误查线，查器件参数，要坚持边焊接变排查，总电路出来后，再调试控制电路是否正常工作。
5.3 系统功能及性能测试
经调试测试的电路板完全实现了要求，性能稳定。
测试方法设计:在OP07DO，过零比较器输出端﹑7404N输出端﹑CD4518输出端接上双踪示波器，示波器的另外一端接地，然后调试示波器，打开相应的开关，观察并记录波形，并和理性的波形经行比较﹑观察﹑记录。
测试结果及其分析：测试结果正常，RC电路可以产生需求的正弦波信号，经过过零比较器的变化，产生所需求的脉冲信号，由于外界因素该脉冲信号会有一定程度的失真，但可以应用在要求不高的电路中，经过分频﹑«倍频电路的转换，可以得到相应的波形。
六﹑结论
利用RC振荡电路可以产生稳定的1KHZ的正弦波如图6-1-1所示
;
图6-1-1
利用过零比较器可以使该1KHZ的正弦波变为1KHZ的脉冲信号，如图5-1-2所 示
;
图6-1-2
利用74LS161等组成的分频电路可以将1KHZ的脉冲信号转换为100HZ
的脉冲信号如图6-1-3所示：
图6-1-3
七﹑参考文献
1、康华光 电子技术基础—模拟部分[M] 高等教育出版社 北京 2、童诗白 模拟电子计时基础—[M] 高等教育出版社 北京 3、毕满清 电子技术实验与课程设计(第三版) [M] 机械工业出版社北京;
4、康华光 电子技术基础—数字部分[M] 高等教育出版社北京 5、阎石 数字电子技术基础（第五版） 清华大学电子学教研组6、电子线路设计与实践[M] 电子工业出版社北京 7、袁桂慈 电工电子技术实践教程 机械工业出版社
八、总结、体会及建议
通过本次设计，我们组有如下收获。
1、学会了运用多种途径查资料。在决定做我们这个电路的时候我们都不知道该用些什么东西，怎样去实现，最后还是通过上网，看书查找相关资料，了解了脉冲信号发生器的大致模块。
2、充分运用到了自己所学的知识。当查找到大致模块时，就自己动手一部分一部分的绘出脉冲信号发生器实现需要的电路，例如在运用到各种芯片，我会先去了解芯片的功能表，引脚图，然后对各个芯片进行系统的总结。比如CD4046、CD4518D,都是我们最近学习到的。
3、在仿真过程中，由于刚开始对很多元件在仿真环境下的使用不是很了解，因此仿真过程出现很多错误。通过不断地试验，最后实现了电路的仿真。比如在仿真初期我们不知道运放的工作电压是应芯片型号不同，导致起初无法实现放大，仿真波形一直是直线，后来通过查阅资料知道错误所在，也让我基本上掌握了multilisim软件。
4、电路板是我们自己一步步焊接出来的，在焊接的过程有时会出现接错的情况，每一次接错我们都会多次检查，发现错误，并修改，经过接近一个星期的努力，终于完成了脉冲信号发生器的焊接工作。在此过程中自己的焊接技术有一定程度的提高，加强了走线布局的能力，同时再次加深了对该电路的理解，也锻炼了我们的动手能力。
5、学会了要合理购买元器件。
6、通过画大图再次掌握了原理，电路布局。
7、这次课设让我感受最深得就是：遇到困难时一定要沉着冷静的思考，不懂的就去查阅资料，问老师，一定要弄懂原理再着手实践，一定要在理论的基础上实践。
8、我们学到了团结合作。在整个设计过程中，我们组两个人一直都有明确的分工，比较合理的安排可以让我们节约更多的时间，提高效率。
本设计主要通过模块化思想，逐步实现了设计所需达到的功能要求。
31
电子技术综合训练
设计报告
题目： 脉冲信号发生器
姓名： 学号： 班级： 同组成员： 指导教师： 日期： 2011年12月29日
内容摘要
脉冲信号发生器主要用来作为各种电子设备的信号源,此电路要求达到: 设计并制作一个信号发生器，
基本要求如下：
1、能够输出1KHZ正弦波信号；
2、由该1KHZ脉冲信号产生100HZ脉冲信号； 3、由100HZ脉冲信号产生10KHZ脉冲信号；
4、输出信号能够在这三种信号中通过电子开关进行选择，电子开关由按键控制，并且能够对选择的信号用发光二极管指示；
实现方法：RC文氏振荡器产生正弦波﹑通过过零比较器转化为脉冲信号﹑经过分频倍频电路实现脉冲宽度的调节﹑由模拟开关﹑四进制计数器﹑译码器实现三种波形之间的转化。
本次设计的要点在于电路的线路的连接及焊接，通过设计体会理论与实际结合的重要性。
关键词：脉冲信号发生器﹑正弦波﹑脉冲信号、电子开关。
目录
一﹑ 设计任务及其要求要求： ........................................................................................ 4
1.1设计并制作一个信号发生器， .............................................................................. 4 1.2 基本要求如下： .................................................................................................. 4 1.3 发挥部分： ......................................................................................................... 4 二﹑系统设计................................................................................................................... 5
2.1 系统要求 ............................................................................................................ 5 2.2 方案设计........................................................................................................... 5 2.3 方案的选择和确定 .............................................................................................. 5
2.3.1正弦波的产生............................................................................................. 5 2.3.2波形变换.................................................................................................... 6 2.3.3分频倍频.................................................................................................... 6 2.3.4电子开关.................................................................................................... 6 2.4 设计指标 ............................................................................................................ 7 2.5 系统组成及其工作原理 ....................................................................................... 7 三﹑单元电路设计............................................................................................................ 9
3.1 单元电路A(RC振荡电路) ................................................................................... 9
3.1.1 RC低频桥式正弦波振荡电路 ................................................................... 9 3.1.2 参数计算 ............................................................................................... 12 3.2单元电路B(过零比较器) .................................................................................... 13 3.3 单元电路C﹙分频电路﹚ .................................................................................. 15 3.4 单元电路D（倍频电路） ................................................................................ 17 3.5 单元电路E（模拟开关） .................................................................................. 19 3.6 单元电路F(74LS112型双JK触发器) ............................................................... 21 3.7 单元电路G(74LS139) ...................................................................................... 23 3.8 直流稳压电源电路........................................................................................... 24 四、系统仿真................................................................................................................. 25 五﹑电路安装与调试 ...................................................................................................... 26
5.1电路安装 ........................................................................................................... 26
5.2 电路调试......................................................................................................... 27 5.3 系统功能及性能测试 ....................................................................................... 27 六﹑结论........................................................................................................................ 28 七﹑参考文献................................................................................................................. 30 八、总结、体会及建议................................................................................................... 31
一﹑ 设计任务及其要求要求：
1.1设计并制作一个信号发生器， 1.2 基本要求如下：
1.能够输出1KHZ正弦波信号；
2、由该1KHZ脉冲信号产生100HZ脉冲信号； 3、由100HZ脉冲信号产生10KHZ脉冲信号；
4、输出信号能够在这三种信号中通过电子开关进行 选择，电子开关由按键控制，并且能够对选择的信号用发光 二极管指示；
5、电源：220V/50HZ的工频交流电供电；（注：直流电源部分仅完成设计即可，不需制作，用实验室提供的稳压电源调试，但要求设计的直流电源能够满足电路要求）
6、按照以上技术要求设计电路，绘制电路图，对设计的电路用Multisim或OrCAD/PspiceAD9.2进行仿真，用万用板焊接元器件，制作电路，完成调试、测试，撰写设计报告。
1.3 发挥部分：
1、测量信号的频率并指示； 2、其它恰当的功能。
二﹑系统设计
2.1 系统要求
准确而高度概括完成的设计的主要内容，一般不作评价；结构严谨，表达简明，语义确切，文字要求精炼、明白，用字严格推敲；摘要先写什么，后写什么，要按逻辑顺序来安排；句子之间要上下连贯，互相呼应，摘要慎用长句，句型应力求简单，每句话要表意明白，无空泛、笼统、含混之词；用第三人称，不必使用“本文”、“作者”等作为主语；内容中一般不举例证，不讲过程，不用图、图解、简表等，只用标准科学命名，术语、惯用缩写、符号；要开门见山，直入主题，切忌把应在引言中出现的内容写入摘要；不得简单重复题名中已有的信息；其字数一般不超过100。
2.2 方案设计
〈1〉用分立元件组成的信号发生器：通常是单寒数发生器且频率不高，其工作不是很稳定，不易调试。
〈2〉可以由晶体管，运放等通用器件制作，更多的则是用专门的信号发生器产生，例如74ls161N,7404N, 等可以产生特定的频率信号，且可以通过给予信号不同实现新号之间的相互转化，且可以自由调节。
〈3〉利用单片集成芯片的信号发生器：能产生多种波形，达到较高的频率，且已与调试。
〈4〉利用直接数字合成的DDS芯片的信号发生器：能产生任意波形并达到很高频率，但成本比较高。
2.3 方案的选择和确定
2.3.1正弦波的产生
信号发生电路因不需要外加输入信号就有稳定的输出信号称为自激振荡电路,
要产生振荡必须同时满相位条件和幅值条件正弦波的产生有多种方法(通过已学
的知识和查阅相关的资料得出如下结论): （1）DDFS数字频率合成
DDFS由相位累加器,正弦查找表,DAC和低通滤波器组成.参考时钟是一个稳定的晶振,相位累加器类似计数器,在每个时钟脉冲到来时,就输出一个相位增量即把频率控制字FSW的数据变成相位抽样来确定输出频率,相位增量随指令的不同而不同,用在数据寻址时,正弦查找表就把存储的值转换成正弦波幅度的数字量,DAC把数字量转换成模拟量低通滤波平滑并滤掉带外杂散后得到所需的波形 用FPGA实现只要在FPGA内建立一个正弦查找表,然后在外部时钟驱动下,读取正弦数据表中的数据,再送到高速DAC中进行数摸转换就可以得到正弦信号. (2) 用简单的振荡电路
包括: LC振荡电路,RC振荡电路和石英晶振:LC和石英晶振电路产生的正弦信号频率较高。由于在本设计中,正弦信号的产生不是最终目的,只是其中一部分,而且要通过简单中小规模器件手工焊接实现.所以前两种方法虽然很好,但对于本设计不好实现.又因为要求得到的正弦信号频率为1KHZ,不高,所以用RC振荡电路实现。 2.3.2波形变换
此设计要将正弦波变为同频方波,想到可以用施密特触发器或过零比较器实现,两种方法都比较好实现,考虑到经济性 ,所以选用过零比较器实现. 2.3.3分频倍频
计数器的一个功能就是实现分频,本设计中要求实现十分频,可以选用十进制的计数器74LS160也可以用任意进制的计数器连成十进制的计数器.考虑到市场上160不好买且成本高,所以选用十六进制74LS161接成十进制来实现.。 2.3.4电子开关
模拟开关CD4051，四进制计数器，译码器74LS139实现三种波形的转化。设计四进制计数器有多种方法，从经济型考虑，用JK触发器即可实现四进制计数器。139实现四选一，现在需要实现三种波形的选择，只要选择其中的三个输出端即
可。
综上所述,确定下总体方案原理方框图如2-3-1所示:
图2-3-1
2.4 设计指标
1﹑输出正弦波和方波两种波形,并且通过模拟开关实现两种波形之间的转化. 2﹑正弦波为双极性，方波是单极性。
3﹑输出正弦波时输出电压峰值为0~5V可调，输出信号频率为1KHZ; 4﹑输出方波时输出电压峰值为0~5V可调，输出信号频率为100HZ ~10KHZ可调；
2.5 系统组成及其工作原理
(1)利用RC文氏振荡电路产生1KHZ的正弦波；
(2)由过零比较器将上述1KHZ的正弦波转化为1KHZ的方波；
(3)用74LS161N制作十进制分频器将1KHZ的脉冲信号分频，得到100HZ脉冲信号；
(4)﹑选用CD4046﹑CD4518制作倍频器，将100HZ的脉冲信号转化为10KHZ的脉冲信号；
（5）通过CD4051模拟开关，CD4051是单8道数字控制模拟电子开关，有三个二进制控制输入端A﹑B﹑C和INH输入，用74LS112型双JK触发器芯片联
接四进制的计数器，然后接到74LS139实现三种波形之间的相互转化。 （6）通过发光二级管连接到74LS139实现能够对选择的信号用发光 二极管指示；
原理图如下图2-5-1
图2-5-1
三﹑单元电路设计
3.1 单元电路A(RC振荡电路)
图3-1-1
3.1.1 RC低频桥式正弦波振荡电路 1.工作原理
RC振荡电路在没有外加输入信号情况下,依靠自激振荡产生正弦波,频率一般在200KHZ以下.通常连接方式有:桥式,移相,双T式三种.本设计采用文式桥式电路实现,电路图如图3-1-1所示：
在此电路中 反馈信号代替输入信号,引入正反馈;要确定振荡频率,引入外加的选频网络.
起振条件为：|AF|﹥1 平衡条件为|AF|=1，φA+φB=2nπ
在Rf回路中串联两个二极管,利用电流增大时二极管动态电阻小,电流减小时二极管动态电阻增大的特点,加入非线性环节,从而使输出电压稳定。
RC低频桥式正波振荡电路又称为文氏振荡电路。它适用于产生频率低于或等于1MHZ的低频振荡信号，振幅和频率较稳定，而且频率调节较方便。许多低频信号发生器其主振器均采用这种电路。
如图3-1-1所示是典型RC桥式正弦波振荡电路。其中RC串并联电路构成选频
网络，同时兼作反馈环节，连接于集成运放的输出端和同相输入端之间，构成正反馈，以产生正弦自激振荡，而R5,R7及 二极管D3，D4构成负反馈网络和稳幅环节。调节R7即可改变负反馈的反馈系数。从而调整放大电路的电压增益，使之满足振荡的幅值条件；二极管D3，D4为自动稳幅元件；其作用是：当U0很小时，二极管D3，D4相当于开路，此时由D3﹑D4，和R5组成的并联支路等效电阻较大，设R5和D3，D4，R3并联支路总的等效电阻为Rf，则Rf也较大，所以Auf=(1+Rf∕R1) ＞3,有利于起振；反之，当U0幅值较大时，D3,D4导通，并联支路的等效电阻下降，Rf也下降，所以Auf 随之下降，如果此时Auf≈3，则U0幅值趋于稳定。另外采用两只二极管反相并联，目的是使输出电压在正负两个半周期内轮流工作，使正半轴和负半轴振幅相等。显然，这两只二极管特性应相同。否则正负半轴振幅将不同。文氏振荡器常见的一种稳幅措施是在负反馈回路中加入二极管.目的也是在输出幅度增大时使负反馈增强，但由于二极管的非线性，会使输出波形发生少许畸变。而提供的这个电路的负反馈回路中不含有非线性元件，因而能获得高质量的正弦波形。 RC串﹑并联选频网络的选频特性
在RC串﹑并联选频网络中，令RC串联阻抗为Z1，RC并联阻抗为Z2，有： Z1=R+1／jwC
不难看出，正反馈的反馈系数为：Z2=R∥1／jwC Fv=1／(3+j﹙WRC－1／wRC﹚) 令w0=1／RC或f0=1／2ΠRC，则有 Fv=1／(3+j﹙ω／ω0-ω0／ω﹚)
由此可知，RC串并联选频网络的幅频特性和相频特性分别为：F=1／½（3 ²＋﹙ω／ω0-ω0／ω﹚²）
Φf=－arctan[﹙ω／ω0-ω0／ω﹚÷3]，
根据以上两式可知,当ω=ω0=1／RC或f=f0=1／2πRC时，反馈系数最大，Fvmax=1／3，同时相频相应的相角φf=0。 （2）起振条件和振荡频率
由图2－1－1可知，当ω=ω0=1÷RC时，经RC串并联选频网络反馈到运放的
同相输入端的电压与输出电压相位相同，满足自激振荡的相位条件。则正弦波振荡器的震荡条件是：
相位平衡条件：φa+φf=2nπ n=0，1,2„ 振幅平横条件：Auf•F=1
以上分析表明，只有当ω=ω0=1／RC时，才能满足振荡的相位平衡条件决定，f0=1／2πRC。
电路的起振条件为Auf=﹙1+Rf÷R1﹚＞3,调节负反馈的反馈系数可使Auf大于3。 计算如下： 令ω=1／RC 则：f0=1／2πRC。
若要确定1KHZ的频率，则要求： R=478HZ; C=330nf
在正弦波电路中，一要反馈信号能够取代输入信号﹙电路中必须引入正反馈﹚;二要有外加的选频网络，用以确定正当频率。
在正反馈过程中，当输入增大时，由于晶体管的非线性特性，当输入增大到一定程度时，放大倍数的数值将减小。因此，输入不会无限制的增大，当其达到一定程度时，电路达到动态平衡，此时，输入量又通过放大电路维持着输出量。 则：则正弦波振荡器的幅值条件是：AF=1。 相位平衡条件：|AF |=1
φa+φf=2nπ n=0，1,2„
为了使输出量在合闸后能够有一个从小到大在一定幅值的过程，电路的起振条件为：|AF |＞1
电路把除频率f=f0以外的输出量均逐渐衰减为零，因此可以产生输出量为f=f0的正弦波。
波形图如图3－1－2所示：
图3-1-2
3.1.2 参数计算
(1)确定频率:按要求要产生1KHZ正弦波,所以由f0=1／2πRC可知
rc然后先将电容确定下来,参考电容标称值,选为所以按标称值选C=330nf,计算出电阻为476Ω与它最接近的值,故选为470Ω (2)满足起振条件
Rf 先确定,另则Rf为稳定幅值加入反并的二极管,R1=18KΩ, R2=1.1KΩ。 (3)器件的选择
器件的选择原则:明确对所需器件的要求,按要求选择.
运放:书上和仿真时运放都是理想情况,增益无穷大,实际中不可能实现,选择时,时选增益稍大的如RC4558,像741就因增益不够大振荡不起来.
二极管:一般承受反压都可达到50，故本设计不用考虑耐压问题,选择开关特性好一些的即可,如1N4007。
3.2单元电路B(过零比较器)
该电路可以将正弦波转换为脉冲信号，原理图如图3－2－1所示
图
3-2-1
图3-2-2过零比较器的传输特性
过零比较器的工作原理是将输入信号与0V地电压进比较来判定输出是高电平还是低电平，例如反相输入端输入的过零比较器在输入正弦信号时，在正弦波的正半周时输出为低电平，而在正弦波的负半周时输出为高电平。这样就把正弦波变成矩形波了，当然它还可以将三角波等波形变换为矩形波
过零比较器就是翻转阈值为零的比较器。无工作区域之说，比较器实质就是开环状态工作的误差放大器，以阈值为界，小于阈值则输出一个逻辑，大于则输出与刚才相反的逻辑，达到区分比较结果的目的。至于是不是单值要看是否有迟滞量存在。
根据开环电压放大倍数无穷大的性能特点：
如果在运算放大器同相输入端加入一个交流信号，当交流信号越过零电压进入正半周的时候，输出端电压就会到达电源电压的正极。每当交流信号越过零电压进入负半周的时候，输出端电压就会达到电源电压的负极。因为输出端总是在输入端电压过零的时刻发生同相翻转，所以被称为同相过零比较器。而反相过零比较器与上述过程正好相反。
过零比较器，其阈值电压UT=0V。为了限制集成运放的差模输入电压，保护其输入级，可加二极管限幅电路，如图3-2-1所示。
★ 两只稳压管稳压值不同在实用电路中为了满足负载的需要，常在集成运放的输出端加稳压管限幅电路，从而获得合适的UOH和UOL ,如图3-2-1图中 R为限流电阻，两只稳压管的稳定电压均应小于集成运放的最大输出电压UOM。设稳压管DZ1的稳定电压为UZ1,稳压管DZ2的稳定电压为UZ2 ,UZ1和UZ2的正向导通电压均为UD。
当 u I
当uI>0时，由于集成运放的输出电压u/O=-UOM,DZ2使工作在稳压状态，DZ1工作在正向导通状态，所以输出电压uO=UOL=-(UZ2 +UD) ★两只稳压管稳压值相同
若要求，UZ1=UZ2则可以采用两只特性相同而又制作在一起的稳压管，其符号如图(b)所示，稳定电压标为±UZ。 当uI0时，uO=UOL=-UZ。 ★稳压管接在反馈通路中
限幅电路的稳压管还可跨接在集成运放的输出端和反相输入端之间，如右图所示。假设稳压管截止，则集成运放必然工作在开环状态，输出电压不是+UOM,就是-UOM。这样，必将导致稳压管击穿而工作在稳压状态，DZ构成负反馈通路，使反相输入端为“虚地”，限流电阻上的电流iR等于稳压管的电流iZ,输出电压uO=±UZ。电路优点：
◆由于集成运放的净输入电压和净输入电流均近似为零，从而保护了输入级； ◆由于集成运放并没有工作到非线性区，因而在输入电压过零时，其内部的
晶体管不需要从截止区逐渐进入饱和区，或从饱和区逐渐进入截止区，所以提高了输出电压的变化。
3.3 单元电路C﹙分频电路﹚
该电路可以实现将1KHZ脉冲信号转化为100HZ的脉冲信号；用十六进制计数器连成十进制计数器有两种方法：图a反馈置数法和图b反馈清零法。本设计用进
选择清零法。
将1KHZ的脉冲降频为100HZ的脉冲信号需要利用十进制计数器将频率降低，其中1KHZ的脉冲作为计数器的CP信号，十进制计数器的进位信号作为输出信号，则输出脉冲频率为100HZ。故采用的方法有利用十六进制计数器74LS161N和与非门构成的十进制计数器。故74LS161同步四位二进制计数器。
原理：这种同步可预置四位二进制计数器是由四个D型触发器和若干个门电路
构成，内部有超前进位，具有计数﹑置数禁止﹑直接(异步)清零功能。对所有触发器同时加上时钟，使得当计数能输入和内部门发出指令时输出变化彼此协调一致而实现同步工作。这种工作方式消除了非同步(脉冲时钟)计数器中常用的输出技术尖峰。缓冲时钟输入将在上升沿触发四个触发器。这种计数器是可全编程的，即输出可预置到任何电平，输出都与建立数据一致。清零是异步的，不管时钟输入﹑置数输入﹑使能输入为任何电平，清除输入端的低电平把所有四个触发器直接置为低电平。有了超前进位后，无须另加门，即可串出n为同步应用的计数器。它是借助于两个计数使能输入和一个动态进位输出来实现的。两个计数输入（ENT和ENP）计数时必须是高电平，且输入ENT必须正反馈，以便使能动态
仅为输出。因而被使能的动态进位输出将产生一个高电平输出脉冲，其宽度近似等于QA输出高电平。此高电平溢出进位脉冲可用来使能其后的各个串联级。使能ENT 和ENP输入的跳变不受时钟输入的影响。电路有全独立的时钟电路。改变工作模式的控制输入纵使发生变化，直到时钟发生为止，都没有什么影响。计数器的功能完全由稳态建立时间和保持时间所需的条件来决定。
用十六进制计数器连成十进制计数器有两种方法：反馈置数法和反馈清零法。本设计选择用清零法。由74LS161构成的十进制计时器如图3-3-1所示：
Ui
图3-3-1
图3-3-2仿真波形
3.5
单元电路D（倍频电路）
CD4046是通用的CMOS锁相环集成电路，其特点是电源电压范围宽（3V ~
18V），输入阻抗高（约100MΩ），动态功耗小。其工作原理如下：输入信号Ui从14脚输入后，经放大器A1进行放大﹑整形后加到相位比较器ⅠⅡ的输入端，开关K拨到2脚，则比较器Ⅰ将从3脚输入的比较信号U0与输入信号Ui作相位比较，从相位比较器输出的相位误差电压U则反映出两者的相位差。两者的相位差为一定值，实现了相位锁定。
由于电路设计中要求用100HZ的脉冲信号产生10KHZ的脉冲信号，因此，我们想到了用锁相环CD4046和两个十进制计数器74LS160构成频率变化100倍的变频电路。
芯片CD4518 CD4046的引脚图如图3-4-1所示：
图3-4-1
电路图如图3-4-2所示：
图3-4-2
倍频后的仿真波形如图3-4-3所示：
图3-4-3
3.5 单元电路E（模拟开关）
CD4051是单8道数字控制模拟电子开关，有三个二进制控制输入端A﹑B﹑C和INH输入，具有低导通阻抗和很低的截止漏电流，幅值为4.5~20V的数字信号可控制峰值至20V的模拟信号。例如，若VDD=+5V，VSS=0，VEE=-13.5V，则0~ 5V的数字信号可控制-13.5~4.5V的模拟信号，这些开关电路在整个VDD ~VSS和VDD ~VEE。电源范围内具有极性的静态功耗，与控制信号的逻辑状态无关。当输入端=1时，所有的通道截止。三位二进制信号选通8通道中的一通道，可连接该输入端至输出，其中VEE可以接负电压，因为可以接地。当输入电压有负值时，VEE必须接负电压，其他时候可以接地。这些开关电路在整个VDD-VSS和VDD-VEE电源范围内具有极低的静态功能，与控制信号的逻辑状态无关。当INH输入端=“1”时，所有的通道截止。三位二进制信号选通8通道中的一通道，可连接该输入端至输出。
CD4051的引脚图如图3-5-1所示：
图3-5-1
CD4051是单8道数字控制模拟电子开关，有三个二进制控制输入端A﹑B﹑C和INH输入，具有低导通阻抗和很低的截止漏电流，幅值为4.5~20V的数字信号可控制峰值至20V的模拟信号。 CD4051的真值表如下表所示:
表一
CD4051引脚功能说明:
表二
3.6 单元电路F(74LS112型双JK触发器)
74LS112型双JK触发器芯片引脚图管脚图如图3-6-1所示;
图3-6-1
TTL手册上查得74LS112功能表为：
INPUTS OUTPUTS /PRE /CLR CLK J K Q /Q ------------------------------------------------
L H X X X H L H L X X X L H L L X X X H H H H ↓ L L Q0 /Q0 H H ↓ H L H L H H ↓ L H L H H H ↓ H H TOGGLE
H H H X X Q0 /Q0
表三
该仿真波形是由触发器74LS112构成的四进制加法计数器产生的脉冲信号波形
图3-6-2
3.7 单元电路G(74LS139)
74LS139 为两个2线－4 线译码器，共有 54/74S139和 54/74LS139 两种线路结构型式，当选通端（G1）为高电平，可将地址端（A、B）的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。 若将选通端（G1）作为数据输入端时，139 还可作数据分配器芯片功能表如图3-7-1：
74LS139的引脚如图3-7-1所示:
图3-7-2
A、B译码地址输入端
G1、G2选通端（低电平有效）
Y0～Y3译码输出端（低电平有效） 编辑本段工作条件及逻辑图
图3-7-3
电源电压：±7V
输入电压：±7V 发射极间电压：±5.5V 工作环境温度 ：0～70℃ 贮存温度：－65～150℃
3.8 直流稳压电源电路
输出电压V0=1.25（1+Rp/R1）,改变Rp的阻值就可以改变输 出电压，输出电压范围为1.2V~3.7C2用于抑制高频干扰； C3作用是提高稳压电源纹质波抑制。
图3-8-1
四、系统仿真
由于有的器件无法仿真，部分仿真如下所示：
图4-1-1
图中由正弦波产生了同频率的方波，如图中中间的波形所示，每个正弦波对应一个方波，最后一个波形为100HZ的方波，即十个1KHZ的方波与一个100KHZ的方波幅值相同。由于CD4046和CD4518不能仿真，所以在仿真图里没有体现出来。
图4-1-2
五﹑电路安装与调试
5.1电路安装
1﹑器件导线布置应紧凑合理。
2 加热时应尽量使烙铁头接触印制板上铜箔和元器件引线。 3 对接的元件接线最好先绞和后再上锡。 4 烙铁在焊接处停留的时间不宜过长。
5 烙铁离开焊接处后，被焊接的零件不能立即移动，否则因焊锡尚未凝固而使零件容易脱焊。
6 引线直接穿过通孔，焊接时使适量的熔化焊锡在焊盘上方均匀的包围站锡的引线，形成一个圆锥体模样，待其冷却凝固后，把多余部分的引线剪去。 7 电烙铁通电后温度高达250摄氏度以上，不用时应放在烙铁架上，但较长时间不用时应切断电源，防止高温烧死烙铁头（被氧化）。要防止电烙铁烫坏其他元器件，尤其是电源线，若其绝缘层被烙铁烧坏而不注意便容易引发安全事故。 8 不要把电烙铁猛力摔打，以免震端电烙铁内部的电热丝或引线而发生故障。 9 焊接时不要用烙铁头摩擦焊盘，要靠表面清理和预焊润湿性能。而耐热性差的元器件应使用工具辅助散热，如镊子。
按照原理图，先焊接RC振荡电路使其产生在正弦波信号，调试完之后接过零比较器，使正弦波变为脉冲信号，再调试，一步一步，易查出错误。在安装由74LS161﹑7400N﹑7404N组成的分频电路，使1KHZ脉冲信号转化为100HZ脉冲信号，之后调试，安装由CD4046和CD4518组成的倍频电路，将100HZ脉冲信号转化为10KHZ的脉冲信号，再调试。最后安装CD4051模拟开关，CD4051是单8道数字控制模拟电子开关，有三个二进制控制输入端A﹑B﹑C和INH输入，用74LS112型双JK触发器芯片联接四进制的计数器，然后接到74LS139实现三种波形之间的相互转化接发光二极管对所选信号进行指示。再调试。
5.2 电路调试
每做一个单元电路，调试一次，发现错误查线，查器件参数，要坚持边焊接变排查，总电路出来后，再调试控制电路是否正常工作。
5.3 系统功能及性能测试
经调试测试的电路板完全实现了要求，性能稳定。
测试方法设计:在OP07DO，过零比较器输出端﹑7404N输出端﹑CD4518输出端接上双踪示波器，示波器的另外一端接地，然后调试示波器，打开相应的开关，观察并记录波形，并和理性的波形经行比较﹑观察﹑记录。
测试结果及其分析：测试结果正常，RC电路可以产生需求的正弦波信号，经过过零比较器的变化，产生所需求的脉冲信号，由于外界因素该脉冲信号会有一定程度的失真，但可以应用在要求不高的电路中，经过分频﹑«倍频电路的转换，可以得到相应的波形。
六﹑结论
利用RC振荡电路可以产生稳定的1KHZ的正弦波如图6-1-1所示
;
图6-1-1
利用过零比较器可以使该1KHZ的正弦波变为1KHZ的脉冲信号，如图5-1-2所 示
;
图6-1-2
利用74LS161等组成的分频电路可以将1KHZ的脉冲信号转换为100HZ
的脉冲信号如图6-1-3所示：
图6-1-3
七﹑参考文献
1、康华光 电子技术基础—模拟部分[M] 高等教育出版社 北京 2、童诗白 模拟电子计时基础—[M] 高等教育出版社 北京 3、毕满清 电子技术实验与课程设计(第三版) [M] 机械工业出版社北京;
4、康华光 电子技术基础—数字部分[M] 高等教育出版社北京 5、阎石 数字电子技术基础（第五版） 清华大学电子学教研组6、电子线路设计与实践[M] 电子工业出版社北京 7、袁桂慈 电工电子技术实践教程 机械工业出版社
八、总结、体会及建议
通过本次设计，我们组有如下收获。
1、学会了运用多种途径查资料。在决定做我们这个电路的时候我们都不知道该用些什么东西，怎样去实现，最后还是通过上网，看书查找相关资料，了解了脉冲信号发生器的大致模块。
2、充分运用到了自己所学的知识。当查找到大致模块时，就自己动手一部分一部分的绘出脉冲信号发生器实现需要的电路，例如在运用到各种芯片，我会先去了解芯片的功能表，引脚图，然后对各个芯片进行系统的总结。比如CD4046、CD4518D,都是我们最近学习到的。
3、在仿真过程中，由于刚开始对很多元件在仿真环境下的使用不是很了解，因此仿真过程出现很多错误。通过不断地试验，最后实现了电路的仿真。比如在仿真初期我们不知道运放的工作电压是应芯片型号不同，导致起初无法实现放大，仿真波形一直是直线，后来通过查阅资料知道错误所在，也让我基本上掌握了multilisim软件。
4、电路板是我们自己一步步焊接出来的，在焊接的过程有时会出现接错的情况，每一次接错我们都会多次检查，发现错误，并修改，经过接近一个星期的努力，终于完成了脉冲信号发生器的焊接工作。在此过程中自己的焊接技术有一定程度的提高，加强了走线布局的能力，同时再次加深了对该电路的理解，也锻炼了我们的动手能力。
5、学会了要合理购买元器件。
6、通过画大图再次掌握了原理，电路布局。
7、这次课设让我感受最深得就是：遇到困难时一定要沉着冷静的思考，不懂的就去查阅资料，问老师，一定要弄懂原理再着手实践，一定要在理论的基础上实践。
8、我们学到了团结合作。在整个设计过程中，我们组两个人一直都有明确的分工，比较合理的安排可以让我们节约更多的时间，提高效率。
本设计主要通过模块化思想，逐步实现了设计所需达到的功能要求。
31