基于eeprom的可編程波形發(fā)生器 課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文）</p><p>　　課程名稱： 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)I </p><p>　　設(shè)計(jì)題目：基于EEPROM的可編程波形發(fā)生器</p><p>　　院 系： 電氣工程及自動(dòng)化學(xué)院 </p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><

2、p>　　*注：此任務(wù)書由課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師填寫。</p><p>　任務(wù)起至日期： 2 0 1 4 年1 2 月 1 日 至 2 0 1 4 年 1 2 月 1 3 日</p><p>　課程設(shè)計(jì)題目：基于EEPROM的可編程波形發(fā)生器 </p><p>　已知技術(shù)參數(shù)和設(shè)計(jì)要求：

3、波形發(fā)生器能夠產(chǎn)生方波、三角波、鋸齒波和正弦波4種波形；輸出波形周期T=1s；4種波形可選擇輸出。</p><p>　工作量：完成電路設(shè)計(jì)、器件選取、電路搭建、電路聯(lián)調(diào)、實(shí)驗(yàn)測(cè)試等工作；兩周內(nèi)完成電路驗(yàn)收，并提交課程設(shè)計(jì)報(bào)告紙質(zhì)版、電子版各1份。</p><p>　　基于EEPROM的可編程波形發(fā)生器</p><p>　　摘要：在計(jì)算機(jī)控制、電子測(cè)量、通訊與電視等系

4、統(tǒng)中，常常要用到各種模擬連續(xù)波形，如鋸齒波、三角波、正弦波等。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)以EEPROM芯片EEPROM構(gòu)成可編程多種連續(xù)波形發(fā)生器，產(chǎn)生方波、三角波、鋸齒波和正弦波四種波形；輸出波形周期T在1s范圍內(nèi)可調(diào)，輸出波形的偏移量在-2.3V至+1.7V范圍內(nèi)可調(diào)；四種波形可選擇輸出，數(shù)碼管顯示0、1、2、3時(shí)分別對(duì)應(yīng)輸出鋸齒波、三角波、方波和正弦波。本系統(tǒng)多處采用電容去抖、電容去耦，因此數(shù)碼管調(diào)節(jié)與顯示電路穩(wěn)定，輸出波形穩(wěn)定； LM324運(yùn)放

5、電路采用電位器調(diào)節(jié)，可消除波形失真，并實(shí)現(xiàn)波形偏移量可調(diào)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：波形發(fā)生器，EEPROM</p><p><b>　　正文：</b></p><p>　　一．系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)</p><p>　　本系統(tǒng)由 555 時(shí)鐘電路，256 進(jìn)制計(jì)數(shù)器，地址譯碼器，存儲(chǔ)器，DA 轉(zhuǎn)換器，放大電路，單穩(wěn)態(tài)

6、觸發(fā)電路，十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，顯示譯碼器，數(shù)碼顯示管構(gòu)成。 </p><p>　　本設(shè)計(jì)中充分利用 EEPROM 的地址譯碼器是全譯碼的特點(diǎn)，再配置一個(gè) 8 位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器作 為選址計(jì)數(shù)器來(lái)產(chǎn)生 EEPROM 所需要的 8 位全譯碼選址信號(hào)。隨著計(jì)數(shù)脈沖 CP 的順序輸入，選址計(jì)數(shù) 器進(jìn)行加法計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器的狀態(tài)按 8421 碼的態(tài)序轉(zhuǎn)換，得到一組全譯碼信號(hào)正好作為 EEPROM 的選址 信號(hào)，只要在 EEPROM

7、的存儲(chǔ)矩陣存儲(chǔ)了所需要的波形的編程信號(hào)，EEPROM 輸出線端就可得到所需的 波形數(shù)據(jù)了，數(shù)據(jù)位數(shù)可達(dá)到 8 位，再將此波形數(shù)據(jù)送入 D/A 轉(zhuǎn)換器，經(jīng)過(guò) D/A 轉(zhuǎn)換，將波形數(shù)字量 轉(zhuǎn)換成模擬量，再配以運(yùn)放進(jìn)行電流電壓轉(zhuǎn)換，最后在運(yùn)放的輸出端即可得到所需的電壓波形。如下圖為整體的設(shè)計(jì)思路：</p><p>　　各部分電路圖及其功能分析</p><p>　　1. 555時(shí)鐘電路</p

8、><p>　　555定時(shí)器是一種用途廣泛的模擬數(shù)字混合集成電路。它可以構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器、壓控振蕩器等多種應(yīng)用電路。</p><p>　　555定時(shí)器工作原理為當(dāng)電容器充電達(dá)到2Vcc/3時(shí)，即輸入達(dá)到高電平時(shí)，電路的狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，輸出為低電平，電容器開(kāi)始放電。當(dāng)電容器放電達(dá)到Vcc/3時(shí)，電路的狀態(tài)又開(kāi)始翻轉(zhuǎn), 如此不斷循環(huán)。</p><p>　　如下圖分別

9、為555定時(shí)器結(jié)構(gòu)原理圖以及555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器</p><p>　　如圖多諧振蕩器充電時(shí)間為 放電時(shí)間為</p><p>　　因此多諧振蕩器的周期頻率和占空比分別為：</p><p>　　由此原理可構(gòu)成頻率周期可調(diào)的CP脈沖。</p><p>　　2. 256 進(jìn)制計(jì)時(shí)器</p><p>　　中規(guī)模集成電路計(jì)

10、數(shù)器，在一個(gè)單片上將整個(gè)計(jì)數(shù)器全部集成在上面，比小規(guī)模集成電路構(gòu)成的計(jì)數(shù)器有更多的功能，有的還能方便地改變計(jì)數(shù)進(jìn)制。計(jì)數(shù)器的種類很多。74LS161為同步十六進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，具有計(jì)數(shù)，保持，異步清零和同步置數(shù)的功能，可以運(yùn)用其清零和置數(shù)功能實(shí)現(xiàn)任意進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。161的功能及其管腳排列如下圖表所示：</p><p>　　當(dāng)計(jì)數(shù)容量不夠時(shí)，需要幾片計(jì)數(shù)器級(jí)聯(lián)組成計(jì)數(shù)鏈。對(duì)于多位計(jì)數(shù)鏈的規(guī)則是，只有所有的低位片計(jì)數(shù)

11、器計(jì)入最大數(shù)時(shí)，高位片才計(jì)數(shù)，否則該片處于保持狀態(tài)。本次課程設(shè)計(jì)我們采用異步串行進(jìn)位方式。</p><p><b>　　EEPROM </b></p><p>　　<1>ROM的工作原理</p><p>　　如下圖ROM的電路結(jié)構(gòu)主要包括三部分：地址譯碼器，存儲(chǔ)矩陣，輸出緩沖器。</p><p>　　圖中

12、地址譯碼器有n個(gè)輸入，它的輸出W0、W1、??、Wn-1共有N=2n個(gè)，稱為字線(或稱選擇線)。字線是ROM矩陣的輸入，ROM矩陣有M條輸出線，稱為位線。字線與位線的交點(diǎn)，即是ROM矩陣的存儲(chǔ)單元，存儲(chǔ)單元代表了ROM矩陣的容量，所以ROM矩陣的容量等于W×D。輸出緩沖器的作用有兩個(gè)，一是能提高存儲(chǔ)器的帶負(fù)載能力，二是實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出狀態(tài)的三態(tài)控制，以便與系統(tǒng)的總線聯(lián)接。 地址譯碼器相當(dāng)于最小項(xiàng)譯碼器，其輸入A1、A0稱為地址線。

13、二位地址代碼A1A0能給出4個(gè)不同的地址。每輸入一個(gè)地址，地址譯碼器的字線輸出W0-W3中將有一根線為高電平，其余為低電平。即每一個(gè)輸出對(duì)應(yīng)一個(gè)最小項(xiàng)。當(dāng)字線W0-W3某根線上給出高電平信號(hào)時(shí)，都會(huì)在位線D3-D0四根線上輸出一個(gè)4位二進(jìn)制代碼。例如，當(dāng)輸入一個(gè)地址碼[A1A0]=00時(shí)，字線W0被選中（高電平），其他為低電平，則該字線上信息就從相應(yīng)的位線上讀出。 地址譯碼器相當(dāng)于最小項(xiàng)譯碼器，如下圖所示,其輸入A1、A0稱為地址線。

14、二位地址代碼A1A0能給出4個(gè)不 同的地址。每輸入一個(gè)地址，地址譯碼器的字線輸出W0-W3中將有一根線為高電平，其余為低電平。</p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)采用的是EEPROM為電寫入，電擦除。其管腳排布如下圖：</p><p>　　其中I/O0~I/O7為數(shù)據(jù)輸入端，A0~A10是地址端，可循地址為2048個(gè)存儲(chǔ)單元。CE為片選信號(hào)，CE=0時(shí)，EEPROM被選通，OE為輸出允許控制

15、端，OE=0時(shí)才有輸出數(shù)據(jù)； </p><p>　　集成D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832</p><p>　　<1>DAC0832芯片管腳介紹：</p><p>　　ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許，高電平有效。</p><p>　　CS：輸入鎖存器選擇信號(hào)，低電平有效。</p><p>　　WR1：輸入鎖存器寫選通信號(hào)，低

16、電平有效。</p><p>　　XFER：數(shù)據(jù)傳輸允許信號(hào)，低電平有效。</p><p>　　WR2：DAC寄存器寫選通信號(hào)，低電平有效。</p><p>　　VREF：基準(zhǔn)電源輸入</p><p>　　Rfb：反饋信號(hào)輸入，與IOUT1之間有內(nèi)部反饋電阻。</p><p>　　OUT1、OUT2：轉(zhuǎn)換電流輸出引腳。

17、</p><p>　　DI0~DI7：數(shù)據(jù)輸入</p><p>　　<2>DAC0832的典型應(yīng)用電路如下圖：</p><p>　　<3>D/A轉(zhuǎn)換雙極性電壓輸出電路圖及其計(jì)算公式:</p><p>　　<4>采用的運(yùn)放LM324及其管腳排列：</p><p>　　集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器7

18、4LS122</p><p>　　該電路產(chǎn)生一脈沖觸發(fā)，選取R15=10kΩ，C3=10nF，根據(jù)公式得： </p><p>　　tw=KRextCext=0.38*10*103*10*10-9=38μs 計(jì)算得出暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間符合要求，參數(shù)選擇正確。</p><p><b>　　數(shù)碼管與顯示譯碼器</b></p><p>

19、;　　<1>本系統(tǒng)采用74LS47驅(qū)動(dòng)共陽(yáng)性數(shù)碼管，為了保護(hù)發(fā)光器件，須在數(shù)碼管的七個(gè)輸入端串聯(lián)保護(hù)電阻。其原理管腳圖如下：</p><p>　　<2>顯示譯碼器就是它的輸出信號(hào)可以和相應(yīng)的顯示器件配合，將譯碼器的狀態(tài)直接顯示出來(lái)的譯碼電路。74LS47輸出低電平有效，適用于共陽(yáng)極LED數(shù)碼管。其管腳圖及其連線圖如下：</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)整體

20、電路圖</b></p><p>　?。ㄗⅲ罕敬握n程設(shè)計(jì)EEPROM采用2816，管腳連線按照實(shí)際連線圖為主）</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果</b></p><p>　　搭接完成的波形發(fā)生器電路</p><p>　　測(cè)試使用的儀器（如表1所示） </p><p><b>

21、;　　系統(tǒng)測(cè)試過(guò)程和分析</b></p><p>　　<1>當(dāng)數(shù)碼管顯示0時(shí)，輸出鋸齒波。</p><p>　　<2>當(dāng)數(shù)碼管顯示1時(shí)，輸出三角波。</p><p>　　<3>當(dāng)數(shù)碼管顯示2時(shí)，輸出方波。</p><p>　　<3>當(dāng)數(shù)碼管顯示3時(shí)，輸出正弦波。</p>

22、<p><b>　　<4>實(shí)驗(yàn)波形數(shù)據(jù)</b></p><p>　　示波器測(cè)量measure快捷鍵測(cè)得的四個(gè)波形的周期大致為1s, 上下偏移量大致對(duì)稱為4.9V，占空比為50%，滿足設(shè)計(jì)要求。通過(guò)調(diào)節(jié)555定時(shí)器和改變周期，調(diào)節(jié)LM324模塊的電阻值比值來(lái)改變偏移量。</p><p>　　實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到的問(wèn)題及解決對(duì)策</p>&

23、lt;p>　　在調(diào)節(jié)數(shù)碼管顯示時(shí)，數(shù)碼管不穩(wěn)定，不斷得跳動(dòng)，并且未按預(yù)期進(jìn)行變化，經(jīng)檢查線路發(fā)現(xiàn)各個(gè)芯片管腳電壓提供不穩(wěn)，拔除故障后附加電路工作穩(wěn)定。</p><p>　　電路接入示波器后發(fā)現(xiàn)有很多毛刺出現(xiàn)，波形不穩(wěn)，后將正負(fù)十二伏電源的地線和面包板的地線以及示波器的地線連接穩(wěn)定后波形穩(wěn)定，并且毛刺大幅削減直至消失。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)心得體會(huì)</b&g