08级--电子系统综合设计实验指导书终稿.

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1、电子系统综合设计一、实验目的：本次电子设计要求学生自行完成脉宽调制法电容/电压(C/V)转换器电路设计和方波-三角波发生器电路设计，并运用电子仿真软件multisim对所设计的电路进行分析、测试，直至测试结果符合设计要为止，使学生了解、掌握电子仿真软件multisim的应用，并通过仿真软件的仿真结果，使学生进一步掌握脉宽调制法电容/电压(C/V)转换器和方波-三角波发生器的电路设计思路、电路结构、元器件参数的选取及计算过程，最后根据电路原理图进行电路板焊接和调试，对模拟仿真结果进行验证，从而为学生以后的科研工作

2、打下一个坚实的基础。二、实验器材：电脑一套，multisim仿真软件一套。三、实验进度安排：(1)根据所给题目要求，自行设计电路原理图，并对电路设计原理进行分析。(2)运用multisim仿真软件对电路进行仿真，用虚拟示波器观察各点波形，根据波各点波形对器件参数进行适当的修改，直道测试结果满意为止，从而加深了学生对电路设计原理的进一步掌握。(3)按照电路原理图焊接电路、调试电路，用示波器观察各点波形，分析测得波形与虚拟示波器观察各点波形是否一样。四、实验内容：实验一、方波-三角波发生器仿真分析实验二、脉宽调制法

3、电容/电压(C/V)转换器仿真分析五、实验原理：实验内容一、方波-三角波发生器仿真分析：Ø设计要求：设计振荡频率为设计振荡频率为500Hz的方波-三角波发生器，要求方波输出电压为±12V，三角波输出电压为±6V。要求写出设计思路、电路结构、元器件参数的计算过程，运用multisim仿真软件对所设计的电路进行分析、测试；若测试结果不满足设计要求，调整电路结构或改变电路元器件参数，直至测试结果符合设计要求。Ø设计思路：设计波形发生器电路通常考虑两个方面的因素：一是选择什么样的输出波形电路，其次是确定该电路的振荡频率

4、。对于10KHz以下的振荡电路，通常对器件（即运放性能）要求不高，选择余地较大。当要求的工作频率较高时，需要考虑性能较好的专用集成运算放大器。在确定振荡频率时，应先选择积分电容的大小，一般在0.01uF--0.33uF之间，然后再确定电阻的大小，一般在几kΩ-100kΩ之间。Ø确定电路形式：一般来说，方波-三角波发生器是由一个迟滞比较器和一个积分电路组成，电路框图和电路设计原理图如图1和图2所示：图1电路框图9Ø电路设计原理图：图2电路原理图Ø计算元器件参数：由于三角波最大输出电压为：由此可以得到：若取,则;取

5、的电位器；平衡电阻。根据方波—三角波的频率公式：可以得到：,取取,的电位器，平衡电阻为.其中：图中的=20K电位器是调节三角波幅值的，=10K电位器是调整频率的。Ø选取元器件，画电路图，进行仿真分析，仿真结果如图3所示：9图3仿真波形由分析结果可知：方波-三角波的频率：。三角波的幅值：。方波的幅值：,这是由于运放的输出级NPN和PNP两种晶体管组成复合互补电路，输出方波时，两个管子交替导通，由于导通是输出电阻的影响，使方波的输出幅度小于电源电压值。可以提高直流电源，使,。（二）、脉宽调制法电容/电压(C/V)转

6、换器仿真分析题目设计要求：利用脉冲宽度调制法(简称脉宽调制法，英文缩写为PWM)可以测量电容量。首先利用被测电容Cx的充放电过程去调制一个频率和占空比均固定的脉冲波形，使其占空比D与Cx成正比，然后经过滤波电路取出直流电压/Vo，送至A/D转换器中。显然测量电容量的转换过程为：Cx↑→D↑→/V↑，反之亦然，由此可完成C/V转换，将被测电容量转换成直流电压，实现对电容量进行数字化测量的目的。设计思路：如图4所示，给出了专配3½位数字电压表的五量程电容测量电路。S为量程转换开关。5个电容档依次为2000pF、20

7、nF、200nF、2uF、20uF，可以测量1pF~20uF的电容量，准确度为±2.5%，最高分辨率达1pF。IC采用一片CMOS双定时ICM7556，它具有输入阻抗高、微功耗、电源电压范围宽(3~18V)、适合在低压条件下工作等优点。ICM7556片内包含两个相同的定时器ICa、ICb，二者共用一套电源。定时器采用负逻辑电路，每个定时器内包括比较器A、比较器B、RS触发器、反相器F1~F3，放电管(NMOS场效应管)，还有3只阻值相同的电阻R。9图4五量程电容测量电路ICM7556采用DIP-14封装，VDD

8、为正电源端。以定时器ICa为例(对应于8~13脚)，各管脚的功能如下：TRIG(8)–触发端。TRIG=1时输出端为低电平，TRIG=0时输出端呈高电平。Q(9)–输出端(OUT2)。负载电阻可接在Q与VDD之间，也可接在Q与VSS之间，最大输出电流为200mA。R(10)–复位端。当R=0时Q=0，R=1时ICa可正常工作。CVolt(11)–控制电压端。为减少外界干扰，通常在此端与