任意波形发生器的设计
第一部分设计内容
一、任务
利用运算放大器设计并制作一台信号发生器，能产生正弦波、方波、三角波、锯齿波等信号，其系统框图如图所示。
二、要求1不使用单片机，实现以下功能：
（1）至少能产生正弦波、方波、三角波、锯齿波四种周期性波形；在示波器上可以清晰地看清楚每种波形。20分
（2）输出信号的频率可通过按钮调节；（范围越大越好）20分
（3）输出信号的幅度可通过按钮调节；（范围越大越好）20分
（4）输出信号波形无明显失真；10分
（5）稳压电源自制。10分
（6）其他2种扩展功能。20分
第二部分方案比较与论证
方案一、
以555芯片为核心，分别产生方波，三角波，锯齿波，正弦波电路配置如图1所示
图1
此方案较简单，但是产生的频率不够大最后输出正弦波时，信号受干扰大。 方案二‘
由简单的分立元件产生，可以利用晶体管、LC 振荡回路，积分电路的实现方波三角波，正弦波的产生。
此方案原理简单但是调试复杂，受干扰也严重。
方案三、采用集成运放如（LM324）搭建RC 文氏正弦振荡器产生正弦波，正弦波的频率，幅度均可调，再将产生的正弦波经过过零比较器，实现方波的输出，再由方波到三角波和锯齿波。
此方案电路简单，在集成运放的作用下，可以较容易的测到所需的波形。通过调整参数可以得到较完美的波形。
实际设计过程采用方案三，基本原理如图2所示
第三部分：电路原理及电路设计
电路的构成： 1、正弦波
采用RC 桥式振荡器（如图3）, RC 串并联网络是正反馈网络，R f 和R 1为负反馈网络。
为满足振荡的幅度条件|F A
|=1，所以A f ≥3。加入R f 、R 1支路，构成串联电压负反馈。
当电路达到稳定平衡状态时：
3
=?
V A 31o
f ==?
V V F V
RC
f f π210=
=
由以上原理可设计出产生正弦波的电路图：
图4
其中R4为小电阻，只要满足R4+R5略大于2R1使|F A
|>1,电路便可起振，随着输出的增大A 自动降到|F A
|=1，使得输出稳定在某一值。通过调整并串谐振网络中的电阻阻值（满足RC
f f π210=
=）便可调整输出频率的范围。
为了使振荡幅度稳定，通常在放大电路的负反馈回路里加入非线性元件来自动调整负反馈放大电路的增益，从而维持输出电压幅度的稳定。图中的两个二极管D1，D2便是稳幅元件。当输出电压的幅度较小时，电阻R4两端的电压低，二极管D1、D2截止，负反馈系数由R3、RW 及R4决定；当输出电压的幅度增加到一定程度时，二极管D1、D2在正负半周轮流工作，其动态电阻与R4并联，使负反馈系数加大，电压增益下降。输出电压的幅度越大，二极管的动态电阻越小，电压增益也越小，输出电压的幅度保持基本稳定。
为了维持振荡输出，必须让
3
13
=+
R R
f
为了保证电路起振，
当：R1=R2=R ，C1=C2=C 时，电路的振荡频率 ：
起振的幅值条件：
2、方波的设计原理
3
13>+
R R f
)
//(4D W f r R R R +=RC f π
21=23≥R
R
f
方波和三角波发生器的工作原理： A1构成迟滞比较器
同相端电位Vp 由VO1和VO2决定。利用叠加定理可得：
当 Vp ＞0时，A1输出为正，即VO1 = +Vz ；当 Vp ＜0时，A1输出为负即VO1 =-Vz 。
A2构成反相积分器
VO1为负时，VO2 向正向变化，VO1 为正时，VO2 向负向变化。假设电源接通时VO1=-Vz ，线性增加。
当： 时，可得：
当VO2上升到使Vp 略高于0V 时，A1的输出翻转到VO1=+Vz 。
同样： 时 当VO2下降到使Vp 略低于0时，VO1 =-Vz 。这样不断的重复，就可以得到方波VO1和三角波VO2。其输出波形如图5所示。输出方波的幅值由稳压管DZ 决定，被限制在稳压值±Vz 之间。 电路的振荡频率：
方波幅值： =± 三角波幅值： =
调节 可改变振荡频率，
但三角波的幅值也随之而变化。
图5 三角波发生器波形图
021*******V R R R V R R R V P +++=Z
V
R R V 2
1
02
=0
)(
)(2
1
122
1
21=++
-+=
Z Z P V R R R R R V R R R V Z V R R V 2
1
02-=2014W R f R R C =
01
V Z
V
02
V 2
1R R W
R
Z V
LM324是四运放集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装，外
形如左图所示。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，
除电源共用外，四组运放相互独立。
每一组运算放大器可用图3-1所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。LM324的引脚排列见图3-2。
图3-1图3-2 图3-3 各对应管脚
由于LM324四运放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点，因此被广泛应用在各种电路中。如图3-3各对应管脚。
第四部分：电路测试与数据记录
第五部分：测试结果分析与总结
简单波形发生器设计，看上次简单实际设计起来还是碰到许多麻烦。设计之初我们复习和查阅了相关资料，包括如何运用集成运放来产生波形，先产生什么波形，怎样应用积分电路，怎样用运放来放大所需要的电路，如何设计滤波可以使这些波形更好看等等。并初步对电路进行设计，并运用了Multisim10仿真软件对设计的电路进行仿真，通过修改参数最后仿真出的结果符合最初设想的电路。
接着我们把理论付诸实践，把焊好的电路板拿到实验室测试，结果出现了许多错误，我们一一排除，在每个模块都输出了基本波形，但是波形都不好看，我们就通过并联电容的方法来使波形更平滑。电路基本达到要求但是总体测试频率变化范围不大。
最后我们把通过验证的电路做成PCB，使电路更加稳定。
总结此次设计，在我们小组成员的共同努力下，基本完成了正弦波、方波、三角波电路的设计与实现。我们收获颇多。我们学会了基本电路功能和理论计算，查找相关资料，进行分析。
附录
计算机科学与技术系 实验报告 专业名称计算机科学与技术 课程名称计算机组成原理 项目名称基本运算器实验 班级 学号 姓名 同组人员无 实验日期 2016.5.17
一、实验目的与要求 (一) 实验目的： (1) 了解运算器的组成结构。 (2) 掌握运算器的工作原理。 (二) 实验要求： （1）实验之前，应认真准备，写出实验步骤和具体设计内容，否则实验效率会特别低，一次实验时间根本无法完成实验内容，即使基本作对了，也很难说懂得了些什么重要教学内容。 （2）应在实验前掌握所有控制信号的作用，写出实验预习报告并带入实验室。 （3）实验过程中，应认真进行实验操作，既不要因为粗心造成短路等事故而破坏设备，又要仔细思考实验有关内容，把自己想不明白的问题通过实验理解清楚。 二、实验逻辑原理图与分析 2.1 画实验逻辑原理图 xxxxxxxxxx xxxxxxxxxx 多路开关 判零 A=xx LOG=xx SHF=xx ART=xx 进位 B=xx & &
2.2 逻辑原理图分析 1)运算器内部含有三个独立运算部件，分别为算术、逻辑和移位运算部件，要 处理的数据存于暂存器A和暂存器B，三个部件同时接受来自A 和B 的数据（有些处理器体系结构把移位运算器放于算术和逻辑运算部件之前，如ARM）。 2)各部件对操作数进行何种运算由控制信号S3…S0和CN 来决定，任何时候， 多路选择开关只选择三部件中一个部件的结果作为ALU 的输出。如果是影响进位的运算，还将置进位标志FC，在运算结果输出前，置ALU 零标志。 ALU 中所有模块集成在一片CPLD 中。 三、数据通路图及分析 1、逻辑运算
信号波形合成实验电路 欧阳家百（2021.03.07） 摘要：本设计包含方波振荡电路，分频电路，滤波电路，移相电路，加法电路，测量显示电路。题目要求对点频率的各参数处理，制作一个由移相器和加法器构成的电路，将产生的10KHz 和30KHz 正弦信号作为基波和三次谐波，合成一个波形幅度为5V、近似于方波的波形。振荡电路采用晶振自振荡并与74LS04 结 合，产生6MHz 的方波源。分频电路采用74HC164与74HC74分频出固定频率的 方波，作为波形合成的基础。滤波采用TI公司的运放LC084，分别设置各波形 的滤波电路。移相电路主要处理在滤波过程中相位的偏差，避免对波形的合成结 果造成影响。 关键词：方波振荡电路分频与滤波移相电路加法器 Experimental waveform synthesis circuit Abstract：The design consists of a square wave oscillator circuit, divider circuit, filtercircuit, phase shift circuits, addition circuits, measurement display circuit. Subject ofthe request of the point frequency of the various parameters of processing, productionof a phase shifter circuit consisting of adders, will have the 10KHz
河西学院物理与机电工程 学院 综合设计实验 方波-三角波产生电路 实验报告 学院：物理与机电工程学院 专业：电子信息科学与技术
：侯涛 日期：2016年4月26日 方波-三角波发生电路 要求：设计并制作用分立元件和集成运算放大器组成的能产生方波、三角波的波形发生器。 指标：输出频率分别为：102HZ、103HZ和104Hz；方波的输出电压峰峰值VPP≥20V 一、方案的提出 方案一： 1、由文氏桥振荡产生一个正弦波信号。 2、把文氏桥产生的正弦波通过一个过零比较器从而把正弦波转换成方波。 3、把方波信号通过一个积分器。转换成三角波。 方案二： 1、由滞回比较器和积分器构成方波三角波产生电路。 2、然后通过低通滤波把三角波转换成正弦波信号。 方案三： 1、由比较器和积分器构成方波三角波产生电路。
2、用折线法把三角波转换成正弦波。 二、方案的比较与确定 方案一： 文氏桥的振荡原理：正反馈RC网络与反馈支路构成桥式反馈电路。当R1=R2、C1=C2。即f=f0时，F=1/3、Au=3。然而，起振条件为Au略大于3。实际操作时，如果要满足振荡条件R4/R3=2时，起振很慢。如果R4/R3大于2时，正弦波信号顶部失真。调试困难。RC串、并联选频电路的幅频特性不对称，且选择性较差。因此放弃方案一。 方案二： 把滞回比较器和积分比较器首尾相接形成正反馈闭环系统，就构成三角波发生器和方波发生器。比较器输出的方波经积分可得到三角波、三角波又触发比较器自动翻转形成方波，这样即可构成三角波和方波发生器。通过低通滤波把三角波转换成正弦波是在三角波电压为固定频率或频率变化围很小的情况下使用。然而，指标要求输出频率分别为102HZ、103HZ和104Hz 。因此不满足使用低通滤波的条件。放弃方案二。 方案三： 方波、三角波发生器原理如同方案二。比较三角波和正弦波的波形可以发现，在正弦波从零逐渐增大到峰值的过程中，与三角波的差别越来越大即零附近的差别最小,峰值附近差别最大。因此，根据正弦波与三角波的差别，将三角波分成若干段，按不同的比例衰减，就可以得到近似与正弦波的折线化波形。而且折线法不受频率围的限制。 综合以上三种方案的优缺点，最终选择方案三来完成本次课程设计。 三、工作原理： 1、方波、三角波发生电路原理
计算机组成原理课程实验报告 9.3 运算器组成实验 姓名：曾国江 学号： 系别：计算机工程学院 班级：网络工程1班 指导老师： 完成时间： 评语： 得分：
9.3运算器组成实验 一、实验目的 1．熟悉双端口通用寄存器堆的读写操作。 2．熟悉简单运算器的数据传送通路。 3．验证运算器74LS181的算术逻辑功能。 4．按给定数据，完成指定的算术、逻辑运算。 二、实验电路 ALU-BUS# DBUS7 DBUS0 Cn# C 三态门（244） 三态门（244）ALU（181） ALU（181） S3S2S1S0M A7A6A5A4F7F6F5F4 F3F2F1F0B3B2B1B0 Cn+4 Cn Cn Cn+4 LDDR2T2 T2 LDDR1LDRi T3 SW-BUS# DR1（273） DR2（273） 双端口通用寄存器堆RF （ispLSI1016） RD1RD0RS1RS0WR1WR0 数据开关(SW7-SW0)数据显示灯 A3A2A1A0B7B6B5B4 图3.1 运算器实验电路 LDRi T3A B 三态门 R S -B U S # 图3.1示出了本实验所用的运算器数据通路图。参与运算的数据首先通过实验台操作板上的八个二进制数据开关SW7-SW0来设置，然后输入到双端口通用寄存器堆RF 中。
RF(U30)由一个ispLSI1016实现，功能上相当于四个8位通用寄存器，用于保存参与运算的数据，运算后的结果也要送到RF中保存。双端口寄存器堆模块的控制信号中，RS1、RS0用于选择从B端口（右端口）读出的通用寄存器，RD1、RD0用于选择从A端口（左端口）读出的通用寄存器。而WR1、WR0用于选择写入的通用寄存器。LDRi是写入控制信号，当LDRi＝1时，数据总线DBUS上的数据在T3写入由WR1、WR0指定的通用寄存器。RF的A、B端口分别与操作数暂存器DR1、DR2相连；另外，RF的B端口通过一个三态门连接到数据总线DBUS上，因而RF中的数据可以直接通过B端口送到DBUS 上。 DR1和DR2各由1片74LS273构成，用于暂存参与运算的数据。DR1接ALU的A输入端口，DR2接ALU的B输入端口。ALU由两片74LS181构成，ALU的输出通过一个三态门（74LS244）发送到数据总线DBUS上。 实验台上的八个发光二极管DBUS7-DBUS0显示灯接在DBUS上，可以显示输入数据或运算结果。另有一个指示灯C显示运算器进位标志信号状态。 图中尾巴上带粗短线标记的信号都是控制信号，其中S3、S2、S1、S0、M、Cn#、LDDR1、LDDR2、ALU_BUS#、SW_BUS#、LDRi、RS1、RS0、RD1、RD0、WR1、WR0都是电位信号，在本次实验中用拨动开关K0—K15来模拟；T2、T3为时序脉冲信号，印制板上已连接到实验台的时序电路。实验中进行单拍操作，每次只产生一组T1、T2、T3、T4时序脉冲，需将实验台上的DP、DB开关进行正确设置。将DP开关置1，DB开关置0，每按一次QD 按钮，则顺序产生T1、T2、T3、T4一组单脉冲。 三、实验设备 1.TEC-5计算机组成实验系统1台 2.逻辑测试笔一支（在TEC-5实验台上） 3.双踪示波器一台（公用） 4.万用表一只（公用） 四、实验任务 1、按图3.1所示，将运算器模块与实验台操作板上的线路进行连接。由于运 算器模块内部的连线已由印制板连好，故接线任务仅仅是完成数据开关、控制信号
波形产生电路实验报告 一、实验目的 1. 通过实验掌握由集成运放构成的正弦波振荡电路的原理与设计方法； 2. 通过实验掌握由集成运放构成的方波（矩形波）和三角波（锯齿波）振荡电路的原理与设计方法。 二、实验内容 1. 正弦振荡电路 实验电路图如下图所示，电源电压为±12V。 （1）缓慢调节电位器R W，观察电路输出波形的变化，解释所观察到的现象。 （2）仔细调节电位器R W，使电路输出较好的正弦波形，测出振荡频率和幅度以及相对应的R W之值，分析电路的振荡条件。 （3）将两个二极管断开，观察输出波形有什么变化。 2. 多谐振荡电路 （1）按图2 安装实验电路（电源电压为±12V）。观测V O1、V O2波形的幅度、周期（频率）以及V O1的上升时间和下降时间等参数。 （2）对电路略加修改，使之变成矩形波和锯齿波振荡电路，即V O1为矩形波，V O2为锯
齿波。要求锯齿波的逆程（电压下降段）时间大约是正程（电压上升段）时间的 20％ 左右。观测V O1、V O2的波形，记录它们的幅度、周期（频率）等参数。 3. 设计电路测量滞回比较器的电压传输特性。 三、预习计算与仿真 1. 预习计算 （1）正弦振荡电路 由正反馈的反馈系数为： f 1 12 0o 013V Z F Z Z V j ωωωω? ? ? = = = +??+- ? ?? 由此可得RC 串并联选频网络的幅频特性与相频特性分别为 2 00231? ??? ??-+= ωωωωF 0F arctan 3 ωωωω φ-=- 易知当RC 1 0==ωω时，?f V 和?o V 同相，满足自激振荡的相位条件。 若此时f 3v A >，则可以满足f 1v A F >，电路起振，振荡频率为 000 111 994.7Hz 1.005ms 2216k 10nF f T RC f ππ= ====?Ω?，。 若要满足自激振荡，需要满足f v A F 在起振前略大于1，而max 1 3 F =，令f 3v A =，即满足条件的R w 应略大于10k Ω。 （2）多谐振荡电路
实验报告 、实验名称 运算器实验—算术逻辑运算实验 、实验目的 1、了解运算器的组成原理。 2、掌握运算器的工作原理。 3、掌握简单运算器的数据传送通路。 4、验证运算功能发生器( 74LS181)的组合功能 三、实验设备 TDN-CM++ 计算机组成原理教学实验系统一套，导线若干四、实验原理 实验中所用的运算器数据通路如图1-1 所示。其中两片74LSl81以串行方式构成8 位字长的ALU，ALU 的输出经过一个三态门(74LS245)和数据总线相连。三态门由ALU-R 控制，控制运算器运算的结果能否送往总线，低电平有效。为实现双操作数的运算，ALU 的两个数据输入端分别由二个锁存器DR1、DR2 (由74LS273实现)锁存数据。要将数据总线上的数据锁存到DRl、DR2 中，锁存器的控制端LDDR1 和DDR2必须为高电平，同时由T4 脉冲到来。 数据开关“( INPUT DEVICE")用来给出参与运算的数据，经过三态 (74LS245) 后送入数据总线，三态门由SW—B控制，低电平有效。数据显示灯“( BUS UNIT") 已和数据总线相连，用来显示数据总线上的内容。 图中已将用户需要连接的控制信号用圆圈标明(其他实验相同，不再说明)，其中除T4 为脉冲信号外，其它均为电平信号。由于实验电路中的时序信号均已连至“W／R UNIT ”的相应时序信号引出端，因此，在进行实验时，只需将“W ／R UNIT"的T4接至“ STATE UNIT ”的微动开关KK2 的输入端，按动微动开关，即可获得实验所需的单脉冲。 ALU 运算所需的电平控制信号S3、S2、S1、S0 、Cn、M、LDDRl、 LDDR2 、ALU-B 、SW-B均由“ SWITCH UNIT ”中的二进制数据开关来模拟，其中Cn、ALU —B、SW 一 B 为低电平有效LDDR1 、LDDR2 为高电平有效。 对单总线数据通路，需要分时共享总线，每一时刻只能由一组数据送往总线。
信号发生器设计 一、设计任务 设计一信号发生器，能产生方波、三角波和正弦波并进行仿真。 二、设计要求 基本性能指标：(1)频率范围100Hz~1kHz；(2)输出电压：方波U p-p≤24V，三角波U =6V，正弦波U p-p>1V。 p-p 扩展性能指标：频率范围分段设置10Hz~100Hz, 100Hz~1kHz，1kHz~10kHz；波形特性方波t r<30u s（1kHz，最大输出时）用仪器测量上升时间，三角波r△<2%，正弦波r <5%。（计算参数） ～ 三、设计方案 信号发生器设计方案有多种，图1是先产生方波、三角波，再将三角波转换为正弦波的组成框图。 图1 信号发生器组成框图 主要原理是：由迟滞比较器和积分器构成方波——三角波产生电路，三角波在经过差分放大器变换为正弦波。方波——三角波产生基本电路和差分放大器电路分别如图2和图4所示。 图2所示，是由滞回比较器和积分器首尾相接形成的正反馈闭环系统，则比较器A1输出的方波经积分器A2积分可得到三角波，三角波又触发比较器自动翻转形成方波，这样即可构成三角波、方波发生器。其工作原理如图3所示。
图2 方波和三角波产生电路 图3 比较器传输特性和波形 利用差分放大器的特点和传输特性，可以将频率较低的三角波变换为正弦波。（差模传输特性）其基本工作原理如图5所示。为了使输出波形更接近正弦波，设计时需注 应接近晶体意：差分放大器的传输特性曲线越对称、线性区越窄越好；三角波的幅值V m 管的截止电压值。 图4 三角波→正弦波变换电路
图5 三角波→正弦波变换关系 在图4中，RP 1调节三角波的幅度，RP 2调整电路的对称性，并联电阻R E2用来减小差分放大器的线性区。C 1、C 2、C 3为隔直电容，C 4为滤波电容，以滤除谐波分量，改善输出波形。取Ic2上面的电流（看输出） 波形发生器的性能指标： ①输出波形种类：基本波形为正弦波、方波和三角波。 ②频率范围：输出信号的频率范围一般分为若干波段，根据需要，可设置n 个波段范围。(n>3) ③输出电压：一般指输出波形的峰-峰值U p-p 。 ④波形特性：表征正弦波和三角波特性的参数是非线性失真系数r ～和r △；表征方波特性的参数是上升时间t r 。 四、电路仿真与分析 实验仿真电路图如图
实验一运算器部件实验报告 班级姓名学号日期 一、实验目的 ●熟悉与深入理解4位运算器芯片Am2901的功能和内部组成，运行中要求 使用的控制信号及其各自的控制作用。 ●熟悉与深入理解用4片4位的运算器芯片构成16位的运算器部件的具体方 案，各数据位信号、各控制位信号的连接关系。 ●熟悉与深入理解用2片GAL20v8芯片解决ALU最低位的进位输入信号和 最高、最低位的移位输入信号、实现4位的标志位寄存器的方案，理解为什么这些功能不能在运算器芯片之内实现而要到芯片之外另外处理。 ●明确教学计算机的运算器部件，使用总计24位的控制信号就完全确定了它 的全部运算与处理功能，脱机运算器实验中可以通过24位的微型开关提供这些控制信号。 二、实验说明 脱机运算器实验，是指让运算器从教学计算机整机中脱离出来，此时，它的全部控制与操作均需通过24位的微型开关来完成，通过开关、按键控制教学机的运算器完成指定的运算功能，并通过指示灯观察运算结果。 三、实验要求 1、实验之前认真预习，写出预习报告，包括操作步骤，实验过程所用数据和运行结果等 2、实验过程当中，要仔细进行，防止损坏设备，分析可能遇到的各种现象，判断结果是否正确，记录运行结果 3、实验之后，认真写出实验报告，包括对遇到的各种现象的分析，实验步骤和实验结果，自己在这次实验的心得体会与收获。 四、实验所使用到的控制信号 AM2901所用的控制信号
1、将教学机设置为单步、16位、脱机状态下，即把教学机左下方的5个控制开关置为1XX00。 2、按一下RESET按键，进行初始化。 3、按照指定功能给出控制信号和数据信息，观察各信号指示灯状态。 4、按压START键，给出脉冲信号，观察各信号灯状态。 六、实验内容 1、下表中所列操作在教学机上进行运算器脱机实验。并将结果填入表中。 运算器功能所用到的控制信号
波形产生电路实验报告 一、实验目得 1。通过实验掌握由集成运放构成得正弦波振荡电路得原理与设计方法; 2、通过实验掌握由集成运放构成得方波(矩形波)与三角波(锯齿波)振荡电路得原理与设计方法。 二、实验内容 １. 正弦振荡电路 ?实验电路图如下图所示,电源电压为±12V。 (1)缓慢调节电位器R W,观察电路输出波形得变化,解释所观察到得现象、 (2)仔细调节电位器R W,使电路输出较好得正弦波形,测出振荡频率与幅度以及相对应得R W之值,分析电路得振荡条件。 (3)将两个二极管断开,观察输出波形有什么变化。 ２、多谐振荡电路 (1)按图2 安装实验电路(电源电压为±12Ｖ)。观测V O1、V O2波形得幅度、周期(频率)以及V O1得上升时间与下降时间等参数。 (2)对电路略加修改,使之变成矩形波与锯齿波振荡电路,即V O1为矩形波,V O2为锯齿波、要求锯齿波得逆程(电压下降段)时间大约就是正程(电压上升段)时间得2０％ 左右、观测V O1、V O2得波形,记录它们得幅度、周期(频率)等参数、 ３.设计电路测量滞回比较器得电压传输特性。 三、预习计算与仿真 1、预习计算 (１)正弦振荡电路
由正反馈得反馈系数为: 由此可得RC 串并联选频网络得幅频特性与相频特性分别为 易知当时,与同相,满足自激振荡得相位条件。 若此时,则可以满足,电 路起振,振荡频率为 000 111 994.7Hz 1.005ms 2216k 10nF f T RC f ππ= ====?Ω?，、 若要满足自激振荡,需要满足在起振前略大于1,而,令,即满足条件得R ｗ应略大于10k Ω、 (2)多谐振荡电路 ?对电路得滞回部分,输出电压U O =±U Z =±6V ，U P =U O ×R 2R 2+R 1 +U O2× R 1R 2+R 1 ,当U P = U N =0V 时,可以得到U O2=±R 2R 1 ×U O =±3V 、 由U T = 1R 3C ×0.5T ×U O ?U T ,所以得到:T =4R 2R 4C R 1?=400us 、 ２。 仿真分析 (1)正弦振荡电路 仿真电路图: 仿真得到得测量数据总结如下(具体见仿真报告): (１)R W 为０时,无波形产生 (2)调节R W 恰好起振时 (3)调节R W 使输出电压幅值最大
信号发生器 一、实验目的 1、掌握集成运算放大器的使用方法，加深对集成运算放大器工作原理的理解。 2、掌握用运算放大器构成波形发生器的设计方法。 3、掌握波形发生器电路调试和制作方法 。 二、设计任务 设计并制作一个波形发生电路，可以同时输出正弦、方波、三角波三路波形信号。 三、具体要求 （1）可以同时输出正弦、方波、三角波三路波形信号，波形人眼观察无失真。 （2）利用一个按钮，可以切换输出波形信号。。 （3）频率为1－2KHz 连续可调，波形幅度不作要求。 （4）可以自行设计并采用除集成运放外的其他设计方案 （5）正弦波发生器要求频率连续可调，方波输出要有限幅环节，积分电路要保证电路不出现积分饱和失真。 四、设计思路 基本功能：首先采用RC 桥式正弦波振荡器产生正弦波，然后通过整形电路(比较器)将正弦波变换成方波，通过幅值控制和功率放大电路后由积分电路将方波变成三角波,最后通过切换开关可以同时输出三种信号。 五、具体电路设计方案 Ⅰ、RC 桥式正弦波振荡器 图1 图2 电路的振荡频率为：RC f π21 0= 将电阻12k ，62k 及电容100n ，22n ，4.4n 分别代入得频率调节范围为：24.7Hz~127.6Hz ，116.7Hz~603.2Hz ，583.7Hz~3015Hz 。因为低档的最高频率高于高档的最低频率，所以符合实验中频率连续可调的要求。 如左图1所示，正弦波振荡器采用RC 桥式振荡器产生频率可调的正弦信号。J 1a 、J 1b 、J 2a 、J 2b 为频率粗调，通过J 1 J 2 切换三组电容，改变频率倍率。R P1采用双联线性电位器50k ，便于频率细调，可获得所需要的输出频率。R P2 采用200k 的电位器，调整R P2可改变电路A f 大小，使得电路满足自激振荡条件，另外也可改变正弦波失真度，同时使正弦波趋于稳定。下图2为起振波形。
计算机组成原理实验报告 一、实验1 Quartus H的使用 一．实验目的 掌握Quartus H的基本使用方法。 了解74 1 38(3：8)译码器、74244、74273的功能。 利用Quartus H 验证74138 (3: 8)译码器、74244、74273 的功能。 二．实验任务 熟悉Quartus H中的管理项目、输入原理图以及仿真的设计方法与流程。新建项目，利用原理编辑方式输入74138、74244、74273的功能特性，依照其功能表分别进行仿真，验证这三种期间的功能。 三．74138、74244、74273的原理图与仿真图 1.74138 的原理图与仿真图 74244的原理图与仿真图 1.
实验2运算器组成实验 一、 实验目的 1. 掌握算术逻辑运算单元（ALU 的工作原理。 2. 熟悉简单运算器的数据传送通路。 3. 验证4位运算器（74181）的组合功能。 4. 按给定数据，完成几种指定的算术和逻辑运算。 二、 实验电路 附录中的图示出了本实验所用的运算器数据通路图。 8位字长的ALU 由2 片74181构成。2片74273构成两个操作数寄存器 DR1和DR2用来保存参 与运算的数据。DR1接ALU 的A 数据输入端口，DR2接 ALU 的B 数据输入端 口，ALU 的数据输出通过三态门74244发送到数据总线BUS7-BUS 上。参与 运算的数据可通过一个三态门74244输入到数据总线上，并可送到DR1或 DR2 暂存。 图中尾巴上带粗短线标记的信号都是控制信号。除了 T4是脉冲信号外，其 4. 74273的原理图与仿真图、
他均为电位信号。nCO, nALU-BUS nSW-BU鈞为低电平有效。 三、实验任务按所示实验电路，输入原理图，建立.bdf 文件。 四. 实验原理图及仿真图 ，然后利用ALU的直通功能，检查DR1 DR2中是否保存了所置的数。 其实验原理图如下： 波形图如下： 实验 3 半导体存储器原理实验 （一）、实验目的 （1）熟悉静态随机存储器RAM和只读存储器ROM勺工作特性和使用方法； （2）熟悉半导体存储器存储和读出数据的过程； （3）了解使用半导体存储器电路时的定时要求。 （二）、实验要求 利用Quartus H器件库提供的参数化存储单元，设计一个由128X8 位的RAM和128X8位的ROM勾成的存储器系统。请设计有关逻辑电路，要求仿真通过，并设计波形文件，验证该存储器系统的存储与读出。 （三）、实验原理图与仿真图 ram内所存储的数据： rom 内所存储的数据： 仿真图如下： （四）心得体会 本次试验中，我们应该熟练掌握Quartus H软件的使用方法；熟悉静态随机存储器RAM和只读存储器RO啲工作特性和使用方法；熟悉半导体存储器存
波形发生电路实验报告 班级 姓名 学号
一、实验目的 1. 掌握由集成运放构成的正弦波振荡电路的原理与设计方法。 2. 学习电压比较器的组成及电压传输特性的测试方法。 3. 掌握由集成运放构成的矩形波和三角波振荡电路的原理与设计方法。 二、实验内容 1. 正弦波发生电路 （1）实验参考电路见图1。 （2）缓慢调节电位器R W，观察电路输出波形的变化，完成以下测试： ①R W为0Ω 时的u O的波形； ②调整R W使电路刚好起振，记录u O的幅值、频率及R W的阻值； ③调整R W使输出为不失真的正弦波且幅值最大，记录u O幅值、频率及R W的阻值； ④将两个二极管断开，观察R W从小到大变化时输出波形的变化情况。 2. 方波- 三角波发生电路 （1）实验参考电路见图2。 （2）测试滞回比较电路的电压传输特性 将图2 电路的第一级改造为滞回比较电路，在输入端输入合适的测试信号，用示波器X-Y模式观测电压传输特性曲线并记录阈值电压和u O1的幅值。
（3）测量图2电路u O1、u O2波形的幅值、周期及u O1波形的上升和下降时间。 3．矩形波- 锯齿波发生电路 修改电路图2，使之成为矩形波- 锯齿波发生电路。要求锯齿波的逆程（电压下降）时间大约是正程时间的20%，记录u O1、u O2的幅值、周期。 三、实验要求 1. 实验课上搭建硬件电路，记录各项测试数据。 2. 完成正弦波电路的实验后在面包板上保留其电路，并使其输出电压U o在1-3V范围内连续可调。 四、预习计算 1．正弦波振荡电路 起振条件为|A|略大于3，刚起振时幅值较小，认为二极管还未导通，即R4+R W R2 +1略大于3，即R W略大于10kΩ时刚好起振，随着R W的增大，振幅会增大，当R W过大时波形会出现失真。 振荡频率由RC串并联选频网络决定，f0=1 2πR1C1 ≈106.1Hz 2．方波- 三角波发生电路 滞回比较器的阈值电压±U T=±R2 R1 U Z=±2.9V，测试滞回比较电路时将R2与运放A2的输出端断开，改接输入信号（三角波为宜）。 方波（u O1）的幅值为U Z=5.8V，三角波（u O2）的幅值为U T=2.9V。 U T=?1 4 (?U Z) T ?U T U T=R2 1 U Z 解得：T=4R2R4C R1 =0.4ms，即u O1和u O2的周期为0.4ms。 3．矩形波- 锯齿波发生电路 只需让电容充放电回路的时间常数不一样即可。电路原理图如下：
《计算机组成原理》 实验报告 实验一运算器实验
一、实验目的 1．掌握运算器的组成及工作原理； 2．了解4位函数发生器74LS181的组合功能，熟悉运算器执行算术操 作和逻辑操作的具体实现过程； 3．验证带进位控制的74LS181的功能。 二、实验环境 EL-JY-II型计算机组成原理实验系统一套，排线若干。 三、实验内容与实验过程及分析（写出详细的实验步骤，并分析实验结果） 实验步骤：开关控制操作方式实验 1、按图1－7接线图接线： 连线时应注意：为了使连线统一，对于横排座，应使排线插头上的箭头面向自己插在横排座上；对于竖排座，应使排线插头上的箭头面向左边插在竖排座上。 图1－1 实验一开关实验接线图 2、通过数据输入电路的拨开关开关向两个数据暂存器中置数： 1）拨动清零开关CLR，使其指示灯。再拨动CLR，使其指示灯亮。置ALU-G ＝1：关闭ALU的三态门；再置C-G=0：打开数据输入电路的三态门； 2）向数据暂存器LT1（Ｕ3、U4）中置数：
（1）设置数据输入电路的数据开关“D15……D0”为要输入的数值； （2）置LDR1＝1：使数据暂存器LT1（Ｕ3、U4）的控制信号有效，置LDR2＝0：使数据暂存器LT2（Ｕ5、U6）的控制信号无效； （3）按一下脉冲源及时序电路的【单脉冲】按钮，给暂存器LT1送时钟，上升沿有效，把数据存在LT1中。 3）向数据暂存器LT2（Ｕ5、U6）中置数： （1）设置数据输入电路的数据开关“D15……D0”为想要输入的数值； （2）置LDR1＝0：数据暂存器LT1的控制信号无效；置LDR2＝1：使数据暂存器LT2的控制信号有效。 （3）按一下脉冲源及时序电路的“单脉冲”按钮，给暂存器LT2送时钟，上升沿有效，把数据存在LT2中。 （4）置LDR1＝0、LDR2＝0，使数据暂存器LT1、LT2的控制信号无效。 4）检验两个数据暂存器LT1和LT2中的数据是否正确： （1）置C-G=1，关闭数据输入电路的三态门，然后再置ALU-G=0，打开ALU 的三态门； （2）置“S3S2S1S0M”为“F1”，数据总线显示灯显示数据暂存器LT1中的数，表示往暂存器LT1置数正确； （3）置“S3S2S1S0M”为“15”，数据总线显示灯显示数据暂存器LT2中的数，表示往暂存器LT2置数正确。 3、验证74LS181的算术和逻辑功能: 按实验步骤2往两个暂存器LT1和LT2分别存十六进制数“1234H”和“5678H”，在给定LT1=1234H、LT2=5678H的情况下，通过改变“S3S2S1S0MCn”的值来改变运算器的功能设置，通过数据总线指示灯显示来读出运算器的输出值F，填入上表中，参考表1－1的功能表，分析输出F值是否正确。分别将“AR”开关拨至“1”和“0”的状态，观察进位指示灯“CY”的变化并分析原因。 实验结果表为：
脱机运算器实验报告 理论课教师姓名：高金山实验指导教师：刘万成 组号：姓名：闫麟阁学号：12281212 实验目的： （1）了解脱机操作下AM2901运算器的功能与控制信号的使用，了解运算器AM2901的内部结构及工作时序，观察运算器运算的结果对状态标志的影响。 （2）深入了解AM2901运算器的功能与具体用法，掌握用AM2901完成各种运算操作时各控制信号的使用，观察指令执行的结果对状态标志的影响；了解4片AM2901的级联方式，深化运算器部件的组成、设计、控制与使用等诸项知识。 实验内容： 1.将教学机左下方的5个拨动开关置为1XXOO（单步、16位、脱机）；先按一下“RESET”按键，再按一下“START”按键，进行初始化。 2.接下来，按下表所列的操作在机器上进行运算器脱机实验，将结果填入表中：其中D1取为0101H，D2取为1010H；通过两个12位的红色微型开关向运算器提供控制信号，通过16位数据开关向运算器提供数据，通过指示灯观察运算结果及状态标志。 运算器实验（1） 实验结果分析（每人选择2个操作运算进行控制信号取值和运算结果值的分析）：
此式的功能是R0∨R1然后将值赋给R1，由于有两个值，所以A、B口均有对应地址输入，B 对应的是R0，所以B的地址为0001，A对应的是R1,所以A的地址为0000。因为最后的值存储到B口多对应的地址并输出，所以I8-I6所选值为011；该式实现的是并运算，所以I5-I3所选值为011；数据来源是A和B，所以I2-I0所选值为001。 该式接受ALU的标志位输出的值，所以SST所选值为001；该式执行的并（SUB），所以SSH SCI 所选值为000。 因为R0=0101，R1=1010，所以按START前ALU的输出值为0F0F，故输出值为0F0F。 此时的功能是实现R0的逻辑左移功能，由于只有一个值，所以只有B口有对应地址输入，B对应的是R0，所以B的地址为0000。因为最后的值存储到B口对应的地址并输出，所以I8-I6所选值为111,；该式实现的是逻辑左移，所以I5-I3取000（加法）；数据来源是B，所以I2-I0所选值为011。 该式是左移操作，另三个标志不变，所以SST所选值为110；SSH SCI所选值为100。 因为R0=FEFE，实现逻辑左移后补0,所以按START之前R0为FEFE，按START后R0变为FDFC。 运算器实验（2） 实验步骤 将教学机左下方的5个拨动开关置为1XX00（单步、16位、脱机）；先按一下“RESET”按键，再按一下“START”按键，进行初始化。接下来，按下表所列的操作在机器上进行运算器脱机实验，将结果填入表中：
DAC0832波形发生器课程设计实验报告 目录 第1章系统设计方案 (2) 1.1 设计思路 (2) 1.2 方案比较与选择 (2) 第2章系统硬件设计..................................................................................2. 2.1 主控制器电路 (2) 2.2 数模转换电路 (3) 第3章系统软件设计................................................................................ .6 3.1 系统整体流程...................................................................................... .6 3.2 数模转换程序...................................................................................... .6 第4章系统调试 (8) 4.1 proteus的调试 (8) 第5章结论与总结 (11) 5.1 结论 (11) （系统总体设计与完成做一个总结，是客观的，主要包括：设计思路，设计过程，测试结果及完善改进的方向。） 5.2 总结 (11) （这是一个主观的总结，谈谈自己收获和不足等方面的内容。） 第1章系统设计方案 1.1 设计思路 （一）、课设需要各个波形的基本输出。如输出矩形波、锯齿波，正弦波。这些波形的实现的具体步骤：正弦波的实现是非常麻烦的。它的实现过程是通过定义一些数据，然后执行时直接输出定义的数据就可以了。然而为了实现100HZ的频率，终于发现，将总时间除了总步数，根据每步执行时间，算出延时时间，最终达到要求，然后建一个表通过查表来进行输出，这样主要工作任务就落到了建表的过程中。这样做的好处在于，查表所耗费的时钟周期相同，这样输出的点与点之间的距离就相等了，输出的波形行将更趋于完美，当然更让我们感到的高兴的是它输出波形的频率将近达到了100赫兹，能够满足我们设计的扩展要求了。
一、实验目的 （1）熟悉555型集成时基电路结构、工作原理及其特点。 （2）掌握555型集成时基电路的基本应用。 （3）掌握由555集成型时基电路组成的占空比可调的方波信号发生器。 二、实验基本原理 555电路的工作原理 555集成电路开始是作定时器应用的，所以叫做555定时器或555时基电路。但后来经过开发，它除了作定时延时控制外，还可用于调光、调温、调压、调速等多种控制及计量检测。此外，还可以组成脉冲振荡、单稳、双稳和脉冲调制电路，用于交流信号源、电源变换、频率变换、脉冲调制等。由于它工作可靠、使用方便、价格低廉，目前被广泛用于各种电子产品中，555集成电路内部有几十个元器件，有分压器、比较器、基本R-S触发器、放电管以及缓冲器等，电路比较复杂，是模拟电路和数字电路的混合体。 555芯片管脚介绍 555集成电路是8脚封装，双列直插型，如图2(A)所示，按输入输出的排列可看成如图2(B)所示。其中6脚称阈值端(TH)，是上比较器的输入；2脚称触发端(TR)，是下比较器的输入；3脚是输出端(Vo)，它有O和1两种状态，由输入端所加的电平决定；7脚是放电端(DIS)，它是内部放电管的输出，有悬空和接地两种状态，也是由输入端的状态决定；4脚是复位端(MR)，加上低电平时可使输出为低电平；5脚是控制电压端(Vc),可用它改变上下触发电平值；8脚是电源端，1脚是地端。
用555定时器组成的多谐振荡器如图所示。接通电源后，电容C2被充电，当电容C2上端电压Vc 升到2Vcc/3时使555第3脚V0为低电平，同时555内放电三极管T 导通，此时电容C2通过R1放电，Vc 下降。当Vc 下降到Vcc/3时，V0翻转为高电平。电容器C2放电所需的时间为 2ln 12??=C R t pL ( 1-1) 当放电结束时，T 截止，Vcc 将通过R1，R2，R3向电容器C2充电，Vc 由Vcc/3 上升到2Vcc/3所需的时间为 22)321(7.02ln )321(C R R R C R R R t pH ++=++= (1-2) 当Vc 上升到2Vcc/3时，电路又翻转为低电平。如此周而复始，于是，在电路的输出端就得到一个周期性的矩形波。电路的工作波形如图4，其中的震荡频率为 ： f=1/（tpL+tpH ）=1.43/(2R1+R2+R3) C2 (1-3) 三、实验设计目标 波形发生器是建立在模拟电子技术基础上的一个设计性实验，它是借助综合测试板上的555芯片和一片通用四运放324芯片，以及各种电阻、电感、电容等基本元器件，从而设计制作一个频率可变的同时输出脉冲波、锯齿波、正弦波Ⅰ、正弦波Ⅱ的波形产生电路，其借助于计算机软件multisim 仿真以及电路板硬件调
级班学号姓名 实验报告 实验一运算器实验 一、实验目的： 1、掌握简单运算器的数据传送通路； 2、验证运算功能发生器（74LS181）的组合功能； 3、验证带进位控制的算术运算功能发生器的功能； 4、按指定数据完成几种指定的算术运算。 二、实验设备 DVCC-C5JH计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干。 三、实验原理 1、实验中所用的运算器数据通路图如附A图1-3所示。其中运算器由两片74LS181以并/串形式构成8位字长的ALU。运算器的输出经过一个三态门（74LS245）和数据总线相连，运算器的两个数据输入端分别由二个锁存器（74LS373）锁存，锁存器的输入连至数据总线，数据开关（“INPUT DEVICE”）用来给出参与运算的数据，并经过一三态门（74LS245）和数据总线相连，数据显示灯（“BUS UNIT”）已和数据总线相连，用来显示数据总线内容。 2、控制信号说明： T4：脉冲信号；实验时，将W/R UNIT的T4接至STATE UNIT的微动开关KK2的输出端，按动微动开关，即可获得实验所需的单脉冲。 S3~S0、M：运算器的功能控制信号；可参见74181芯片的功能表P64。 Cn：进位控制信号，低电平有效。 LDDR1、LDDR2：数据寄存器DR1和DR2的数据装载控制信号，高电平有效。ALU-B：该控制信号控制是否将ALU的结果送到总线上，低电平有效。
SW-B ：三态门开关信号，控制是否打开三态门，低电平有效。 四、实验内容 1、算术逻辑运算实验： 实验步骤： ①按图1-2连接路线，仔细检查无误后，接通电源； ②用二进制数码开关向DR1和DR2寄存器置数。 A ）数据开关置01100101； B ）设置switch unit ：ALU-B=1 SW-B=0 LDDR1=1 LDDR2=0 C ）按动KK2给出一个单脉冲信号，即T4=┎┒ D ）数据开关置10100111； E ）设置switch unit ：LDDR1=0 LDDR2=1 F ）按动KK2给出一个单脉冲信号。 ③检验DR1和DR2中存的数是否正确： A ）设置switch unit ：SW-B=1 ALU-B=0 B ）设置switch unit ：当S 3S 2S 1S 0M=00000，总线显示灯显示DR1中的数，而 置为S 3S 2S 1S 0M=01010，总线显示灯显示DR2中的数。 ④验证74LS181的算术运算和逻辑运算功能：[给定A=（DR1）=65 H ，B=（DR2）=A7 H] A ）改变运算器的功能设置，观察运算器的输出，填入下表： DR1 DR2 S 3S 2S 1S 0 M=1（算术运算） M=0（逻辑运算） Cn=1 （无进位） Cn=0 （有进位） 65 A7 0000 01100101 01100110 10011010 65 A7 0001 11100111 11101000 00011000 65 A7 0010 01111101 01111110 10000010 65 A7 0011 11111111 00000000 00000000 65 A7 0100 10100101 10100110 11011010 65 A7 0101 00100111 00101000 01011000
计算机组成原理实验一 运算器实验 一、实验目的： 1、掌握简单运算器的数据传输方式。 2、验证运算功能发生器（74LS181）及进位控制的组合功能。 二、实验要求： 完成不带进位及带进位算数运算实验、逻辑运算实验，了解算数逻辑运算单元的运用。 三、实验原理： 74LS181是4位算术逻辑运算器，用两个74LS181并联可以实
现8位运算，为了实现双操作的运算，ALU 的输入端分别由两个锁存器DR1，DR2锁存数据。数据显示灯和数据总线相连接，用来显示数据总线上的内容。由于实验电路中的时序信号均已连接至W ／ＲＵＩＴ相应的时序信号引出端，只要微动开关，即可获得实验所需的单脉冲。 四、 实验连接： 1.八位运算器控制信号连接： S3，S2，S1，S0，M ，/CN ，LDDR1，LDDR2，LDCZY ，/SW-B ，/ALU-B ，Cn+4 Cn+4I 2.完成连接并检查无误后接通电源。 五、实验仪器状态设定： 在闪动的“P.”状态下按动“增址”命令键，使LED 显示器自左向右第一位显示提示符“H ”，表示本装置已进入手动单元实验状态。 五、 实验项目： （一）算数运算实验 拨动二进制数据开关向DR1和DR2寄存器置数（灯亮为1，灯灭为0）。 步骤如下: [CBA=001] [LDDR1=1] [LDDR1=0] [LDDR2=0] [LDDR2=1] 数据开关 （01100101） 三态门 寄存器DR1 （01100101） 数据开关 （10100111） 寄存器DR2 （10100111）
[“按STEP”] [“按STEP”] 然后检查数据： 1.关闭数据输入三态门（CBA=000） 2.打开ALU输出三态门（CBA=010） 3.当置S3，S2，S1，S0，M为11111时，总线指示灯显示DR1中的数 4.当置S3，S2，S1，S0，M为10101时，总线指示灯显示DR2中的数 算数运算（不带进位）实验： 置CBA=010，S3，S2，S1，S0，M，/CN为100101，LDCZY=0，则数据总线指示灯显示00001100（0CH） （二）进位控制实验 （1）进位标志清零 CBA＝000 置S3，S2，S1，S0，M为00000 置/CN为0，LDCZY为1 按STEP （2）向DR1和DR2置数（同上） （3）验证进位运算及进位锁存功能，使/CN=1,LDCZY=1,来进行算数运算。 给定DR1=65，DR2=A7，改变运算器功能（逻辑或非运算方法见逻辑运算实验），得到运算器输出记录如下： DR1 DR2 S3 S2 S1 S0 M=0 (算数运算) M=1 （逻辑运算）CN=1 无进位 CN=0 有进位 65 A7 0000 F=（65）F=（66）F=（9A） 0001 F=（E7）F=（E8）F=（18） 0010 F=（7D）F=（7E）F=（82） 0011 F=（FF）F=（0）F=（0） 0100 F=（A5）F=（A6）F=（82） 0101 F=（27）F=（B8）F=（58） 0110 F=（BD）F=（-42）F=（C2） 0111 F=（3F）F=（40）F=（40） 1000 F=（8A）F=（E3）F=（BF） 1001 F=（C）F=（10D）F=（3D） 1010 F=（A2）F=（BE）F=（A7） 1011 F=（25）F=（7D）F=（7D） 1100 F=（CA）F=（CB）F=（1） 1101 F=（4C）F=（DD）F=（7D） 1110 F=（E2）F=（E3）F=（77） 1111 F=（64）F=（65）F=（65）