一、电子产品设计竞赛方案及要求

1.1 提供条件

1）一片SN74SLS00D4四输入与非门芯片
2）一片LM324四运放，
3）提供固定的电阻、电容，可调电位器及+5V电源。

1.2 设计任务及指标

利用上述条件设计制作电路

1）频率为19到21K（别的频率段也行）的连续可调的方波脉冲，信号幅度不小于3.2伏；
2）与方波同频率的正弦波信号，输出电压失真度不大于5%，峰峰值Vpp不小于1V；
3）与方波同频率的占空比5%-15%的窄脉冲信号，幅度不小于3.2伏；
4）与正弦波正交的余弦信号,相位误差不大于5°，输出电压的峰峰值Vpp不小于1V。

特别说明：
1）不允许增加IC芯片、二极管、三极管、电源、电源只能使用单一五伏电源;
2）各个模块不能独立设计，必须相互关联。

二、电路设计

2.1 多路信号发生器系统总体结构设计

2.2 多路信号发生器仿真电路设计与测试结果

仿真测试结果正常，符合题目要求

2.3 详细电路设计（多路信号发生器系统原理图）

2.3.1 方波电路设计

通过可调电位器R4来调节输出波形的频率，R1、R16、C1组成了偏置电路提供“虚地”，R2和R3两个电阻为正反馈震荡网络。当运放输出高电平时，运放同相端电压为UH，此时电容 C2 通过电阻 R2 充电。当电容 C2 两端的电压超过UH后，运放输出为低电平，此时运放同相端电压为UL，电容 C2 通过电阻 R2 放电。当电容 C2 两端电压低于UL后，运放输出高电平，此时完成一个方波周期。

2.3.2 正弦波电路设计

电路中，使用到了一个运算放大器，因为题目中只提供了单电源+5V，且要处理的信号为高频信号，无需考虑直流分量，所以这里将输出信号进行了隔直和偏置处理以使得运放正常工作。使用了二阶低通滤波器的基本拓扑形式，设定该低通滤波器的截止频率为22kHz左右，经计算后选择C8和C4的电容值为6.8nF，R13和R14的电阻值为1.5k（后续实物测得正弦波会顶部失真，故实物R14更换为了3k欧），此时，计算得到的截止频率为15.6kHz，此滤波器可以滤除掉方波的高次谐波，最终将得到20kHz左右的正弦波。电容 C5 为隔直电容，防止运放因前级的直流分量而发生饱和。

2.3.3 占空比可调窄脉冲电路设计

R9 和 C3 组成RC积分电路，并由方波Uo1积分产生一个三角波，然后使用比较器将该三角波与一个直流电平进行比较输出，则可以生成一个占空比可调的窄脉冲信号。

2.3.4 余弦波电路设计

电路中 R18、R19（后续在R19并联了0.1uF的电容来进行稳压和滤出杂波）为电路提供了一个 1/2VCC 的偏置，可以参考常见的单电源供电电路的设计。电容 C6 为隔直电容，防止运放因前级的直流分量而发生饱和。可以直接使用运放搭建一个积分电路，因为积分电路有移相的功能，可以使波形移相 90°产生与正弦正交的信号。

三、实物电路制作与测试

3.1 多路信号发生器PCB设计

PCB

3.2 多路信号发生器实物测试结果

PCB
PCB
路板输出的波形均符合题目要求：输出了频率为19.3K左右的连续可调的方波脉冲，信号幅度为5伏左右；与方波同频率的正弦波信号，电压失真度不大于5%，峰峰值Vpp为1.69V；与方波同频率的占空比14%左右的窄脉冲信号，幅度，信号幅度为5伏左右；与正弦波正交的余弦信号,相位误差不大于5°，输出电压的峰峰值Vpp为1.83V。

四、总结

本次实训的任务是制作多路信号发生器，根据电路图绘制电路板原理图与PCB图并通过嘉立创或实验室打板机来进行电路板实物的制作，最后进行元器件的焊接，调试并输出波形。经过了两周的实训，我在本次实训中得到了许多关于硬件方面的知识和经验。要求对电路图有深刻的理解，然后在符合客观实际的情况下，根据实验设计要求的有关规定，完成PCB板的制作。之后再做进一步的调试，使其更科学，输出的波形更正确。在制作多路信号发生器前，我重新熟悉和掌握了相关的电路知识、模电还有数电知识。电路设计时使用了Multisim来进行仿真。证明此电路能够输出正确的波形后，我就开始画多路信号发生器的原理图和PCB图了，在绘制PCB图时一定要注意一些元件位置、导线粗细和位置和有无与相应的元件连接上等的问题。最后，再根据绘制的PCB文件进行自己制作电路板或者交给嘉立创进行打板，进行打板时要注意机器的参数以及线宽，钻孔的大小。最后进行了焊接，焊接完毕后，通过示波器观察对应的波形是否正确，并通过实际电路得到的波形进行电路中的电阻电容的调整，直到得出符合要求的波形。实训过程中略有坎坷，包括布错线啊，根据各种波形的失真调整电阻电容，打板机没有过孔导致焊接困难等。耗费了许多的精力，但究其原因还是自己基础知识学的不够扎实，做事情不够细心。
本次实训中我亲自实践了整个PCB的制作过程，也特别感谢许汇凯同学帮助我学习，并进行打板机的操作，也感谢我其他组员的各种帮助。让我初步掌握了实际生产中PCB板的制作技术。从绘制电路原理图到设计PCB板，从电路板的钻孔在这里面的每一个步骤都在自己的一次次的实际操作中变得清晰简单。实际手工制版我觉得是让我最觉最开心最期待的过程，因为通过一步一步的操作，我即将看到真正的实际作品。我期待自己亲手制作出来的多路信号发生器是什么样的，还有它输出的波形。在这期待的过程中，我体会到了收获的喜悦，也明白了，要有收获就必须努力，即使过程并不顺利，可能会遇到很多自己想不到甚至是解决不了的问题，但是我们应该始终相信自己，坚信自己的信念，不放弃，不焦躁。用心做每一步，我相信一定会有意想不到的收获。