多功能函數(shù)發(fā)生器

畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 專專 業(yè)業(yè) 班班 次次 姓姓 名名 指導(dǎo)老師指導(dǎo)老師 成都成都電電子機(jī)械高等子機(jī)械高等專?？茖W(xué)?？茖W(xué)校 二 0 一 年 成都電子機(jī)械高等?？茖W(xué)校 通信工程系畢業(yè)論文 多功能函數(shù)信號發(fā)生器的仿真設(shè)計(jì)多功能函數(shù)信號發(fā)生器的仿真設(shè)計(jì) 摘要摘要 本文函數(shù)信號發(fā)生器的設(shè)計(jì)以 555 定時(shí)器組成的多諧振蕩器為核心 主 要思路是多諧振蕩器在接通電源后能自行產(chǎn)生矩形波 方波通過積分電路將轉(zhuǎn) 變?yōu)槿遣?三角波再經(jīng)積分網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)檎也?通過調(diào)節(jié)電路中相關(guān)電阻電 容值可以改變占空比等波形參數(shù) 最終得到較好的波形 總電路使用軟件 MultiSim 進(jìn)行仿真 通過軟件自帶示波器觀察最后所得到的波形 并通過失真 分析儀研究波形失真度 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞 函數(shù)信號發(fā)生器 多諧振蕩器 MultiSim 成都電子機(jī)械高等專科學(xué)校 通信工程系畢業(yè)論文 目目 錄錄 第第 1 1 章章 緒論緒論 1 1 1 課題背景 1 1 2 國內(nèi)外現(xiàn)狀 1 1 3 含義及作用意義 1 1 4 本文函數(shù)信號發(fā)生器主要參數(shù) 2 第第 2 2 章章 波形失真研究波形失真研究 3 2 1 失真的定義 3 2 2 失真分析方法 3 2 3 失真測量方法 3 2 4 失真測量中的幾個(gè)問題 4 第第 3 3 章章 電路原理及主要電路和元器件介紹電路原理及主要電路和元器件介紹 5 3 1 電路原理 5 3 2 發(fā)生器總電路圖 5 3 3 多諧振蕩器電路及 555 芯片介紹 5 3 3 1 多諧振蕩器電路介紹 5 3 3 2 555 芯片介紹 6 3 4 積分電路及其原理 9 第第 4 4 章章 MultiSimMultiSim 介紹介紹 11 4 1 MultiSim 簡介 11 4 2 MultiSim 操作環(huán)境 12 4 3 四通道蹤示波器 12 第第 5 5 章章 仿真的結(jié)果及分析仿真的結(jié)果及分析 15 5 1 電路原理仿真圖 15 5 2 方波接線圖 15 5 3 三角波接線圖 16 5 4 正弦波接線圖 17 5 5 方波 三角波 正弦波接線圖 19 5 6 仿真的結(jié)果及分析 20 致謝致謝 22 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 23 成都電子機(jī)械高等?？茖W(xué)校 通信工程系畢業(yè)論文 2 第第 1 1 章章緒論緒論 1 11 1 課題背景課題背景 隨著電子測量及其他部門對各類信號發(fā)生器的廣泛需求及電子技術(shù)的迅速 發(fā)展 促使信號發(fā)生器種類增多 性能提高 尤其隨著 70 年代微處理器的出現(xiàn) 更促使信號發(fā)生器向著自動化 智能化方向發(fā)展 現(xiàn)在 許多信號發(fā)生器帶有 微處理器 因而具備了自校 自檢 自動故障診斷和自動波形形成和修正等功 能 可以和控制計(jì)算機(jī)及其他測量儀器一起方便的構(gòu)成自動測試系統(tǒng) 當(dāng)前信 號發(fā)生器總的趨勢是向著寬頻率覆蓋 低功耗 高頻率精度 多功能 自動化 和智能化方向發(fā)展 在科學(xué)研究 工程教育及生產(chǎn)實(shí)踐中 如工業(yè)過程控制 教學(xué)實(shí)驗(yàn) 機(jī)械 振動試驗(yàn) 動態(tài)分析 材料試驗(yàn) 生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域 常常需要用到低頻信號發(fā) 生器 而在我們?nèi)粘Ｉ钪?以及一些科學(xué)研究中 鋸齒波和正弦波 矩形波 信號是常用的基本測試信號 譬如在示波器 電視機(jī)等儀器中 為了使電子按 照一定規(guī)律運(yùn)動 以利用熒光屏顯示圖像 常用到鋸齒波產(chǎn)生器作為時(shí)基電路 信號發(fā)生器作為一種通用的電子儀器 在生產(chǎn) 科研 測控 通訊等領(lǐng)域都得 到了廣泛的應(yīng)用 但市面上能看到的儀器在頻率精度 帶寬 波形種類及程控 方面都已不能滿足許多方面實(shí)際應(yīng)用的需求 加之各類功能的半導(dǎo)體集成芯片 的快速生產(chǎn) 都使我們研制一種低功耗 寬頻帶 能產(chǎn)生多種波形并具有程控 等低頻的信號發(fā)生器成為可能 1 21 2 國內(nèi)外現(xiàn)狀國內(nèi)外現(xiàn)狀 函數(shù)發(fā)生器作為一種常見的應(yīng)用電子儀器設(shè)備 既能構(gòu)成獨(dú)立的信號源 也可以是高性能網(wǎng)絡(luò)分析儀 頻譜儀及其他自動測試設(shè)備的組成部分 函數(shù)發(fā) 生器的關(guān)鍵技術(shù)是多種高性能儀器的支撐技術(shù) 因?yàn)樗悄軌蛱岣哔|(zhì)量的精密 信號源及掃頻源 可使相應(yīng)系統(tǒng)的檢測過程大大簡化 降低檢測費(fèi)比并且提高 了檢測精度 美國安捷倫生產(chǎn)的 33250A 型函數(shù) 任意波形發(fā)生器可以產(chǎn)生穩(wěn)定 精準(zhǔn)度和低失真的任意波形 國產(chǎn) S1000 型數(shù)字合成掃描信號發(fā)生器通過采用 新技術(shù) 新器件實(shí)現(xiàn)高精度 寬頻帶的掃頻源 同時(shí)應(yīng)用 DDS 和鎖相技術(shù) 目 前市場上的信號發(fā)生器多種多樣 1 31 3 含義及作用意義含義及作用意義 函數(shù)信號發(fā)生器是指能產(chǎn)生某些特定的周期性時(shí)間函數(shù)波形信號的信號發(fā) 生器 要求能夠長生形狀良好的方波 三角波 正弦波等波形 函數(shù)信號發(fā)生 器在電路實(shí)驗(yàn)和設(shè)備檢測中具有十分廣泛的用途 常用于科研 生產(chǎn) 除供通 信 儀表和自動控制系統(tǒng)測試用外 還廣泛用于其他非電測量領(lǐng)域 本次畢業(yè) 成都電子機(jī)械高等專科學(xué)校 通信工程系畢業(yè)論文 2 設(shè)計(jì)旨在設(shè)計(jì)一函數(shù)信號發(fā)生器 并使用軟件進(jìn)行電路仿真 要求電路簡單波 形良好 函數(shù)信號發(fā)生器的設(shè)計(jì)方案有很多 本文采用純硬件設(shè)計(jì) 以多諧振 蕩器產(chǎn)生方波 經(jīng)過積分電路轉(zhuǎn)變?yōu)槿遣?再經(jīng)過積分網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)檎也?最后以軟件 MultiSim 進(jìn)行仿真 本文介紹了 555 定時(shí)器的參數(shù) 工作原理 及 利用 555 定時(shí)器聯(lián)接而成的多諧振蕩器 介紹了總電路的聯(lián)接方法及電路相關(guān) 參數(shù)的設(shè)定 介紹了 MultiSim 的使用方法及對本文所介紹函數(shù)信號發(fā)生器的仿 真情況 在仿真過程中 記錄波形參數(shù) 研究其失真度 在設(shè)計(jì)完畢初步進(jìn)行 仿真之后 發(fā)現(xiàn)得到的波形存在較大失真 通過調(diào)節(jié)電路的電阻電容值 波形 得以改善 最終得到了令人較為滿意的波形 凡是產(chǎn)生測試信號的儀器 統(tǒng)稱 為信號源 也稱為信號發(fā)生器 它用于產(chǎn)生被測電路所需特定參數(shù)的電測試信 號 信號源可以根據(jù)輸出波形的不同 劃分為正弦波信號發(fā)生器 矩形脈沖信 號發(fā)生器 函數(shù)信號發(fā)生器和隨機(jī)信號發(fā)生器等四大類 函數(shù)信號發(fā)生器是指 能產(chǎn)生某些特定的周期性時(shí)間函數(shù)波形信號的信號發(fā)生器 常用于科研 生產(chǎn) 維修和實(shí)驗(yàn)中 例如在教學(xué)實(shí)驗(yàn)中 常使用函數(shù)發(fā)生器的輸出波形作為標(biāo)準(zhǔn)輸 入信號 接至放大器的輸入端 配合測試儀器 例如用示波器定性觀察放大器 的輸出端 判斷放大器是否工作正常 否則 通過調(diào)整放大器的電路參數(shù) 使 之工作在放大狀態(tài) 然后 通過測試儀器 獲得該放大器的性能指標(biāo) 函數(shù)信 號發(fā)生器產(chǎn)生信號頻率的范圍可從幾個(gè)微赫到幾十兆赫 而在測試 研究或調(diào) 整電子電路及設(shè)備時(shí) 為測定電路的一些電參量 如測量頻率響應(yīng) 噪聲系數(shù) 為電壓表定度等 都要求提供符合所定技術(shù)條件的電信號 以模擬在實(shí)際工作 中使用的待測設(shè)備的激勵信號 當(dāng)要求進(jìn)行系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性測量時(shí) 需使用振 幅 頻率已知的正弦信號源 當(dāng)測試系統(tǒng)的瞬態(tài)特性時(shí) 又需使用前沿時(shí)間 脈沖寬度和重復(fù)周期已知的矩形脈沖源 并且要求信號源輸出信號的參數(shù) 如 頻率 波形 輸出電壓或功率等 能在一定范圍內(nèi)進(jìn)行精確調(diào)整 有很好的穩(wěn) 定性 有輸出指示 因此函數(shù)信號發(fā)生器在電路實(shí)驗(yàn)和設(shè)備檢測中具有十分廣 泛的用途 另外除供通信 儀表和自動控制系統(tǒng)測試用外 還廣泛用于其他非 電測量領(lǐng)域 1 41 4 本文函數(shù)信號發(fā)生器主要參數(shù)本文函數(shù)信號發(fā)生器主要參數(shù) 1 在給定的 6V 直流電源電壓條件下 使用 555 芯片和運(yùn)算放大器設(shè)計(jì) 并制作一個(gè)多波形 方波 三角波和正弦波 發(fā)生器 2 信號頻率 f 0 85kHz 1 14kHz 實(shí)現(xiàn)頻率可調(diào) 3 信號周期 T 874us 1 155ms 4 輸出電壓峰峰值 方波 2V Vp p 5V 三角波 220mv Vp p 340mv 正弦波 4mv Vp p 14mv 成都電子機(jī)械高等?？茖W(xué)校 通信工程系畢業(yè)論文 3 第第 2 2 章章 波形失真研究波形失真研究 2 12 1 失真的定義失真的定義 失真度表征一個(gè)信號偏離純正弦信號的程度 失真度定義為信號中全部諧 波分量的能量與基波能量之比的平方根值 如果負(fù)載與信號頻率無關(guān) 則信號 的失真度也可以定義為全部諧波電壓的有效值與基波電壓的有效值之比并以百 分?jǐn)?shù)表示 如公式 2 1 C C 2 1 100 1 22 3 2 2 U UUU n 公式 2 1 中 C為失真度 P 為信號總功率 P 1 為基波信號的功率 U 1 為基波電壓的有效值 U 2 U n 為諧波電壓有效值 2 22 2 失真分析方法失真分析方法 目前測量失真度的原理大致分為兩類 基波剔除法和頻譜分析法 一般模擬式的失真度測量儀都采用基波剔除法 通過具有頻率選擇性的 無源網(wǎng)絡(luò) 如 諧振電橋 文式電橋 雙T 陷波網(wǎng)絡(luò)等 抑制基波 由總 電壓有效值和抑制基波后的諧振電壓有效值計(jì)算出失真度 第二類失真度測量采用頻譜分析法 通過計(jì)算出各次諧波的大小來計(jì)算 失真度 此類測量方法測量的最小頻率是2Hz 2 32 3 失真測量方法失真測量方法 失真測量可以分為模擬法和數(shù)字化方法 1 模擬法 模擬法是只指測量中直接應(yīng)用模擬電路對信號處理測量失真度的方法 基于模擬法的失真度測量儀由于前級電路有源器件的非線形 因此對小信號 的測量不夠準(zhǔn)確 模擬法又可分為基波抑制法和諧波分析法 基波抑制法的 失真度測量儀采用基波抑制原理 通過具有頻率選擇性的無源網(wǎng)絡(luò)抑制基波 由總的電壓有效值和抑制基波后的諧波電壓有效值計(jì)算出失真度 基波抑制 法構(gòu)成的失真測量儀可以解決的頻率的范圍為1Hz 1MHz 但測量準(zhǔn)確度為 5 30 因此本實(shí)驗(yàn)中不采用該種方法 諧波分析法的失真度測量中 用了 頻譜分析儀和波形分析儀檢測信號中的基波和各次諧波的電壓 獲得基波和 成都電子機(jī)械高等?？茖W(xué)校 通信工程系畢業(yè)論文 4 各次諧波的電壓并帶 從而計(jì)算出失真度 2 數(shù)字化方法 數(shù)字化方法是指先通過將信號數(shù)字化并送入計(jì)算機(jī) 在由計(jì)算機(jī)計(jì)算出 失真度的測量方法 根據(jù)失真度的計(jì)算方法可分為FFT 法和曲線擬合法 2 42 4 失真測量中的幾個(gè)問題失真測量中的幾個(gè)問題 1 測量方法或儀器的選擇 在實(shí)際測量中需要針對被測信號的頻率范圍 失真度的大小和測量環(huán)境的 需求等因素 合理地選取測量方法或測量儀器 否則 將會造成過大的測量誤 差或測量成本的升高 2 失真度測量精度的檢驗(yàn) 對失真度測量精度的檢驗(yàn)是失真度測量中涉及的重要問題 尤其對于采用 數(shù)字化測量算法的開發(fā)人員 如何生成失真信號進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證算法是一個(gè)至 關(guān)重要的問題 由于三角波 方波和鋸齒波為自然失真波 從理論上講由無窮 多次諧波疊加而成 比任何人為合成的標(biāo)準(zhǔn)失真源更為合理和精確 所以以上 三種波形常被用作失真度測量儀檢定的典型函數(shù) 非常適合于大中量程的檢定 采用典型失真檢定函數(shù)的方法 對于數(shù)字化方法的失真度測量準(zhǔn)確度的驗(yàn)證和 比較尤為方便 3 噪聲干擾引入的誤差影響 在失真度測量中 由硬件裝置內(nèi)部的干擾 噪聲等引入的雜散干擾 以及 失真度測量儀內(nèi)部所引起的附加失真度等因素的影響較小 一些性能較好的失 真度測量儀中這些影響可以小到 1 5 10 4量級 因此 噪聲 干擾對大 失真度的測量影響甚微 但對于小失真度的測量影響較大 成都電子機(jī)械高等?？茖W(xué)校 通信工程系畢業(yè)論文 5 第第 3 3 章電路原理及主要電路和元器件介紹章電路原理及主要電路和元器件介紹 3 13 1 電路原理電路原理 本次設(shè)計(jì)采用 555 定時(shí)器組成多諧振蕩器 在接通電源后自行產(chǎn)生矩形波 通過積分電路將矩形波轉(zhuǎn)變?yōu)槿遣?再經(jīng)積分網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)檎也?具體示意 圖如圖 3 1 所示 積分電路 積分電路 圖 3 1 波形轉(zhuǎn)換原理框圖 3 23 2 發(fā)生器總電路圖發(fā)生器總電路圖 如下圖 3 2 所示電路可同時(shí)產(chǎn)生方波 三角波 正弦波并輸出 其中 555 定時(shí)器接成多諧振蕩器工作形式 C2 為定時(shí)電容 C2 的充電回路是 R2 R3 RP C2 C2 的放電回路是 C2 RP R3 IC 的 7 腳 放電管 由于 R3 RP R2 所以充電時(shí)間常數(shù)與放電時(shí)間常數(shù)近似相等 由 IC 的 3 腳輸出的 是近似對稱方波 按圖所示元件參數(shù) 其頻率為 1kHz 左右 調(diào)節(jié)電位器 RP 可 改變振蕩器的頻率 方波信號經(jīng) R4 C5 積分網(wǎng)絡(luò)后 輸出三角波 三角波再經(jīng) R5 C6 和 R6 C7 積分網(wǎng)絡(luò) 輸出正弦波 C1 是電源濾波電容 發(fā)光二極管 VD 用作電源指示 如圖 3 2 所示電路可同時(shí)產(chǎn)生方波 三角波 正弦波并輸出 圖 3 2 函數(shù)信號發(fā)生器電路原理圖 3 33 3 多諧振蕩器電路及多諧振蕩器電路及 555555 芯片介紹芯片介紹 多諧振蕩器方波三角波 正弦波 成都電子機(jī)械高等?？茖W(xué)校 通信工程系畢業(yè)論文 6 3 3 13 3 1 多諧振蕩器電路介紹多諧振蕩器電路介紹 用 555 定時(shí)器組成的多諧振蕩器及工作波形如圖 3 3 所示 圖 3 3 a 555 定時(shí)器組成的多諧振蕩器 圖 3 3 b 多諧振蕩器工作波形 接通電源后 電容 C 被充電 當(dāng) 1 上升到 2 3VCC時(shí) 使 為低電平 同 時(shí)放電三極管 T 導(dǎo)通 此時(shí)電容 C 通過 R2 和 T 放電 當(dāng) 1 下降到 1 3VCC時(shí) 翻轉(zhuǎn)為高電平 電容器 C 放電所需的時(shí)間為 T1 0 7R2 C 3 4 當(dāng)放電結(jié)束時(shí) T 截止 VCC將通過 R1和 R2向電容器 C 充電 1 由 1 3VCC 上升到 2 3VCC所需的時(shí)間為 T2 0 7 R1 R2 C 3 5 當(dāng) 1 上升到 2 3VCC時(shí) 電路又翻為低電平 如此周而復(fù)始 于是 在電 路的輸出端就得到一個(gè)周期性的矩形波 電路的工作波形如下 其振蕩頻率為 f 1 43 R1 2R2 C 3 6 占空比 q T2 T1 T2 3 7 3 3 23 3 2 555555 芯片介紹芯片介紹 555 定時(shí)器是一種集模擬 數(shù)字于一體的中規(guī)模集成電路 可以將輸入的 模擬信號變化為一定的數(shù)字信號輸出 因而廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐的各個(gè)領(lǐng)域 它不僅用于信號的產(chǎn)生和變換 還常用于控制和檢測電路中 成都電子機(jī)械高等?？茖W(xué)校 通信工程系畢業(yè)論文 7 555 定時(shí)器的內(nèi)部電路由分壓器 電壓比較器 C1和 C2 由兩個(gè)與非門 G1和 G2組成的基本 RS 觸發(fā)器 低電平觸發(fā) 放電三極管 T 以及輸出反相緩沖器 G3 組成 其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖 3 8 所示 圖 3 8 555 定時(shí)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 引腳功能 Vi1 TH 高電平觸發(fā)端 簡稱高觸發(fā)端 又稱閾值端 標(biāo)志為 TH Vi2 低電平觸發(fā)端 簡稱低觸發(fā)端 標(biāo)志為 TRTR VCO 控制電壓端 VO 輸出端 Dis 放電端 復(fù)位端 Rd 555 定時(shí)器內(nèi)含一個(gè)由三個(gè)阻值相同的電阻 R 組成的分壓網(wǎng)絡(luò) 產(chǎn)生 1 3VCC和 2 3VCC兩個(gè)基準(zhǔn)電壓 兩個(gè)電壓比較器 C1 C2 一個(gè)由與非門 G1 G2 組成的基本 RS 觸發(fā)器 低電平觸發(fā) 放電三極管 T 和輸出反相緩沖器 G3 是復(fù)位端 低電平有效 復(fù)位后 基本 RS 觸發(fā)器的端為 1 高電平 RdQ 經(jīng)反相緩沖器后 輸出為 0 低電平 分析 555 定時(shí)器的內(nèi)部電路圖可知 在 555 定時(shí)器的 VCC端和地之間加上電 壓 并讓 VCO懸空 則比較器 C1的同相輸入端接參考電壓 2 3VCC 比較器 C2反相 輸入端接參考電壓 1 3VCC 為了學(xué)習(xí)方便 我們規(guī)定 當(dāng) TH 端的電壓 2 3VCC時(shí) 寫為 VTH 1 當(dāng) TH 端的電壓1 3VCC時(shí) 寫為 VTR 1 當(dāng)端的電壓 1 3VCC時(shí) 寫為TRTR VTR 0 1 低觸發(fā) 當(dāng)輸入電壓 Vi2 1 3VCC且 Vi11 3VCC且 Vi12 3VCC 則 VTH 1 比較器 C1輸出為低電平 無論 C2輸 出何種電平 基本 RS 觸發(fā)器因 0 使 1 經(jīng)輸出反相緩沖器后 RQ VO 0 T 導(dǎo)通 這時(shí)稱 555 定時(shí)器 高觸發(fā) VCO為控制電壓端 在 VCO端加入電壓 可改變兩比較器 C1 C2的參考電壓 正常工作時(shí) 要在 VCO和地之間接 0 01 F 電容量標(biāo)記為 103 電容 放電管 Tl的輸出端 Dis 為集電極開路輸出 555 定時(shí)器的控制功能說明如表 1 所示 輸出端 Dis 為集電極開路輸出 555 定時(shí)器的控制功能說明如表 3 9 所示 輸 入輸 出 THTRdRVODis LL 導(dǎo)通 2 3VCC 1 3VCC HH 截止 1 3VCC H 不變不變 2 3VCC HL 導(dǎo)通 表 3 9 555 定時(shí)器控制功能表 555 定時(shí)器的內(nèi)部電路框圖及邏輯符號和管腳排列如圖 3 10 所示 圖 3 10 a 555 定時(shí)器內(nèi)部電路框圖 圖 3 10 b 555 定時(shí)器管腳排列 成都電子機(jī)械高等?？茖W(xué)校 通信工程系畢業(yè)論文 9 3 43 4 積分電路及其原理積分電路及其原理 1 積分電路結(jié)構(gòu)及波形如圖 3 11 所示 Ui Ui t T tk E 輸入電壓波形 t Uo R Uo RC tk C 積分電路 輸出電壓波形 圖 3 11 a 積分電路結(jié)構(gòu)圖 圖 3 12 b 積分電路輸入輸出波形 由積分電路得 3 RCjCj R Cj U U u i A 1 1 1 1 1 0 13 則 3 RC f p 2 1 成都電子機(jī)械高等?？茖W(xué)校 通信工程系畢業(yè)論文 10 14 3 p u f f j A 1 1 15 幅頻特性 3 2 1 1 p u f f A 16 相頻特性 3 p f f arctan 17 2 積分電路原理 RC 積分電路如圖所示 是脈沖技術(shù)中常用的電路之一 該電路的時(shí)間常數(shù) t 較大 一般取 t 10tk 當(dāng)輸入信號 Ui 在 t1 時(shí)刻 U0 ti 0 此后 Ui 向 C 充電 U0 按指數(shù)規(guī)律上 升 在 t1 t3 其間 Ui 0 電容 C 處于放電狀態(tài) U0 下降 在 t3 t4 其間 U0 又 按指數(shù)規(guī)律上升 如此周而復(fù)始 就得到了近似鋸齒波的輸出電壓 如圖 U0 的 波形 矩形脈沖的占空比不同 輸出電壓的幅度也不同 顯然 占空比越大 輸出電壓的幅度也就越接近輸入信號的幅度 E 成都電子機(jī)械高等?？茖W(xué)校 通信工程系畢業(yè)論文 11 第第 4 4 章章 MultisimMultisim 介紹介紹 4 14 1 MultisimMultisim 簡介簡介 MultiSim 是 Interactive Image Technologies Electronics Workbench 公司推出的以 Windows 為基礎(chǔ)的仿真工具 適用于板級的模擬 數(shù)字電路板的設(shè) 計(jì)工作 它包含了電路原理圖的圖形輸入 電路硬件描述語言輸入方式 具有 豐富的仿真分析能力 MultiSim 提煉了 SPICE 仿真的復(fù)雜內(nèi)容 這樣無需懂得 深入的 SPICE 技術(shù)就可以很快地進(jìn)行捕獲 仿真和分析新的設(shè)計(jì) 這也使其更 適合電子學(xué)教育 通過 MultiSim 和虛擬儀器技術(shù) PCB 設(shè)計(jì)工程師和電子學(xué)教 育工作者可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設(shè)計(jì)和測試這樣一個(gè)完 整的綜合設(shè)計(jì)流程 本次電路仿真使用 Multisim7 Multisim 由構(gòu)建仿真電路 仿真電路環(huán)境 multi mcu 單片機(jī)仿真 FPGA PLD CPLD 等仿真 FPGA PLD CPLD 等仿真 通信系統(tǒng)分析與設(shè) 計(jì)的模塊 PCB 設(shè)計(jì)模塊組成 Multisim 可進(jìn)行器件建模及仿真 可以建模及仿真的器件包括模擬器件 二極管 三極管 功率管等 數(shù)字器件 74 系列 COMS 系列 PLD CPLD 等 FPGA 器件 電路的構(gòu)建及仿真 系統(tǒng)的組成及仿真 儀表 儀器原理及制造仿真 器件建模及仿真 經(jīng)過數(shù)個(gè)版本發(fā)展 MultiSim 可以根據(jù)自己的需求制造出真正屬于自己的儀 器 所有的虛擬信號都可以通過計(jì)算機(jī)輸出到實(shí)際的硬件電路上 所有硬件電路 產(chǎn)生的結(jié)果都可以輸回到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行處理和分析 成都電子機(jī)械高等?？茖W(xué)校 通信工程系畢業(yè)論文 12 4 24 2 MultisimMultisim 操作環(huán)境操作環(huán)境 MultiSim 操作環(huán)境如圖 4 1 所示 圖 4 1 MultiSim 操作界面 4 34 3 四通道示波器四通道示波器 成都電子機(jī)械高等?？茖W(xué)校 通信工程系畢業(yè)論文 13 四通道示波器是實(shí)驗(yàn)中最常用的一種儀器 它不僅可以顯示信號的波形 還可以測量信號的頻率 幅度和周期等參數(shù) 也可用于波形的比較 圖標(biāo)和面 板如圖 4 2 所示 圖 4 2 四通道示波器 四通道蹤示波器有 6 個(gè)端點(diǎn) A B C D 端點(diǎn)分別為四個(gè)通道 G 為接地 端 T 是外觸發(fā)輸入端 為了便于清楚的觀測波形 可將連接到 A B C D 通 道的導(dǎo)線設(shè)置為不同的顏色 示波器面板是由顯示屏和參數(shù)設(shè)置區(qū)構(gòu)成 其設(shè)置方法如下 1 時(shí)基 Time base 設(shè)置 掃描時(shí)間 Scale 表示 X 軸方向的刻度時(shí)間 單擊該欄會出現(xiàn)一對 上下翻轉(zhuǎn)箭頭 可根據(jù)信號頻率的高低 選擇合適的掃描時(shí)間 通常 時(shí)基的 成都電子機(jī)械高等專科學(xué)校 通信工程系畢業(yè)論文 14 調(diào)整與輸入信號的頻率成反比 輸入信號的頻率越高 時(shí)基就越小 一般初始 設(shè)置掃描時(shí)間與被測信號周期一致 X 位移 X Position 表示 X 軸方向時(shí)間基準(zhǔn)的起點(diǎn)位置 工作方式 Y T 方式 X 軸顯示時(shí)間 Y 軸顯示 A B 通道 A B 方式 為 X 軸顯示 B 通道 Y 軸顯示 A 通道 A B 方式為 X 軸顯示時(shí)間 Y 軸顯示 A B 之和 2 輸入通道設(shè)置 示波器有四個(gè)完全相同的輸入通道 A B C 和 D Channel A 用來設(shè)置 A 通 道輸入信號在 Y 軸的顯示刻度 Channel B 用來設(shè)置 B 通道輸入信號在 Y 軸的 顯示刻度 Channel C 用來設(shè)置 C 通道輸入信號在 Y 軸的顯示刻度 Channel D 用來設(shè)置 D 通道輸入信號在 Y 軸的顯示刻度 四通道的設(shè)置方法相同 伏 度設(shè)置 Scale 用于設(shè)置 Y 軸的電壓 位移設(shè)置 Y position 用于設(shè)置 Y 軸時(shí)間的起點(diǎn) 3 輸入耦合方式 設(shè)置類型 AC 0 DC 三種類型 AC 表示交流耦合 0 表示接地 可用于 確定零電平的基準(zhǔn)位置 DC 表示直流耦合 4 觸發(fā)方式設(shè)置 觸發(fā)設(shè)置 Trigger 用來設(shè)置示波器的觸發(fā)方式 觸發(fā)邊緣 Edge 用于選擇上升沿觸發(fā)或下降沿觸發(fā) 觸發(fā)電平 Level 用于選擇觸發(fā)電平的大小 觸發(fā)方式共有六種 Auto 為自動觸發(fā)方式 Norm 為常態(tài)觸發(fā)方式 A 或 B 表示 將 A 或 B 通道的輸入信號作為觸發(fā)信號 Ext 為外接觸發(fā)方式 是指用示波器 的外觸發(fā)端的輸入信號作為觸發(fā)信號 Sing 為單次掃描觸發(fā)方式 一般常用 Auto 方式 5 通道切換按鈕 在 Channel A 區(qū)右邊有一個(gè) 4 檔轉(zhuǎn)換開關(guān)的旋鈕 默認(rèn)位置為 A 將鼠標(biāo) 移到旋鈕上 在靠近外圍字母的位置 單擊左鍵 旋鈕的標(biāo)識指針即指向相應(yīng) 的字母 頻道名稱隨即相應(yīng)改變 即可對該頻道進(jìn)行參數(shù)設(shè)置 設(shè)置完成后再 切換至其它通道 成都電子機(jī)械高等?？茖W(xué)校 通信工程系畢業(yè)論文 15 第第 5 5 章章 仿真的結(jié)果及分析仿真的結(jié)果及分析 5 15 1 電路原理仿真圖電路原理仿真圖 電路原理仿真圖如圖 5 1 所示 由 555 定時(shí)器接成多諧振蕩器工作形式輸 出方波 由開關(guān)鍵 J1 控制 方波信號經(jīng) R4 C4 積分網(wǎng)絡(luò)后 輸出三角波 由 開關(guān)鍵 J2 控制 三角波再經(jīng) R5 C5 和 R6 C6 積分網(wǎng)絡(luò) 輸出正弦波 由開關(guān) 鍵 J3 控制 同時(shí)閉合開關(guān)鍵 J1 J2 J3 可得到 3 種波形發(fā)生圖 通過調(diào)節(jié)電 位器 R3 可改變振蕩器的頻率 以得到最佳波形圖 圖 5 1 電路原理仿真圖 5 25 2 方波接線圖方波接線圖 方波接線圖如圖 5 2 所示 由多諧振蕩器輸出端作方波輸出端 接入示 波器 閉合開關(guān)鍵 J1 調(diào)節(jié)示波器通道旋鈕至 C 得到波形 所得方波波形 如圖 5 3 所示 成都電子機(jī)械高等專科學(xué)校 通信工程系畢業(yè)論文 16 圖 5 2 方波電路接線圖 圖 5 3 方波波形 5 35 3 三角波接線圖三角波接線圖 三角波接線圖如圖 5 4 所示 由方波輸出端經(jīng)積分電路作為三角波輸出端 成都電子機(jī)械高等?？茖W(xué)校 通信工程系畢業(yè)論文 17 接入示波器 閉合開關(guān)鍵 J2 調(diào)節(jié)示波器通道旋鈕至 B 得到波形 所得三 角波波形如圖 5 5 所示 圖 5 4 三角波接線圖 圖 5 5 三角波波形 5 45 4 正弦波接線圖正弦波接線圖 成都電子機(jī)械高等?？茖W(xué)校 通信工程系畢業(yè)論文 18 正弦波接線圖如圖 5 6 所示 由三角波輸出端經(jīng)過積分電路作為正弦波輸 出端 接入示波器 閉合開關(guān)鍵 J3 調(diào)節(jié)示波器通道旋鈕至 A 得到波形 所得正弦波波形如圖 5 7 所示 圖 5 6 正弦波接線圖 圖 5 7 正弦波波形 成都電子機(jī)械高等?？茖W(xué)校 通信工程系畢業(yè)論文 19 5 55 5 方波 三角波 正弦波接線圖方波 三角波 正弦波接線圖 閉合開關(guān)鍵 J1 J2 J3 如圖 5 8 所示 得到方波 藍(lán)色 三角波 綠 色 正弦波 紅色 通過示波器顯示 調(diào)節(jié)通道按鈕可觀察所得三種波形 所得波形如圖 5 9 所示 圖 5 8 方波 三角波 正弦波接線圖 圖 5 9 方波 三角波 正弦波波形圖 Multisim 電路仿真實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表 5 10 所示 三角波正弦波方波峰 三角波正弦波方波峰 成都電子機(jī)械高等?？茖W(xué)校 通信工程系畢業(yè)論文 20 表 5 10 電路仿真波形參數(shù)表 5 65 6 仿真的結(jié)果及分析仿真的結(jié)果及分析 根據(jù)圖 5 11 由 555 定時(shí)器組成的振蕩電路分析得 圖 5 11 多諧振蕩器圖 電容 C1 的放電時(shí)間由 3 4 式可得 T1 R3 Rp C1ln2 0 7 R3 Rp C1 代入數(shù)據(jù)可得 434us T1 574us 電容 C 充電時(shí)間由 3 5 式可得 T2 R2 R3 Rp C1ln2 0 7 R2 R3 Rp C1 代入數(shù)據(jù)可得 441us T2 581us 峰值 Vp峰值 Vp值 Vp峰峰值 Vp p 峰峰值 Vp p 峰值 Vp p 1 272m s 786HZ 136 51 7mv 3 190 mv 2 566v247mv 6 705m v 5 012v 成都電子機(jī)械高等專科學(xué)校 通信工程系畢業(yè)論文 21 故電路的振蕩周期由 3 6 式可得 f 1 T1 T2 0 7 R1 2R2 2Rp C1 代入數(shù)據(jù)可得 866HZ f 1144HZ 輸出波形占空比由 3 7 式可得 q T2 T1 T2 100 50 仿真完成時(shí)通過觀察 Multisim 示波器查看波形 發(fā)現(xiàn)正弦波存在失真 記 錄一定時(shí)間內(nèi)波形數(shù)據(jù) 如表 5 12 在一定時(shí)間內(nèi)頻率變化如表 5 13 所示 電位器 R 周期 T頻率 f 三角波峰 值 Vp 正弦波峰 值 Vp 方波峰值 Vp 三角波峰 峰值 Vp p 正弦波峰 峰值 Vp p 方波峰 峰值 Vp p 0 1 006ms977 2HZ118mv7 2 mv2 04v228mv12