方波 三角波 正弦波發(fā)生器 正稿

1、湖南人文科技學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程名稱：電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目方波三角波正弦波發(fā)生器系 別：通信與控制工程系專 業(yè)：自動(dòng)化班 級(jí)：07級(jí)二班學(xué)生姓名： 宋贊龔玉洲劉慧平學(xué) 號(hào)：074212540742122807421235起止日期:2009年06月02日2009年06月22日指導(dǎo)教師:陳敢新教研室主任：伍鐵斌指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)：指導(dǎo)教師簽名：年月日成 績(jī) 評(píng) 定項(xiàng)目權(quán)重成績(jī)宋贊龔玉洲劉慧平1、設(shè)計(jì)過(guò)程中出勤、學(xué)習(xí)態(tài)度等方面0.22、課程設(shè)計(jì)質(zhì)量與答辯0.53、設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)寫(xiě)及圖紙規(guī)范程度0.3總成績(jī)教研室審核意見(jiàn)：教研室主任簽字：年月日教學(xué)系審核意見(jiàn)：主任簽字：年月日波形發(fā)生器廣泛地應(yīng)用于各大院校和

2、科研場(chǎng)所。隨著科技的進(jìn)步，社會(huì)的發(fā)展，單 一的波形發(fā)生器已經(jīng)不能滿足人們的需求，而我們?cè)O(shè)計(jì)的正是多種波形發(fā)生器。本文利 用脈沖數(shù)字電路原理設(shè)計(jì)了多種波形發(fā)生器，該發(fā)生器可通過(guò)555數(shù)字芯片，運(yùn)放來(lái)組 成RC積分電路，低通濾波電路來(lái)分別實(shí)現(xiàn)方波，三角波和正弦波的輸出。它的制作成 本不高，電路簡(jiǎn)單，使用方便，有效的節(jié)省了人力，物力資源，具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。關(guān)鍵詞：多諧振蕩器；積分電路；低通濾波電路 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark22 o Current Document -設(shè)計(jì)要求1 HYPERLINK l bookmark28 o Current Docum

3、ent 前言1 HYPERLINK l bookmark31 o Current Document 方波、三角波、正弦波發(fā)生器方案2 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 2.1方案一原理框圖2 HYPERLINK l bookmark37 o Current Document 2.2方案二原理框圖 2 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 2.3函數(shù)發(fā)生器的選擇方案3 HYPERLINK l bookmark43 o Current Document 各組成部分的工作原理3 HYPERLINK l b

4、ookmark46 o Current Document 3.1方波發(fā)生電路的工作原理3 HYPERLINK l bookmark58 o Current Document 3.2方波一三角波轉(zhuǎn)換電路的工作原理43.3三角波-正弦波轉(zhuǎn)換電路的工作原理5 HYPERLINK l bookmark61 o Current Document 3.4總電路圖5 HYPERLINK l bookmark64 o Current Document 用 Multisim10 電路仿真 6 HYPERLINK l bookmark67 o Current Document 4.1輸出方波電路的仿真6 HYPE

5、RLINK l bookmark70 o Current Document 4.2方波一三角波電路的仿真6 HYPERLINK l bookmark73 o Current Document 4.3方波一正弦波電路的仿真7protel制圖及PCB板的制作和電路的安裝8protel 制圖85.1.1正弦波、三角波、方波產(chǎn)生原理圖8PCB 布線圖9PCB板三維圖9PCB板底層布線圖 10 HYPERLINK l bookmark85 o Current Document PCB板的制作 10 HYPERLINK l bookmark88 o Current Document 5.3將各元件安裝到P

6、CB板上11 HYPERLINK l bookmark94 o Current Document 電路的實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析12 HYPERLINK l bookmark97 o Current Document 6.1方波波形產(chǎn)生電路的實(shí)驗(yàn)結(jié)果12 HYPERLINK l bookmark100 o Current Document 6.2方波-三角波轉(zhuǎn)換電路的實(shí)驗(yàn)結(jié)果12 HYPERLINK l bookmark103 o Current Document 6.3正弦波發(fā)生電路的實(shí)驗(yàn)結(jié)果13 HYPERLINK l bookmark106 o Current Document 6.4實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

7、13 HYPERLINK l bookmark109 o Current Document 實(shí)驗(yàn)總結(jié)14 HYPERLINK l bookmark112 o Current Document 儀器儀表清單15 HYPERLINK l bookmark115 o Current Document 參考文獻(xiàn)1510.致謝錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。方波一三角波一正弦波函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)、組裝、調(diào)試方波、三角波、正弦波發(fā)生器。輸出波形：方波、三角波、正弦波；頻率范圍：在50-1000Hz范圍內(nèi)可調(diào)；1 .前言在人們認(rèn)識(shí)自然、改造自然的過(guò)程中，經(jīng)常需要對(duì)各種各樣的電子信號(hào)進(jìn)行測(cè)量， 因而如何根據(jù)被測(cè)量電

8、子信號(hào)的不同特征和測(cè)量要求，靈活、快速的選用不同特征的信 號(hào)源成了現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)值得深入研究的課題。信號(hào)源主要給被測(cè)電路提供所需要的已知 信號(hào)（各種波形），然后用其它儀表測(cè)量感興趣的參數(shù)?？梢?jiàn)信號(hào)源在各種實(shí)驗(yàn)應(yīng)用和實(shí) 驗(yàn)測(cè)試處理中，它不是測(cè)量?jī)x器，而是根據(jù)使用者的要求，作為激勵(lì)源，仿真各種測(cè)試 信號(hào)，提供給被測(cè)電路，以滿足測(cè)量或各種實(shí)際需要。波形發(fā)生器就是信號(hào)源的一種，能夠給被測(cè)電路提供所需要的波形。傳統(tǒng)的波形發(fā) 生器多采用模擬電子技術(shù)，由分立元件或模擬集成電路構(gòu)成，其電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不能根 據(jù)實(shí)際需要靈活擴(kuò)展。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，運(yùn)用單片機(jī)技術(shù)，通過(guò)巧妙的軟件設(shè)計(jì) 和簡(jiǎn)易的硬件電路，產(chǎn)生數(shù)字式

9、的正弦波、方波、三角波、鋸齒等幅值可調(diào)的信號(hào)。與 現(xiàn)有各類(lèi)型波形發(fā)生器比較而言，產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)干擾小，輸出穩(wěn)定，可靠性高，特別 是操作簡(jiǎn)單方便。2 .方波、三角波、正弦波發(fā)生器方案2.1方案一原理框圖圖1方波、三角波、正弦波、信號(hào)發(fā)生器的原理框圖首先由555定時(shí)器組成的多諧振蕩器產(chǎn)生方波，然后由積分電路將方波轉(zhuǎn)化為三角 波，最后用低通濾波器將方波轉(zhuǎn)化為正弦波，但這樣的輸出將造成負(fù)載的輸出正弦波波 形變形，因?yàn)樨?fù)載的變動(dòng)將拉動(dòng)波形的崎變。2.2方案二原理框圖圖2正弦波、方波、三角波信號(hào)發(fā)生器的原理框圖RC正弦波振蕩電路、電壓比較器、積分電路共同組成的正弦波一方波一三角波函數(shù) 發(fā)生器的設(shè)計(jì)方法，電

10、路框圖如上。先通過(guò)RC正弦波振蕩電路產(chǎn)生正弦波，再通過(guò)電 壓比較器產(chǎn)生方波，最后通過(guò)積分電路形成三角波。此電路具有良好的正弦波和方波信 號(hào)。但經(jīng)過(guò)積分器電路產(chǎn)生的同步三角波信號(hào)，存在難度。原因是積分器電路的積分時(shí) 間常數(shù)是不變的，而隨著方波信號(hào)頻率的改變，積分電路輸出的三角波幅度同時(shí)改變。 若要保持三角波幅度不變，需同時(shí)改變積分時(shí)間常數(shù)的大小。2.3函數(shù)發(fā)生器的選擇方案函數(shù)發(fā)生器一般是指能自動(dòng)產(chǎn)生正弦波、三角波、方波及鋸齒波、階梯波等電壓波 形的電路或儀器。根據(jù)用途不同，有產(chǎn)生三種或多種波形的函數(shù)發(fā)生器，使用的器件可 以是分立器件（如低頻信號(hào)函數(shù)發(fā)生器S101全部采用晶體管），也可以采用集成電

11、路（如 單片函數(shù)發(fā)生器模塊8038）。為進(jìn)一步掌握電路的基本理論及實(shí)驗(yàn)調(diào)試技術(shù)，本課題未 采用單片函數(shù)發(fā)生器模塊8038。方案一的電路結(jié)構(gòu)、思路簡(jiǎn)單，運(yùn)行時(shí)性能穩(wěn)定且能較好的符合設(shè)計(jì)要求，且成本低 廉、調(diào)整方便，關(guān)于輸出正弦波波形的變形，可以通過(guò)可變電阻的調(diào)節(jié)來(lái)調(diào)整。而方案 二，關(guān)于三角波的缺陷，不是能很好的處理，且波形質(zhì)量不太理想，且頻率調(diào)節(jié)不如方 案一簡(jiǎn)單方便。綜上所述，我們選擇方案一。3 .各組成部分的工作原理3.1方波發(fā)生電路的工作原理圖3由555定時(shí)器組成的多諧振蕩器利用555與外圍元件構(gòu)成多諧振蕩器，來(lái)產(chǎn)生方波的原理。用555定時(shí)器組成的多諧振蕩器如圖3所示。接通電源后，電容C2被

12、充電，當(dāng)電 容C2上端電壓Vc升到2Vcc/3時(shí)使555第3腳V0為低電平，同時(shí)555內(nèi)放電三極管T 導(dǎo)通，此時(shí)電容C2通過(guò)R3、Rp放電，Vc下降。當(dāng)Vc下降到Vcc/3時(shí)，V0翻轉(zhuǎn)為高電平。電容器C2放電所需的時(shí)間為 TOC o 1-5 h z tpL= ( R3 +Rp) C2ln2(3-1)當(dāng)放電結(jié)束時(shí)，T截止，Vcc將通過(guò)R1、R3、Rp向電容器C2充電，Vc由Vcc/3上升 到2Vcc/3所需的時(shí)間為tpH= (R1+R3+ Rp) C2ln2=0.7( R1+R3+ Rp) C2(3-2)當(dāng)Vc上升到2Vcc/3時(shí)，電路又翻轉(zhuǎn)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)

13、周期性的矩形波。電路的工作波形如圖4,其震蕩頻率為f=1/(tpL+tpH)=1.43/(R1+2R3+2Rp) C2(3-3)圖4由555定時(shí)器組成的多諧振蕩器工作波形3.2方波一三角波轉(zhuǎn)換電路的工作原理E.圖5積分電路產(chǎn)生三角波RC積分電路是一種應(yīng)用比較廣泛的模擬信號(hào)運(yùn)算電路。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，常用積 分電路作為調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)。此外，RC積分電路還可以用于延時(shí)、定時(shí)以及各種波形的產(chǎn)生或 變換。由555定時(shí)器組成的多諧振蕩器輸出的方波經(jīng)C4耦合輸出，如圖5所示為RC積分電路，再經(jīng)R與C積分，構(gòu)成接近三角波。其基本原理是電容的充放電原理。3.3三角波一正弦波轉(zhuǎn)換電路的工作原理圖6三角波產(chǎn)生正弦波原理

14、圖原理：采用低通濾波的方法將三角波變換為正弦波。3.4總電路圖lOOp1 R20 IkR3 62kRPR 20kri n sion?748IC25553 1615C4勺10m10_L C3 丁 0, OljiR5 R6 正弦波 10k10!C5 -i C6 0.1FA 。4小C70, IpJ圖7函數(shù)發(fā)生器總電路圖總電路圖的原理：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R2R3RP-C2； C2的放電回路是C2RP-R3 IC的7腳（放電管）。由于 R3+RPR2，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(duì) 稱方波。按圖所示元件參數(shù)，其頻率為

15、1kHz左右，調(diào)節(jié)電位器RP可改變振蕩器的頻率。 方波信號(hào)經(jīng)R4、C5積分網(wǎng)絡(luò)后，輸出三角波。三角波再經(jīng)R5、C6積分網(wǎng)絡(luò)，輸出近似 的正弦波。C1是電源濾波電容。發(fā)光二極管VD用作電源指示燈。4.用Multisim10電路仿真4.1輸出方波電路的仿真用Multisim10電路仿真軟件進(jìn)行仿真。從Multisim10仿真元件庫(kù)中調(diào)出所需元件， 按電路圖接好線路，方波輸出端接一個(gè)虛擬的示波器，接通電源后，可得如圖8所示的 輸出方波仿真圖。圖8輸出方波電路的仿真4.2方波一三角波電路的仿真方法同輸出方波電路的仿真方法，可得圖9所示的方波轉(zhuǎn)三角波波形仿真圖。(a)(b)(c)圖9方波轉(zhuǎn)三角波波形(a

16、)方波、(b)三角波、(c)方波與三角波重合4.3方波一正弦波電路的仿真方法同輸出方波電路的仿真方法，可得圖10所示的三角波轉(zhuǎn)正弦波波形仿真圖。(b)圖10三角波轉(zhuǎn)正弦波形圖(a)三角波、(b)正弦波仿真結(jié)果完全符合設(shè)計(jì)要求，說(shuō)明電路圖可行，接下來(lái)就是PCB制圖、制板、焊接、 調(diào)試。5 protel制圖及PCB板的制作和電路的安裝protel 制圖PCB原理圖利用DXP 2004制圖軟件進(jìn)行制圖。打開(kāi)DXP 2004制圖軟件，創(chuàng)建一個(gè)項(xiàng)目：PCB 項(xiàng)目，然后在這個(gè)PCB項(xiàng)目里創(chuàng)建一個(gè)原理圖和一個(gè)PCB文件。在原理圖上，從軟件 的元件庫(kù)里調(diào)出所需元件，按電路圖接好線，可得如圖11所示的正弦波、三

17、角波、方 波原理圖。圖11正弦波、三角波、方波產(chǎn)生原理圖PCB布線圖將DXP 2004制圖軟件中的PCB原理圖封裝，布線。點(diǎn)擊軟件菜單欄中“設(shè)計(jì)”按 鈕，然后點(diǎn)擊其下的“update PCB Document.PCB2PcbDoc”按鈕，就將PCB原理圖封 裝，布線到創(chuàng)建的PCB文件上，如圖12所示的PCB布線圖。圖12 PCB布線圖PCB板三維圖在PCB布線圖的視圖中，點(diǎn)擊菜單欄中的“查看”按鈕，然后點(diǎn)擊其下的“顯示三維PCB板”按鈕，就得到如圖13所示的PCB板三維圖。圖13 PCB板三維圖PCB板底層布線圖在PCB布線圖的視圖中，點(diǎn)擊菜單欄中的“文件”按鈕，然后點(diǎn)擊其下的“打印 預(yù)覽”按

18、鈕，在出現(xiàn)的各圖中就有如圖14所示的PCB板底層布線圖。圖14 PCB板底層布線圖5.2 PCB板的制作將PCB板底層布線圖打印到熱轉(zhuǎn)印紙上，將其粘在一塊合適的銅板上，然后將銅板 通過(guò)熱轉(zhuǎn)印器，將銅板腐蝕，用打孔機(jī)在其上的各個(gè)元件的引腳打孔，就得到如圖15 所示的PCB板實(shí)物圖。圖15 PCB板實(shí)物圖5.3將各元件安裝到PCB板上把555集成塊插入PCB板，注意方向，然后焊接好。注意直流源的正負(fù)及接地端。分別把各電阻，電容放入所定位置，注意電容的極性，然后焊接好。 安裝完各元件后的得到的電板實(shí)物圖如16、17所示：圖16實(shí)物上層圖17實(shí)物底層6電路的實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析6.1方波波形產(chǎn)生電路的實(shí)驗(yàn)結(jié)

19、果把電路板的電源接好，將輸出端接示波器，進(jìn)行整體測(cè)試、觀察。針對(duì)其出現(xiàn)的問(wèn) 題，進(jìn)行排查校驗(yàn)，使其滿足實(shí)驗(yàn)要求。可得到實(shí)測(cè)方波波形如圖18所示：其部分參數(shù)如下所示：Vpp=5.86V，Prd=969.6us，Vavg=720mv，F(xiàn)req=1.03KHZ6.2方波-三角波轉(zhuǎn)換電路的實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)測(cè)三角波波形如圖19所示：圖19實(shí)測(cè)三角波波形6.3正弦波發(fā)生電路的實(shí)驗(yàn)結(jié)果由示波器實(shí)測(cè)正弦波波形圖為:圖20實(shí)測(cè)正弦波波形由圖可知波形有一點(diǎn)失真。波形有些失真調(diào)節(jié)RP可改變幅頻、幅值大小。6.4實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析輸出的各波形的參數(shù)范圍有些許的偏差，是因?yàn)樵诟髟膮?shù)選擇上有些偏差。 正弦波稍微有點(diǎn)失真是因?yàn)榉e

20、分電路中充放電的時(shí)間不夠。7 .實(shí)驗(yàn)總結(jié)為期三個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)已經(jīng)結(jié)束，在這三星期的學(xué)習(xí)、設(shè)計(jì)、焊接過(guò)程中我感觸 頗深。使我對(duì)抽象的理論有了具體的認(rèn)識(shí)。通過(guò)對(duì)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)，我掌握了常 用元件的識(shí)別和測(cè)試；熟悉了常用的儀器儀表；了解了電路的連接、焊接方法；以及如 何提高電路的性能等等。通過(guò)對(duì)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)，我還深刻認(rèn)識(shí)到了 “理論聯(lián)系實(shí)際”的這句話的重 要性與真實(shí)性。而且通過(guò)對(duì)此課程的設(shè)計(jì)，我不但知道了以前不知道的理論知識(shí)，而且 也鞏固了以前知道的知識(shí)。最重要的是在實(shí)踐中理解了書(shū)本上的知識(shí)，明白了學(xué)以致用 的真諦。也明白老師為什么要求我們做好這個(gè)課程設(shè)計(jì)的原因。他是為了教會(huì)我們?nèi)绾?/p>

21、 運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)去解決實(shí)際的問(wèn)題，提高我們的動(dòng)手能力。在整個(gè)設(shè)計(jì)到電路的焊接以 及調(diào)試過(guò)程中，我個(gè)人感覺(jué)調(diào)試部分是最難的，因?yàn)槟憷碚撚?jì)算的值在實(shí)際當(dāng)中并不一 定是最佳參數(shù)，我們必須通過(guò)觀察效果來(lái)改變參數(shù)的數(shù)值以期達(dá)到最好。而參數(shù)的調(diào)試 是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)的積累過(guò)程，沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)是不可能在短時(shí)間內(nèi)將其完成的，而這個(gè)可能也是老 師要求我們加以提高的一個(gè)重要方面吧！其次，這次課程設(shè)計(jì)提高了我的團(tuán)隊(duì)合作水平，使我們配合更加默契，體會(huì)了在接 好電路后測(cè)試出波形的那種喜悅，體會(huì)到成功來(lái)自于汗水，體會(huì)到成果的來(lái)之不易。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，我們遇到了不少的問(wèn)題。比如：波形失真，甚至不出波形這樣的問(wèn) 題。在老師和同學(xué)的幫助下，把問(wèn)題一一解決，那種心情別提有多高興啦。實(shí)驗(yàn)中暴露 出我們?cè)诶碚搶W(xué)習(xí)中所存在的問(wèn)題，有些理論知識(shí)還處于懵懂狀態(tài)，老師們不厭其煩地 為我們調(diào)整波形，講解知識(shí)點(diǎn)，實(shí)在令我感動(dòng)。還有就是在實(shí)驗(yàn)中，好多同學(xué)被電烙鐵燙傷了，這不得不讓我想起安全問(wèn)題，所以 在以后的實(shí)驗(yàn)中我們應(yīng)該注意安全，特別是在特殊的地方或者使用特殊工具時(shí)，如電烙 鐵，電鉆，腐蝕機(jī)時(shí)，一定要特別注意，不讓危險(xiǎn)事故發(fā)生。還有值得我們自豪的就是我們的線