數(shù)控復(fù)制三角波發(fā)生器設(shè)計(jì)報(bào)告

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電子技術(shù)綜合訓(xùn)練

設(shè)計(jì)報(bào)告

題目：數(shù)控幅值三角波發(fā)生器制作

姓名：任旭學(xué)號(hào)：09230818班級(jí)：電氣工程及其自動(dòng)化同組成員：尹早早饒雄鈺指導(dǎo)教師：徐維濤日期：2023年12月30日

摘要

本次課程設(shè)計(jì)是要求做一個(gè)能夠產(chǎn)生三角波的函數(shù)發(fā)生器.制作函數(shù)發(fā)生器的電路有好多種.本次設(shè)計(jì)采用的電路是基于運(yùn)放的試驗(yàn)電路.電壓比較器可以產(chǎn)生方波,積分電路可以產(chǎn)生三角波。三角波電路波形可以通過積分電路實(shí)現(xiàn)，把方波電壓作為積分運(yùn)算電路的輸入，在積分運(yùn)算電路的輸出就得到了三角波。各種波形頻率段的調(diào)整可以由外電路的改變來實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵字：三角波，發(fā)生器

目錄

摘要2目錄31、設(shè)計(jì)任務(wù)和要求4

1.1設(shè)計(jì)任務(wù)41.2設(shè)計(jì)要求42、系統(tǒng)設(shè)計(jì)5

2.1系統(tǒng)要求52.2方案設(shè)計(jì)52.3系統(tǒng)工作原理53、單元電路設(shè)計(jì)8

3.1直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)8

3.1.1電路原理83.1.2仿真圖83.2三角波產(chǎn)生電路9

3.2.1電路結(jié)構(gòu)93.2.2仿真圖93.2.3元器件及參數(shù)113.3數(shù)字顯示部分12

3.3.1電路結(jié)構(gòu)123.3.2元器件及參數(shù)13

4、系統(tǒng)仿真185、電路安裝、調(diào)試與測試19

5.1電路安裝195.2電路調(diào)試205.3測試結(jié)果及分析20

1、設(shè)計(jì)任務(wù)和要求1.1設(shè)計(jì)任務(wù)

設(shè)計(jì)并制作一個(gè)三角波發(fā)生器

1.2設(shè)計(jì)要求

1.能夠輸出頻率為100HZ-1KHZ的三角波信號(hào)；

2.輸出信號(hào)復(fù)制范圍為1——5v，在該范圍內(nèi)將輸出信號(hào)分為8檔，檔位通過按鍵調(diào)理；

3.輸出信號(hào)幅值檔位通過LED顯示；4.電源：220v/50HZ的工頻交流供電；（注：直流電源部分只完成設(shè)計(jì)即可，不需制作，用試驗(yàn)室提供的穩(wěn)壓電源調(diào)試，但要求設(shè)計(jì)的直流電源能夠滿足電路要求）

2、系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)要求

1.能夠輸出頻率為100HZ-1KHZ的三角波信號(hào)；

2.輸出信號(hào)復(fù)制范圍為1——5v，在該范圍內(nèi)將輸出信號(hào)分為8檔，檔位通過按鍵調(diào)理；

3.輸出信號(hào)幅值檔位通過LED顯示；

2.2方案設(shè)計(jì)

圖2.2.1三角波發(fā)生器工作流程圖

2.3系統(tǒng)工作原理

圖3-1為一種滯回電壓比較器電路，雙穩(wěn)壓管用于輸出電壓限幅，R3起限流作用，R2和R1構(gòu)成正反饋，運(yùn)算放大器當(dāng)upun時(shí)工作在正飽和區(qū)，而當(dāng)unup時(shí)工作在負(fù)飽和區(qū)。從電路結(jié)構(gòu)可知，當(dāng)輸入電壓ui小于某一負(fù)值電壓時(shí)，輸出電壓uo=-UZ；當(dāng)輸入電壓uin大于某一電壓時(shí)，uo=+UZ。運(yùn)算放大器在兩個(gè)飽和區(qū)翻轉(zhuǎn)時(shí)up=un=0，由此可確定出翻轉(zhuǎn)時(shí)的輸入電壓。up用uin和uo表示，有

11uinuo

RuR1uoR1R2

up2in

11R1R2

R1R2

根據(jù)翻轉(zhuǎn)條件，令上式右方為零，得此時(shí)的輸入電壓

uin

R1R

uo1UZUthR2R2

Uth稱為閾值電壓。滯回電壓比較器的直流傳遞特性如下圖。設(shè)輸入電壓初始值小于-Uth，此時(shí)uo=-UZ；增大uin，當(dāng)uin=Uth時(shí)，運(yùn)放輸出狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，進(jìn)入正飽和區(qū)。假使初始時(shí)刻運(yùn)放工作在正飽和區(qū)，減小uin，當(dāng)uin=-Uth時(shí)，運(yùn)放則開始進(jìn)入負(fù)飽和區(qū)。

圖2.3.1滯回電壓比較器

圖2.3.2滯回電壓比較器的直流傳遞特性

假使給圖2.3.3所示電路輸入三角波電壓，其幅值大于Uth，設(shè)t=0時(shí)，uo=-UZ，其輸出波形如圖2.3.3所示?？梢姡敵鰹榉讲?。

圖2.3.3輸入為三角波時(shí)滯回電壓比較器的輸出波形

給圖2.3.1所示的滯回電壓比較器級(jí)聯(lián)一積分器，再將積分器的輸出作為比較器的輸入，如圖2.3.3所示。由于積分器可將方波變?yōu)槿遣?，而比較器的輸入又正好為三角波，因此可定性判斷出，圖2.3.1電路的輸出電壓uo1為方波，uo2為三角波，如圖2.3.4所示。下面分析其振蕩周期。

圖2.3.4方波——三角波發(fā)生器

積分器輸出電壓從-Uth增加到+Uth所需的時(shí)間為振蕩周期T的一半，由積分器關(guān)系式

T

U1t0th

Uth

2RCt(UZ)dt0

或

2U1Tth

RCUZ2UR注意到

th

1

RUZ2

，故

T

4RCR1R2

振蕩頻率則為

f

1R2T

4RCR1

圖2.3.5

3、單元電路設(shè)計(jì)3.1直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)3.1.1電路原理

從圖上看,變壓器輸入端經(jīng)過一個(gè)保險(xiǎn)連接電源插頭,假使變壓器或后面的電路發(fā)生短路，保險(xiǎn)內(nèi)的金屬細(xì)絲就會(huì)因大電流引發(fā)的高溫溶化后斷開。變壓器后面由4個(gè)二極管組成一個(gè)橋式整流電路，整流后就得到一個(gè)電壓波動(dòng)很大的直流電源，所以在這里接一個(gè)330uF/25V的電解電容。

變壓器輸出端的9V電壓經(jīng)橋式整流并電容濾波，在電容C1兩端大約會(huì)有11V多一點(diǎn)的電壓，假使從電容兩端直接接一個(gè)負(fù)載，當(dāng)負(fù)載變化或交流電源有少許波動(dòng)都會(huì)使C1兩端的電壓發(fā)生較大幅度的變化，因此要得到一個(gè)比較穩(wěn)定的電壓，在這里接一個(gè)三端穩(wěn)壓器的元件。

三端穩(wěn)壓器是一種集成電路元件，內(nèi)部由一些三極管和電阻等構(gòu)成，在分析電路時(shí)可簡單的認(rèn)為這是一個(gè)能自動(dòng)調(diào)理電阻的元件，當(dāng)負(fù)載電流大時(shí)三端穩(wěn)壓器內(nèi)的電阻自動(dòng)變小，而當(dāng)負(fù)載電流變小時(shí)三端穩(wěn)壓器內(nèi)的電阻又會(huì)自動(dòng)變大，這樣就能保持穩(wěn)壓器的輸出電壓保持基本不變。

由于我們要輸出5V的電壓，所以選用7805，7805前面的字母可能會(huì)因生產(chǎn)廠家不同而不同。LM7805最大可以輸出1A的電流，內(nèi)部有限流式短路保護(hù)，短時(shí)間內(nèi)，例如幾秒鐘的時(shí)間，輸出端對(duì)地（2腳）短路并不會(huì)使7805燒壞，當(dāng)然假使時(shí)間很長就不好說了，這跟散熱條件有很大的關(guān)系。

三端穩(wěn)壓器后面接一個(gè)105的電容，這個(gè)電容有濾波和阻尼作用。最終在C2兩端接一個(gè)輸出電源的插針，可用于與其它用電器連接,譬如MP3等。雖然7805最大電流是一安培，但實(shí)際使用一般不要超過500mA,否則會(huì)發(fā)熱很大，簡單燒壞。一般負(fù)載電有200mA以上時(shí)需要散熱片。

3.1.2仿真圖

圖3.1.3

3.2三角波產(chǎn)生電路3.2.1電路結(jié)構(gòu)

圖3.2.1

3.2.2仿真圖

不同檔位的波形若干

3.2.3元器件及參數(shù)

3.3數(shù)字顯示部分3.3.1電路結(jié)構(gòu)

數(shù)字部分主要由八通道數(shù)字模擬開關(guān)，74ls160，74ls48，七段顯示譯碼器LED等部分組成。其主要作用是現(xiàn)實(shí)用數(shù)字表示不同幅值的三角波。

3.3.2元器件及參數(shù)

（1）74ls160

160為可預(yù)置的十進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器，共有54/74160和54/74LS160兩種線路結(jié)構(gòu)型式

160的清除端是異步的。當(dāng)清除端/MR為低電平日，不管時(shí)鐘端CP狀態(tài)如何，即可完成清除功能。

160的預(yù)置是同步的。當(dāng)置入控制器/PE為低電平日，在CP上升沿作用下，輸出端Q0－Q3與數(shù)據(jù)輸入端P0－P3一致。對(duì)于54/74160，當(dāng)CP由低至高跳變或跳變前，假使計(jì)數(shù)控制端CEP、CET為高電平，則/PE應(yīng)避免由低至高電平的跳變，而54/74LS160無此種限制。

160的計(jì)數(shù)是同步的，靠CP同時(shí)加在四個(gè)觸發(fā)器上而實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)CEP、CET均為高電平日，在CP上升沿作用下Q0－Q3同時(shí)變化，從而消除了異步計(jì)數(shù)器中出現(xiàn)的計(jì)數(shù)尖峰。對(duì)于54/74160，只有當(dāng)CP為高電平日，CEP、CET才允許由高至低電平的跳變，而54/74LS160的CEP、CET跳變與CP無關(guān)。

160有超前進(jìn)位功能。當(dāng)計(jì)數(shù)溢出時(shí)，進(jìn)位輸出端（TC）輸出一個(gè)高電平脈沖，其寬度為Q0的高電平部分。在不外加門電路的狀況下，可級(jí)聯(lián)成N位同步計(jì)數(shù)器。對(duì)于54/74LS160，在CP出現(xiàn)前，即使CEP、CET、/MR發(fā)生變化，電路的功能也不受影響。

管腳圖：

圖3.3.2.1

引出端符號(hào)：TC進(jìn)位輸出端CEP計(jì)數(shù)控制端Q0－Q3輸出端CET計(jì)數(shù)控制端

CP時(shí)鐘輸入端（上升沿有效）

/MR異步清除輸入端（低電平有效）/PE同步并行置入控制端（低電平有效）功能表：表3.3.2.1

說明：H－高電平L－低電平X－任意（2）驅(qū)動(dòng)譯碼器

簡要說明：

74ls48為有內(nèi)部上拉電阻的BCD－七段譯碼器/驅(qū)動(dòng)器，共有54/7448、54/74LS48兩種線路結(jié)構(gòu)型式。輸出端（Ya－Yg）為高電平有效，可驅(qū)動(dòng)燈緩＿＿＿

沖器或共陰極VLED。當(dāng)要求輸出0－15時(shí)，消隱輸入（BI）應(yīng)為高電平＿＿＿＿＿

或開路對(duì)于輸出為0時(shí)還要求脈沖消隱輸入（RBI）為高電平或者開＿＿＿

路。當(dāng)BI為低電平日，不管其它輸入端狀態(tài)如何，Ya－Yg均為低電平。當(dāng)＿＿＿＿

RBI和地址端（A0－A3）均為低電平，并且燈測試輸入端（LT）為高電平＿＿＿＿＿＿＿＿

時(shí)，Ya－Yg為低電平，脈沖消隱輸出（RBO）也變?yōu)榈碗娖健．?dāng)B＿＿＿＿＿

I為高電平或開路時(shí)，LT為低電平可使Ya－Yg均為高電平。48與248的引出端排列、功能和電特性均一致，區(qū)別僅在顯示6和9,248所顯示的6和9比48多出上杠和下杠。

管腳圖：

圖3.3.2.2

引出端符號(hào):

A0－A3譯碼地址輸入端

＿＿＿＿＿＿＿＿

BI/RBO消隱輸入（低電平有效）/脈沖消隱輸出（低電平有效）＿＿＿＿

LT燈測試輸入端（低電平有效）＿＿＿＿＿

RBI脈沖消隱輸入端（低電平有效）Ya－Yg段輸出

功能表：表

3.3.2.2

（3）LED

常見的數(shù)碼管由七個(gè)條狀和一個(gè)點(diǎn)狀發(fā)光二極管管芯制成，叫七段數(shù)碼管如下圖所示，根據(jù)其結(jié)構(gòu)的不同，可分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管兩種。根據(jù)管腳資料，您可以判斷使用的是何總接口類型.

LED數(shù)碼管引腳圖：

圖3.3.2.3

LED數(shù)碼管中各段發(fā)光二極管的伏安特性和普通二極管類似，只是正向壓降較大，正向電阻也較大。在一定范圍內(nèi)，其正向電流與發(fā)光亮度成正比。由于常規(guī)的數(shù)碼管起輝電流只有1～2mA，最大極限電流也只有10～30mA，所以它的輸入端在5V電源或高于TTL高電平(3.5V)的電路信號(hào)相接時(shí)，一定要串加限流電阻，以免損壞器件。（4）cc4051

CC40518選1模擬開關(guān)簡要說明：

CC4051是單8通道數(shù)字控制模擬開關(guān)，有三個(gè)二進(jìn)制控制輸入端A0、A1、A2和INH輸入，具有低導(dǎo)通阻抗和很低的截止漏電流。幅值為4.5～20V的數(shù)字信號(hào)可控制峰－峰值至20V的模擬信號(hào)。例如，若VDD＝＋5V，VSS＝0，VEE＝－13.5V，則0～5V的數(shù)字信號(hào)可控制－13.5～4.5V的模擬信號(hào)。這些開關(guān)電路在整個(gè)VDD－VSS和VDD－VEE電源范圍內(nèi)具有極低的靜態(tài)功耗，與控制信號(hào)的規(guī)律狀態(tài)無關(guān)。當(dāng)INH輸入端＝“1〞時(shí)，所有的通道截止。三位二進(jìn)制信號(hào)選通8通道中的一通道，可連接該輸入端至輸出。引出端：

A0～A2地址端I0/O0～I(xiàn)7/O7輸入輸出端INH阻止端O/I公共輸出/輸入端VDD正電源VEE模擬信號(hào)地Vss數(shù)字信號(hào)地規(guī)律符號(hào)：

圖3.3.2.4

引出端排列（俯視）：

圖3.3.2.5

規(guī)律表達(dá)式：表3.3.2.3

4、系統(tǒng)仿真

5、電路安裝、調(diào)試與測試5.1電路安裝

（1）面包板的使用方法及本卷須知

1.安裝分立元件時(shí)，應(yīng)便于看到其極性和標(biāo)志，將元件引腳理直后，在需要的地方折彎。為了防止袒露的引線短路，必需使用帶套管的導(dǎo)線，一般不剪斷元件引腳，以便于重復(fù)使用。一般不要插入引腳直徑〉0.8mm的元器件，以免破壞插座內(nèi)部接觸片的彈性。

2.對(duì)屢屢使用過的集成電路的引腳，必需修理整齊，引腳不能彎曲，所有的引腳應(yīng)稍向外偏，這樣能使引角與插孔可靠接觸。要根據(jù)電路圖確定元器件在面包板上的排列方式，目的是走線便利。為了能夠正確布線并便于查線，所有集成電路的插入方向要保持一致，不能為了臨時(shí)走線便利或縮短導(dǎo)線長度而把集成電路倒插。

3.根據(jù)信號(hào)流程的順序，采用邊安裝邊調(diào)試的方法。元器件安裝之后，先連接電源線和地線。為了查線便利，連線盡量采用不同顏色。例如：正電源一般采用紅色絕緣皮導(dǎo)線，負(fù)電源用藍(lán)色，地線用黑線，信號(hào)線用黃色，也可根據(jù)條件選用其它顏色。

4.面包板宜使用直徑為0.6mm左右的單股導(dǎo)線。根據(jù)導(dǎo)線的距離以及插孔的長度剪斷導(dǎo)線，要求線頭剪成45