波形發(fā)生器-模電課程設(shè)計(jì)

0000大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科生課程設(shè)計(jì)課程：模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)題目：波形發(fā)生器班級(jí)：11111111111111姓名：111111學(xué)號(hào)：100000000指導(dǎo)老師：000000完成日期：2012.7.6摘要波形發(fā)生器是用來產(chǎn)生一種或多種特定波形的裝置，這些波形通常有正弦波、方波、三角波、鋸齒波，等等。以前，人們常用模擬電路來產(chǎn)生這種波形，其缺點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所產(chǎn)生的波形種類有限。隨著單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，采用單片機(jī)電路產(chǎn)生各種波形的方法已變的越來越普遍。雖然，可能產(chǎn)生的波形會(huì)呈微小的階梯狀，但是，只要設(shè)計(jì)得當(dāng)，這一問題可以得到一定的解決。本設(shè)計(jì)使用的是555_virtual構(gòu)成的發(fā)生器,可產(chǎn)生三角波、方波、正弦波等多種特殊波形和任意波形，波形的頻率可用程序控制改變

本設(shè)計(jì)制作的波形發(fā)生器，可以輸出多種標(biāo)準(zhǔn)波形，如方波、正弦波、三角波、鋸齒波等。目錄1設(shè)計(jì)的目的及任務(wù) （4）1．1課程設(shè)計(jì)的目的 （4）1．2課程設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求 （4）1．3課程設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo) （4）2電路設(shè)計(jì)總方案及原理框圖 （6）2．1電路設(shè)計(jì)原理框圖 （6）2．2電路設(shè)計(jì)原理圖 （6）2．3方案設(shè)計(jì) （7）2．4主要芯片介紹 （7）3各部分電路設(shè)計(jì) （9）3.1系統(tǒng)的電路總圖 (9)3.2正弦波 (9)3.3方波產(chǎn)生電路 (10)3.4三角波 (12)4電路仿真 (14)4.1Multisi (14)4.2仿真電路 (14)5實(shí)驗(yàn)結(jié)果 (17)5.1調(diào)試產(chǎn)生方波-三角波的電路 (17)5.2設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) (17)6設(shè)計(jì)總結(jié) (18)7儀器儀表清單 (20)1設(shè)計(jì)的目的及任務(wù)1.1課程設(shè)計(jì)的目的1.1.1利用所學(xué)微機(jī)的理論知識(shí)進(jìn)行軟硬件整體設(shè)計(jì)，鍛煉學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、提高我們的綜合應(yīng)用能力。1.1.2本次課程設(shè)計(jì)是以微機(jī)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)并開發(fā)能輸出多種波形（正弦波、三角波、鋸齒波、方波、梯形波等）且頻率、幅度可變的函數(shù)發(fā)生器。1.1.3掌握各個(gè)接口芯片的功能特性及接口方法，并能運(yùn)用其實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)功能器件。1.1.4在平時(shí)的學(xué)習(xí)中，我們所學(xué)的知識(shí)大都是課本上的，在機(jī)房的練習(xí)大家也都是分散的對(duì)各個(gè)章節(jié)的內(nèi)容進(jìn)行練習(xí)。因此，缺乏一種系統(tǒng)的設(shè)計(jì)鍛煉。在課程所學(xué)結(jié)束以后，這樣的課程設(shè)計(jì)十分有助于學(xué)生的知識(shí)系統(tǒng)的總結(jié)到一起。1.1.5通過這幾個(gè)波形進(jìn)行組合形成了一個(gè)函數(shù)發(fā)生器，使得我對(duì)系統(tǒng)的整個(gè)框架的設(shè)計(jì)有了一個(gè)很好的鍛煉。這不僅有助于大家找到自己感興趣的題目，更可以鍛煉大家微機(jī)知識(shí)的應(yīng)用。1.2設(shè)計(jì)任務(wù)和要求1.2.1設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)并仿真能產(chǎn)生方波、三角波及正弦波等多種波形信號(hào)輸出的波形發(fā)生器。輸出波形頻率范圍為0.02HZ~20HZ且可連續(xù)調(diào)。各種波形幅值均連續(xù)可調(diào)。設(shè)計(jì)電路所需的直流電源。寫出設(shè)計(jì)報(bào)告1.2.2方案論證，確定總體電路原理方框圖及原理圖。1.2.3單元電路設(shè)計(jì)，元器件選擇。1.2.4仿真調(diào)試及測(cè)量結(jié)果1.3設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)1.3.1可實(shí)現(xiàn)正弦波，并且正弦波在信號(hào)頻率范圍20Hz～20kHz連續(xù)可調(diào)；頻率穩(wěn)定度較高。實(shí)現(xiàn)了方波，三角波，鋸齒波，并且信號(hào)幅度可以在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)1.3.2各種輸出波形幅值均連續(xù)可調(diào)，方波占空比可調(diào)1.3.3設(shè)計(jì)完成后可以利用示波器測(cè)量出其輸出頻率的上限和下限，還可以進(jìn)一步測(cè)出其輸出電壓的范圍。2電路設(shè)計(jì)總方案及原理圖2.1電路設(shè)計(jì)原理框圖RCRC振蕩電路積分電路方波三角波反相輸入的滯回比較器生成生成輸入積分電路輸入圖12.2電路原理圖圖22.3方案設(shè)計(jì)2.3.1電路設(shè)計(jì)：由RC橋式正弦波振蕩器產(chǎn)生正弦波，經(jīng)過滯回比較器輸出的方波經(jīng)過積分器積分可得到三角波，三角波又觸發(fā)比較器自動(dòng)翻轉(zhuǎn)形成方波，然后經(jīng)過同相輸入遲滯比較器和充放電時(shí)間常數(shù)不等的積分器，共同組成鋸齒波電壓產(chǎn)生器電路。2.3.2.設(shè)計(jì)思路：課設(shè)需要各個(gè)波形的基本輸出。如輸出鋸齒波、三角波、方波。這些波形的實(shí)現(xiàn)的具體步驟：鋸齒波實(shí)現(xiàn)很簡(jiǎn)單，只需要一開始定義一個(gè)初值，然后不斷的加1，當(dāng)溢出后又重初值開始加起，就這樣循環(huán)下去。三角波的實(shí)驗(yàn)過程是先加后減，實(shí)現(xiàn)方法是先從00H開始加1直到溢出后就執(zhí)行減1操作，就這樣不斷調(diào)用這個(gè)循環(huán)。方波的實(shí)現(xiàn)方法是連續(xù)輸出一個(gè)數(shù)，到某個(gè)時(shí)候就改變一下值，可以把值定義為正極性的，也可以是負(fù)極性。正弦波的實(shí)現(xiàn)是非常麻煩的。它的實(shí)現(xiàn)過程是通過定義一些數(shù)據(jù)，然后執(zhí)行時(shí)直接輸出定義的數(shù)據(jù)就可以了。通過P1口和開關(guān)K0-K4相連接來控制各個(gè)波形的輸出。能根據(jù)k0-k5鍵狀態(tài)進(jìn)行波形切換，開關(guān)鍵向上接“1”，產(chǎn)生波形，向下拔接“0”，無波形輸出。如K0鍵向上拔，K1-K4鍵向下拔，產(chǎn)生鋸齒波；K1鍵向上拔，K0、K2-K4鍵向下拔，產(chǎn)生三角波；……以此類推。2.4主要芯片介紹2.4.1元件選型：555定時(shí)器。2.4.2主要芯片介紹：定時(shí)器介紹：555定時(shí)器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。一般用雙極性工藝制作的稱為555，用CMOS工藝制作的稱為7555，除單定時(shí)器外，還有對(duì)應(yīng)的雙定時(shí)器556/7556。555定時(shí)器的電源電壓范圍寬，可在4.5V~16V工作，7555可在3~18V工作，輸出驅(qū)動(dòng)電流約為200mA，因而其輸出可與TTL、CMOS或者模擬電路電平兼容。555定時(shí)器成本低，性能可靠，只需要外接幾個(gè)電阻、電容，就可以實(shí)現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它也常作為定時(shí)器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測(cè)量及自動(dòng)控制等方面。它內(nèi)部包括兩個(gè)電壓比較器，三個(gè)等值串聯(lián)電阻，一個(gè)RS觸發(fā)器，一個(gè)放電管T及功率輸出級(jí)。它提供兩個(gè)基準(zhǔn)電壓VCC/3和2VCC/3555定時(shí)器內(nèi)部方框圖<555定時(shí)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖>555電路的工作原理555電路的內(nèi)部電路方框圖。它含有兩個(gè)電壓比較器，一個(gè)基本RS觸發(fā)器，一個(gè)放電開關(guān)T，比較器的參考電壓由三只5KΩ的電阻器構(gòu)成分壓，它們分別使高電平比較器A1同相比較端和低電平比較器A2的反相輸入端的參考電平為和。A1和A2的輸出端控制RS觸發(fā)器狀態(tài)和放電管開時(shí)，觸發(fā)器復(fù)位，555的輸出端3腳輸出時(shí)，觸發(fā)關(guān)狀態(tài)。當(dāng)輸入信號(hào)輸入并超過低電平，同時(shí)放電，開關(guān)管導(dǎo)通；當(dāng)輸入信號(hào)自2腳輸入并低于器置位，555的3腳輸出高電平，同時(shí)放電，開關(guān)管截止。是復(fù)位端，當(dāng)其為0時(shí)，555輸出低電平。平時(shí)該端開路或接VCC。Vc是控制電壓端（5腳），平時(shí)輸出作為比較器A1的參考電平，當(dāng)5腳外接一個(gè)輸入電壓，即改變了比較器的參考電平，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出的另一種控制，在不接外加電壓時(shí)，通常接一個(gè)0.01uf的電容器到地，起濾波作用，以消除外來的干擾，以確保參考電平的穩(wěn)定。T為放電管，當(dāng)T導(dǎo)通時(shí)，將給接于腳7的電容器提供低阻放電電路。3系統(tǒng)電路總圖及單元電路設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)的電路總圖:圖3正弦波在三角波電壓為固定頻率或頻變化很小的情況下，可以考慮用低通濾波（或帶通濾波）的方法將三角波變換為正弦波，輸入電壓的頻率等于輸出電壓的頻率。將三角波按傅里葉級(jí)數(shù)展開其中Um是三角波的幅值。電路如下圖4圖43.3方波產(chǎn)生電路根據(jù)本實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)電路產(chǎn)生振蕩，通過RC電路和滯回比較器時(shí)將產(chǎn)生幅值約為12V的方波，因?yàn)榉€(wěn)壓管選擇1N4742A（約12V）。電壓比較電路用于比較模擬輸入電壓與設(shè)定參考電壓的大小關(guān)系，比較的結(jié)果決定輸出是高電平還是低電平。滯回比較器主要用來將信號(hào)與零電位進(jìn)行比較，以決定輸出電壓。4、仿真4.1仿真是通過Multisim軟件進(jìn)行的。Multisim是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級(jí)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。4.2仿真電路測(cè)試過程：圖94.2.1.仿真頻率為100HZ的方波和三角波的波形圖:（幅值足夠）圖104.2.2.仿真頻率為1000HZ的方波和三角波的波形圖:圖114.2.3.仿真數(shù)據(jù)表項(xiàng)目三角波U1方波U2100HZ峰-峰值/V26.53926.4351000HZ峰-峰值/V27.55681.7635.實(shí)驗(yàn)結(jié)果：5.1調(diào)試產(chǎn)生方波-三角波的電路：5.1.1．接入電源后,用示波器進(jìn)行雙蹤觀察圖8、9．通過閉合開關(guān)選擇合適的電容使三角波的幅值和方波的頻率滿足指標(biāo)要求；5.1.2觀察示波器,波形穩(wěn)定后記錄數(shù)據(jù)。5.2設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)：項(xiàng)目方波幅值輸出頻率f1輸出頻率f2理論數(shù)據(jù)12V100HZ1000HZ仿真數(shù)據(jù)12.913V109HZ1000HZ實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)11.573V103HZ991HZ6設(shè)計(jì)總結(jié)6.1總結(jié)、收獲與體會(huì)本次課程設(shè)計(jì)由于是個(gè)人獨(dú)立選定課題，所以在此過程的開始時(shí)基本上所有人都在自己獨(dú)立思考，同時(shí)又由于設(shè)計(jì)所采用的仿真和制板軟件Multisim和AltiumDesigner在此之前基本不是很熟悉，因此本次課程設(shè)計(jì)的前期多半是在摸索中前進(jìn)，當(dāng)然付出中會(huì)有收獲，本次課程設(shè)計(jì)讓我弄懂了很多以前感覺模糊的東西，同時(shí)也帶給我成功的喜悅感，增加了我的自信心，當(dāng)我看到由我自己設(shè)計(jì)的東西由想法變成實(shí)物時(shí)，我的心里充滿了成功的喜悅感?；叵肫鸫舜握n程設(shè)計(jì)過程中經(jīng)歷的種種困難，遇到不明白的問題時(shí)，與他人討論，請(qǐng)教老師的過程，所有的努力都指向一個(gè)明確的目標(biāo)----確保課程設(shè)計(jì)的成功，我真的很感動(dòng)。此次課程設(shè)計(jì)不僅使我學(xué)會(huì)了不少東西，更讓我體會(huì)到人與人之間的溝通的樂趣，感謝此次課程設(shè)計(jì)過程中給予我們悉心指導(dǎo)的楊蜀秦和龍燕老師，同時(shí)也感謝班級(jí)的其他同學(xué)，正式由于和他們一起的努力使我成功完成了本次課程設(shè)計(jì)。本次模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)是第一次進(jìn)行這樣的嘗試，為以后的畢業(yè)論文打基礎(chǔ)。在老師指導(dǎo)下進(jìn)行查閱資料、設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試模擬電路。通過這次課程設(shè)計(jì),讓我懂得了設(shè)計(jì)一個(gè)電路是一個(gè)系統(tǒng),需要有理論基礎(chǔ)只是作為根基,結(jié)合實(shí)際操作和動(dòng)手才能更好的完成一個(gè)電路的設(shè)計(jì).對(duì)于電路設(shè)計(jì)需要有基礎(chǔ)知識(shí)，否則，設(shè)計(jì)出來的電路性能指標(biāo)跟要求相差甚遠(yuǎn)。錯(cuò)誤總會(huì)出現(xiàn)，電路設(shè)計(jì)需要一種能夠發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤并改正錯(cuò)誤的能力，這是十分重要的。它增強(qiáng)我們?nèi)绾芜\(yùn)用理論知識(shí)和實(shí)際的調(diào)試的能力.需要運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)電路進(jìn)行模擬調(diào)試，不斷改進(jìn)電路。使其變得更加合理。7儀器儀表清單7.元器件選擇1通用型集成單運(yùn)放LM741CN

電路所用的運(yùn)放選用LM741CN,LM741CN的管腳圖如圖所示，其特點(diǎn)是電壓適應(yīng)范圍較寬，可在±5～±18V范圍內(nèi)選用；具有很高的輸入共模、差模