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《基础强化训练》课程设计说明书-方波发生器.doc

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《基础强化训练》课程设计说明书-方波发生器.doc

武汉理工大学基础强化训练说明书I摘要本设计介绍了波形发生器的制作和设计过程,并根据输出波形特性研究该电路的可行性。在此基础上设计了一种能产生矩形波、三角波的模块电路,包括了原理图。该电路有主要由LM324集成运算放大器,比较器,振荡器,通过用双踪示波器来确定波形的幅值及可调占空比的上限及下限。重点阐述了矩形波发生器、宽度可调的矩形波发生器及三角波发生器的电路结构及工作原理,分析了单元电路的制作和工作过程并进行了调试,调试结果表明设计的电路是可行的。关键字信号发生器、宽度可调、矩形波、锯齿波、时间常数武汉理工大学基础强化训练说明书11.Proteus简介有了protel、Multisim、proteus、psice等一系列的软件的存在,就此便可以以虚代实、以软代硬,独立建立一个完善的虚拟实验室。代替了在实验室和教室里的以实物进行实践的方式,可以在计算机上学习电工基础,模拟电路、数字电路、单片机应用系统等课程,并进行电路设计、仿真、调试等。因此这一系列的软件受到广大电子设计爱好者的青睐,是他们工作、学习上难得的工具软件,也因此它们在全球得到了广泛应用。其中,Proteus软件提供多达30多个元件库,元件涉及到数字和模拟、交流和直流等,有RAM、ROM、键盘、马达、LED、LCD、AD/DA、部分SPI器件、部分IIC器件,编译方面支持Keil和MPLAB等编译器。它的功能强大,集电路设计、制版及仿真等多种功能于一身,不仅能够对电工、电子技术学科涉及的电路进行设计与分析,还能够对微处理器进行设计和仿真,也能仿真单片机外围电路或没有单片机参与的其它电路的工作情况。它还提供多种现实存在的虚拟仪器,这些仪表有极高的输入阻抗、极低的输出阻抗,尽可能减少仪器对测量结果的影响。此外,Proteus软件还有图形显示功能,可以将线路上变化的信号,以图形的方式实时地显示出来。对于单片机硬件电路和软件的调试,Proteus提供了两种方法系统总体执行效果和对软件的分步调试。它还提供了比较丰富的测试信号用于电路的测试,这些测试信号包括模拟信号和数字信号。在用Proteus进行仿真和程序调试时,只要关心从工程的角度直接看程序运行和电路工作的过程和结果。它还提供SchematicDrawing、SPICE仿真与PCB设计功能,同时可以仿真单片机和周边设备,可以仿真PIC、AVR、51系列等常用的MCU,并提供周边设备的仿真,例如示波器、373、led等。武汉理工大学基础强化训练说明书22电路原理及设计2.1方波发生电路2.1.1整体电路原理由集成运放构成的方波发生器,包括迟滞比较电路和RC积分电路两大部分。电路原理图如下所示。图211方波发生电路原理框图因为矩形波电压只有两种状态,不是高电平,就是低电平,所以电压比较器是它的重要组成部分因为产生振荡,就是要求输出的两种状态自动地相互转换,所以电路中必须引入反馈因为输出状态应按一定的时间间隔交替变化,即产生周期性变化,所以电路中要有延迟环节来确定每种状态维持的时间,即RC积分电路。2.1.2电路的设计因为矩形波电压只有两种状态,不是高电平,就是低电平,所以电压比较器是它的重要组成部分因为产生振荡,就是要求输出的两种状态自动地相互转换,所以电路中必须引入反馈因为输出状态应按一定的时间间隔交替变化,即产生周期性变化,所以电路中要有延迟环节来切丁每种状态维持的时间。图示为矩形波发生电路,它由反相输入的滞回比较器和RC电路组成。RC回路既作为延迟环节,又作为反馈网络,通过RC充放电实现输出状态的自动转换。方波发生电路图如下图所示,它由反相输入的滞回比较器和RC积分电路组成。其中RC回路既作为延迟环节,又作为反馈网络,通过RC充、放电实现输出状态的自动转换,而输出端引入的限流电阻Ro和两个背靠背的双向稳压管起到了双向限幅的作用。RC振荡电路方波发生三角波产生比较电路积分电路武汉理工大学基础强化训练说明书3图2111方波发生电路图图2112滞回比较曲线工作原理设某一时刻输出电压uOUZ,则同相输入端电位ucUT。uO通过R对电容C正向充电。反相输入端电位uc随时间t增长而逐渐升高,当t趋近于无穷时,uc趋于UZ一旦ucUT,再稍增大,uO就从UZ跃变为UZ,与此同时uc从UT跃变为UT。随后,uO又通过R对电容C放电。反相输入端电位uc随时间t增长而逐渐降低,当t趋近于无穷时,uc趋于UZ一旦ucUT,再稍减小,uO就从UZ跃变为UZ,与此同时,uc从UT跃变为UT,电容又开始反向充电。而上述过程周而复始,电路产生了输出状态的自动转换,便输出方波。2.1.3波形分析及主要参数由于图中所示电路电筒正向充电和反向充电的时间常数均为RC,而且充电的总幅值也相等,因而在一个周期内UoUz的时间与UoUz的时间相等,Uo为对称的方波,所以也称为该电路为方波发生电路。电容上电压Uc(即集成运放反相输入端电位Un)和电路输出电压Uo波形如图所示。矩形波的宽度Tk与周期T之比称为占空比,因此Uo是占空比为1/2的矩形波。根据电容上电压波形可知,在1/2周期内,电容充电的起始值俄日Ut,终了值为Ut,时间常数为R3C时间t趋于无穷时,Uc趋于Uz,利用一阶RC电路的三要素法可列出方程上述电路输出状态发生跳变的临界条件为

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