三角波发生器论文指导.doc

电子技术综合训练设计报告题目： 数控幅值三角波发生器 姓名： lining 学号： 09237645 班级： jixie 同组成员： jian a nn 指导教师：lisa 日期： 2011.2.23 第一章 摘要 本系统能够通过正弦波发生器（文氏电桥振荡电路）产生正弦波，然后将正弦波送入电压比较器得到方波，再将方波积分得到三角波，；通过调节正弦波发生器的的反馈电阻使输出信号在15V该范围内变化，通过模拟开关（CC4501）选择不同的电阻来来调节输出信号幅值，选择不同的档位通过LED显示；可以通过一个开关来给（74LS161输入脉冲），由74LS161构成八进制计数器分别给数码管（LED）和八选一数据选择器（CC4051）的地址端输入信号，由以上方案调节可满足题目要求，当正弦波的输入信号在15V之间选择时，此时可调节模拟开关来将幅值分为8档，幅值变化范围为在1-5V之间，得到输出频率为100HZ-1KHZ的三角波信号关键字：文氏振荡电路 积分电路 过零比较 74LS161 目 录1 设计任务和要求3 1.1设计任务4 1.2设计要求52 系统设计6 2.1方案设计7 2.2方案选取8 2.3系统工作原理93 单元电路设计 3.1直流稳压电路 3.2三角波产生电路 3.2.1正弦波产生电路 3.2.2方波产生电路 3.2.3三角波产生电路 3.3数字控制显示电路 3.3.1显示电路 3.2.2开关电路4 系统仿真5 电路安装、调试与测试 5.1电路安装 5.1.1元器件布局 5.1.2焊接 5.2电路调试 5.3系统功能及性能测试 5.3.1测试方法设计 5.3.2测试结果及分析6总结7附录1.1设计要求与任务1.能够输出频率为100HZ-1KHZ的三角波信号；2.输出信号幅值范围为1-5V，在该范围内将输出信号的幅值分为8档，档位通过按键调节；3.输出信号幅值档位通过LED显示； 4.通过以上设计要求可知，此系统由数字电路与模拟电路共同完成，并且要求在仿真和模拟过程中熟练掌握multisim软件和电路调试过程，在模拟仿真过程中掌握理想情况下系统的运行过程，在调试过程中分析实际情况下对系统的影响。 2.系统设计该系统使用文氏振荡电路产生正弦波，经过电压比较器产生方波，方波经过积分电路产生三角波，以上三部分构成系统的模拟部分。数字控制部分由计数器74ls161输出控制CD4051来控制三角波的幅值。显示部分由74161输出控制4511通过数码管显示八档。原理方框图： 方波过零比较器正弦波文氏电桥滑动变阻器 积分电路CD405174LS161 脉冲 幅值可控三角波741513.2三角波产生电路3.2.1正弦波产生电路的设计与产生3.2三角波产生电路3.2.1正弦波产生电路的设计与产生LED灯显示2.1方案设计 能够同时产生方波、三角波的电路形式很多，常见实现方法有以下几种：由555定时器或单稳态电路产生方波，然后将方波送入积分电路得到三角波，构成方波三角波发生电路；有施密特触发器和积分电路构成产生方波三角波发生电路；有多谐振荡产生方波在产生三角波；由正弦波发生器（如文氏电桥振荡器）产生正弦波，然后将正弦波送入过零比较器得到方波，再将方波积分得到三角波，由此构成方波三角波发生电路由此构成方波三角波发生电路；用DDS（Direct Digital Synthesizer直接数字频率合成技术）技术产生方波、三角波等等。2.2模拟输出部分方案选取方案一图 2.2.1 此方案的优点是自激振荡电路的电路结构图简单，缺点是方波的自激振荡条件不易满足，对放大器的性能要求很高，而且积分电路中的输出的三角波幅值不容易控制，且调节难度高。方案二 图2.2.2 此方案应用文氏振荡电路产生正弦波，通过比较器产生方波，由积分电路产生三角波，此电路对题目中的幅值和频率容易调节和控制，能够很好的满足题目要求，并且TL082放大器的的精密度高，功耗低，达到降低成本的要求。数字部分方案一 该方案优点是应用74LS161构成八位计数器，给4511提供计数脉冲，进行计数，而且74LS161构成八位计数器也可以控制八选一模拟开关进行三角波幅值的调节与控制，体现了方案的优越性。外一个电源端VEE，以作为电平位移时使用，从而使得通常在单组电源供电条件下工作的CMOS数字信号能直接控制这种多路开关，并使这种多路开关可传输峰峰值达15V的交流信号。例如，若模拟开关的供电电源VDD=5V，VSS=0V，当VEE=5V时，只要对此模拟开关施加05V的数字控制信号，就可控制幅度范围为5V5V的模拟信号。通过分析，此方案最佳2.3系统工作原理先让RC电路产生自激振荡产生正弦波，再将正弦波通入电压比较器产生方波，然后在将方波输入积分电路产生三角波。三角波幅值的控制由模拟开关通过调节电阻阻值来控制，控制部分用按键控制74LS161的触发脉冲来进行计数在经过模拟开关进行通路的选择，显示部分用译码器及显示驱动电路和LED灯显示不同档位。原理方框图： 方波过零比较器正弦波文氏电桥滑动变阻器 积分电路CD405174LS161 脉冲 幅值可控三角波74LS151LED灯显示3.1直流稳压电源设计 图3.1.1 图3.3.1是串联型稳压电源的实验电路图。其中整流部分采用了有四个二极管组成的桥式整流电路。滤波电容C1，C2一般选取几百到几千微法。稳压部分集成稳压器。当稳压器距离滤波电路比较远时，应考虑在稳压器输入端，输出端接入电容。 集成稳压的内部电路实际就是 3.2三角波产生电路3.2.1正弦波产生电路的设计与产生 RC调试正弦波振荡电路如图3.2.1所示，图中RS并联网络构成了选频网络和正反馈电路，使电路产生正弦自激振荡。给运算放大器的同相输入端提供输入信号。图中R3,R4,R5 构成负反馈网络，调节R4可以改变负反馈的反馈系数，从而调节放大电路的电压放大倍数，使其满足振荡的幅值调节。二极管VD1 ，VD2作用是限幅改善输出波形。 在RC桥式正弦波振荡电路中，正反馈电压U1=U2=FU0 。U2是集成放大器的输入电压，F是振荡电路的正反馈系数，U0是集成放大器的输出电压，因此，F=U0/U1 ，A=U0/U2 ,同相比例放大电路的放大倍数为A=1+Rf/R1 。电路的起振条件为A3，调节负反馈放大电路的反馈系数即调节R4，使电压放大倍数A略大于3 ，即可满足条件。开始时A略大于3，达到稳定平衡状态，即f=f0.A=3，F=1/3.此时振荡频率由相位平衡条件决定。振荡频率f0=1/2RC. 为了稳定振荡幅度，通常在放大电路的负反馈回路里加入非线性元件，来自动调节负反馈放大电路的增益，从而维持放大电路的幅度的稳定。图3.2.2中的两个二极管VD1，VD2的作用是当0很小时，二极管VD1，VD2开路，等效电阻Rf很大。A=U0/U1=（R1+Rf）/R1 较大，由利于起振，反之当U0很大时，二极管的动态电阻很小，电压放大倍数也很小。二极管VD1，VD2导通。Rf 减小，A下降，输出电压U0的幅值保持稳定，所以一般在文氏桥上加入VD1，VD2。有利于振荡电路的起振和稳定幅度。图3.2.1仿真波形图3.2.2 方波产生电路 方波产生电路如图3.2.3.文氏电路产生的正弦波经过电压比较器产生方波，在负端加入滑动变阻器调节比较电压的过零点。使输出方波的波形更家准确。在输出端加稳压二极管会有很大电流，所以在二极管前面加较大的限流电阻然后将5V的电压送入后一级的输入端。方波仿真波形如图3.2.4所示图3.2.3 仿真波形图3.2.4三角波产生电路 三角波产生电路如图3.2.4所示，正弦波经过方波产生方波经过积分电路产生三角波 。运算放大器由TL082和电阻R6和电容C3 构成积分电路。其仿真波形如图3.2.6所示。 三角波有方波通过积分电路产生，设输入为v1，输入为v0的他们之间的关系。这里积分时间为正弦波的周期选固定的周期值取一定的电容经计算可以得出固定的输出值；去前面滑动变阻器的阻止为10K,C3=220nf,输出电压1-5V幅值分别有滑动变阻器310K调节。仿真波形图3.2.6图3.2.53.3数字控制显示电路显示电路是通过脉冲控制74LS161计数，把他接成8进制给一次脉冲计数一次，然后在经过译码器的驱动，在LED灯上显示档位。3.3.2开关电路开关电路是由计数器74LS161驱动模拟开关CD4051，其通断控制八个电阻，来控制三角波的幅值。4 系统仿真系统电路图如4.1.1 所示，5 电路安装、调试与测试5.1. 电路安装 三大模块：第一模块是RC振荡电路产生正弦波，滞回电压比较器产生方波，积分电路产生三角波；第二模块为由cd4051构成的开关电路；第三模块为由74ls160、74ls148、及非门构成的数字信号发生部分。5.2电路调试 电路焊接完成后的调试中，波形产生部分出现的问题主要是实际的结果并不能像仿真结果一样完美，主要是器件的参数性能以及周围环境问题导致，而且示波器上的显示出现了跳跃以及毛刺等现象，有时还会伴有幅值以及频率的无规则变化，这应该主要是由于示波器本身工作精度以及电路焊接问题导致的干扰，特别是电容 、电阻等器件的连接不牢固以及器件本身参数性能。 对于译码显示电路部分，首先就是数码管的上拉电阻问题，上面已经阐述并且找到解决方法，其次就是在给74LS161脉冲信号时，由于器件原因，所给脉冲信号质量不是很好，所以由于抖动原因导致数码显示会出现跳跃情况，比如，会出现从“1”跳跃到“4”，从“5”、跳跃到“2”等等。为了解决这个问题，所以此处还有待改进。5.3系统功能及性能测试5.3.1测试方法设计当电源接通后，模拟电路信号发生部分开始工作产生三角波，通过数字电路按键开关给741s161一个触发脉冲，产生输出信号0000，驱动CD4051使I0通道 导通此时输出最小幅值的三角波，继续加触发脉冲输出0001，驱动I1通道导通当741s160 输出信号为1000时，由非门返回输入端使74LS160 清零。至此cd4051的八个通道个导通一次，输出八个档位幅值的三角波。5.3.2测试结果及分析 根据调试结果可得，输出的三角波上面不积分，下面的可以积分，经分析可知，当减小电容的值时，6.总结 实践永远是检验真理的唯一标准，这次课设充分证明了这一点，通过实际动手操作，我不仅加深了对课本知识的理解更学会了知识的应用。这次训练是我第一次系统的体会从动手查资料、设计电路到仿真再到购买器件焊接电路的全过程，感觉收获很大。同时也感受的到了队友之间相互协作的默契，每当问题快得到决时心情特别紧张，遇到问题时队友一起探讨，在我们地不断努力、不断探索、不断改进下终于将电路设计好并且调试成功，团结就是力量，相互协作分工明确才能提高工作效率，而且我们组是比较早焊接和调试成功的，感觉很有成就感！其实在刚拿到训练设计题目时感觉很茫然，无从下手，只有设计要求，没有资料、没有工具材料，一切都是从零开始！我们只能分工进行，上网查找资料以及查阅相关书籍并结合课本所学知识，最后进行设计探讨并且利用Multisim进行仿真，如果没有Multisim我们必定会在设计电路上绕上很多弯路。 本次设计中采用电路模块化理念，将本来非常复杂的电路分解成一个个简单的单元电路，然后设计单元电路，单元电路设计起来就简单多了。最后将每个单元电路连接起来便成了一个复杂的，具有特定功能的电路。这种设计电路的思想在设计大型电路时尤为突出，每个工程师只需要负责自己的一块电路，然后汇总就好了！题解决问题的思想！以及理论知识与实际结合的能力！7附录原件清单：使用集成电路：TL082、CD4051、74LS151、74LS161、7404N使用电阻及阻值：10K3、3K、2.5K、5K、15K2,3-9k各一个，2002， 滑动变阻器25K 使用电容及容量：10nf2、100nf 共阴极数码管：1个 开关：按键开关 放大器TL082 LED数码管 CD4051 CD4051是单八通道数字控制模拟开关有三个二进制控制输入端A1、A2、A3和INH输入，具有低导通阻抗和很低的截止漏电流。幅值为4.520V的数字信号可控制峰峰值至20V的模拟信号。例如，若VDD=+5V,VSS=0,VEE=-13.5V,则0-5V的数字信号可控制-13.54.5V的模拟信号。这些开关电路在整个VDD-VSS和VDD-VEE电源范围内具有极低的静态功耗，与控制信号的逻辑状态无关。当INH=1时，所有的通道截止。当INH=0时，电路具有选择功能，实现线路的导通。CC4051 提供了16 引线多层陶瓷双列直插（D）、熔封陶瓷双列直插（J）、塑料双列直插（P）和陶瓷片状载体（C）4 种封装形式。CD4051使用注意事项：使用单电源时，CD4051的VEE可以和GND相连。强烈建议A，B，C三路片选端要加上拉电阻。CD4051的公共输出端不要加滤波电容（并联到地），否则不同通道转换后的电压经电容冲放电后会引起极大的误差。禁止输出端（INH）为高电平时，所有输出切断，所以在应用时此端接地。作音频信号切换时，最好在输入输出端串入隔直电容。 参文献考.1 康华光 电子技术基础.模拟部分（第五版） 北京：高等教育出版社，1998.82康华光 电子技术基础.模拟部分（第五版） 北京：高等教育出版社，1998.8 3 毕满清 电子技术试验与课程设计（第三版）北京：机械