哈工大模电自主设计模电舵机测试仪

姓名 班级 学号 实验日期 节次 教师签字 成绩 集成运放舵机测试仪的设计与制作1. 实验目的（1） 掌握集成运算放大器在实际电路设计中的应用。（2） 了解舵机的工作与控制原理。（3） 掌握在实际应用时，电路的设计原理与元件参数的选择。（4） 掌握稳压芯片7805的电路设计与使用。（5） 了解稳压二极管的作用2. 总体设计方案或技术路线设计一个舵机测试仪首先需要了解舵机的工作原理，查询资料得知，一般舵机的控制线为三根线：GND，VCC，信号线。其中VCC提供电源，信号线传输控制信号。其中控制信号为频率为50Hz，占空比为5%-10%的矩形波，所以需要设计一个符合要求的矩形波发生器。（1）设计出一个矩形波发生电路。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，就要求输出的两种状态自动地相互装换，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，所以输出电路中要有延时环节来确定每种状态维持的时间。这就能组合出一个矩形波发生电路。根据对矩形波发生电路的分析，欲改变输出电压的占空比，就必须使电容正向和反向充电的时间常数不同，即两个充电回路的参数不同；利用二极管的单向导电性可以引导电流流经不同的通道，这样就能设计出一个占空比可调的矩形波发生电路。根据实验室现有元件以及关于集成运放的知识搭建频率为，占空比为的矩形波发生器，首先确定所使用的的电路图，选定各元件参数。经计算：本电路所产生矩形波的周期为 （1）其中高电平时间为 （2）低电平时间为 （3）所以由方程（1）、（2）占空比为 （4）根据实验室现有元件，选,选用调节占空比所用电位器为 ,由方程（4）计算出，则由于实验室没有电阻，所以选用电阻。确定频率为则周期为，由（1）式计算得出，。此时电路输出的波形应为高电平为低电平为的矩形波，占空比为。若用此信号控制舵机，则应消去电压小于0的部分，所以需要改进电路，使输出电压符合控制舵机的要求。将电路进行仿真，记录输出波形，观察波形是否符合要求。搭建电路进行实验，记录输出波形。（2）设计舵机供电电路测试舵机需要设计舵机供电电路，为舵机提供稳压供电电源。在实际应用中，由于锂电池并非稳压源，随着电量的降低，锂电池输出电压从12.6V-11.1V之间变化，便携式的舵机测试仪需要对锂电池输出电压进行稳压，本实验中舵机电源电压为5V，所以本实验使用集成三端稳压器7805。利用稳压器稳压给舵机供电。把波形发生器与稳压电源结合，组成舵机测试仪。3.实验电路图图1.舵机信号发生器图2. 改进后舵机信号发生器图3.稳压电源，其中C1、C2位滤波电容，起滤波作用4. 仪器设备名称、型号DSO-X 2002A型示波器U1241B手持万用表DP832 可编程线性直流电源电子学实验箱二极管1N4148、1N4733A集成运放5.理论分析或仿真分析结果1.矩形波发生电路：此电路输出波形为：可见输出波形的周期为，输出波形峰峰值为，幅值为，现在需要消去小于0的波形。更改后电路图为：输出波形为：最低电压为，基本实现控制舵机的波形。调节阻值，改变输出波形的占空比，进行仿真： 时：时时可见占空比从变化。2.稳压电路在输入电压波动的过程中，输出波形始终稳定在。6.详细实验步骤及实验结果数据记录（包括各仪器、仪表量程及内阻的记录）1.可调占空比的矩形波发生电路按照图1电路图连接电路，运算放大器选用，二极管选用1N4007或1N4148，稳压管选用1N4733A。开启12V直流稳压电源，将示波器调制适当的档位后借至输出端处，观察输出端的波形，待波形稳定后，使用示波器测量输出波形的峰峰值，周期，最大值与最小值，与理论值做比较，并绘制波形。周期最大值最小值峰峰值测量值理论值将示波器调制适当的档位后借至输出端处，观察图2中输出端的波形，记录峰峰值，周期，最大值与最小值。调节电位器，观察波形中高电平时间的变化，测量并分别记录占空比最大、最小及中间的高电平时间（），周期（），峰峰值（），最大值（）与最小值（），计算占空比（）。测量占空比调节范围。画出占空比最大时的波形。最小中间最大占空比调节范围： 理论占空比调节范围：占空比最大时波形图：2.供电电路按图3连接电路，其中接入电源，用万用表测量输出电压。测量输入电压分别为10V、11V、12V、13V时，输出电压变化，并记录。输入电压值/V10111213输出电压值/V3.测试舵机用供电电路给舵机供电，信号发生电路控制舵机，观察此舵机测试器的效果。7.实验结论8.实验中出现的问题及解决对策9.本次实验的收获和体会、对电路实验室的意见或建议10参考文献1 廉玉欣. 电子技术基础实验教程. 北京：机械工业出版社，2013:49-1012 孟涛. 电工电子EDA实践教程. 北京：机械工业出版社，2012:166-1703 王淑娟. 模拟电子技术基础. 北京：高等教育出版社，2014：291-327.原始数据记