数控幅值三角波发生器制作

1、电子技术综合训练设计报告题目： 数控幅值三角波发生器制作 姓名： 学号： 班级： 同组成员： 指导教师： 日期： 2011年7月7日 电子技术综合训练任务书8 2010 年 秋 季学期学 生 姓 名学 号专 业 方 向班 级题 目 名 称数控幅值三角波发生器制作一、设计内容及技术要求：设计并制作一个三角波发生器，基本要求如下：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、电源：220V/50HZ的工频交流电供电； （注：直流电源部分仅完成设计即可，不需制作，用实

2、验室提供的稳压电源调试，但要求设计的直流电源能够满足电路要求）5、按照以上技术要求设计电路，绘制电路图，对设计的电路用Multisim或OrCAD/PspiceAD9.2进行仿真，用万用板焊接元器件，制作电路，完成调试、测试，撰写设计报告。发挥部分：1、测量信号的频率并指示；2、其它恰当的功能。二、提交成果：1、设计报告2、作品3、电路原理图：要求提交两份，一份为CAD/EDA软件绘制，另一份为手工绘制，图纸大小自定，但要符合标准，电路图绘制要规范。三、设计进度：1、时间：三周 2、进度安排：（1）第一周 选题，熟悉题目，分析要求，查找资料，选择方案，优化方案，确定原理方框图，单元电路设计，选

3、择元器件；（2）第二周 进行电路仿真，确定电路原理图，画出电路原理图，购买元器件，焊接电路；（3）第三周 电路调试，电路测试，绘制电路原理图，完成设计报告，答辩。指导教师签字：摘要本设计三角波发生器由文氏振荡电路产生正弦波，再由过零比较电路产生方波，然后由积分电路产生频率范围100-1kHz，幅值在1-5V范围内可调的三角波。该设计的三角波具有良好的线性和对称性，幅值、频率均可调。关键字：三角波发生器 正弦波 方波 可调（三）目录1 设计任务和要求5 1.1设计任务5 1.2设计要求52 系统设计5 2.1系统要求5 2.2方案设计5 2.3系统工作原理83 单元电路设计9 3.1 直流稳压电

4、路9 3.1.1基本要求9 3.1.2基本原理与设计要求93.2. 三角波产生电路 10 3.2.1正弦波产生电路的设计10 3.2.2方波电路的产生123.2.3三角波电路的产生123.3数字控制显示电路143.3.1显示电路143.3.2开关电路144 系统仿真145 电路安装、调试与测试18 5.1电路安装18 5.2电路调试20 5.3系统功能及性能测试216 总结227 附录238 参考文献27 1. 设计任务和要求1.1设计任务根据所学知识并查阅相关资料，通过操作Multisim 10软件来设计三角波发生电路，并进行仿真，然后用万用板焊接元器件，制作电路，完成调试、测试,并撰写设计

5、报告。 1.2设计要求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、电源：220V/50HZ的工频交流电供电； （注：直流电源部分仅完成设计即可，不需制作，用实验室提供的稳压电源调试，但要求设计的直流电源能够满足电路要求）5、按照以上技术要求设计电路，绘制电路图，对设计的电路用Multisim或OrCAD/PspiceAD9.2进行仿真，用万用板焊接元器件，制作电路，完成调试、测试，撰写设计报告。2.系统设计2.1系统要求设计一个三角波发生器，能输出频率100-

6、1kHz，幅值1-5V的三角波，同时对三角波的幅值进行数控，设置8个档位。2.2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；由施密特触发器和积分电路构成产生方波三角波发生电路；有多谐振荡器产生方波再产生三角波；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；由单片函数发生器（如ICL8030）构成方波三角波发生电路；用DDS（Direct Digital Synt

7、hesizer直接数字频率合成技术）技术产生方波、三角波等等。方案一：图图图2,1：方案一该方案与其他方案不同的是输出译码电路采用A/D转换器，将输出的模拟信号转换为数字信号，幅值分为八个档位用译码器输出，但是模数转换器的造价过高，使得制造成本过高，而且模数转换器的本事参数先限定了他的工作准确性，从而不能很好的实现所要求的功能。方案二：图2.2:方案二该方案在理论上可行，但由于幅值与频率的决定因素有一部分重合，会产生相互影响，不利于设计。在实现数控和连续控制之间是分离的，会使电路变得复杂，可读性变差，不能很好地实现设计要求，故此方案舍弃。方案三：图2.3：方案三从电路所提供的幅值造价以及性能等

8、条件综合来看，方案三最为合适。产生译码显示电路通过锁存开关来控制档位输出，并通过8线-3线编码器编码，再通过CD4511驱动共阴七段LED数码管，进而显示所选择的档位，通过档位最终确定所输出的幅值。CD4051相当于一个单刀八掷开关，开关接通哪一通道，由输入的3位地址码ABC来决定。“INH”是禁止端，当“INH”=1时，各通道均不接通。此外，CD4051还设有另外一个电源端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。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

9、入过零比较器产生方波，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产生正弦波的电路控制，幅值用电阻分压的方法在三角波输出端控制，控制部分用按键控制74LS160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 积分电路开关74LS148CD4051CD4511幅值可控三角波共阴LED数码管显示图2.4：原理方框图3、单元电路的设计3.1直流稳压电路3.1.1基本要求要求设计制作一个多路输出直流稳压电源，可将220V/50HZ交流电转换为多路直流稳压输出：+12V/1A，-12V/

10、1A，+5V/1A，-5V/1A的电源。3.1.2，基本原理与设计思路：直流稳压电源一般由电源变压器T、整流滤波电路及稳压电路所组成，基本框图。如图3.1：整流原理方框图（1）电源变压器T的作用是将电网220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压Ui。变压器副边与原边的功率比为P2/ P1=，式中是变压器的效率。（2）整流滤波电路：整流电路将交流电压U1变换成脉动的直流电压。再经滤波电路滤除较大的纹波成分，输出纹波较小的直流电压U1，如图3.2。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。图3.2：整流滤波电路（3）稳压电路：按设计要求，所需的电源为12v和5v,因此稳压电路用7

11、805和7812来获取所需的电压。（4）总的原理图设二次侧电压为V2,输出电压为V0，则V2=1.2V0，整流二极管的容许通过电流为2A到3A。 各个输出端的电压如图3.3中标注。图3.3：直流稳压电源总的原理图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 右图3.4：正弦波产生电路图仿真波形：图3.5：正弦波仿波形RC桥式振荡由放大电路和选频电路两部分组成，其选频特性如下：令：R=R4=R1 C1=C2=CZ1=R+Z2=反馈系数： Fv= 当w0=, 则上式变为: Fv=由此可得选频网络的幅频响应： = =-tan-1 由上知：当 w=w0=时， f=f0= 由知调R就可以调节

12、正弦波的频率，取C=10nF,在满足涉及面要求的情况下由计算的人R的变化范围为16Kohm-160Kohm。当AV=1+稍大于或等于3时才能够达到稳定状态所以R3 取1Kohm,R4取1.5Kohm。 3.2.2方波电路的产生图3.6:方波电路仿真波形：图3.7：方波仿真波形方波由过零比较器产生，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10V的电压送入后一级的输入端。3.2.3三角波电路的产生图3.7：积分电路仿真波形：图3.8：三角波仿真波形三角波有方波通过积分电路产生，设输入为v1，输入为v0的他们之间的关系为: u0 =- 这里积分时间为正弦波的周期选固定

13、的周期值取一定的电容经计算可以得出固定的输出值；3.3数字控制显示电路 3.3.1显示电路 如图3.9显示电路是通过开关产生74LS148的输入信号，将输出端A0，A1，A2接CD4511对应的输入端A0，A1，A2。将CD4511的输出端串输出电阻再接数码管，在LED灯上显示档位。3.3.2开关电路 如图3.10开关电路由CD4051控制，但由于Multisim 10元件内没有提供CD4511，所以在设计电路的时候用一个单刀八掷开关实现其主要原理(但是无法仿真)。4系统仿真总电路图：仿真波形：如图3.12（1）：（2）：（3）：（4）:(5):(6):(7):(8):5电路安装、调试与测试5

14、.1电路安装5.1.1元件选择三大模块：第一模块是RC振荡电路产生正弦波，电压过零比较器产生方波，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74ls148、cd4511、及共阴气段数码管构成的数字信号发生部分。5.1.2 焊接对焊接点的基本要求：1、 焊点要有足够的机械强度，保证被焊件在受振动或冲击时不致脱落、松动、不能用过多焊料堆积，这样容易造成虚焊、焊点与焊点的短路。2、焊接可靠，具有良好导电性，必须防止虚焊。虚焊是指焊料与被焊件表面没有形成合金结构。只是简单地依附在被焊金属表面上。3、焊点表面要光滑、清洁，焊点表面应有良好光泽，不应有毛刺、空隙，无污垢，尤其

15、是焊剂的有害残留物质，要选择合适的焊料与焊剂。手工焊接的基本操作方法1、前准备准备好电烙铁以及镊子、剪刀、斜口钳、尖嘴钳、焊料、焊剂等工具,将电烙铁及焊件搪锡，左手握焊料，右手握电烙铁，保持随时可焊状态。2、用烙铁加热备焊件。3、送入焊料，熔化适量焊料。4、移开焊料。5、当焊料流动覆盖焊接点，迅速移开电烙铁。 掌握好焊接的温度和时间。在焊接时，要有足够的热量和温度。如温度过低，焊锡流动性差，很容易凝固，形成虚焊；如温度过高，将使焊锡流淌，焊点不易存锡，焊剂分解速度加快，使金属表面加速氧化，并导致印制电路板上的焊盘脱落。尤其在使用天然松香作助焊剂时，锡焊温度过高，很易氧化脱皮而产生炭化，造成虚焊

16、。拆焊的方法:在调试、维修过程中，或由于焊接错误对元器件进行更换时就需拆焊。拆焊方法不当，往往会造成元器件的损坏、印制导线的断裂或焊盘的脱落。良好的拆焊技术，能保证调试、维修工作顺利进行，避免由于更换器件不得法而增加产品故障率。 通过电路设计图。我们就可以购买器件进行安装焊接，安装时先将各模块器件放上电路板进行合理分配。分配好后，按照各模块分别连接和检验，待各模块连接好后再总体连在一起。焊接时要注意先接器件的引脚再接其他导线，准确按照设计图连接，千万不能接错，更不能短路。 焊接注意事项：待镀面应该保持清洁。温度要足够高。要使用有效的焊剂。要注意焊烙铁的安全使用。谨防焊接短路。在焊接过程中要理清

17、接线，必要时做标记。 元器件引线成型注意事项：所有元器件引线均不得从根部弯曲。弯曲一般不要成死角，圆弧半径应大于直径的1倍到2倍。要尽量将有字符的元器件面置于容易观察的位置。元器件插装注意事项：贴板与悬空插装。安装应注意元器件字符标记方向一致，容易读出。安装时不要用手直接碰元器件引线和印刷板上铜箔。插装后为了固定可对引线进行弯折处理。焊接步骤：1.准备施焊 2.加热焊件 3.融化焊料 4.移开焊锡 5.移开烙铁焊前处理：减去多余引线，注意不要对焊点施加剪切力以外的其它力。检查印制板上所有元器件引线焊点，修补缺陷。根据工艺要求选择清洁液清洗印制板。一般使用松香焊剂的 印刷版不用清洗。5.2电路调

18、试 利用5V，15V电源进行调试，将电路板和电源箱正确接线，确保线没接反，输出端可与示波器相连进行调试。调试是也按每个小模块进行检测。若出现结果失真，依据理论知识调整参数即可；若连结果都不出现，则要按模块逐个检查电路：首先检查接线是否有误，再检查是否有短路或虚焊的地方，可用万用表或发光二极管（看二极管是否亮或亮度变化）进行检测。不断调试，直到成功为止。调试中遇到的问题 ：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与仿真产生的结果有较大悬殊，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

19、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。其次是两个集成块的连接问题，用万用表进行逐一检测。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741s148输入并进行译码，输出端连接CD4051三个地址端。5.3.2测试结果及分析经测试在低档位时三角波失真程度较大，可调节分压电阻及积分电路电容进行协调改进。6.总结1、74ls148将开关侧的输入进行译码，产生三位二进制数充当地

20、址。2、cd4511八路模拟开关可以只选择其中的部分通道输出需要的信号。 3、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。4、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，很有成就感。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，虽然失败过一次，但是从失败中得到了很多教训与宝贵的经验，这使得我们在第

21、二次焊接的时候省去了很多弯路，能更加快速、准确的完成电路的焊接与调试。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Multisim10进行仿真，如果没有Multisim10我们必定会在设计电路上绕上很多弯路。5、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

22、程师只需要负责自己的一块电路，然后汇总就好了！本次训练遇到了不少困难，但在老师同学的帮助以及队友的合作下，还是将问题逐步解决了！个人感觉收获最大的就是学会了设计电路的方法和分析问题解决问题的思想！以及理论知识与实际结合的能力！做任何事情只要我们努力去做不放弃，就一定能够做的出来！7附录原件清单：使用集成电路：LM348、CD4051、CD4511、74LS148使用电阻及阻值：滑动变阻器：100 K 同轴滑动变阻器：100 K定值电阻：510 7、1K、2K、3K、2.5K、9.11K、10K11 使用电容及容量：10nF2、157nF（实际有100nF、20nF3组成160nF近似代替）使用

23、稳压管及稳压幅值：IN4697 10V2； 使用数码管：共阴七段数码管开关：自锁开关8元件分析LM324 LM324是四运放集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装，外形如图所示。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。 每一组运算放大器可用图1所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。 由于LM324四运放电路具有电源电压

24、范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点，因此被广泛应用在各种电路中。74LS14874LS148是优先编码器，允许同时输入两个以上编码信号。不过在设计优先编码器时已经将所有的输入信号按优先顺序排了队，当几个输入信号同时出现时，支队其中优先权最高的一个进行编码。其引脚图如下：LED数码管基本的半导体数码管是由七个条状发光二极管芯片按图12排列而成的，可实现09的显示。LED显示器的光、电特性及极限参数意义大部分与发光二极管的相同。但由于LED显示器内含多个发光二极管。半导体数码管的七个发光段是七个条状的发光二极管，为表示数字，七个二极管排成“日”字形，如图7.1（a）所示。通过不同发光段的组合，显示出09十进制数字，如图7.1（b）所示。图7.1：七个二极管排列管派礼物图7.2：显示数字电路中所用的是7个发光二极管共用一个阴极，成为共阴极显示器，如图7.2所示，使用时将共阴极接低电平，当二极管阳极接高电平时，则该段亮。根据译码器的规格可知，在本电路中，使用的时七段共阴极数码管。CD4051 如图7.3 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，