pwm波信号发生器

1、精品文档电子技术综合训练设计报告题目： PWM信号发生器的设计姓名：学号：班级：同组成员：指导教师：日期：。1欢迎下载精品文档摘要本次课程设是基于TTL 系列芯片的简易PWM信号发生器 ,PWM信号发生器应用所学的数字电路和模拟电路的知识进行设计。在设计过程中，所有电路仿真均基于Multisim10仿真软件。本课程设计介绍了PWM信号发生器的设计方案及其基本原理，并着重介绍了PWM信号发生器各单元电路的设计思路，原理及仿真，整体电路的的工作原理，控制器件的工作情况。设计共有三大组成部分：一是原理电路的设计，本部分详细讲解了电路的理论实现，是关键部分；二是性能测试，这部分用于测试设计是否符合任务

2、要求。三是是对本次课程设计的总结。关键字：。2欢迎下载精品文档目录1设计任务和要求 ?1.1设计任务 ?1.2设计要求 .?2系统设计 ?2.1系统要求 .?2.2方案设计 ?2.3系统工作原理 .?3单元电路设计 ?3.1单元电路 A(单元电路的名称 ) ?3.1.1电路结构及工作原理 ?3.1.2电路仿真 ?3.1.3元器件的选择及参数确定 ?3.2单元电路 B(单元电路的名称 ) ?3.2.1电路结构及工作原理 ?3.2.2电路仿真 ?3.2.3元器件的选择及参数确定 .?4系统仿真 ?.5电路安装、调试与测试 ?5.1电路安装 ?5.2电路调试 ?5.3系统功能及性能测试 ?5.3.1

3、测试方法设计 ?5.3.2测试结果及分析 ?6结论 ?。3欢迎下载精品文档7参考文献 ?8 总结、体会和建议附录。4欢迎下载精品文档1、设计任务和要求1.1 设计任务设计具有死区时间的PWM信号产生的电子线路，并且设计数码显示电路，实时显示 PWM信号的频率。1.2 设计要求脉冲宽度调制是利用微处理器的数字输出对模拟电路进行控制的一种有效的技术，因为设计是基于模拟电子技术和数字电子技术的，所以设计时应该考虑进各个器件的适用范围。设计双输出 PWM电路，两路输出互相反相，并且第一路的上升沿总比第二路的下降沿延迟 5 微秒（死区时间）。频率测量电路需要考虑测量精度以及分辨率。最后线路经过放大隔离后

4、输出。2、系统设计2.1系统要求PWM信号发生器包括两部分 :PWM信号发生部分和频率测量部分。2.2 方案设计PWM信号发生部分直流电机调速中广泛使用PWM方式，设该脉冲的频率为1000Hz，脉冲的宽度（占空比）由输入的直流参考电压大小决定，范围为0%100%。 PWM波常用锯齿波和参考电压相比较的方式，或者是直接用由555 电路构成的多谢振荡器产生。 锯齿波产生电路包括同相输入迟滞比较器和充放电时间常数不等的积分器两部分，输出的锯齿波和比较电压同时输入迟滞比较器便可得到宽度可调的锯。5欢迎下载精品文档齿波，此为模拟电路产生PWM。用 555 组成占空比连续可调的多谢振荡器如图1-1-1 。

5、图 111调节图中的可变电阻，就可以控制产生脉冲的占空比。对比两种方案，一种是由模拟电路的方法产生pwm，另一种是由数电方法产生pwm。先然后一种方法比较简便可行，而且电压幅值可控。频率测量部分。6欢迎下载精品文档信号的频率就是信号在单位时间内所产生的脉冲个数，其表达式为f=N/T ，其中 f 为被测信号的频率，N为计数器所累计的脉冲个数，T 为产生 N个脉冲所需的时间。计数器所记录的结果，就是被测信号的频率。如在1s 内记录 1000 个脉冲，则被测信号的频率为1000HZ。测量频率的基本方法有两种：计数法和计时法，或称测频法和测周期法。1 、计数法计数法是将被测信号通过一个定时闸门加到计数

6、器进行计数的方法，如果闸门打开的时间为 T，计数器得到的计数值为 N1，则被测频率为 f=N1/T 。改变时间 T，则可改变测量频率范围。如图（ 1-1-1 ）计数值 N1被测信号标准闸门T图 1-1-1测频法测量原理设在 T 期间，计数器的精确计数值应为N, 根据计数器的计数特性可知，N1 的绝对误差是 N1=N+1,N1的相对误差为 N1=(N1-N)/N=1/N 。由 N1的相对误差可知， N 的数值愈大，相对误差愈小，成反比关系。因此，在f 以确定的条件下，为减少N 的相对误差，可通过增大 T 的方法来降低测量误差。当T 为某确定值时（通常取1s），则有f 1=N1, 而 f=N，故有

7、f 1 的相对误差：f1 =(f1-f)/f=1/f从上式可知f 1 的相对误差与f 成反比关系，即信号频率越高，误差越小；而信号频率越低，则测量误差越大。因此测频法适合用于对高频信号的测量，频率越高，测量精度也。7欢迎下载精品文档越高。2、计时法计时法又称为测周期法，测周期法使用被测信号来控制闸门的开闭，而将标准时基脉冲通过闸门加到计数器，闸门在外信号的一个周期内打开，这样计数器得到的计数值就是标准时基脉冲外信号的周期值，然后求周期值的倒数，就得到所测频率值。首先把被测信号通过二分频，获得一个高电平时间是一个信号周期T 的方波信号；然后用一个一直周期T1 的高频方波信号作为计数脉冲，在一个信

8、号周期T 的时间内对T1 信号进行计数，如图（1-1-2 ）图 1-1-2计时法测量原理若在 T 时间内的计数值为N2, 则有：T2=N2 *T1f2=1/T 2=1/(N 2*T 1)=f1/N 2N2 的绝对误差为N2=N+1N2 的相对误差为N2=(N2-N)/N=1/NT 的相对误差为=(T -T)/T=(N*T -T)/T=f/f12T2221从 T2 的相对误差可以看出，周期测量的误差与信号频率成正比，而与高频标准计数信号的频率成反比。当 f 1 为常数时，被测信号频率越低，误差越小，测量精度也就越高。8欢迎下载精品文档根据本设计要求的性能与技术指标，首先需要确定能满足这些指标的频

9、率测量方法。由上述频率测量原理与方法的讨论可知，计时法适合于对低频信号的测量，而计数法则适合于对较高频信号的测量。但由于用计时法所获得的信号周期数据，还需要求倒数运算才能得到信号频率，而求倒数运算用中小规模数字集成电路较难实现，因此，计时法不适合本实验要求。测频法的测量误差与信号频率成反比，信号频率越低，测量误差就越大，信号频率越高，其误差就越小。但用测频法所获得的测量数据，在闸门时间为一秒时，不需要进行任何换算，计数器所计数据就是信号频率。因此，本实验所用的频率测量方法是测频法。2.3 系统工作原理3、单元电路设计3.1PWM信号发生电路结构及工作原理。9欢迎下载精品文档如图，由 555 定

10、时器和外接元件R1、R2、C 构成多谐振荡器，脚2 与脚 6 直接相连。电路没有稳态，仅存在两个暂稳态，电路亦不需要外加触发信号。对C充电时，充电电流通过R1 和 D1；放电时，通过R2、D2。当 R1=R2时，可调电阻触头位于中心点，因充放电时间基本相等，其占空比约为50%，此时调节电阻，可调节多谢振荡器的占空比。另外，调节R1 和 R2 还可以改变输出矩形波的周期和频率。输出的时间参数如下：周期 T=Tw1+Tw2；振荡频率 f=1/T=1/(T1+T2)=1.44(R1+R2)C,式中：Tw1=0.7（R1+R2）C;Tw2=0.7R2C。占空比 q=Tw1/(Tw1+Tw2)，当 R2

11、>>R1,占空比近似为 50%。通过计算，取三个电阻都为5k， C1=100nF，C2=10nF，使得输出频率f=1000Hz 。10欢迎下载精品文档电路仿真3.2 制造死区时间电路结构及工作原理如图所示是用施密特触发器构成的脉冲展宽器的电路和工作波形图。在图a 中所示电路中，当输入电压u1 为低电平UIL 时，集电极开路门输出三极管是截止的，施密特触发反相器的输入特性，可以保证A 点电位 uA 为高电平，因此输出电压u0 为低电平UOL。当 ui 条编导高电平UIH 时，三极管饱和导通，电容C 迅速放电， uA 很快下降到低电平，uO跳变到高电平UOH。当 uI 由 UIH 跳变

12、到 UIL 时，三极管截止，电源Vcc 通过施密特触发器反相器的输入端电路。11欢迎下载精品文档对电容 C 充电， uA 缓慢上升，当uA 升高到 UT+时， UO才会由 UOH跳变到 UOL。因此，输出电压 UO的脉冲展宽，比输入电压u1 的脉冲宽度显然要宽，而且改变电容C 的大小，可方便地调节展宽的程度。图b 是 uI 、 uA、uO 的波形图。3.2.2电路仿真XSC2GTABCDXSC1GVCCTABCD05VVCCVCCR4100 125VXSC4U1A1U2R1Ext TrigC1555_TIMER_RATED+Q45.1k _74LS14DVCCABR5R29_30pF15+VC

13、C50%5k XSC3RSTOUT2N2219Key=A5k 探针 1,探针 1VCC50%DISGKey=AV:0V5VTTHRV(峰 -峰 ): 5.00 V16VCCTRIV(有效值 ): 3.18 V0ABCDR318CONV(直流 ): 2.04 VR65.1kI: -148 uA100 20GNDI( 峰 - 峰 ): 1.14 mA17I( 有效值 ): 542 uAD2I( 直流 ): 3450uAU4AD11N4148频率 : 977 HzC38141N414810nFC419Q174LS14DU3FR713101110uFC2550%100nF74LS04D2N2219Ke

14、y=A0。12欢迎下载精品文档3.3 频率计电路结构及工作原理频率计由时基电路，控制电路组成1 时基电路由两部分组成，第一部分为由石英晶体组成的多谐振荡器电路；第二部分为分频电路。（ 1）石英晶体多谐振荡器电路石英晶体一种具有较高频率稳定性的选频器件，广泛用于通信、定时等频率要求高的场合，石英晶体的谐振频率由石英晶体的晶体方向和外形尺寸决定，具有极高的稳定性。由于频率计数器是一种需要频率稳定性高的器件，故此方案选用石英晶体多谐振荡器。如图（ 2-3-1 ）所示100HZ9999HZ闸门时间 10ms；1KHZ100KHZ 闸门时间 1ms取 c=10uf(1F （法） =103mF（毫法） =

15、106uF（微法） =109nF（纳法）=1012pF（皮法）所以： 1uF（微法） =103nF（纳法） =106pF（皮法）最基本的关系 )。13欢迎下载精品文档图 2-3-1矩形周期的振荡周期为T 1.4RfC 当取 Rf=1k， C=100pF100F 时，则该电路的振荡频率则在几赫到几兆赫的频率范围内变化。在此选C=10nf 的电容及固有频率为 10kHZ的石英晶体。（ 2）分频电路振荡器产生 10khz 的脉冲，闸门时间为 1s 0.1s 1ms 10ms 选用 4518x4 作为分频电路。 4518 为双 BCD加计数器，由两个相同的同步 4 级计数器构成，计数器级为 D 型触发

16、器，具有内部可交换 CP和 EN线，用于在时钟上升沿或下降沿加计数，在单个运算中， EN输入保持高电平，且在 CP上升沿进位， CR线为高电平时清零。计数器在脉动模式可级联，通过将 Q3连接至下一计数器的 EN输入端可实现级联，同时后者的CP输入保持低电平。分频电路如图（2-3-2 ）所示U18AU23U24AU25A2EN11A32EN11A32EN11A32EN11A37MR11B47MR11B47MR11B47MR11B41CP11C597 1CP11C5961CP11C5951CP11C5451D61D61D61D64518BD_5V4518BD_5V4518BD_5V4518BD_5

17、V990VCCVCC79 0 1234512345V1 111 11DDDDDDDDG CBA 76543210U27C593WYCRYSTAL_VIRTUAL10nF65U7AC6U2291927404N8910nF907404NR11R121k1kU2674151N图 2-3-2分频电路2 控制电路控制电路需要控制几个模块。包括计数电路，锁存电路，和译码显示电路。通过产生控制信号控制所要控制的模块，同时会产生清零信号和锁存信号，使显示器显示的测量结果稳定。（ 1）计数电路。14欢迎下载精品文档采用 3 个 74LS192十进制计数器，该芯片无需额外的元器件就可实现十进制计数，所以首选。计数

18、器依次从个位开始计数，向上为发出进位信号而是高位开始计数。（ 2）锁存电路在确定的时间内（ 1s） , 计数器的计数结果必须经锁定后才能获得稳定的显示值 . 锁存器的作用通过触发脉冲控制. 将测得的数据寄存起来, 送显示译码器 .锁存器可以采用4 位并行输入寄存器 . 为使数据稳定 , 采用边沿触发方式的器件.选用 3 个 4 位锁存器 74LS175完成上述功能 . 当锁存信号 CP的正跳变来到时 , 锁存的输出等于输入 , 从而将计数器的输出值送到锁存器的输出端 ,. 高电平结束后 , 无论 D 是何值 , 输出端状态保持不变 , 所在计数期间内 , 计数器的输出不会送到译码显示器。(3)

19、 译码电路采用 4511BD集成共阴七段LED数码管。译码显示器的作用是把用BCD码表示的十进制数转化成能驱动数码管正常显示的段信号, 从而获得数字显示 .选取显示译码器时其输出方式必须与数码管相比配。15欢迎下载精品文档VCC5VCKCKCKU6U5U10ABCDEFGABCDEFGABCDEFG666564636261605251504948474680797877767574R10R9R8RPACK 7180 RPACK 7180 RPACK 7180 8182838485868767686970717273535455565758593332 105421095421 09549111

20、111111 11111 1111ABCDEFGOO OOOOOA BCDEF GO OOO OO OABCDEFGOOO OOO OU8 4511BD_5VU9 4511BD_5VU11 4511BD_5VLITLITLI TABCD EBLABCDEBLABCD EBLDDDD DDDDDDDD 7126543712 654371 2654 3232439404344223842213741015423761111QQ QQQQQ Q11223344R KDD DDLLC C123445231911U1674LS175D015423761111Q QQQ QQ QQ 11223344RKD

21、 DDDLLCC123 4452 3191 1U1774LS175D015423761111QQQ QQQ QQ 11223344RKDDD DLLCC12 34423195 11U1974LS175D25262728293031323343536326732326 73232 6732111111ABCD OOABCDOOABCD OOQQQQ BCQQQQBCQQQQ BC U1474LS192DNU1374LS192DNU121874LS192DND1620DDAWAWAWO RP OO RP OO RP OL LU DL LU DL LU DABCD CABCDCABCD C51091

22、45451014545091454111111 91111 1111917U15AU1574LS04D74LS04D15U21AU18AU23U24AU25A74LS04N2EN11A32EN11A32EN11A32EN11A374747474MR11BMR11BMR11BMR11B59759659554511C11C11C11C6666CP11DCP11DCP11DCP11D4518BD_5V4518BD_5V4518BD_5V4518BD_5V88VCC990U27VCC5VC5790123451234100111111GCBA 7654 32 10D D DD DD DDU2693741

23、51NW Y10nFCRYSTAL_VIRTUALU7AC6U2291927404N8910nF907404NR11R121k1k65U20A74LS08D。16欢迎下载精品文档4、系统仿真VCC5VCKCKCKU6U5U10ABC DE F GA BC D EF GABCDEFG66 6564636261 6052 5150494847 468079787767574R10R9R8RPACK 7180RPACK 7180 RPACK 7180 67 6869707172 7353 54565758 598182838485868733 21 05 43 2105 4210541 111 91 11111 9 111 11 19 1 1ABCDEFGABCDEFGABCDEFGOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOU8 4511BD_5VU9 4511BD_5VU11 4511BD_5VA BCDLITABCDLITAB CDL ITE B LE B