方波三角波正弦波发生器正稿

湖南人文科技学院课程设计报告课程名称：电子技术课程设计设计题目：方波三角波正弦波发生器系别：通信与控制工程系专业：自动化班级：07级二班学生姓名:宋赞龚玉洲刘慧平学号:074212540742122807421235起止日期:2009年06月02日~2009年06月22日指导教师:陈敢新教研室主任：伍铁斌指导教师评语：指导教师签名：年月日成绩评定项目权重成绩宋赞龚玉洲刘慧平1、设计过程中出勤、学习态度等方面0.22、课程设计质量与答辩0.53、设计报告书写及图纸规范程度0.3总成绩教研室审核意见：教研室主任签字：年月日教学系审核意见：主任签字：年月日摘要波形发生器广泛地应用于各大院校和科研场所。随着科技的进步，社会的发展，单一的波形发生器已经不能满足人们的需求，而我们设计的正是多种波形发生器。本文利用脉冲数字电路原理设计了多种波形发生器，该发生器可通过555数字芯片，运放来组成RC积分电路，低通滤波电路来分别实现方波，三角波和正弦波的输出。它的制作成本不高，电路简单，使用方便，有效的节省了人力，物力资源，具有实际的应用价值。关键词：多谐振荡器；积分电路；低通滤波电路目录·设计要求..............................................................11．前言..................................................................12．方波、三角波、正弦波发生器方案........................................22.1方案一原理框图..................................................22.2方案二原理框图..................................................22.3函数发生器的选择方案............................................33．各组成部分的工作原理..................................................33.1方波发生电路的工作原理..........................................33.2方波--三角波转换电路的工作原理..................................43.3三角波--正弦波转换电路的工作原理................................53.4总电路图........................................................54.用Multisim10电路仿真...................................................64.1输出方波电路的仿真..............................................64.2方波—三角波电路的仿真..........................................64.3方波—正弦波电路的仿真..........................................75.protel制图及PCB板的制作和电路的安装..................................85.1protel制图.....................................................85.1.1正弦波、三角波、方波产生原理图...............................85.1.2．PCB布线图...................................................95.1.3．PCB板三维图.................................................95.1.4.PCB板底层布线图............................................105.2PCB板的制作...................................................105.3将各元件安装到PCB板上.........................................116.电路的实验结果及分析..................................................126.1方波波形产生电路的实验结果.....................................126.2方波---三角波转换电路的实验结果................................126.3正弦波发生电路的实验结果.......................................136.4实验结果分析...................................................137．实验总结.............................................................148．仪器仪表清单.........................................................159．参考文献.............................................................1510.致谢..................................................错误!未定义书签。方波—三角波—正弦波函数信号发生器设计要求1．设计、组装、调试方波、三角波、正弦波发生器。2．输出波形：方波、三角波、正弦波；3．频率范围：在50－1000Hz范围内可调；1．前言在人们认识自然、改造自然的过程中，经常需要对各种各样的电子信号进行测量，因而如何根据被测量电子信号的不同特征和测量要求，灵活、快速的选用不同特征的信号源成了现代测量技术值得深入研究的课题。信号源主要给被测电路提供所需要的已知信号(各种波形)，然后用其它仪表测量感兴趣的参数。可见信号源在各种实验应用和实验测试处理中，它不是测量仪器，而是根据使用者的要求，作为激励源，仿真各种测试信号，提供给被测电路，以满足测量或各种实际需要。波形发生器就是信号源的一种，能够给被测电路提供所需要的波形。传统的波形发生器多采用模拟电子技术，由分立元件或模拟集成电路构成，其电路结构复杂，不能根据实际需要灵活扩展。随着微电子技术的发展，运用单片机技术，通过巧妙的软件设计和简易的硬件电路，产生数字式的正弦波、方波、三角波、锯齿等幅值可调的信号。与现有各类型波形发生器比较而言，产生的数字信号干扰小，输出稳定，可靠性高，特别是操作简单方便。2．方波、三角波、正弦波发生器方案2.1方案一原理框图图1方波、三角波、正弦波、信号发生器的原理框图首先由555定时器组成的多谐振荡器产生方波，然后由积分电路将方波转化为三角波，最后用低通滤波器将方波转化为正弦波，但这样的输出将造成负载的输出正弦波波形变形，因为负载的变动将拉动波形的崎变。2.2方案二原理框图图2正弦波、方波、三角波信号发生器的原理框图RC正弦波振荡电路、电压比较器、积分电路共同组成的正弦波—方波—三角波函数发生器的设计方法，电路框图如上。先通过RC正弦波振荡电路产生正弦波，再通过电压比较器产生方波，最后通过积分电路形成三角波。此电路具有良好的正弦波和方波信号。但经过积分器电路产生的同步三角波信号，存在难度。原因是积分器电路的积分时间常数是不变的，而随着方波信号频率的改变，积分电路输出的三角波幅度同时改变。若要保持三角波幅度不变，需同时改变积分时间常数的大小。积分电路RC正弦波振荡电路电压比较器正弦波方波三角波2.3函数发生器的选择方案函数发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等电压波形的电路或仪器。根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，使用的器件可以是分立器件(如低频信号函数发生器S101全部采用晶体管)，也可以采用集成电路(如单片函数发生器模块8038)。为进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术，本课题未采用单片函数发生器模块8038。方案一的电路结构、思路简单，运行时性能稳定且能较好的符合设计要求，且成本低廉、调整方便，关于输出正弦波波形的变形，可以通过可变电阻的调节来调整。而方案二，关于三角波的缺陷，不是能很好的处理，且波形质量不太理想，且频率调节不如方案一简单方便。综上所述，我们选择方案一。3．各组成部分的工作原理3.1方波发生电路的工作原理图3由555定时器组成的多谐振荡器利用555与外围元件构成多谐振荡器，来产生方波的原理。用555定时器组成的多谐振荡器如图3所示。接通电源后，电容C2被充电，当电容C2上端电压Vc升到2Vcc/3时使555第3脚V0为低电平，同时555内放电三极管T导通，此时电容C2通过R3、Rp放电，Vc下降。当Vc下降到Vcc/3时，V0翻转为高电平。电容器C2放电所需的时间为tpL=(R3+Rp)C2ln2(3-1)当放电结束时，T截止，Vcc将通过R1、R3、Rp向电容器C2充电，Vc由Vcc/3上升到2Vcc/3所需的时间为tpH=(R1+R3+Rp)C2ln2=0.7(R1+R3+Rp)C2(3-2)当Vc上升到2Vcc/3时，电路又翻转为低电平。如此周而复始，于是，在电路的输出端就得到一个周期性的矩形波。电路的工作波形如图4，其震荡频率为f=1/（tpL+tpH）=1.43/(R1+2R3+2Rp)C2(3-3)图4由555定时器组成的多谐振荡器工作波形3.2方波--三角波转换电路的工作原理图5积分电路产生三角波RC积分电路是一种应用比较广泛的模拟信号运算电路。在自动控制系统中，常用积分电路作为调节环节。此外，RC积分电路还可以用于延时、定时以及各种波形的产生或变换。由555定时器组成的多谐振荡器输出的方波经C4耦合输出，如图5所示为RC积分电路，再经R与C积分，构成接近三角波。其基本原理是电容的充放电原理。3.3三角波--正弦波转换电路的工作原理图6三角波产生正弦波原理图原理：采用低通滤波的方法将三角波变换为正弦波。3.4总电路图图7函数发生器总电路图总电路图的原理：555定时器接成多谐振荡器工作形式，C2为定时电容，C2的充电回路是R2→R3→RP→C2；C2的放电回路是C2→RP→R3→IC的7脚(放电管)。由于R3+RP》R2，所以充电时间常数与放电时间常数近似相等，由IC的3脚输出的是近似对称方波。按图所示元件参数，其频率为1kHz左右，调节电位器RP可改变振荡器的频率。方波信号经R4、C5积分网络后，输出三角波。三角波再经R5、C6积分网络，输出近似的正弦波。C1是电源滤波电容。发光二极管VD用作电源指示灯。4.用Multisim10电路仿真4.1输出方波电路的仿真用Multisim10电路仿真软件进行仿真。从Multisim10仿真元件库中调出所需元件，按电路图接好线路，方波输出端接一个虚拟的示波器，接通电源后，可得如图8所示的输出方波仿真图。图8输出方波电路的仿真4.2方波—三角波电路的仿真方法同输出方波电路的仿真方法，可得图9所示的方波转三角波波形仿真图。(a)(b)(c)图9方波转三角波波形(a)方波、(b)三角波、(c)方波与三角波重合4.3方波—正弦波电路的仿真方法同输出方波电路的仿真方法，可得图10所示的三角波转正弦波波形仿真图。(a)(b)图10三角波转正弦波形图(a)三角波、(b)正弦波仿真结果完全符合设计要求，说明电路图可行，接下来就是PCB制图、制板、焊接、调试。5protel制图及PCB板的制作和电路的安