《基礎(chǔ)強(qiáng)化訓(xùn)練》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書-方波發(fā)生器.doc

武漢理工大學(xué)基礎(chǔ)強(qiáng)化訓(xùn)練說(shuō)明書I摘要本設(shè)計(jì)介紹了波形發(fā)生器的制作和設(shè)計(jì)過(guò)程,并根據(jù)輸出波形特性研究該電路的可行性。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種能產(chǎn)生矩形波、三角波的模塊電路,包括了原理圖。該電路有主要由LM324集成運(yùn)算放大器，比較器，振蕩器，通過(guò)用雙蹤示波器來(lái)確定波形的幅值及可調(diào)占空比的上限及下限。重點(diǎn)闡述了矩形波發(fā)生器、寬度可調(diào)的矩形波發(fā)生器及三角波發(fā)生器的電路結(jié)構(gòu)及工作原理，分析了單元電路的制作和工作過(guò)程并進(jìn)行了調(diào)試，調(diào)試結(jié)果表明設(shè)計(jì)的電路是可行的。關(guān)鍵字：信號(hào)發(fā)生器、寬度可調(diào)、矩形波、鋸齒波、時(shí)間常數(shù)武漢理工大學(xué)基礎(chǔ)強(qiáng)化訓(xùn)練說(shuō)明書11.Proteus簡(jiǎn)介有了protel、Multisim、proteus、psice等一系列的軟件的存在，就此便可以以虛代實(shí)、以軟代硬，獨(dú)立建立一個(gè)完善的虛擬實(shí)驗(yàn)室。代替了在實(shí)驗(yàn)室和教室里的以實(shí)物進(jìn)行實(shí)踐的方式，可以在計(jì)算機(jī)上學(xué)習(xí)電工基礎(chǔ)，模擬電路、數(shù)字電路、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)等課程，并進(jìn)行電路設(shè)計(jì)、仿真、調(diào)試等。因此這一系列的軟件受到廣大電子設(shè)計(jì)愛(ài)好者的青睞，是他們工作、學(xué)習(xí)上難得的工具軟件，也因此它們?cè)谌虻玫搅藦V泛應(yīng)用。其中，Proteus軟件提供多達(dá)30多個(gè)元件庫(kù)，元件涉及到數(shù)字和模擬、交流和直流等，有RAM、ROM、鍵盤、馬達(dá)、LED、LCD、AD/DA、部分SPI器件、部分IIC器件，編譯方面支持Keil和MPLAB等編譯器。它的功能強(qiáng)大，集電路設(shè)計(jì)、制版及仿真等多種功能于一身，不僅能夠?qū)﹄姽?、電子技術(shù)學(xué)科涉及的電路進(jìn)行設(shè)計(jì)與分析，還能夠?qū)ξ⑻幚砥鬟M(jìn)行設(shè)計(jì)和仿真，也能仿真單片機(jī)外圍電路或沒(méi)有單片機(jī)參與的其它電路的工作情況。它還提供多種現(xiàn)實(shí)存在的虛擬儀器，這些儀表有極高的輸入阻抗、極低的輸出阻抗，盡可能減少儀器對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。此外，Proteus軟件還有圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號(hào)，以圖形的方式實(shí)時(shí)地顯示出來(lái)。對(duì)于單片機(jī)硬件電路和軟件的調(diào)試，Proteus提供了兩種方法：系統(tǒng)總體執(zhí)行效果和對(duì)軟件的分步調(diào)試。它還提供了比較豐富的測(cè)試信號(hào)用于電路的測(cè)試，這些測(cè)試信號(hào)包括模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。在用Proteus進(jìn)行仿真和程序調(diào)試時(shí)，只要關(guān)心從工程的角度直接看程序運(yùn)行和電路工作的過(guò)程和結(jié)果。它還提供SchematicDrawing、SPICE仿真與PCB設(shè)計(jì)功能，同時(shí)可以仿真單片機(jī)和周邊設(shè)備，可以仿真PIC、AVR、51系列等常用的MCU，并提供周邊設(shè)備的仿真，例如示波器、373、led等。武漢理工大學(xué)基礎(chǔ)強(qiáng)化訓(xùn)練說(shuō)明書22電路原理及設(shè)計(jì)2.1方波發(fā)生電路2.1.1整體電路原理由集成運(yùn)放構(gòu)成的方波發(fā)生器，包括遲滯比較電路和RC積分電路兩大部分。電路原理圖如下所示。圖2-1-1方波發(fā)生電路原理框圖因?yàn)榫匦尾妷褐挥袃煞N狀態(tài)，不是高電平，就是低電平，所以電壓比較器是它的重要組成部分；因?yàn)楫a(chǎn)生振蕩，就是要求輸出的兩種狀態(tài)自動(dòng)地相互轉(zhuǎn)換，所以電路中必須引入反饋；因?yàn)檩敵鰻顟B(tài)應(yīng)按一定的時(shí)間間隔交替變化，即產(chǎn)生周期性變化，所以電路中要有延遲環(huán)節(jié)來(lái)確定每種狀態(tài)維持的時(shí)間，即RC積分電路。2.1.2電路的設(shè)計(jì)因?yàn)榫匦尾妷褐挥袃煞N狀態(tài)，不是高電平，就是低電平，所以電壓比較器是它的重要組成部分；因?yàn)楫a(chǎn)生振蕩，就是要求輸出的兩種狀態(tài)自動(dòng)地相互轉(zhuǎn)換，所以電路中必須引入反饋；因?yàn)檩敵鰻顟B(tài)應(yīng)按一定的時(shí)間間隔交替變化，即產(chǎn)生周期性變化，所以電路中要有延遲環(huán)節(jié)來(lái)切丁每種狀態(tài)維持的時(shí)間。圖示為矩形波發(fā)生電路，它由反相輸入的滯回比較器和RC電路組成。RC回路既作為延遲環(huán)節(jié)，又作為反饋網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)RC充放電實(shí)現(xiàn)輸出狀態(tài)的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。方波發(fā)生電路圖如下圖所示，它由反相輸入的滯回比較器和RC積分電路組成。其中RC回路既作為延遲環(huán)節(jié)，又作為反饋網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)RC充、放電實(shí)現(xiàn)輸出狀態(tài)的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，而輸出端引入的限流電阻和兩個(gè)背靠背的雙向穩(wěn)壓管起到了雙向限幅的作用。RC振蕩電路方波發(fā)生*三角波產(chǎn)生比較電路*積分電路武漢理工大學(xué)基礎(chǔ)強(qiáng)化訓(xùn)練說(shuō)明書3圖2-1-1-1方波發(fā)生電路圖圖2-1-1-2滯回比較曲線工作原理：設(shè)某一時(shí)刻輸出電壓uO=+UZ，則同相輸入端電位uc=+UT。uO通過(guò)R對(duì)電容C正向充電。反相輸入端電位uc隨時(shí)間t增長(zhǎng)而逐漸升高，當(dāng)t趨近于無(wú)窮時(shí)，uc趨于+UZ；一旦uc=+UT，再稍增大，uO就從+UZ躍變?yōu)?UZ，與此同時(shí)uc從+UT躍變?yōu)?UT。隨后，uO又通過(guò)R對(duì)電容C放電。反相輸入端電位uc隨時(shí)間t增長(zhǎng)而逐漸降低，當(dāng)t趨近于無(wú)窮時(shí)，uc趨于-UZ；一旦uc=-UT，再稍減小，uO就從-UZ躍變?yōu)?UZ，與此同時(shí)，uc從-UT躍變?yōu)?UT，電容又開(kāi)始反向充電。而上述過(guò)程周而復(fù)始，電路產(chǎn)生了輸出狀態(tài)的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，便輸出方波。2.1.3波形分析及主要參數(shù)由于圖中所示電路電筒正向充電和反向充電的時(shí)間常數(shù)均為RC，而且充電的總幅值也相等，因而在一個(gè)周期內(nèi)Uo=+Uz的時(shí)間與Uo=-Uz的時(shí)間相等，Uo為對(duì)稱的方波，所以也稱為該電路為方波發(fā)生電路。電容上電壓Uc（即集成運(yùn)放反相輸入端電位Un）和電路輸出電壓Uo波形如圖所示。矩形波的寬度Tk與周期T之比稱為占空比，因此Uo是占空比為1/