電子工藝課程設計-方波_三角波_正弦波發(fā)生器

1、 廣州大學松田學院課程設計論文課程名稱： 電子工藝課程設計 設計選題： 方波_三角波_正弦波發(fā)生器_ 姓 名： 學 號： 專業(yè)班級： 09電氣工程及其自動化 指導教師： 2011 年 12 月 21 日21方波_三角波_正弦波發(fā)生器0907020134汪永平摘 要波形發(fā)生器廣泛地應用于各大院校和科研場所。隨著科技的進步，社會的發(fā)展，單一的波形發(fā)生器已經(jīng)不能滿足人們的需求，而我們設計的正是多種波形發(fā)生器。本文利用脈沖數(shù)字電路原理設計了多種波形發(fā)生器，該發(fā)生器可通過555數(shù)字芯片，運放來組成RC積分電路，低通濾波電路來分別實現(xiàn)方波，三角波和正弦波的輸出。它的制作成本不高，電路簡單，使用方便，有效的

2、節(jié)省了人力，物力資源，具有實際的應用價值。關鍵詞：多諧振蕩器；積分電路；低通濾波電路目 錄摘要 1.設計要求12方波、三角波、正弦波發(fā)生器方案22.2方案二原理框圖22.3 函數(shù)發(fā)生器的選擇方案33各組成部分的工作原理43.1 方波發(fā)生電路的工作原理43.2 方波-三角波轉換電路的工作原理53.3三角波-正弦波轉換電路的工作原理63.4總電路圖74.用Multisim10電路仿真84.1輸出方波電路的仿真84.2方波三角波電路的仿真84.3方波正弦波電路的仿真95 protel制圖及PCB板的制作和電路的安裝115.1 PCB原理圖115.2PCB布線圖115.3PCB板三維圖125.4. P

3、CB板底層布線圖135.5 將各元件安裝到PCB板上146電路的實驗結果及分析166.1方波波形產(chǎn)生電路的實驗結果166.2 方波-三角波轉換電路的實驗結果166.3正弦波發(fā)生電路的實驗結果176.4實驗結果分析177實驗總結188儀器儀表清單19參考文獻20附 錄21方波三角波正弦波函數(shù)信號發(fā)生器1.設計要求1設計、組裝、調(diào)試方波、三角波、正弦波發(fā)生器。2輸出波形：方波、三角波、正弦波；3頻率范圍 ：在501000Hz范圍內(nèi)可調(diào) ；2方波、三角波、正弦波發(fā)生器方案2.1方案一原理框圖 圖1 方波、三角波、正弦波、信號發(fā)生器的原理框圖首先由555定時器組成的多諧振蕩器產(chǎn)生方波，然后由積分電路將

4、方波轉化為三角波，最后用低通濾波器將方波轉化為正弦波，但這樣的輸出將造成負載的輸出正弦波波形變形，因為負載的變動將拉動波形的崎變。2.2方案二原理框圖正弦波方波三角波積分電路電壓比較器RC正弦波振蕩電路 圖2 正弦波、方波、三角波信號發(fā)生器的原理框圖RC正弦波振蕩電路、電壓比較器、積分電路共同組成的正弦波方波三角波函數(shù)發(fā)生器的設計方法，電路框圖如上。先通過RC正弦波振蕩電路產(chǎn)生正弦波，再通過電壓比較器產(chǎn)生方波，最后通過積分電路形成三角波。此電路具有良好的正弦波和方波信號。但經(jīng)過積分器電路產(chǎn)生的同步三角波信號，存在難度。原因是積分器電路的積分時間常數(shù)是不變的，而隨著方波信號頻率的改變，積分電路輸

5、出的三角波幅度同時改變。若要保持三角波幅度不變，需同時改變積分時間常數(shù)的大小。2.3 函數(shù)發(fā)生器的選擇方案函數(shù)發(fā)生器一般是指能自動產(chǎn)生正弦波、三角波、方波及鋸齒波、階梯波等電壓波形的電路或儀器。根據(jù)用途不同，有產(chǎn)生三種或多種波形的函數(shù)發(fā)生器，使用的器件可以是分立器件(如低頻信號函數(shù)發(fā)生器S101全部采用晶體管)，也可以采用集成電路(如單片函數(shù)發(fā)生器模塊8038)。為進一步掌握電路的基本理論及實驗調(diào)試技術，本課題未采用單片函數(shù)發(fā)生器模塊8038。方案一的電路結構、思路簡單，運行時性能穩(wěn)定且能較好的符合設計要求，且成本低廉、調(diào)整方便，關于輸出正弦波波形的變形，可以通過可變電阻的調(diào)節(jié)來調(diào)整。而方案二

6、，關于三角波的缺陷，不是能很好的處理，且波形質(zhì)量不太理想，且頻率調(diào)節(jié)不如方案一簡單方便。綜上所述，我們選擇方案一。3各組成部分的工作原理3.1 方波發(fā)生電路的工作原理圖3 由555定時器組成的多諧振蕩器 利用555與外圍元件構成多諧振蕩器，來產(chǎn)生方波的原理。用555定時器組成的多諧振蕩器如圖3所示。接通電源后，電容C2被充電，當電容C2上端電壓Vc升到2Vcc/3時使555第3腳V0為低電平，同時555內(nèi)放電三極管T導通，此時電容C2通過R3、Rp放電，Vc下降。當Vc下降到Vcc/3時，V0翻轉為高電平。電容器C2放電所需的時間為tpL= ( R3 +Rp) C2ln2 (3-1) 當放電結

7、束時，T截止，Vcc將通過R1、R3、Rp 向電容器C2充電，Vc由Vcc/3 上升到2Vcc/3所需的時間為tpH= (R1+R3+ Rp) C2ln2=0.7( R1+R3+ Rp) C2 (3-2) 當Vc上升到2Vcc/3時，電路又翻轉為低電平。如此周而復始，于是，在電路的輸出端就得到一個周期性的矩形波。電路的工作波形如圖4，其震蕩頻率為f=1/（tpL+tpH）=1.43/(R1+2R3+2Rp) C2 (3-3) 圖4 由555定時器組成的多諧振蕩器工作波形3.2 方波-三角波轉換電路的工作原理 圖5 積分電路產(chǎn)生三角波 RC積分電路是一種應用比較廣泛的模擬信號運算電路。在自動控制

8、系統(tǒng)中，常用積分電路作為調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)。此外，RC積分電路還可以用于延時、定時以及各種波形的產(chǎn)生或變換。由555定時器組成的多諧振蕩器輸出的方波經(jīng)C4耦合輸出，如圖5所示為RC積分電路，再經(jīng)R與C積分，構成接近三角波。其基本原理是電容的充放電原理。 3.3三角波-正弦波轉換電路的工作原理圖6 三角波產(chǎn)生正弦波原理圖原理：采用低通濾波的方法將三角波變換為正弦波。3.4總電路圖 圖7 函數(shù)發(fā)生器總電路圖總電路圖的原理：555定時器接成多諧振蕩器工作形式，C2為定時電容，C2的充電回路是R2R3RPC2；C2的放電回路是C2RPR3IC的7腳(放電管)。由于R3+RPR2，所以充電時間常數(shù)與放電時間常數(shù)近

9、似相等，由IC的3腳輸出的是近似對稱方波。按圖所示元件參數(shù)，其頻率為1kHz左右，調(diào)節(jié)電位器RP可改變振蕩器的頻率。方波信號經(jīng)R4、C5積分網(wǎng)絡后，輸出三角波。三角波再經(jīng)R5、C6積分網(wǎng)絡，輸出近似的正弦波。C1是電源濾波電容。發(fā)光二極管VD用作電源指示燈。 4.用Multisim10電路仿真4.1輸出方波電路的仿真 用Multisim10電路仿真軟件進行仿真。從Multisim10仿真元件庫中調(diào)出所需元件，按電路圖接好線路，方波輸出端接一個虛擬的示波器，接通電源后，可得如圖8所示的輸出方波仿真圖。圖8 輸出方波電路的仿真4.2方波三角波電路的仿真方法同輸出方波電路的仿真方法，可得圖9所示的方

10、波轉三角波波形仿真圖。 (a)(b) (c)圖9方波轉三角波波形(a)方波、(b)三角波、(c)方波與三角波重合4.3方波正弦波電路的仿真方法同輸出方波電路的仿真方法，可得圖10所示的三角波轉正弦波波形仿真圖。 (a) (b)圖10 三角波轉正弦波形圖(a)三角波、(b)正弦波仿真結果完全符合設計要求，說明電路圖可行，接下來就是PCB制圖、制板、焊接、調(diào)試。5 protel制圖及PCB板的制作和電路的安裝5.1 PCB原理圖利用DXP 2004制圖軟件進行制圖。打開DXP 2004制圖軟件，創(chuàng)建一個項目：PCB項目，然后在這個PCB項目里創(chuàng)建一個原理圖和一個PCB文件。在原理圖上，從軟件的元件

11、庫里調(diào)出所需元件，按電路圖接好線，可得如圖11所示的正弦波、三角波、方波原理圖。 圖11 正弦波、三角波、方波產(chǎn)生原理圖5.2PCB布線圖將protel制圖軟件中的PCB原理圖封裝，布線。點擊軟件菜單欄中“設計”按鈕，然后點擊其下的“update PCB Document.PCB2PcbDoc”按鈕，就將PCB原理圖封裝，布線到創(chuàng)建的PCB文件上，如圖12所示的PCB布線圖.圖12 PCB布線圖5.3PCB板三維圖 在PCB布線圖的視圖中，點擊菜單欄中的“查看”按鈕，然后點擊其下的“顯示三維PCB板”按鈕，就得到如圖13所示的PCB板三維圖。 圖13 PCB板三維圖5.4. PCB板底層布線圖

12、在PCB布線圖的視圖中，點擊菜單欄中的“文件”按鈕，然后點擊其下的“打印預覽”按鈕，在出現(xiàn)的各圖中就有如圖14所示的PCB板底層布線圖。圖14 PCB板底層布線圖5.5 將各元件安裝到PCB板上(1)把555集成塊插入PCB板，注意方向，然后焊接好。(2)注意直流源的正負及接地端。(3) 分別把各電阻，電容放入所定位置，注意電容的極性，然后焊接好。安裝完各元件后的得到的電板實物圖：圖16 如圖16所示6電路的實驗結果及分析6.1方波波形產(chǎn)生電路的實驗結果把電路板的電源接好，將輸出端接示波器，進行整體測試、觀察。針對其出現(xiàn)的問題，進行排查校驗，使其滿足實驗要求?？傻玫綄崪y方波波形如圖18所示：圖

13、17 實測方波波形其部分參數(shù)如下所示： Vpp=5.86V，Prd=969.6us，Vavg=720mv，F(xiàn)req=1.03KHZ6.2 方波-三角波轉換電路的實驗結果實測三角波波形如圖19所示：圖18 實測三角波波形6.3正弦波發(fā)生電路的實驗結果 由示波器實測正弦波波形圖為：圖19 實測正弦波波形由圖可知波形有一點失真。波形有些失真調(diào)節(jié)RP可改變幅頻、幅值大小。 6.4實驗結果分析 輸出的各波形的參數(shù)范圍有些許的偏差，是因為在各原件的參數(shù)選擇上有些偏差。正弦波稍微有點失真是因為積分電路中充放電的時間不夠。7實驗總結為期三個星期的課程設計已經(jīng)結束，在這三星期的學習、設計、焊接過程中我感觸頗深。

14、使我對抽象的理論有了具體的認識。通過對函數(shù)信號發(fā)生器的設計，我掌握了常用元件的識別和測試；熟悉了常用的儀器儀表；了解了電路的連接、焊接方法；以及如何提高電路的性能等等。通過對函數(shù)信號發(fā)生器的設計，我還深刻認識到了“理論聯(lián)系實際”的這句話的重要性與真實性。而且通過對此課程的設計，我不但知道了以前不知道的理論知識，而且也鞏固了以前知道的知識。最重要的是在實踐中理解了書本上的知識，明白了學以致用的真諦。也明白老師為什么要求我們做好這個課程設計的原因。他是為了教會我們?nèi)绾芜\用所學的知識去解決實際的問題，提高我們的動手能力。在整個設計到電路的焊接以及調(diào)試過程中，我個人感覺調(diào)試部分是最難的，因為你理論計算

15、的值在實際當中并不一定是最佳參數(shù)，我們必須通過觀察效果來改變參數(shù)的數(shù)值以期達到最好。而參數(shù)的調(diào)試是一個經(jīng)驗的積累過程，沒有經(jīng)驗是不可能在短時間內(nèi)將其完成的，而這個可能也是老師要求我們加以提高的一個重要方面吧！其次，這次課程設計提高了我的團隊合作水平，使我們配合更加默契，體會了在接好電路后測試出波形的那種喜悅，體會到成功來自于汗水，體會到成果的來之不易。在實驗過程中，我們遇到了不少的問題。比如：波形失真，甚至不出波形這樣的問題。在老師和同學的幫助下，把問題一一解決，那種心情別提有多高興啦。實驗中暴露出我們在理論學習中所存在的問題，有些理論知識還處于懵懂狀態(tài)，老師們不厭其煩地為我們調(diào)整波形，講解知

16、識點，實在令我感動。還有就是在實驗中，好多同學被電烙鐵燙傷了，這不得不讓我想起安全問題，所以在以后的實驗中我們應該注意安全，特別是在特殊的地方或者使用特殊工具時，如電烙鐵，電鉆，腐蝕機時，一定要特別注意，不讓危險事故發(fā)生。還有值得我們自豪的就是我們的線路連得橫豎分明，簡直就是藝術，當然，我們也有很多不足的地方，制板三次才成功，浪費了很多材料，錫焊還不是很會用，焊接的很粗糙。最后用一句話來結束吧：“實踐是檢驗真理的唯一標準”。（本人負責pcb版的繪制和Multisim10的仿真及元器件的焊接）8儀器儀表清單設計所用儀器及器件如表一所示：表一 儀器清單表類型規(guī)格數(shù)量備注電阻0.51KW/55v11

17、KW/110v115KW/220v147KW/220v110KW/110v3滑動變阻器20KW/220v1芯片555芯片1電容100uF/18v110uF/14v10.47uF/8v10.1uF/6v20.01uF/5v2開關按鍵開關1參考文獻1 康華光.電子技術基礎（數(shù)字部分）M.第五版.北京：高等教育出版社，2006.414-4242 稻葉保.振蕩電路的設計與應用M.北京：科學出版社，2004.29-993 王立欣，楊春玲.電子技術實驗與課程設計M.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，2003.98-994 陶桓奇，張小華，彭其勝.模擬電子技術M. 武漢：華中科技大學出版社，2007.170-2

18、305 何寶祥，朱正偉，劉訓飛，儲開斌.模擬電路及其應用M.北京：清華大學出版社，2008.104-1956 David A .Johns Ken Martin.模擬集成電路設計M. 北京：機械工業(yè)出版社，2005.213-495附 錄tgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGshLs50cLmTWN60eo8Wgqv7XAv2OHUm32WGeaUwYDIAWGMeR4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGtgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGshLs50cLmTWN60eo8Wgqv7XAv2OHUm32WGeaUwYDIAWGMeR4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGtgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGshLs50cLm