電子課程設(shè)計--方波_三角波_正弦波發(fā)生器

1、<p>　　設(shè)計題目： 方波 三角波 正弦波發(fā)生器 </p><p>　　系 別： </p><p>　　專 業(yè)： </p><p>　　班 級：

2、 </p><p>　　學(xué)生姓名: </p><p>　　學(xué) 號: </p><p>　　起止日期: </p><p>　　指導(dǎo)教師:

3、 </p><p>　　教研室主任： </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　波形發(fā)生器廣泛地應(yīng)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(shè)計的正是多

4、種波形發(fā)生器。本文利用脈沖數(shù)字電路原理設(shè)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，有效的節(jié)省了人力，物力資源，具有實際的應(yīng)用價值。</p><p>　　關(guān)鍵詞：多諧振蕩器；積分電路；低通濾波電路</p><p><b>　　目 錄</b></

5、p><p><b>　　· 設(shè)計要求1</b></p><p><b>　　1．前言1</b></p><p>　　2．方波、三角波、正弦波發(fā)生器方案2</p><p>　　2.1 方案一原理框圖2</p><p>　　2.2方案二原理框圖2</p>

6、;<p>　　2.3 函數(shù)發(fā)生器的選擇方案3</p><p>　　3．各組成部分的工作原理4</p><p>　　3.1 方波發(fā)生電路的工作原理4</p><p>　　3.2 方波--三角波轉(zhuǎn)換電路的工作原理5</p><p>　　3.3三角波--正弦波轉(zhuǎn)換電路的工作原理5</p><p>&l

7、t;b>　　3.4總電路圖6</b></p><p>　　4.用Multisim10電路仿真7</p><p>　　4.1輸出方波電路的仿真7</p><p>　　4.2方波—三角波電路的仿真7</p><p>　　4.3方波—正弦波電路的仿真8</p><p>　　5. protel制圖及

8、PCB板的制作和電路的安裝10</p><p>　　5.1 protel制圖10</p><p>　　5.1.1 正弦波、三角波、方波產(chǎn)生原理圖10</p><p>　　5.1.2．PCB布線圖10</p><p>　　5.1.3．PCB板三維圖11</p><p>　　5.1.4. PCB板底層布線圖1

9、1</p><p>　　5.2 PCB板的制作12</p><p>　　5.3 將各元件安裝到PCB板上12</p><p>　　6.電路的實驗結(jié)果及分析14</p><p>　　6.1方波波形產(chǎn)生電路的實驗結(jié)果14</p><p>　　6.2 方波---三角波轉(zhuǎn)換電路的實驗結(jié)果14</p>&

10、lt;p>　　6.3正弦波發(fā)生電路的實驗結(jié)果15</p><p>　　6.4實驗結(jié)果分析15</p><p><b>　　7．實驗總結(jié)16</b></p><p>　　8．儀器儀表清單17</p><p><b>　　9．參考文獻18</b></p><p>

11、<b>　　10.致謝19</b></p><p>　　方波—三角波—正弦波函數(shù)信號發(fā)生器</p><p><b>　　設(shè)計要求</b></p><p>　　1．設(shè)計、組裝、調(diào)試方波、三角波、正弦波發(fā)生器。</p><p>　　2．輸出波形：方波、三角波、正弦波；</p><p

12、>　　3．頻率范圍 ：在50－1000Hz范圍內(nèi)可調(diào) ；</p><p><b>　　1．前言</b></p><p>　　在人們認識自然、改造自然的過程中，經(jīng)常需要對各種各樣的電子信號進行測量，因而如何根據(jù)被測量電子信號的不同特征和測量要求，靈活、快速的選用不同特征的信號源成了現(xiàn)代測量技術(shù)值得深入研究的課題。信號源主要給被測電路提供所需要的已知信號(各種波形)

13、，然后用其它儀表測量感興趣的參數(shù)?？梢娦盘栐丛诟鞣N實驗應(yīng)用和實驗測試處理中，它不是測量儀器，而是根據(jù)使用者的要求，作為激勵源，仿真各種測試信號，提供給被測電路，以滿足測量或各種實際需要?！　〔ㄐ伟l(fā)生器就是信號源的一種，能夠給被測電路提供所需要的波形。傳統(tǒng)的波形發(fā)生器多采用模擬電子技術(shù)，由分立元件或模擬集成電路構(gòu)成，其電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不能根據(jù)實際需要靈活擴展。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，運用單片機技術(shù)，通過巧妙的軟件設(shè)計和簡易的硬件電路，產(chǎn)生數(shù)

14、字式的正弦波、方波、三角波、鋸齒等幅值可調(diào)的信號。與現(xiàn)有各類型波形發(fā)生器比較而言，產(chǎn)生的數(shù)字信號干擾小，輸出穩(wěn)定，可靠性高，特別是操作簡單方便。</p><p>　　2．方波、三角波、正弦波發(fā)生器方案</p><p>　　2.1 方案一原理框圖</p><p>　　圖1 方波、三角波、正弦波、信號發(fā)生器的原理框圖</p><p>　　首先由

15、555定時器組成的多諧振蕩器產(chǎn)生方波，然后由積分電路將方波轉(zhuǎn)化為三角波，最后用低通濾波器將方波轉(zhuǎn)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。</p><p>　　2.2方案二原理框圖</p><p>　　圖2 正弦波、方波、三角波信號發(fā)生器的原理框圖</p><p>　　RC正弦波振蕩電路、電壓比較器、積分電路共同組成的

16、正弦波—方波—三角波函數(shù)發(fā)生器的設(shè)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。</p><p>　　2.3 函數(shù)

17、發(fā)生器的選擇方案</p><p>　　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(shù)，本課題未采用單片函數(shù)發(fā)生器模塊8038。</p><p&

18、gt;　　方案一的電路結(jié)構(gòu)、思路簡單，運行時性能穩(wěn)定且能較好的符合設(shè)計要求，且成本低廉、調(diào)整方便，關(guān)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，關(guān)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。</p><p>　　3．各組成部分的工作原理</p><p>　　3.1 方波發(fā)生電路的工作原理</p>

19、;<p>　　圖3 由555定時器組成的多諧振蕩器</p><p>　　利用555與外圍元件構(gòu)成多諧振蕩器，來產(chǎn)生方波的原理。</p><p>　　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(dāng)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(dǎo)通，此時電容C2通過R3、Rp放電，Vc下降。當(dāng)Vc下降到Vcc

20、/3時，V0翻轉(zhuǎn)為高電平。電容器C2放電所需的時間為</p><p>　　tpL= ( R3 +Rp) C2ln2 (3-1) 當(dāng)放電結(jié)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</p><

21、p>　　tpH= (R1+R3+ Rp) C2ln2=0.7( R1+R3+ Rp) C2 (3-2) </p><p>　　當(dāng)Vc上升到2Vcc/3時，電路又翻轉(zhuǎn)為低電平。如此周而復(fù)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</p><p>　　f=1/（tpL+tpH）=1.43/(R1+2R3+2R

22、p) C2 (3-3) </p><p>　　圖4 由555定時器組成的多諧振蕩器工作波形</p><p>　　3.2 方波--三角波轉(zhuǎn)換電路的工作原理</p><p>　　圖5 積分電路產(chǎn)生三角波</p><p>　　RC積分電路是一種應(yīng)用比較廣泛的模擬信號運算電路。在自動控制系統(tǒng)中，常用積分

23、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。</p><p>　　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(gòu)成接近三角波。其基本原理是電容的充放電原理。 </p><p>　　3.3三角波--正弦波轉(zhuǎn)換電路的工作原理</p><p>　

24、　圖6 三角波產(chǎn)生正弦波原理圖</p><p>　　原理：采用低通濾波的方法將三角波變換為正弦波。</p><p><b>　　3.4總電路圖</b></p><p>　　圖7 函數(shù)發(fā)生器總電路圖</p><p>　　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R2→R3→RP→C

25、2；C2的放電回路是C2→RP→R3→IC的7腳(放電管)。由于R3+RP》R2，所以充電時間常數(shù)與放電時間常數(shù)近似相等，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(luò)后，輸出三角波。三角波再經(jīng)R5、C6積分網(wǎng)絡(luò)，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。 </p><p>　　4.用Multis

26、im10電路仿真</p><p>　　4.1輸出方波電路的仿真</p><p>　　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。</p><p>　　圖8 輸出方波電路的仿真</p><p>　　4.2

27、方波—三角波電路的仿真</p><p>　　方法同輸出方波電路的仿真方法，可得圖9所示的方波轉(zhuǎn)三角波波形仿真圖。</p><p><b>　　(a)</b></p><p><b>　　(b)</b></p><p><b>　　(c)</b></p><p

28、>　　圖9方波轉(zhuǎn)三角波波形(a)方波、(b)三角波、(c)方波與三角波重合</p><p>　　4.3方波—正弦波電路的仿真</p><p>　　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(zhuǎn)正弦波波形仿真圖。</p><p><b>　　(a)</b></p><p><b>　　(b)<

29、/b></p><p>　　圖10 三角波轉(zhuǎn)正弦波形圖(a)三角波、(b)正弦波</p><p>　　仿真結(jié)果完全符合設(shè)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。</p><p>　　5 protel制圖及PCB板的制作和電路的安裝</p><p>　　5.1 protel制圖</p><p&g

30、t;　　5.1.1 PCB原理圖</p><p>　　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。</p><p>　　圖11 正弦波、三角波、方波產(chǎn)生原理圖</p>

31、<p>　　5.1.2．PCB布線圖</p><p>　　將DXP 2004制圖軟件中的PCB原理圖封裝，布線。點擊軟件菜單欄中“設(shè)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。</p><p>　　圖12 PCB布線圖</p><p&g

32、t;　　5.1.3．PCB板三維圖</p><p>　　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。 </p><p>　　圖13 PCB板三維圖</p><p>　　5.1.4. PCB板底層布線圖</p><p>　　在PCB布線圖的視圖中，點擊菜單欄

33、中的“文件”按鈕，然后點擊其下的“打印預(yù)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。</p><p>　　圖14 PCB板底層布線圖</p><p>　　5.2 PCB板的制作 </p><p>　　將PCB板底層布線圖打印到熱轉(zhuǎn)印紙上，將其粘在一塊合適的銅板上，然后將銅板通過熱轉(zhuǎn)印器，將銅板腐蝕，用打孔機在其上的各個元件的引腳打孔，就得到

34、如圖15所示的PCB板實物圖。</p><p>　　圖15 PCB板實物圖</p><p>　　5.3 將各元件安裝到PCB板上</p><p>　　(1)把555集成塊插入PCB板，注意方向，然后焊接好。</p><p>　　(2)注意直流源的正負及接地端。</p><p>　　(3) 分別把各電阻，電容放入所定位置

35、，注意電容的極性，然后焊接好。</p><p>　　安裝完各元件后的得到的電板實物圖如16、17所示：</p><p><b>　　圖16 實物上層</b></p><p><b>　　圖17 實物底層</b></p><p>　　6電路的實驗結(jié)果及分析</p><p>　　

36、6.1方波波形產(chǎn)生電路的實驗結(jié)果</p><p>　　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。可得到實測方波波形如圖18所示：</p><p>　　圖18 實測方波波形</p><p>　　其部分參數(shù)如下所示：</p><p>　　Vpp=5.86V，Prd=969.6us，

37、Vavg=720mv，F(xiàn)req=1.03KHZ</p><p>　　6.2 方波---三角波轉(zhuǎn)換電路的實驗結(jié)果</p><p>　　實測三角波波形如圖19所示：</p><p>　　圖19 實測三角波波形</p><p>　　6.3正弦波發(fā)生電路的實驗結(jié)果</p><p>　　由示波器實測正弦波波形圖為：</p&

38、gt;<p>　　圖20 實測正弦波波形</p><p>　　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。 </p><p><b>　　6.4實驗結(jié)果分析</b></p><p>　　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。</p><p>　　正弦波

39、稍微有點失真是因為積分電路中充放電的時間不夠。</p><p><b>　　7．實驗總結(jié)</b></p><p>　　為期三個星期的課程設(shè)計已經(jīng)結(jié)束，在這三星期的學(xué)習(xí)、設(shè)計、焊接過程中我感觸頗深。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(shè)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。<

40、;/p><p>　　通過對函數(shù)信號發(fā)生器的設(shè)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(shè)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(xué)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(shè)計的原因。他是為了教會我們?nèi)绾芜\用所學(xué)的知識去解決實際的問題，提高我們的動手能力。在整個設(shè)計到電路的焊接以及調(diào)試過程中，我個人感覺

41、調(diào)試部分是最難的，因為你理論計算的值在實際當(dāng)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！</p><p>　　其次，這次課程設(shè)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。<

42、/p><p>　　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(xué)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(xué)習(xí)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，講解知識點，實在令我感動。</p><p>　　還有就是在實驗中，好多同學(xué)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

43、應(yīng)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。</p><p>　　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(shù)，當(dāng)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。</p><p>　　最后用一句話來結(jié)束吧：“實踐是檢驗真理的唯一標準”。</p><

44、;p><b>　　與君共勉。</b></p><p><b>　　8．儀器儀表清單</b></p><p>　　設(shè)計所用儀器及器件如表一所示：</p><p><b>　　表一 儀器清單表</b></p><p><b>　　9．參考文獻</b>&l

45、t;/p><p>　　[1] 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分）[M].第五版.北京：高等教育出版社，2006.414-424</p><p>　　[2] 稻葉保.振蕩電路的設(shè)計與應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，2004.29-99</p><p>　　[3] 王立欣，楊春玲.電子技術(shù)實驗與課程設(shè)計[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2003.98-99</p>

46、;<p>　　[4] 陶桓奇，張小華，彭其勝.模擬電子技術(shù)[M]. 武漢：華中科技大學(xué)出版社，2007.170-230</p><p>　　[5] 何寶祥，朱正偉，劉訓(xùn)飛，儲開斌.模擬電路及其應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2008.104-195</p><p>　　[6] David A .Johns Ken Martin.模擬集成電路設(shè)計[M]. 北京：機械工業(yè)出版社

47、，2005.213-495</p><p><b>　　10.致謝</b></p><p>　　首先衷心感謝我們的指導(dǎo)老師xx老師，本次課程設(shè)計是在xx老師的悉心指導(dǎo)下完成的。老師淵博的知識、嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、敏銳的學(xué)術(shù)洞察力、活躍的思想、以及平易近人的師長風(fēng)范，也使我們受益匪淺。值此論文完成之際，謹向老師致以深深的敬意和衷心的感謝。同樣感謝我的同學(xué)們和其他的老師們，感