数控复制三角波发生器设计报告

电子技术综合训练

设计报告

题目： 数控幅值三角波发生器制作

姓名： 任 旭 学号： 09230818 班级： 电气工程及其自动化 同组成员： 尹早早 饶雄钰 指导教师： 徐维涛 日期： 2011年12月30日

摘要

本次课程设计是要求做一个能够产生三角波的函数发生器.制作函数发生器的电路有很多种.本次设计采用的电路是基于运放的试验电路.电压比较器可以产生方波,积分电路可以产生三角波。三角波电路波形可以通过积分电路实现，把方波电压作为积分运算电路的输入，在积分运算电路的输出就得到了三角波。各种波形频率段的调整可以由外电路的改变来实现。

关键字：三角波，发生器

目 录

摘要 .................................................................................................................................................. 2 目 录......................................................................................................................................... 3 1、 设计任务和要求 ....................................................................................................................... 4

1.1设计任务 ............................................................................................................................ 4 1.2设计要求 ............................................................................................................................ 4 2、 系统设计 ................................................................................................................................... 5

2.1系统要求 ............................................................................................................................ 5 2.2方案设计 ............................................................................................................................ 5 2.3系统工作原理 .................................................................................................................... 5 3、 单元电路设计 ........................................................................................................................... 8

3.1直流稳压电源的设计 ........................................................................................................ 8

3.1.1电路原理 ................................................................................................................ 8 3.1.2仿真图 .................................................................................................................... 8 3.2三角波产生电路 ................................................................................................................ 9

3.2.1电路结构 ................................................................................................................ 9 3.2.2仿真图 .................................................................................................................... 9 3.2.3元器件及参数 ...................................................................................................... 11 3.3数字显示部分 .................................................................................................................. 12

3.3.1电路结构 .............................................................................................................. 12 3.3.2元器件及参数 ...................................................................................................... 13

4、 系统仿真 ................................................................................................................................. 18 5、 电路安装、调试与测试 ......................................................................................................... 19

5.1电路安装 .......................................................................................................................... 19 5.2电路调试 .......................................................................................................................... 20 5.3测试结果及分析 ...................................................................................................................... 20 参考文献......................................................................................................................................... 22 总结、体会和建议 ......................................................................................................................... 23 附录 ................................................................................................................................................ 24

1、设计任务和要求 1.1设计任务

设计并制作一个三角波发生器

1.2设计要求

1.能够输出频率为100HZ-1KHZ的三角波信号；

2.输出信号复制范围为1——5v，在该范围内将输出信号分为8档，档位通过按键调节；

3.输出信号幅值档位通过LED显示； 4.电源：220v/50HZ的工频交流供电；（注：直流电源部分只完成设计即可，不需制作，用实验室提供的稳压电源调试，但要求设计的直流电源能够满足电路要求）

2、系统设计 2.1系统要求

1.能够输出频率为100HZ-1KHZ的三角波信号；

2.输出信号复制范围为1——5v，在该范围内将输出信号分为8档，档位通过按键调节；

3.输出信号幅值档位通过LED显示；

2.2方案设计

图2.2.1三角波发生器工作流程图

2.3系统工作原理

图3-1为一种滞回电压比较器电路，双稳压管用于输出电压限幅，R3起限流作用，R2和R1构成正反馈，运算放大器当up>un时工作在正饱和区，而当un>up时工作在负饱和区。从电路结构可知，当输入电压ui小于某一负值电压时，输出电压uo= -UZ；当输入电压uin大于某一电压时，uo= +UZ。运算放大器在两个饱和区翻转时up=un=0，由此可确定出翻转时的输入电压。up用uin和uo表示，有

11uin uo

Ru R1uoR1R2

up 2in

11R1 R2

R1R2

根据翻转条件，令上式右方为零，得此时的输入电压

uin

R1R

uo 1UZ Uth R2R2

Uth称为阈值电压。滞回电压比较器的直流传递特性如图所示。设输入电压初始值小于-Uth，此时uo= -UZ ；增大uin，当uin=Uth时，运放输出状态翻转，进入正饱和区。如果初始时刻运放工作在正饱和区，减小uin ，当uin= -Uth时，运放则开始进入负饱和区。

图2.3.1滞回电压比较器

图2.3.2滞回电压比较器的直流传递特性

如果给图2.3.3所示电路输入三角波电压，其幅值大于Uth ，设t = 0时，uo= -UZ ，其输出波形如图2.3.3所示。可见，输出为方波。

图2.3.3输入为三角波时滞回电压比较器的输出波形

给图2.3.1所示的滞回电压比较器级联一积分器，再将积分器的输出作为比较器的输入，如图2.3.3所示。由于积分器可将方波变为三角波，而比较器的输入又正好为三角波，因此可定性判断出，图2.3.1电路的输出电压uo1为方波，uo2为三角波，如图2.3.4所示。下面分析其振荡周期。

图2.3.4 方波——三角波发生器

积分器输出电压从-Uth增加到+Uth所需的时间为振荡周期T的一半，由积分器关系式

T

U 1t0 th

Uth

2RC t( UZ)dt0

或

2U1Tth

RCUZ2 UR注意到

th

1

RUZ2

，故

T

4RCR1R2

振荡频率则为

f

1R2T

4RCR1

图2.3.5

3、单元电路设计 3.1直流稳压电源的设计 3.1.1电路原理

从图上看,变压器输入端经过一个保险连接电源插头,如果变压器或后面的电路发生短路，保险内的金属细丝就会因大电流引发的高温溶化后断开。 变压器后面由4个二极管组成一个桥式整流电路，整流后就得到一个电压波动很大的直流电源，所以在这里接一个330uF/25V的电解电容。

变压器输出端的9V电压经桥式整流并电容滤波，在电容C1两端大约会有11V多一点的电压，假如从电容两端直接接一个负载，当负载变化或交流电源有少许波动都会使C1两端的电压发生较大幅度的变化，因此要得到一个比较稳定的电压，在这里接一个三端稳压器的元件。

三端稳压器是一种集成电路元件，内部由一些三极管和电阻等构成，在分析电路时可简单的认为这是一个能自动调节电阻的元件，当负载电流大时三端稳压器内的电阻自动变小，而当负载电流变小时三端稳压器内的电阻又会自动变大，这样就能保持稳压器的输出电压保持基本不变。

因为我们要输出5V的电压，所以选用7805，7805前面的字母可能会因生产厂家不同而不同。LM7805最大可以输出1A的电流，内部有限流式短路保护，短时间内，例如几秒钟的时间，输出端对地（2脚）短路并不会使7805烧坏，当然如果时间很长就不好说了，这跟散热条件有很大的关系。

三端稳压器后面接一个105的电容，这个电容有滤波和阻尼作用。 最后在C2两端接一个输出电源的插针，可用于与其它用电器连接,比如MP3等。 虽然7805最大电流是一安培，但实际使用一般不要超过500mA,否则会发热很大，容易烧坏。一般负载电有200mA以上时需要散热片。

3.1.2仿真图

图3.1.3

3.2三角波产生电路 3.2.1电路结构

图3.2.1

3.2.2仿真图

不同档位的波形若干

3.2.3元器件及参数

3.3数字显示部分 3.3.1电路结构

数字部分主要由八通道数字模拟开关，74ls160，74ls48，七段显示译码器LED等部分组成。其主要作用是现实用数字表示不同幅值的三角波。

3.3.2元器件及参数

（1）74ls160

160 为可预置的十进制同步计数器，共有54/74160 和54/74LS160 两种线路结构型式

160 的清除端是异步的。当清除端/MR 为低电平时，不管时钟端CP 状态如何，即可完成清除功能。

160 的预置是同步的。当置入控制器/PE 为低电平时，在CP 上升沿作用下，输出端Q0－Q3 与数据输入端P0－P3 一致。对于54/74160，当CP 由低至高跳变或跳变前，如果计数控制端CEP、CET 为高电平，则/PE 应避免由低至高电平的跳变，而54/74LS160 无此种限制。

160 的计数是同步的，靠CP 同时加在四个触发器上而实现的。当CEP、CET 均为高电平时，在CP 上升沿作用下Q0－Q3 同时变化， 从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。对于54/74160，只有当CP 为高电平时，CEP、CET 才允许由高至低电平的跳变，而54/74LS160 的CEP、CET 跳变与CP 无关。

160 有超前进位功能。当计数溢出时，进位输出端（TC）输出一个高电平脉冲，其宽度为Q0 的高电平部分。 在不外加门电路的情况下，可级联成N 位同步计数器。 对于54/74LS160，在CP 出现前，即使CEP、CET、/MR 发生变化， 电路的功能也不受影响。

管脚图：

图3.3.2.1

引出端符号： TC 进位输出端 CEP 计数控制端 Q0－Q3 输出端 CET 计数控制端

CP 时钟输入端（上升沿有效）

/MR 异步清除输入端（低电平有效） /PE 同步并行置入控制端（低电平有效） 功能表： 表3.3.2.1

说明： H－高电平 L－低电平 X－任意 （2）驱动译码器

简要说明：

74ls48 为有内部上拉电阻的BCD－七段译码器/驱动器，共有54/7448、54/74LS48 两种线路结构型式。 输出端（Ya－Yg）为高电平有效，可驱动灯缓＿＿＿

冲器或共阴极VLED。当要求输出 0－15 时，消隐输入（B I ）应为高电平＿＿＿＿＿

或开路对于输出为0 时还要求脉冲消隐输入（R B I ）为高电平或者开＿＿＿

路。当B I 为低电平时，不管其它输入端状态如何，Ya－Yg均为低电平。当＿＿＿＿

RBI和地址端（A0－A3）均为低电平，并且灯测试输入端（L T）为高电平＿＿＿＿＿＿＿＿

时， Ya －Yg为低电平，脉冲消隐输出（R B O）也变为低电平。当B ＿ ＿＿＿＿

I 为高电平或开路时，L T为低电平可使Ya－Yg均为高电平。48 与248 的引出端排列、功能和电特性均相同，差别仅在显示6 和9,248 所显示的6 和9 比48 多出上杠和下杠。

管脚图：

图3.3.2.2

引出端符号:

A0－A3 译码地址输入端

＿＿＿ ＿＿＿＿＿

B I /R B O 消隐输入（低电平有效）/脉冲消隐输出（低电平有效） ＿＿＿＿

L T灯测试输入端（低电平有效） ＿＿＿＿＿

R B I 脉冲消隐输入端（低电平有效） Ya－Yg 段输出

功能表： 表

3.3.2.2

（3）LED

常见的数码管由七个条状和一个点状发光二极管管芯制成，叫七段数码管如下图所示，根据其结构的不同，可分为共阳极数码管和共阴极数码管两种。根据管脚资料，您可以判断使用的是何总接口类型.

LED 数码管引脚图：

图3.3.2.3

LED 数码管中各段发光二极管的伏安特性和普通二极管类似，只是正向压降较大，正向电阻也较大。在一定范围内，其正向电流与发光亮度成正比。由于常规的数码管起辉电流只有1～2 mA，最大极限电流也只有10～30 mA，所以它的输入端在5 V 电源或高于TTL 高电平(3.5 V)的电路信号相接时，一定要串加限流电阻，以免损坏器件。 （4）cc4051

CC4051------8 选1 模拟开关 简要说明：

CC4051 是单8 通道数字控制模拟开关，有三个二进制控制输入端A0、A1、 A2 和INH 输入，具有低导通阻抗和很低的截止漏电流。幅值为4.5～20V 的数字信号可控制峰－峰值至20V 的模拟信号。例如，若VDD＝＋5V，VSS＝0，VEE＝－13.5V，则0～5V 的数字信号可控制－13.5～4.5V 的模拟信号。这些开关电路在整个VDD－VSS 和VDD－VEE 电源范围内具有极低的静态功耗，与控制信号的逻辑状态无关。当INH 输入端＝“1”时，所有的通道截止。三位二进制信号选通8 通道中的一通道，可连接该输入端至输出。 引出端：

A0～A2 地址端 I0/O0～I7/O7 输入输出端 INH 禁止端 O/I 公共输出/输入端 VDD 正电源 VEE 模拟信号地 Vss 数字信号地 逻辑符号：

图3.3.2.4

引出端排列（俯视）：

图3.3.2.5

逻辑表达式： 表3.3.2.3

4、系统仿真

5、电路安装、调试与测试 5.1电路安装

（1）面包板的使用方法及注意事项

1.安装分立元件时，应便于看到其极性和标志，将元件引脚理直后，在需要的地方折弯。为了防止裸露的引线短路，必须使用带套管的导线，一般不剪断元件引脚，以便于重复使用。一般不要插入引脚直径〉0.8mm的元器件，以免破坏插座内部接触片的弹性。

2.对多次使用过的集成电路的引脚，必须修理整齐，引脚不能弯曲，所有的引脚应稍向外偏，这样能使引角与插孔可靠接触。要根据电路图确定元器件在面包板上的排列方式，目的是走线方便。为了能够正确布线并便于查线，所有集成电路的插入方向要保持一致，不能为了临时走线方便或缩短导线长度而把集成电路倒插。

3.根据信号流程的顺序，采用边安装边调试的方法。元器件安装之后，先连接电源线和地线。为了查线方便，连线尽量采用不同颜色。例如：正电源一般采用红色绝缘皮导线，负电源用蓝色，地线用黑线，信号线用黄色，也可根据条件选用其它颜色。

4.面包板宜使用直径为0.6mm左右的单股导线。根据导线的距离以及插孔的长度剪断导线，要求线头剪成45º斜口，线头剥离长度约为6mm左右，要求全部插入底板以保证接触良好。裸线不宜露在外面，防止与其它导线断路。

5.连线要求紧贴在面包板上，以免碰撞弹出面包板，造成接触不良。必须使连线在集成电路周围通过，不允许跨接在集成电路上，也不得使导线互相重叠在一起，尽量做到横平竖直，这样有利于查线，更换元器件及连线。

6.最好在各电源的输入端和地之间并联一个容量为几十微法的电容，这样可以减少瞬变过程中电流的影响。为了更好地抑制电源中的高频分量，应该在该电容两端再并联一个高频去耦电容，一般取0.01 ~ 0.047Uf的独石电容。 7.在步线过程中，要求把各元器件在面包板上的相应位置以及所用的引脚号标在电路图上，以保证调试和查找故障的顺利进行。

8.所有的地线必须连接在一起，形成一个公共参考点。

（2）按图接线，用示波器观察uo1和 uo2的波形（教杆指向波形），其中uo1为方波，uo2为三角波。最后要求测出其幅值和频率。

图5.1.1

5.2电路调试

由于电压比较器与积分器组成正反馈闭环电路，同时输出方波与三角波，故这两个单元电路可以同时安装。如果电路接线正确，则在接通电源后，比较器的输出VO1为方波，积分器的输出VO2为三角波。

元器件的选择是高性能放大的保证，在实际连线与焊接过程中，运放的参数必须尽可能相同，同时为了提高共模抑制比和精确增益调控，运放输入端电阻必须精确匹配。

5.3测试结果及分析

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/h8be.html