锯齿波发生器.docx
《锯齿波发生器.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《锯齿波发生器.docx（14页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
锯齿波发生器
单片机课程设计
锯齿波发生器
2班
姓名：
杨名想同组成员：
易湘达班级：
电子信息工程学号：
20086036指导老师：
覃业梅
绪论
一、设计要求
二、设计任务和目的
三、硬件部分（分工）
四、调试过程及结果设计总结参考文献附图
绪论
可编程控制器（PLC）是在计算机技术、通信技术和继电器控制技术的发展基础上开发出
来的，现已广泛应用于工业控制的各个领域。
它以微处理器为核心，用编写的程序进行逻辑控制、定时、计数和算术运算等，并通过数字量和模拟量的输入/输出来控制机械设备或生产过程。
如今，PLC在我国各个工业领域中的应用越来越广泛。
在就业竞争日益激烈的今天，掌
握PLC设计和应用是从事工业控制研发技术人员必须掌握的一门专业技术。
任何生产机械电气控制系统的设计，都包括两个基本方面：
一个是满足生产机械和工艺的各种控制要求，另一个是满足电气控制系统本身的制造、使用以及维修的需要。
因此，电气控制系统设计包括原理设计和工艺设计两个方面。
前者决定一台设备使用效能和自动化程度，即决定着生产机械设备的先进性、合理性，而后者决定着电气控制设备生产可行性、经济性、外观和维修等方面的性能。
在现代控制设备中，机-电、液-电、气-电配合得越来越密切，虽然生产机械的种类繁多，其电气控制设备也各不相同，但电气控制系统的设计原则和设计方法基本相同。
在最大限度满足生产设备和生产工艺对电气控制系统要求的前提下，力求运行安全、可靠，动作准确，结果简单、经济，电动机及电气元件选用合理，操作、安装、调试和维修方便。
要完成好电气控制系统的设计系统，除要求我们掌握必要的电气设计基础知识外，还要求我们必须经过反复实践，深入生产现场，将我们所学的理论知识和积累的经验技术应用到设计中来。
本次课程设计正是本着这一目的而着手实施的实践性环节，它是一项初步的模拟工程训练。
通过这次课程设计，我感到更深地了解一般电气控制系统的设计要求、设计内容和设计方法。
一、设计要求
（1）设计一个锯齿波发生器，要求输出频率范围为1KHz〜10KHZ;幅度范围Vpp沁10v连
续可调；上升斜率连续可调；直流偏置±5V连续可调
（2）选择电路方案，确定电路方案的设计。
计算电路元件参数与元件选择、并画出总体电路原理图，阐述基本原理。
、设计任务和目的
根据任务书的要求，需要设计锯齿波发生器环节，输出波形还需要一种可调节电路。
控制
锯齿波
可调
*
旋钮■
发生电路
放大
（1）小组制订工作计划。
（2）完成锯齿波发生器的逻辑电路设计。
（3）画出布线图。
（4）完成锯齿波发生器的电路所需元器件的购买与检测。
（5）根据布线图制作锯齿波发生器。
（6）完成锯齿波发生器电路的功能检测和故障排除。
（7）通过小组讨论完成电路的详细分析及编写项目实训报告。
CP
10kHz
uO
74LS161
锯齿波发生器原理图
1.锯齿波发生器
主要有迟滞比较器和RC充放电电路组成。
比较器属于信号处理的一种，他的作用是将输入信号的电平进行比较，然后把比较的结果输出。
实验采用的迟滞比较器的特点是：
单输入增大及减少时，两种情况下的门限电压不相等，传输特性呈现出“滞回”曲线的形状。
2.可调放大
由于结果光看的是输出波形，故采用同向比例运算电路，以便观察时方便可靠。
3.直流偏置
由设计要求知，要输出土5V直流偏置，利用求和运算电路，调节合适的阻值，就可得到偏置的效果，因此选择多个直流电压输入，达到求和的目的。
整体电路工作原理
单元电路设计：
计算、元器件选择及电路图
1、锯齿波发生器电阻、电容的计算
锯齿波发生器电路如下：
U01=+Uz时，D1
设二极管导通的等效电阻可忽略不计，电位器的滑动端移到最上端。
当导通，D2截止，输出电压的表达式为：
UO
Uz（ti「to）uo（to）
R3C
U0随时间线性下降。
当
U01-_Uz时，D2导通，D1截止，输出电压的表达式为:
U0二
1UZ（t2—t1）+U0
（1）
（R3+RW）C
uo随时间线性上升。
由于Rw远大于R3，Uoi和Uo的波形如图（b）所示。
根据三角波发生电路震荡周期的计算方法，可以得出下降时间和上升时间分别为：
Ti=ti-to2R1.RsC
R2
T2=t2-tl2—・（R3-RW）C
R2
所以震荡周期为：
2Ri（2R3Rw）C
R2
将Ri和R2设为电位器，则调整Ri和R2、Rw的阻值以及C的容量，可以改震荡周期。
调整Rw的值可以改变的输出波形的占空比，以及锯齿波上升和下降斜率。
根据积分器的特点，锯齿波的转换须将时间常数设置的尽量小一点，可以选择C为O.Oiuf
和O.iuf,稳压管稳压值为5V，电位器Ri取20K门，R2取iOK；r，Rw取5K〔i，R3取iOO：
；，R4取ioo门，R5取ioo门。
2、可调放大电阻的计算
可调放大电路如下:
在同向比例运算电路中，输入为上一级锯齿波。
根据“虚短”和“虚断”的概念，得:
UP=UN=uI。
净输入电压为零，因而得:
根据放大关系，可取放大倍数20倍左右，可取电位器R7=20K「,R6=1K「,则放
大倍数可达21倍左右。
调节R7的大小，可以改变放大倍数，故可得到最后结果。
3、直流偏置电阻的计算
直流偏置电路如下：
R9
RI31K
V1C1I
RIO.1OK
UilC1/I—
7
Rll1OK
Ui2C1/I—
同向求和电路中，多个输入信号同时作用于集成运放的同向输入端。
根据运算关系，得:
1uiUi1Ui2
）UP=
R13R13R10R11
111
（
R10R11R12
同向输入端电位为：
其中Rp=R10“
经计算可得：
三、任务分工（杨名想做硬件部分，易湘达做软件部分）
硬件部分
3.1硬件原理框图
硬件原理方框图如图3.1所示
图3.1硬件原理框图
3.2主控电路
AT89C51单处机内部设置两个16位可编程的定时器/计数器TO和T1，它们具有计数器方式和定时器方式两种工作方式及4种工作模式。
在波形发生器中，将其
作定时器使用，用它来精确地确定波形的两个采样点输出之间的延迟时间。
模式1
采用的是16位计数器，当TO或T1被允许计数后，从初值开始加计数，最高位产生溢出时向CPU请求中断。
中断系统是使处理器具有对外界异步事件的处理能力而设置的。
当中央处理器CPU正在处理某件事的时候外界发生了紧急事件，要求CPU暂停当前的工作，转而
去处理这个紧急事件。
在波形发生器中，只用到片内定时器/计数器溢出时产生的中断请求，即是在AT89C51输出一个波形采样点信号后，接着启动定时器，在定时器未产生中断之前，AT89C51等待，直到定时器计时结束，产生中断请求，AT89C51响应中断，接着输出下一个采样点信号，如此循环产生所需要的信号波形⑹。
如图3.2所示，AT89C51从P0口接收来自键盘的信号，并通过P2口输出一些控制信号，将其输入到8155的信号控制端，用于控制其信号的输入、输出。
如果有键按下，则在读控制端会产生一个读信号，使单片机读入信号。
如果有信号输出，则在写控制端产生一个写信号，并将所要输出的信号通过8155的PB口输出，并在
数码管上显示出来。
•■■■・a*工d^B.亠
7■!
■n?
A□
J4・-7畠||■71牯A;:
」
J
-IB
—
图3.2主控电路图
i
:
八：
：
；
./\_：
：
:
:
-IB
ZZZ/
*
*」"」‘」l」：
」"」H-mL一"」一
---J-J
图3.2主控电路图
3.3数/模转换电路
由于单片机产生的是数字信号，要想得到所需要的波形，就要把数字信号转换
成模拟信号，所以该文选用价格低廉、接口简单、转换控制容易并具有8位分辨率
的数模转换器DAC0832。
DAC0832主要由8位输入寄存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换器以及输入控制电路四部分组成。
但实际上，DAC0832输出的电量也不
是真正能连续可调，而是以其绝对分辨率为单位增减，是准模拟量的输出。
DAC0832是电流型输出，在应用时外接运放使之成为电压型输出。
由图3.3可知，DAC0832的片选地址为7FFFH,当P25有效时，若P0口向其送的数据为00H，则U1的输出电压为0V;若P0口向其送的数据为0FFH时，则U1的输出电压为-5V.故当U1输出电压为0V时，由公式乂..兰=o得：
Vout
R1R2R3
=-5V.当输出电压为-5V时，可得：
Vout=+5V，所以输出波形的电压变化范围为-5V〜+5V.故可推得，当P0所送数据为80H时，V。
』为0V⑷。
图3.3数模转换电路
3.4按键接口电路
图3.4为键盘接口电路的原理图，图中键盘和8155的PA口相连，AT89C51的P0口和8155的DO口相连，AT89C51不断的扫描键盘，看是否有键按下，如有，则根据相应按键作出反应。
其中“SO'号键代表方波输出，“S”号键代表正弦波输出，“S2”号键代表三角波输出。
“S3”号键代表锯齿波输出，“S4”
号键为10Hz的频率信号，“S5”号键为100Hz的频率信号，“S6”号键为500Hz的频率信号，“S7”号键为1KHz的频率信号[3]。
图3.4按键接口
3.5时钟电路
8051单片机有两个引脚（XTAL1，XTAL2）用于外接石英晶体和微调电容，从而构成时钟电路，其电路图如图3.5所示。
电容C1、C2对振荡频率有稳定作用，其容量的选择为30pf，振荡器选择频率为12MHz的石英晶体。
由于频率较大时，三角波、正弦波、锯齿波中每一点的延时时间为几微秒，故延时时间还要加上指令时间才能获得较大的频率波形
[9]
O
图3.5时钟电路
3.6显示电路
显示电路是用来显示波形信号的频率，使得整个系统更加合理，从经济的角度出发，所以显示器件采用LED数码管显示器。
而且LED数码管是采用共阳极接法，当主控端口输出一个低电平后，与其相对应的数码管即变亮，显示所需数据。
其器件模型如图3.6所示。
J3SDE
[1^w■=
?
■
7■:
.二
■
=
—
F
四、调试过程及结果
1.调试过程
（1）先将PLC程序传入S7-200PLC中，只连接启动与停止开
关。
（2）按下启动按钮，然后用万用表测CS1W-MAD44模拟量I/O模块的A1、A2两点间的电压，看是否按照规定曲线运行，如果运行
正确则证明PLC部分调试成功。
（3）打开启动按钮，并且按照给定的时间函数循环运行。
显示
的最大频率是10，最小为5。
2.调试结果
系统按照给定的时间函数连续循环运行，如图6-1所示，由此
说明系统设计合理可靠，此设计完全符合设计要求。
设计总结
一，成果评价：
在这次的锯齿波发生器设计中，所测试的结果达到设计要求的结果。
因此，这次设计是成功的一次。
二，设计特点：
本设计的特点是采用多个运放逐级的连接，实现波形的转换以及幅度调节，电路中主要采用多个电位器可调来完成参数的调节，这样可以输出不同的波形。
三，存在问题：
当输出频率较高时，输出波形出现失真以及自激振荡严重，产生很多次波，影响了波形的观察以及波形的质量。
使得不能达到理想的状态，比如发生器，产生的波形频率大了很不理想。
因此，用电容将输入电压以及输出波形进行滤波处理，否则输出就不太好。
参考文献：
XX知道
附录：
元件及器件明细
元器件清单
序号
元件
器件明细
1
5.1V/0.5W稳压管
2个
2
二极管1N4148
2个
3
单运放LM318
4个
4
电位器10kQ
4个
5
电位器20kQ
3个
6
500Q、100Q电阻
各1个
7
5kQ、1kQ电阻
各2个
8
电位器5kQ
1个
9
瓷片电容0.1F0.01uf
各5个
升级会员 