基于multisim的正弦波发生器剖析.docx
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基于multisim的正弦波发生器剖析
电子技术课程设计报告
题目：
基于multisim的正弦波发生器
学生姓名：
朱世旺
学生学号：
1214040147
系别：
电子工程学院
专业：
电子信息科学与技术
年级：
2012级
指导教师：
王宜结
电子工程学院制
2015年3月
基于multisim的正弦波发生器
学生：
朱世旺
指导教师：
王宜结
电子工程学院电子信息科学与技术
1、设计任务与要求
1.1．设计任务
以文氏电桥正弦波振荡电路仿真为例,分析了基本及稳幅文氏电桥正弦波发生器的特点,并采用Multisim10软件对文氏电桥正弦波发生器进行了仿真,仿真结果与理论分析结果一致。
软件仿真在课堂教学、电路设计、及实验教学中的应用,使得课堂教学信息量饱满,设计、实验变得轻松,使教学的效果得到提升,在教学领域具有重要的推广、应用价值。
在自控、测量、无线电通讯、测量等技术领域中,需用到波形发生器,较常用的是正弦波振荡器和多谐振荡器两大类。
采用Multisim10仿真软件对正弦波振荡器进行仿真,该软件是NI公司下属的ElectronicsWorkbenchGroup发布的交互式SPICE仿真和电路分析的软件。
前期发展经历了EWB5.0、EWB6.0、Multisim2001、Mult-isim7、Multisim8、Multisim9等版本。
Multisim10的特点有:
1）器件丰富。
Multisim10比老版本新增了1200多个器件、500多个SPICE模块和100多个开关模式电源模块。
2）虚拟仪器种类齐全。
通用仪器有数字万用表、信号源,双通道示波器、波特图示仪、字信号发生器、逻辑分析仪、失真度测试仪、频谱分析仪和网络分析仪等。
3）软件分析功能更强大。
分析功能包括静态工作点
分析、交流小信号分析、瞬态分析、灵敏度分析、参数扫描分析、温度扫描分析、传输函数分析、最坏情况分析、特卡洛分析、批处理分析、噪声指数分析、射频分析等。
1.2．设计要求
基本文氏电桥正弦波发生器[1-3]常用的正弦波振荡电路有RC和LC两种电路,通常低频段选用RC振荡器,其电路输出功率小,频率较低;高频段选用LC振荡电路,其输出的功率、频率都要高一些;频率稳定度要求高时,一般采用电容三点式振荡电路。
若从波形的种类和精度两方面考虑时,要生成正弦波时,选用文氏电桥振荡器,更易组成外稳幅振荡器2.用泰勒级数展开法实现正弦波信号。
2、稳幅文氏电桥正弦波发生器
2.1．从理论上讲,满足条件后,振荡幅值可固定在任意值上,但由于环境温度等外界条件的变化,振荡条件会受到影响,使振荡器停振或产生钵形失真。
因此须在基本电路上增加稳幅电路。
2.2.为得到稳幅的目的,通常采用两只反向并接的二极管和电阻R1并联,它们在输出电压的正负半周内分别导通。
在起振之初,由于输出电压幅度很小,不足以使二极管导通，正向二极管近于开路，此后，随着震荡幅度的增大，正向二极管导通，其正向电阻逐渐减小，直到R（F）=2R（f）时，震荡稳定。
R（F）=R4+（R1//RD）,Rf=R3,其中RD为二极管的正向导通电阻。
2.3.利用二极管的非线性特性,使振荡电路能根据振荡幅度的变化,自动地改变基本放大器的负反馈的强弱,实现稳幅目的振荡过程中,两只二极管交替导通和截止,若外界因素使振幅增大,二极管的正向导通电阻RD减小,使RF变小,负反馈系数自动变大,反馈作用加强,从而稳定振幅。
2.4.正弦波信号发生器已被广泛地应用于通信、仪器仪表和工业控制等领域的信号处理系统中。
2.5.通常有两种方法可以产生正弦波，分别为查表法和泰勒级数展开法。
查表法是通过查表的方式来实现正弦波，主要用于对精度要求不很高的场合。
泰勒级数展开法是根据泰勒展开式进行计算来实现正弦信号，它能精确地计算出一个角度的正弦和余弦值，且只需要较小的存储空间。
本次主要用泰勒级数展开法来实现正弦波信号。
产生正弦波的算法正弦函数和余弦函数可以展开成泰勒级数.
3、电路组成
3.1.电路由RC串并联选频网络和同相放大器组成。
运放构成同相输入的比例放大器,RC串并联网络,将输出电压反馈到集成运放的同相输入端,形成正反馈。
根据产生正弦振荡的相位条件,可得电路的振荡频率f0为:
3.2.本系统采用TI公司的TMS320LF2407DSP处理器，该器件具有外设集成度高，程序存储器容量大，A/D转换精度高，运算速度高，I/O口资源丰富等特点，芯片内部集成有32KB的FLASH程序存储器、2KB的数据/程序RAM，两个事件管理器模块（EVE和EVB）、16通道A/D转换器、看门狗定时器模块、16位的串行外设接口（SPI）模块、40个可单独编程或复用的通用输入输出引脚（GPIO）以及5个外部中断和系统监视模块。
3.3.TMS320LF2407芯片中的事件管理模块（EV）是一个非常重要的组成部分。
SPWM波形的产生和输出就是由这一部分完成的，它由两个完全相同的模块（EVA和EVB）组成，每个模块都含有2个通用定时器、3个比较器、6至8个PWM发生器、3个捕获单元和2个正交脉冲编码电路（QEP）。
由于TMS320LF2407有544字的双口RAM（DARAM）和2K字的单口RAM（SARAM）；而本系统的程序仅有几KB，且所用RAM也不多，因此不用考虑存储器的扩展问题，而对于TMS320LF2407的I/O扩展问题，由于TMS320LF2407器件有多达40个通用、双向的数字I/O（GPIO）引脚，且其中大多数的基本功能和一般I/O复用的引脚，而实际上，本系统只需要17路I/O信号，这样，就可以为系统剩余50%多的I/O资源，因此可以说，该方案既不算浪费系统资源，也为系统今后的升级留有余地。
4、文氏电桥正弦波发生器电路仿真
4.1.电路搭接好后,调出示波器,连接好后,按下按钮,可以得到稳幅文氏电桥正弦波发生器电路由起振到稳振的波形变化,如图3所示。
4.2.图3（a）所示电路的起振过程截图,时间刻度（timebasescale）为1ms/div,图3（b）为稳定后的波形,图3（c）为将时间刻度（timebasescale）调大为20ms/div后,电路的起振效果图,正弦波的周期和频率可从图中读出。
注意输出信号的幅值仅与运算放大器的供电电源设置有关,若要控制信号的幅值,可在输出端加稳压元件进行限幅。
4.3.结束语本文对文氏电桥正弦波振荡电路进行了仿真,仿真过程中改变元器件参数,使电路工作于不同状态,从而获得不同的工作波形。
通过上例分析可见,仿真软件Multisim10可用于电子电路的仿真分析,可广泛应用于课堂教学、实验教学、电子设计等方面。
仿真技术进入教学领域,使得教育技术的发展又上了一个台阶。
特别是渗透到电子技术教学、实验教学等领域,简化了设计过程,节约了实验器材和仪器仪表的损耗,值得推广使用。
5、总结
本次课程设计中遇到一些课堂中从未有过的问题，通过网络查找和同学交流，大大促进了设计进程。
并在过程中进一步提高自身的创作、创新水平，扎实基础，扩展所学。
并且此次课程设计，基于课程理论知识和网上资料，使我对数字信号处理课程有了更深一步的了解和掌握，对利用CCS软件编程的数字信号处理方法有了进一步的了解。
在理论课的基础上进行实验实习，是对本门课程的深入学习和掌握，在以后的工作学习中，数字信号的处理都是采用计算机仿真的方法进行测试，因此，掌握基于计算机的数字信号处理方法对以后的工作和学习有很大的帮助。
这样一个课程设计对我们的发展有着极大的帮助！
参考文献
[1]彭介华.电子技术课程设计指导[M].北京:
高等教育出版社.1999.
[2]童诗白.模拟电子技术基础（第三版）[M].北京:
高等教育出版社.2000.
[3]郑步生.Multisim2001电路设计及仿真入门与应用[M].北京:
电子工业出版社,2002.
[4]蔡忠法.电子技术实验与课程设计[M].浙江:
浙江大学出版社,2003.
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[6]郝宁眉.双极型晶体管温度特性的Multisim仿真研究[J].仪表技术与传感器,2010,4:
81-84.
[7]邓维礼.基于Multisim的准静态电荷放大器仿真分析[J].国外电子测量技术,2009,28（4）:
24-26.
[8]肖兵.基于MATLAB和DSP的滤波器硬件在环实时仿真[J].国外电子测量技术,2010,29（10）:
10-13.
[9]严刚峰,黄显核.基于随机微分方程的振荡器相位噪声研究[J].电子测量与仪器学报,2009,23（12）:
49-54.[10]吴石林,张玘,黄芝平.基于正交实验的Spherica-lcymbal换能器谐振频率优化[J].仪器仪表学报,2010,21（3）:
682-688.
附录
1.运算放大器和文氏电桥反馈网络组成的基本振荡电路模型如图1所示
图1振荡电路模型
2.稳幅文氏电桥正弦波发生器电路由起振到稳振的波形变化,如图3所示
图3起振到稳振的波形变化
3.电路的起振过程截图如图图3（a）
图3（a）振过程截图
4.稳定后的波形图如图3（b）所示
图3（b）稳定后的波形
5.电路的起振效果图如图3（c）所示
图3（c）起振效果
指导教师评语
成绩（60%）
指导教师签字：
年月日
答辩过程及评价
成绩（40%）
答辩小组签字：
年月日
院综合意见
综合成绩
分管院长签字（盖章）：
年月日
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