数控幅值三角波发生器.docx

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数控幅值三角波发生器

电子技术综合训练任务书8

2010年秋季学期

学生姓名

学号

班级

题目名称

数控幅值三角波发生器制作

一、设计内容及技术要求：

设计并制作一个三角波发生器，

基本要求如下：

1、能够输出频率为100HZ-1KHZ的三角波信号；

2、输出信号幅值范围为1---5V，在该范围内将输出信号的幅值分为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的工频交流电供电；

（注：

直流电源部分仅完成设计即可，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）

5、按照以上技术要求设计电路，绘制电路图，对设计的电路用Multisim或OrCAD/PspiceAD9.2进行仿真，用万用板焊接元器件，制作电路，完成调试、测试，撰写设计报告。

发挥部分：

1、测量信号的频率并指示；

2、其它恰当的功能。

二、提交成果：

1、设计报告

2、作品

3、电路原理图：

要求提交两份，一份为CAD/EDA软件绘制，另一份为手工绘制，图纸大小自定，但要符合标准，电路图绘制要规范。

三、设计进度：

1、时间：

三周

2、进度安排：

（1）第一周选题，熟悉题目，分析要求，查找资料，选择方案，优化方案，确定原理方框图，单元电路设计，选择元器件；

（2）第二周进行电路仿真，确定电路原理图，画出电路原理图，购买元器件，焊接电路；

（3）第三周电路调试，电路测试，绘制电路原理图，完成设计报告，答辩。

指导教师签字：

摘要

三角波主要用在CRT作显示器件的扫描电路中.如示波器,显像管,显示器等.三角波的特点是电压渐渐增大突然降到零.正好适合用于扫描电路中，所以三角波有很重要也很普遍的用途，设计及实验结果表明,该信号发生器所生成的三角波信号不仅斜波部分具有良好的性线,而且其频率和幅值均可调。

关键词：

扫描电路文氏电桥过零比较积分电路

目录

1设计任务和要求…………………………………………………………

1.1设计任务……………………………………………………………

1.2设计要求……………………………………………………………

2系统设计…………………………………………………………………

2.1方案设计……………………………………………………………

2.2方案选取……………………………………………………………

2.3系统工作原理………………………………………………………

3单元电路设计……………………………………………………………

3.1直流稳压电路…………………………………………………………

3.2三角波产生电路…………………………………………………………

3.2.1正弦波产生电路………………………………………………

3.2.2方波产生电路…………………………………………

3.2.3三角波产生电路………………………………………………

3.3数字控制显示电路…………………………………………………………

3.3.1显示电路…………………………………………………………

3.2.2开关电路…………………………………………………………

4系统仿真……………………………………………………………………

5电路安装、调试与测试……………………………………………………

5.1电路安装………………………………………………………………

5.1.1元器件布局……………………………………………………

5.1.2焊接………………………………………………………………

5.2电路调试………………………………………………………………

5.3系统功能及性能测试…………………………………………………

5.3.1测试方法设计……………………………………………………

5.3.2测试结果及分析…………………………………………………

6总结……………………………………………………………………………

7附录……………………………………………………………………………

1.设计任务及要求

1.1设计任务

根据所学知识以及通过操作multisim仿真软件来设计三角波发生电路，并进行仿真，然后购买器件进行焊接及调试。

1.2设计要求

1、输出三角波信号频率为100HZ-1000HZ；

2、输出信号幅值范围为1---5V，在该范围内将输出信号的幅值分为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、三角波发生器用220V/50HZ的工频交流电供电。

（直流电源部分仅完成设计即可，不需制作，用实验室稳压电源调试）

2.系统设计

2.1方案设计

能够同时产生方波、三角波的电路形式很多，常见实现方法有以下几种：

由555定时器或单稳态电路产生方波，然后将方波送入积分电路得到三角波，构成方波——三角波发生电路；有施密特触发器和积分电路构成产生方波——三角波发生电路；有多谐振荡产生方波在产生三角波；由正弦波发生器（如文氏电桥振荡器）产生正弦波，然后将正弦波送入过零比较器得到方波，再将方波积分得到三角波，由此构成方波三角波发生电路由此构成方波三角波发生电路；由单片函数发生器（如ICL8030）构成方波——三角波发生电路；用DDS（DirectDigitalSynthesizer直接数字频率合成技术）技术产生方波、三角波等等。

2.2方案选取

方案一：

图1方波三角波发生电路

此方案是利用多谐振荡电路产生方波，再用积分电路产生三角波。

T=（Rf1+Rf2）C㏑（1+2R3／R2）

但由于设计要求三角波要能调频，且占空比为一比一,所以此方案在调频的时候会引起占空比的变化，顾此方案不是最佳方案。

方案二：

图2

该方案与其他方案不同的是输出译码电路采用A/D转换器，将输出的模拟信号转换为数字信号，幅值分为八个档位用译码器输出，但是模数转换器的造价过高，使得制造成本过高，而且模数转换器的本事参数先限定了他的工作准确性，从而不能很好的实现所要求的功能。

方案三：

数字控制和显示电路

图3

波形发生电路：

图4

从电路所提供的幅值造价以及性能等条件综合来看，方案三最为合适，波形产生电路产生符合要求的100HZ-1KH为5V的波形，译码显示电路通过脉冲信号来控制档位输出，这两部分通过一个CD4051连接，进行输出信号的选择，这里波形的选择运用了电阻分压的工作原理，通过CD4051进行选择。

CD4051相当于一个单刀八掷开关，开关接通哪一通道，由输入的3位地址码ABC来决定。

“INH”是禁止端，当“INH”=1时，各通道均不接通。

此外，CD4051还设有另外一个电源端VEE，以作为电平位移时使用，从而使得通常在单组电源供电条件下工作的CMOS数字信号能直接控制这种多路开关，并使这种多路开关可传输峰－峰值达15V的交流信号。

例如，若模拟开关的供电电源VDD=＋5V，VSS=0V，当VEE=－5V时，只要对此模拟开关施加0～5V的数字控制信号，就可控制幅度范围为－5V～＋5V的模拟信号。

通过分析

2.3系统工作原理

先让RC电路产生自激振荡产生正弦波，再将正弦波通入过零比较器产生方波，然后在将三角波输入积分电路产生三角波。

三角波幅值的控制在正弦波上控制，幅值用电阻分压的方法在三角波输出端控制，控制部分用按键控制74LS160的触发脉冲来进行计数在经过模拟开关进行通路的选择，显示部分用译码器及显示驱动电路和LED灯显示不同档位。

原理方框图：

方波

过零比较器

正弦波

文氏电桥

滑动变阻器

积分电路

CD4051

74LS160

脉冲

幅值可控三角波

74LS48

LED灯显示

3单元电路的设计

3.1直流稳压电路

1，基本要求

要求设计制作一个多路输出直流稳压电源，可将220V/50HZ交流电转换为多路直流稳压输出：

+12V/1A，-12V/1A，+5V/1A，-5V/1A的电源。

2，基本原理与设计思路：

直流稳压电源一般由电源变压器T、整流滤波电路及稳压电路所组成，基本框图如下。

（1）电源变压器T的作用是将电网220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压Ui。

变压器副边与原边的功率比为P2/P1=η，式中η是变压器的效率。

（2）整流滤波电路：

整流电路将交流电压U1变换成脉动的直流电压。

再经滤波电路滤除较大的纹波成分，输出纹波较小的直流电压U1。

常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。

电路图：

（3）稳压电路：

按设计要求，所需的电源为±12v和±5v,因此稳压电路用7805和7812来获取所需的电压。

（4）总的原理图：

设二次侧电压为V2,输出电压为V0，则V2=1.2V0，整流二极管的容许通过电流为2A到3A。

将以上7805换成7812得±12V的稳压电源。

3.2三角波产生电路

3.2.1正弦波产生电路的设计与产生

图5正弦电路产生电路

仿真波形：

RC桥式振荡由放大电路和选频电路两部分组成，其选频特性如下：

令R=R4=R1C1=C2=C

Z1=R+

=

Z2=

=

反馈系数Fv=

当w0=

则上式变为Fv=

由此可得选频网络的幅频响应

Fv=

＆=-

由上知当w=w0=

时f=f0=

知调R就可以调节正弦波的频率，取C=10nf,在满足涉及面要求的情况下由计算的人R的变化范围为16Kohm-160Kohm。

当AV=1+

稍大于或等于3时才能够达到稳定状态所以R11取5Kohm,R4取2.5Kohm。

3.2.2方波电路的产生

图6方波产生及稳压电路

仿真波形：

方波由过零比较器产生，在输出端加稳压二极管会有很大电流，所以在二极管前面加较大的限流电阻然后将5V的电压送入后一级的输入端。

3.2.3三角波电路的产生

图7三角波产生电路

仿真波形:

三角波有方波通过积分电路产生，设输入为v1，输入为v0的他们之间的关系为v0=－

这里积分时间为正弦波的周期选固定的周期值取一定的电容经计算可以得出固定的输出值；去前面滑动变阻器的阻止为50KΩ,C3=330nf,R10=10KΩ要是输出电压为5V，带入上式得R6=2.5KΩ

3.3数字控制显示电路

3.3.1显示电路

图8显示电路

显示电路是通过脉冲控制74LS160计数，把他接成8进制给一次脉冲计数一次，然后在经过译码器的驱动，在LED灯上显示档位。

3.3.2开关电路

开关电路由CD4051控制，由于multisim软件库中无CD4051，用74HC273代替，但无法仿真！

4系统仿真

总电路图：

图9

仿真波形：

图中每格为2V

（1）

（2）

（3）

（4）

（5）

（6）

（7）

（8）

5电路安装、调试与测试

5.1电路安装

5.1.1元器件布局

三大模块：

第一模块是RC振荡电路产生正弦波，滞回电压比较器产生方波，积分电路产生三角波；第二模块为由cd4051构成的开关电路；第三模块为由74ls160、74ls148、及非门构成的数字信号发生部分。

5.1.2焊接

对焊接点的基本要求 ：

1 、焊点要有足够的机械强度，保证被焊件在受振动或冲击时不致脱落、松动。

不能用过多焊料堆积，这样容易造成虚焊、焊点与焊点的短路。

2 、焊接可靠，具有良好导电性，必须防止虚焊。

虚焊是指焊料与被焊件表面没有形成合金结构。

只是简单地依附在被焊金属表面上。

3 、焊点表面要光滑、清洁 ， 焊点表面应有良好光泽，不应有毛刺、空隙，无污垢，尤其是焊剂的有害残留物质，要选择合适的焊料与焊剂。

手工焊接的基本操作方法 

1焊前准备 

准备好电烙铁以及镊子、剪刀、斜口钳、尖嘴钳、焊料、焊剂等工具，将电烙铁及焊件搪锡，左手握焊料，右手握电烙铁，保持随时可焊状态。

2 用烙铁加热备焊件。

3 送入焊料，熔化适量焊料。

4 移开焊料。

5 当焊料流动覆盖焊接点，迅速移开电烙铁。

掌握好焊接的温度和时间。

在焊接时，要有足够的热量和温度。

如温度过低，焊锡流动性差，很容易凝固，形成虚焊；如温度过高，将使焊锡流淌，焊点不易存锡，焊剂分解速度加快，使金属表面加速氧化，并导致印制电路板上的焊盘脱落。

尤其在使用天然松香作助焊剂时，锡焊温度过高，很易氧化脱皮而产生炭化，造成虚焊。

拆焊的方法 :

在调试、维修过程中，或由于焊接错误对元器件进行更换时就需拆焊。

拆焊方法不当，往往会造成元器件的损坏、印制导线的断裂或焊盘的脱落。

良好的拆焊技术，能保证调试、维修工作顺利进行，避免由于更换器件不得法而增加产品故障率。

通过电路设计图。

我们就可以购买器件进行安装焊接，安装时先将各模块器件放上电路板进行合理分配。

分配好后，按照各模块分别连接和检验，待各模块连接好后再总体连在一起。

焊接时要注意先接器件的引脚再接其他导线，准确按照设计图连接，千万不能接错，更不能短路。

焊接注意事项：

待镀面应该保持清洁。

温度要足够。

要使用有效的焊剂。

要注意焊烙铁的安全使用。

谨防焊接短路。

在焊接过程中要理清接线，必要时做标记。

元器件引线成型注意事项：

所有元器件引线均不得从根部弯曲。

弯曲一般不要成死角，圆弧半径应大于直径的1倍到2倍。

要尽量将有字符的元器件面置于容易观察的位置。

元器件插装注意事项：

贴板与悬空插装。

安装应注意元器件字符标记方向一致，容易读出。

安装时不要用手直接碰元器件引线和印刷板上铜箔。

插装后为了固定可对引线进行弯折处理。

焊接步骤：

1，准备施焊2，加热焊件3，融化焊料

移开焊锡5，移开烙铁

焊前处理：

减去多余引线，注意不要对焊点施加剪切力以外的其它力。

检查印制板上所有元器件引线焊点，修补缺陷。

根据工艺要求选择清洁液清洗印制板。

一般使用松香焊剂的印刷版不用清洗。

5.2电路调试

利用5V电源进行调试，将电路板和电源箱正确接线，确保线没接反，输出端可与示波器相连进行调试。

调试是也按每个小模块进行检测。

若出现结果失真，依据理论知识调整参数即可；若连结果都不出现，则要按模块逐个检查电路：

首先检查接线是否有误，再检查是否有短路或虚焊的地方，可用万用表或发光二极管（看二极管是否亮或亮度变化）进行检测。

不断调试，直到成功为止。

调试中遇到的问题：

正弦波产生电路失真：

经分析得知是反馈电阻大了，文氏振荡电路要求振荡稳定时满足Rf，但由于起振时要求Rf，所以即要使电路振荡，又要保证在振荡稳定时Rf不会比2R大太多。

电路焊接完成后的调试中，波形产生部分出现的问题主要是实际的结果并不能像仿真结果一样完美，主要是器件的参数性能以及周围环境问题导致，而且示波器上的显示出现了跳跃以及毛刺等现象，有时还会伴有幅值以及频率的无规则变化，这应该主要是由于示波器本身工作精度以及电路焊接问题导致的干扰，特别是电容、电阻等器件的连接不牢固以及器件本身参数性能。

对于译码显示电路部分，首先就是数码管的上拉电阻问题，上面已经阐述并且找到解决方法，其次就是在给74LS160脉冲信号时，由于器件原因，所给脉冲信号质量不是很好，所以导致数码显示会出现跳跃情况，比如，会出现从“1”跳跃到“4”，从“5”、跳跃到“2”等等。

为了解决这个问题，所以此处还有待改进。

5.3系统功能及性能测试

5.3.1测试方法设计

当电源接通后，模拟电路信号发生部分开始工作产生三角波，通过数字电路按键开关给741s160一个触发脉冲，产生输出信号0000，驱动CD4051使I0通道导通此时输出最小幅值的三角波，继续加触发脉冲输出0001，驱动I1通道导通……当741s160输出信号为1000时，由非门返回输入端使74LS160清零。

至此cd4051的八个通道个导通一次，输出八个档位幅值的三角波。

5.3.2测试结果及分析

经测试在低档位时三角波失真程度较大，可调节分压电阻及积分电路电容进行协调改进。

6.总结

1、74ls160可以转变为十进制以内的任意进制计数器。

2、八路模拟开关可以只选择其中的部分通道输出需要的信号。

3、实践永远是检验真理的唯一标准，这次课设充分证明了这一点，通过实际动手操作，我不仅加深了对课本知识的理解更学会了知识的应用。

4、这次训练是我第一次系统的体会从动手查资料、设计电路到仿真再到购买器件焊接电路的全过程，感觉收获很大。

同时也感受的到了队友之间相互协作的默契，每当问题快得到决时心情特别紧张，遇到问题时队友一起探讨，在我们地不断努力、不断探索、不断改进下终于将电路设计好并且调试成功，团结就是力量，相互协作分工明确才能提高工作效率，而且我们组是比较早焊接和调试成功的，感觉很有成就感！

其实在刚拿到训练设计题目时感觉很茫然，无从下手，只有设计要求，没有资料、没有工具材料，一切都是从零开始！

我们只能分工进行，上网查找资料以及查阅相关书籍并结合课本所学知识，最后进行设计探讨并且利用Multisim进行仿真，如果没有Multisim我们必定会在设计电路上绕上很多弯路。

5、本次设计中采用电路模块化理念，将本来非常复杂的电路分解成一个个简单的单元电路，然后设计单元电路，单元电路设计起来就简单多了。

最后将每个单元电路连接起来便成了一个复杂的，具有特定功能的电路。

这种设计电路的思想在设计大型电路时尤为突出，每个工程师只需要负责自己的一块电路，然后汇总就好了！

本次训练遇到了不少困难，但在老师同学的帮助以及队友的合作下，还是将问题逐步解决了！

个人感觉收获最大的就是学会了设计电路的方法和分析问题解决问题的思想！

以及理论知识与实际结合的能力！

7附录

原件清单：

使用集成电路：

LM348、CD4051、74LS48、74LS160、7406N

使用电阻及阻值：

滑动变阻器B100K

300Ω×9、1KΩ、2KΩ、3KΩ、2.5KΩ、5KΩ、10KΩ×11、16.5KΩ

使用电容及容量：

10nf×2、330nf

使用稳压管及稳压幅值：

IN47335.1V×2；

使用数码管：

共阴极数码管

开关：

按键开关

元件分析

LM348

LM348是四运放集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装，外形如图所示。

它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。

每一组运算放大器可用图1所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。

两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。

由于LM324四运放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点，因此被广泛应用在各种电路中。

74LS160

74LS160是常用的4位二进制计数器，在数字电路以及单片机系统中由非常广泛的应用.从上图可知，74LS160计数器具有清零信号/MR，使能信号CEP，CET，置数信号PE，时钟信号CP和四个数据输入端P0~P3，四个数据输出端Q0~Q3，以及进位输出TC，且TC=Q0·Q1·Q2·Q3·CET。

电路中由两个与非门构成单脉冲发生器，74LS160计数器对其产生的脉冲进行计数，计数结果送入字符译码器并驱动七段数码管，使数码管显示单脉冲发生器产生了多少个脉冲信号。

74160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，其主要电特性的典型值如下：

型号 FMAX PD

CT54160/CT74160 32MHz 305mW

CT54LS160/CT74LS160 32MHz 93mW

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。

1.异步清零功能

只要（CR的非）有效电平到来，无论有无CP脉冲，输出为“0”。

在图形符号中，CR的非的信号为CT=0，若接成七进制计数器，这里要特别注意，控制清零端的信号不是N-1（6），而是N（7）状态。

其实，很容易解释，由于异步清零端信号一旦出现就立即生效，如刚出现0111，就立即送到（CR的非）端，使状态变为0000。

所以，清零信号是非常短暂的，仅是过度状态，不能成为计数的一个状态。

清零端是低电平有效。

2.同步置数功能

当（LD的非）为有效电平时，计数功能被禁止，在CP脉冲上升沿作用下D0～D3的数据被置入计数器并呈现在Q0～Q3端。

若接成七进制计数器，控制置数端的信号是N（7）状态，如在D0～D3置入0000，则在Q0～Q3端呈现的数据就是0110。

此外，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。

管脚图注释：

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

74LS48

译码器是一种具有“翻译”功能的逻辑电路，这种电路能将输入二进制代码的各种状态，按照其原意翻译成对应的输出信号。

有一些译码器设有一个和多个使能控制输入端，又成为片选端，用来控制允许译码或禁止译码。

，74LS48是一种3线—8线译码器，三个输入端C、B、A共有8种状态组合（000—111），可译出8个输出信号Y0—Y7。

这种译码器设有三个使能输入端，当G2A与G2B均为0，且G1为1时，译码器处于工作状态，输出低电平。

当译码器被禁止时，输出高电平。

7448输出高电平有效，用以驱动共阴极显示器。

该集成显示译码器设有多个辅助控制端，以增强器件的功能。

7448的功能表如下所示，他有LT、RBI、BI/RBO三个辅助控制端，现简要分别说明如下：

（1）灭灯输入BI/RBO。

BI/RBO是特殊控制端，有时作为输入，有时作为输出。

当BI/RBO作为输入使用，且BI=0时，无论其他输入是什么电平，所有各段输出a~g均为0形熄灭。

，所以字

（2）试灯输入LT。

当LT=0时，BI/RBO是输出端，且RBO=1什么状态，有各段出，此时