电子工艺课程设计方波三角波正弦波发生器

1、 广州大学松田学院课程设计论文课程名称： 电子工艺课程设计 设计选题： 方波_三角波_正弦波发生器_ 姓 名： 学 号： 专业班级： 09电气工程及其自动化 指导教师： 2011 年 12 月 21 日方波_三角波_正弦波发生器0907020134汪永平摘 要波形发生器广泛地应用于各大院校和科研场所。随着科技的进步，社会的发展，单一的波形发生器已经不能满足人们的需求，而我们设计的正是多种波形发生器。本文利用脉冲数字电路原理设计了多种波形发生器，该发生器可通过555数字芯片，运放来组成rc积分电路，低通滤波电路来分别实现方波，三角波和正弦波的输出。它的制作成本不高，电路简单，使用方便，有效的节省

2、了人力，物力资源，具有实际的应用价值。关键词：多谐振荡器；积分电路；低通滤波电路目 录摘要 1.设计要求12方波、三角波、正弦波发生器方案22.2方案二原理框图22.3 函数发生器的选择方案33各组成部分的工作原理43.1 方波发生电路的工作原理43.2 方波-三角波转换电路的工作原理53.3三角波-正弦波转换电路的工作原理63.4总电路图74.用multisim10电路仿真84.1输出方波电路的仿真84.2方波三角波电路的仿真84.3方波正弦波电路的仿真95 protel制图及pcb板的制作和电路的安装115.1 pcb原理图115.2pcb布线图115.3pcb板三维图125.4. pcb

3、板底层布线图135.5 将各元件安装到pcb板上146电路的实验结果及分析166.1方波波形产生电路的实验结果166.2 方波-三角波转换电路的实验结果166.3正弦波发生电路的实验结果176.4实验结果分析177实验总结188仪器仪表清单19参考文献20附 录21方波三角波正弦波函数信号发生器1.设计要求1设计、组装、调试方波、三角波、正弦波发生器。2输出波形：方波、三角波、正弦波；3频率范围 ：在501000hz范围内可调 ；2方波、三角波、正弦波发生器方案2.1方案一原理框图 图1 方波、三角波、正弦波、信号发生器的原理框图首先由555定时器组成的多谐振荡器产生方波，然后由积分电路将方波

4、转化为三角波，最后用低通滤波器将方波转化为正弦波，但这样的输出将造成负载的输出正弦波波形变形，因为负载的变动将拉动波形的崎变。2.2方案二原理框图正弦波方波三角波积分电路电压比较器rc正弦波振荡电路 图2 正弦波、方波、三角波信号发生器的原理框图rc正弦波振荡电路、电压比较器、积分电路共同组成的正弦波方波三角波函数发生器的设计方法，电路框图如上。先通过rc正弦波振荡电路产生正弦波，再通过电压比较器产生方波，最后通过积分电路形成三角波。此电路具有良好的正弦波和方波信号。但经过积分器电路产生的同步三角波信号，存在难度。原因是积分器电路的积分时间常数是不变的，而随着方波信号频率的改变，积分电路输出的

5、三角波幅度同时改变。若要保持三角波幅度不变，需同时改变积分时间常数的大小。2.3 函数发生器的选择方案函数发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等电压波形的电路或仪器。根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，使用的器件可以是分立器件(如低频信号函数发生器s101全部采用晶体管)，也可以采用集成电路(如单片函数发生器模块8038)。为进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术，本课题未采用单片函数发生器模块8038。方案一的电路结构、思路简单，运行时性能稳定且能较好的符合设计要求，且成本低廉、调整方便，关于输出正弦波波形的变形，可以通过可变电阻的调节来调整。而方案二，关

6、于三角波的缺陷，不是能很好的处理，且波形质量不太理想，且频率调节不如方案一简单方便。综上所述，我们选择方案一。3各组成部分的工作原理3.1 方波发生电路的工作原理图3 由555定时器组成的多谐振荡器 利用555与外围元件构成多谐振荡器，来产生方波的原理。用555定时器组成的多谐振荡器如图3所示。接通电源后，电容c2被充电，当电容c2上端电压vc升到2vcc/3时使555第3脚v0为低电平，同时555内放电三极管t导通，此时电容c2通过r3、rp放电，vc下降。当vc下降到vcc/3时，v0翻转为高电平。电容器c2放电所需的时间为tpl= ( r3 +rp) c2ln2 (3-1) 当放电结束时

7、，t截止，vcc将通过r1、r3、rp 向电容器c2充电，vc由vcc/3 上升到2vcc/3所需的时间为tph= (r1+r3+ rp) c2ln2=0.7( r1+r3+ rp) c2 (3-2) 当vc上升到2vcc/3时，电路又翻转为低电平。如此周而复始，于是，在电路的输出端就得到一个周期性的矩形波。电路的工作波形如图4，其震荡频率为f=1/（tpl+tph）=1.43/(r1+2r3+2rp) c2 (3-3) 图4 由555定时器组成的多谐振荡器工作波形3.2 方波-三角波转换电路的工作原理 图5 积分电路产生三角波 rc积分电路是一种应用比较广泛的模拟信号运算电路。在自动控制系统

8、中，常用积分电路作为调节环节。此外，rc积分电路还可以用于延时、定时以及各种波形的产生或变换。由555定时器组成的多谐振荡器输出的方波经c4耦合输出，如图5所示为rc积分电路，再经r与c积分，构成接近三角波。其基本原理是电容的充放电原理。 3.3三角波-正弦波转换电路的工作原理图6 三角波产生正弦波原理图原理：采用低通滤波的方法将三角波变换为正弦波。3.4总电路图 图7 函数发生器总电路图总电路图的原理：555定时器接成多谐振荡器工作形式，c2为定时电容，c2的充电回路是r2r3rpc2；c2的放电回路是c2rpr3ic的7脚(放电管)。由于r3+rpr2，所以充电时间常数与放电时间常数近似相

9、等，由ic的3脚输出的是近似对称方波。按图所示元件参数，其频率为1khz左右，调节电位器rp可改变振荡器的频率。方波信号经r4、c5积分网络后，输出三角波。三角波再经r5、c6积分网络，输出近似的正弦波。c1是电源滤波电容。发光二极管vd用作电源指示灯。 4.用multisim10电路仿真4.1输出方波电路的仿真 用multisim10电路仿真软件进行仿真。从multisim10仿真元件库中调出所需元件，按电路图接好线路，方波输出端接一个虚拟的示波器，接通电源后，可得如图8所示的输出方波仿真图。图8 输出方波电路的仿真4.2方波三角波电路的仿真方法同输出方波电路的仿真方法，可得图9所示的方波转

10、三角波波形仿真图。 (a)(b) (c)图9方波转三角波波形(a)方波、(b)三角波、(c)方波与三角波重合4.3方波正弦波电路的仿真方法同输出方波电路的仿真方法，可得图10所示的三角波转正弦波波形仿真图。 (a) (b)图10 三角波转正弦波形图(a)三角波、(b)正弦波仿真结果完全符合设计要求，说明电路图可行，接下来就是pcb制图、制板、焊接、调试。5 protel制图及pcb板的制作和电路的安装5.1 pcb原理图利用dxp 2004制图软件进行制图。打开dxp 2004制图软件，创建一个项目：pcb项目，然后在这个pcb项目里创建一个原理图和一个pcb文件。在原理图上，从软件的元件库里

11、调出所需元件，按电路图接好线，可得如图11所示的正弦波、三角波、方波原理图。 图11 正弦波、三角波、方波产生原理图5.2pcb布线图将protel制图软件中的pcb原理图封装，布线。点击软件菜单栏中“设计”按钮，然后点击其下的“update pcb document.pcb2pcbdoc”按钮，就将pcb原理图封装，布线到创建的pcb文件上，如图12所示的pcb布线图.图12 pcb布线图5.3pcb板三维图 在pcb布线图的视图中，点击菜单栏中的“查看”按钮，然后点击其下的“显示三维pcb板”按钮，就得到如图13所示的pcb板三维图。 图13 pcb板三维图5.4. pcb板底层布线图在p

12、cb布线图的视图中，点击菜单栏中的“文件”按钮，然后点击其下的“打印预览”按钮，在出现的各图中就有如图14所示的pcb板底层布线图。图14 pcb板底层布线图5.5 将各元件安装到pcb板上(1)把555集成块插入pcb板，注意方向，然后焊接好。(2)注意直流源的正负及接地端。(3) 分别把各电阻，电容放入所定位置，注意电容的极性，然后焊接好。安装完各元件后的得到的电板实物图：图16 如图16所示6电路的实验结果及分析6.1方波波形产生电路的实验结果把电路板的电源接好，将输出端接示波器，进行整体测试、观察。针对其出现的问题，进行排查校验，使其满足实验要求。可得到实测方波波形如图18所示：图17

13、 实测方波波形其部分参数如下所示： vpp=5.86v，prd=969.6us，vavg=720mv，freq=1.03khz6.2 方波-三角波转换电路的实验结果实测三角波波形如图19所示：图18 实测三角波波形6.3正弦波发生电路的实验结果 由示波器实测正弦波波形图为：图19 实测正弦波波形由图可知波形有一点失真。波形有些失真调节rp可改变幅频、幅值大小。 6.4实验结果分析 输出的各波形的参数范围有些许的偏差，是因为在各原件的参数选择上有些偏差。正弦波稍微有点失真是因为积分电路中充放电的时间不够。7实验总结为期三个星期的课程设计已经结束，在这三星期的学习、设计、焊接过程中我感触颇深。使我

14、对抽象的理论有了具体的认识。通过对函数信号发生器的设计，我掌握了常用元件的识别和测试；熟悉了常用的仪器仪表；了解了电路的连接、焊接方法；以及如何提高电路的性能等等。通过对函数信号发生器的设计，我还深刻认识到了“理论联系实际”的这句话的重要性与真实性。而且通过对此课程的设计，我不但知道了以前不知道的理论知识，而且也巩固了以前知道的知识。最重要的是在实践中理解了书本上的知识，明白了学以致用的真谛。也明白老师为什么要求我们做好这个课程设计的原因。他是为了教会我们如何运用所学的知识去解决实际的问题，提高我们的动手能力。在整个设计到电路的焊接以及调试过程中，我个人感觉调试部分是最难的，因为你理论计算的值

15、在实际当中并不一定是最佳参数，我们必须通过观察效果来改变参数的数值以期达到最好。而参数的调试是一个经验的积累过程，没有经验是不可能在短时间内将其完成的，而这个可能也是老师要求我们加以提高的一个重要方面吧！其次，这次课程设计提高了我的团队合作水平，使我们配合更加默契，体会了在接好电路后测试出波形的那种喜悦，体会到成功来自于汗水，体会到成果的来之不易。在实验过程中，我们遇到了不少的问题。比如：波形失真，甚至不出波形这样的问题。在老师和同学的帮助下，把问题一一解决，那种心情别提有多高兴啦。实验中暴露出我们在理论学习中所存在的问题，有些理论知识还处于懵懂状态，老师们不厌其烦地为我们调整波形，讲解知识点

16、，实在令我感动。还有就是在实验中，好多同学被电烙铁烫伤了，这不得不让我想起安全问题，所以在以后的实验中我们应该注意安全，特别是在特殊的地方或者使用特殊工具时，如电烙铁，电钻，腐蚀机时，一定要特别注意，不让危险事故发生。还有值得我们自豪的就是我们的线路连得横竖分明，简直就是艺术，当然，我们也有很多不足的地方，制板三次才成功，浪费了很多材料，锡焊还不是很会用，焊接的很粗糙。最后用一句话来结束吧：“实践是检验真理的唯一标准”。（本人负责pcb版的绘制和multisim10的仿真及元器件的焊接）8仪器仪表清单设计所用仪器及器件如表一所示：表一 仪器清单表类型规格数量备注电阻0.51kw/55v11kw/110v115kw/220v147kw/220v110kw/110v3滑动变阻器20kw/220v1芯片555芯片1电容100uf/18v110uf/14v10.47uf/8v10.1uf/6v20.01uf/5v2开关按键开关1参考文献1 康华光.电子技术基础（数字部分）m.第五版.北京：高等教育出版社，2