数控复制三角波发生器设计报告

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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：2023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好多种.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31、设计任务和要求4

1.1设计任务41.2设计要求42、系统设计5

2.1系统要求52.2方案设计52.3系统工作原理53、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83.1.2仿真图83.2三角波产生电路9

3.2.1电路结构93.2.2仿真图93.2.3元器件及参数113.3数字显示部分12

3.3.1电路结构123.3.2元器件及参数13

4、系统仿真185、电路安装、调试与测试19

5.1电路安装195.2电路调试205.3测试结果及分析20

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，档位通过按键调理；

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，用试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，档位通过按键调理；

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upun时工作在正饱和区，而当unup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

11uinuo

RuR1uoR1R2

up2in

11R1R2

R1R2

根据翻转条件，令上式右方为零，得此时的输入电压

uin

R1R

uo1UZUthR2R2

Uth称为阈值电压。滞回电压比较器的直流传递特性如下图。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。假使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

假使给图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

U1t0th

Uth

2RCt(UZ)dt0

或

2U1Tth

RCUZ2UR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,假使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，假使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理电阻的元件，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。

由于我们要输出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，当然假使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。最终在C2两端接一个输出电源的插针，可用于与其它用电器连接,譬如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，简单烧坏。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为低电平日，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为低电平日，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，假使计数控制端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均为高电平日，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为高电平日，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。在不外加门电路的状况下，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（BI）应为高电平＿＿＿＿＿

或开路对于输出为0时还要求脉冲消隐输入（RBI）为高电平或者开＿＿＿

路。当BI为低电平日，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（LT）为高电平＿＿＿＿＿＿＿＿

时，Ya－Yg为低电平，脉冲消隐输出（RBO）也变为低电平。当B＿＿＿＿＿

I为高电平或开路时，LT为低电平可使Ya－Yg均为高电平。48与248的引出端排列、功能和电特性均一致，区别仅在显示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

＿＿＿＿＿＿＿＿

BI/RBO消隐输入（低电平有效）/脉冲消隐输出（低电平有效）＿＿＿＿

LT灯测试输入端（低电平有效）＿＿＿＿＿

RBI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1～2mA，最大极限电流也只有10～30mA，所以它的输入端在5V电源或高于TTL高电平(3.5V)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

CC40518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，与控制信号的规律状态无关。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阻止端O/I公共输出/输入端VDD正电源VEE模拟信号地Vss数字信号地规律符号：

图3.3.2.4

引出端排列（俯视）：

图3.3.2.5

规律表达式：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本卷须知

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。为了防止袒露的引线短路，必需使用带套管的导线，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.对屡屡使用过的集成电路的引脚，必需修理整齐，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，目的是走线便利。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，不能为了临时走线便利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。为了查线便利，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45