一种幅值、周期和占空比可自动调节的锯齿波发生电路[发明专利]

(10)申请公布号 CN 101977041 A
(43)申请公布日 2011.02.16C N 101977041 A
*CN101977041A*
(21)申请号 201010507470.9
(22)申请日 2010.10.15
H03K 4/08(2006.01)
(71)申请人北京联合大学生物化学工程学院
地址100023 北京市北京联合大学生物化学
工程学院（朝阳区垡头西里三区18号）
(72)发明人张念鲁 李秉泉 丁莉 刘朝霞
(74)专利代理机构北京思海天达知识产权代理
有限公司 11203
代理人
魏聿珠
(54)发明名称
一种幅值、周期和占空比可自动调节的锯齿
波发生电路
(57)摘要
本发明是一种幅值、周期和占空比可自动调
节的锯齿波发生电路，属于仪器仪表领域。

包括单
片机、数字电位器、锯齿波发生电路、以及与单片
机连接的键盘电路和显示电路；其特征在于：电
阻R 3、R 4、R 5、R 6为数字电位器中的可调节电阻，单
片机可控制R 3、
R 4、R 5、R 6的电阻值；其中，键盘电路和显示电路作为幅值、周期、占空比的设定和显
示。

本发明的优点在于用数字电位器内的多个可
调节电阻代替普通手动调节电位器，从而通过用
单片机控制数字电位器的电阻值，实现实时改变
锯齿波的幅值、周期和占空比。

(51)Int.Cl.
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请
权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页
1.一种幅值、周期和占空比可自动调节的锯齿波发生电路，包括单片机、数字电位器、锯齿波发生电路、以及与单片机连接的键盘电路和显示电路；其特征在于：单片机的输出控制调节数字电位器中可调节电阻R 3、R 4、R 5、R 6的电阻值，数字电位器的输出控制锯齿波发生器的锯齿波输出；键盘电路和显示电路作为幅值、周期、占空比的设定和显示。

2.根据权利要求1所述的一种幅值、周期和占空比可自动调节的锯齿波发生电路，其特征在于：所述单片机采用芯片型号为89C52，所述数字电位器采用芯片型号为X9241U ，所述锯齿波发生电路由运算放大器，运算放大器采用芯片型号为LM324，各器件之间的具体连接为：
89C52的1、2脚分别连接X9241U 的14、9脚，89C52的20脚连接+5V 电源的地，89C52的40脚连接+5V 电源，X9241U 的4、5、15、16、10脚连接在一起并与+5V 电源的地连接，X9241U 的20脚与+5V 电源连接，X9241U 的3、1、8、6脚连接在一起并与LM324的3脚连接，X9241U 的7脚与LM324的7脚连接，X9241U 的12、18脚连接在一起并与电容C 的一端连接，电容C 的另一端与LM324的7脚连接，X9241U 的11、13脚连接在一起并与二极管D 1的阴极连接，X9241U 的17、19脚连接在一起并与二极管D 2的阳极连接，二极管D 1的阳极与二极管D 2的阴极连接在一起并与X9241U 的2脚连接，X9241U 的2脚连接双向稳压管VZ 的一端，VZ 的另一端+5V 电源的地，X9241U 的2脚连接电阻R 7的一端，电阻R 7的另一端连接LM324的1脚，LM324的2脚连接电阻R 1的一端，电阻R 1的另一端连接+5V 电源的地，LM324的5脚连接电阻R 2的一端，电阻R 2的另一端连接+5V 电源的地，LM324的4脚连接+12V 电源，LM324的11脚连接-12V 电源，+5V 电源与±12V 电源共地。

一种幅值、周期和占空比可自动调节的锯齿波发生电路
技术领域
[0001] 本发明是一种幅值、周期和占空比可自动调节的锯齿波发生电路，属于仪器仪表领域，可用于各种仪器仪表和控制单元中。

背景技术
[0002] 目前的仪器仪表或一些控制单元中的锯齿波发生电路，其幅值、周期、占空比的调节均采用手动调节电位器的方法，实时性较差，这是目前锯齿波发生电路存在的问题；大学中电类学生电子技术实验训练设备与单片机实验训练设备相互独立，实验训练资源没有有机地结合在一起，实验资源利用率低，是一种资源浪费，学生学习的知识也没有有效地、连续地、综合地得到巩固和应用。

发明内容
[0003] 本发明的目的是解决实时调节锯齿波的幅值、周期、占空比，提供一种通过计算机控制数字电位器来实现锯齿波的幅值、周期和占空比的调节。

[0004] 为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：
[0005] 一种幅值、周期和占空比可自动调节的锯齿波发生电路，包括单片机、数字电位器、锯齿波发生电路、以及与单片机连接的键盘电路和显示电路。

单片机的输出控制调节数字电位器中可调节电阻R3、R4、R5、R6的电阻值，数字电位器的输出控制锯齿波发生器的锯齿波输出。

键盘电路和显示电路作为幅值、周期、占空比的设定和显示。

[0006] 在上述一种幅值、周期和占空比可自动调节的锯齿波发生电路中，所述单片机采用芯片型号为89C52，所述数字电位器采用芯片型号为X9241U，所述锯齿波发生电路由运算放大器构成，运算放大器采用芯片型号为LM324，各器件之间的具体连接为：
[0007] 89C52的1、2脚分别连接X9241U的14、9脚，89C52的20脚连接+5V电源的地，89C52的40脚连接+5V电源，X9241U的4、5、15、16、10脚连接在一起并与+5V电源的地连接，X9241U的20脚与+5V电源连接，X9241U的3、1、8、6脚连接在一起并与LM324的3脚连接，X9241U的7脚与LM324的7脚连接，X9241U的12、18脚连接在一起并与电容C的一端连接，电容C的另一端与LM324的7脚连接，X9241U的11、13脚连接在一起并与二极管D
1
的阴极连接，X9241U的17、19脚连接在一起并与二极管D
2的阳极连接，二极管D
1
的阳极与
二极管D
2
的阴极连接在一起并与X9241U的2脚连接，X9241U的2脚连接双向稳压管VZ的
一端，VZ的另一端+5V电源的地，X9241U的2脚连接电阻R
7的一端，电阻R
7
的另一端连接
LM324的1脚，LM324的2脚连接电阻R
1的一端，电阻R
1
的另一端连接+5V电源的地，LM324
的5脚连接电阻R
2的一端，电阻R
2
的另一端连接+5V电源的地，LM324的4脚连接+12V电
源，LM324的11脚连接-12V电源，+5V电源与±12V电源共地。

[0008] 本发明的优点在于用数字电位器内的多个可调节电阻代替用于改变锯齿波发生电路的幅值、周期和占空比的普通手动调节电位器，从而通过用单片机控制数字电位器的电阻值，实现实时改变锯齿波发生电路的幅值、周期和占空比。

附图说明：
[0009] 图1一种幅值、周期和占空比可自动调节的锯齿波发生电路框图
[0010] 图2一种幅值、周期和占空比可自动调节的锯齿波发生电路图
[0011] 图3一种幅值、周期和占空比可自动调节的锯齿波发生电路波形图
具体实施方式：
[0012] 下面结合附图1、图2、图3对本发明进行详细说明。

[0013] 一种幅值、周期和占空比可自动调节的锯齿波发生电路框图如图1所示，一种幅值、周期和占空比可自动调节的锯齿波发生电路图如图2所示，一种幅值、周期和占空比可自动调节的锯齿波发生电路波形图如图3所示。

在图1中，单片机通过串行通信的方式与数字电位器连接在一起，数字电位器的多个可调节电阻与锯齿波发生电路连接，锯齿波发生电路根据可调节电阻值所确定的幅值、周期和占空比输出相应的锯齿波电压，键盘电路连接单片机可用于键入相应的锯齿波幅值、周期和占空比或其它信息，显示电路连接单片机用于显示设定的锯齿波幅值、周期和占空比或其它信息。

[0014] 图2是具体的连接电路图。

在图2中，89C52为单片机；X9241U为数字电位器，内含4个可调节电阻，其中的1、2、3脚、6、7、8脚、11、12、13脚、17、18、19脚分别为数字电位
器中4个可调节电阻的三个管脚，将这4个可调节电阻分别命名为电阻R
3、R
4
、R
5
、R
6
，其中
1脚、6脚、13脚、19脚为4个电阻的可调节端；LM324为内含4个运算放大器的集成电路芯片，3脚和5脚为其中两个运算放大器的同相输入端，2脚和6脚为这两个运算放大器的反相输入端，1脚和7脚为这两个运算放大器的输出端；具体电路连接如下：
[0015] 89C52的1、2脚分别连接X9241U的14、9脚，89C52的20脚连接+5V电源的地，89C52的40脚连接+5V电源，X9241U的4、5、15、16、10脚连接在一起并与+5V电源的地连接，X9241U的20脚与+5V电源连接，X9241U的3、1、8、6脚连接在一起并与LM324的3脚连接，X9241U的7脚与LM324的7脚连接，X9241U的12、18脚连接在一起并与电容C的一端连接，电容C的另一端与LM324的7脚连接，X9241U的11、13脚连接在一起并与二极管D
1
的阴极连接，X9241U的17、19脚连接在一起并与二极管D
2的阳极连接，二极管D
1
的阳极与
二极管D
2
的阴极连接在一起并与X9241U的2脚连接，X9241U的2脚连接双向稳压管VZ的
一端，VZ的另一端+5V电源的地，X9241U的2脚连接电阻R
7的一端，电阻R
7
的另一端连接
LM324的1脚，LM324的2脚连接电阻R
1的一端，电阻R
1
的另一端连接+5V电源的地，LM324
的5脚连接电阻R
2的一端，电阻R
2
的另一端连接+5V电源的地，LM324的4脚连接+12V电
源，LM324的11脚连接-12V电源，+5V电源与±12V电源共地。

键盘电路和显示电路与单片机的连接为通用常规电路接法，没有给出具体电路。

[0016] 图3是图2电路中几个关键点的电压输出波形，在下面具体工作方式中有描述说明。

[0017] 具体工作方式如下：
[0018] 如图2所示，89C52通过其1、2脚与X9241U的14、9脚连接，建立相互之间的串行通信，单片机以此来改变数字电位器内部多个电位器的电阻值，相互之间的具体通信方式可参阅X9241U的使用说明；u
o1
输出的是方波，其幅值由双向稳压管VZ来决定，如图3所示；
u o2输出的是锯齿波，其幅值、周期和占空比均可实时调节，u
o2
的周期为T，T＝T
1
+T
2
，占空比
定义为D＝T
1
/T，如图3所示。

[0019] 具体工作方式为：89C52根据由键盘键入的锯齿波幅值、周期和占空比的数值或锯齿波幅值、周期和占空比变化规律，通过计算后与X9241U进行串行通信，调节其内部的4
个可调节电阻，实时改变锯齿波的幅值、周期和占空比；锯齿波的幅值由调节电阻R
3、R
4
来
决定，具体的计算公式为：
[0020]
[0021] 由D1、R5、C、R3、R4构成锯齿波发生电路的放电通路，其放电时间为T1，[0022] 具体的计算公式为：
[0023]
[0024] 由D2、R6、C、R3、R4构成锯齿波发生电路的充电通路，其充电时间为T2，具体的计算公式为：
[0025]
[0026] 锯齿波的占空比D的计算公式为：
[0027]
[0028] 如果只改变积分电容C，可改变锯齿波的周期T，但占空比D不发生变化。

图1
图2
图3。