三角波信号参数分析仪设计报告

【Abstract】 ： Through the max038 chip and some components Peripheral can produce triangle wave whose frequency from 1khz-300khz, duty cycle from 20% - 80% and the amplitude from 0.5V-4V can continuously adjust. Through measuring the pulses of unit time can be tested for their frequency. Triangular wave is sent to differential after the follower and then through the plastic into the RMS detection circuit after the input to the MCU, the rising edge of 1s can be measured to calculate the size of the duty circle.The amplitude of the triangle wave is tested by the AD637’s RMS detection circuit. At the same time, max038 can produce the square wave through the output waveform choose button, the square wave’s amplitude can be tested directly by the AD637 can be RMS detection circuit,and it’s frequency is also obtained through the MCU programming.After testing, measurement error is less than the requirements of the subject,even no significant waveform distortion, fully meet the requirements of the subject. 【Key words】: max038 MCU control ture RMS
作者简介： 王 康 (1988- ), 男, 电子科技大学通信与信息工程学院通信工程 2007 级本科生。 胡航宇 (1988- ), 男, 电子科技大学通信与信息工程学院通信工程 2007 级本科生。 耿东晛 (1988- ), 男, 电子科技大学光电信息学院 2007 级本科生。
图1 2. 测量电路框图如图 2。
，
T T 1 T 2 ， VPP K 1 T 1 K 2 T 2
VRMS
2 V pp
3
,
1 VTRMS VRMS , 2
②三测角波占空比测量电路
图4
在占空比测量电路中，三角波经过微分后得到的图如上，再经过过零反相比较整形后可以 得到下图 4。
作者简介： 王 康 (1988- ), 男, 电子科技大学通信与信息工程学院通信工程 2007 级本科生。 胡航宇 (1988- ), 男, 电子科技大学通信与信息工程学院通信工程 2007 级本科生。 耿东晛 (1988- ), 男, 电子科技大学光电信息学院 2007 级本科生。
作者简介： 王 康 (1988- ), 男, 电子科技大学通信与信息工程学院通信工程 2007 级本科生。 胡航宇 (1988- ), 男, 电子科技大学通信与信息工程学院通信工程 2007 级本科生。 耿东晛 (1988- ), 男, 电子科技大学光电信息学院 2007 级本科生。
测量电路的实现 ①三角波幅度测量电路 幅度测量电路采用 AD637 的有效值检测电路来实现
2 T 1 u1 t dt T 2 u 2 t dt VRMS T 由 0 0 R R R
2 2
,
VPP K 1 T 1 K 2 T 2
2 K12 T13 K 2 T23 T 3 3
2 2 VRMS T K12 T12 dt K2 T22 dt
V
2 RMS
，由此可以得到占空比大小。
③三角波频率测量电路 通过 max038 波形选择功能输出三角波后微分再整形，然后直接送入单片机中，通过编程可 以直接得到三角波的频率值。 ④方波频率测量电路 通过 max038 波形选择功能输出方波后经过整形直接送入单片机中， 通过编程可以直接得到 方波的频率值。 ⑤方波幅度测量电路 通过 max038 波形选择功能输出方波后经过整形送到 AD637 的有效值检测电路中，在示波 器的显示下，可以读取方波的幅度值。
图2 3.系统主要模块设计实现 三角波产生电路的实现 三角波产生电路由 max038 芯片来实现。首先 Max038 中 3 脚 A0，4 脚 A1，3 脚接 5V，4 脚接地，让它实现输出三角波的功能。接着其 1 脚 REF 端通过电位器与 10 脚的 IIN 连接, 调节电位器可以实现频率的粗调。REF 端通过电位器与 7 脚的 DADJ 连接，调节电位器则 可以实现对占空比的调节。而 REF 端通过电位器与 8 脚的 FADJ 连接,通过调节电位器实现 对频率的细调。5 脚 COSC 通过开关与五个电容连接Leabharlann Baidu可以实现不同频段的波形的出现，频 段范围可以从几十赫兹到几兆赫兹。
图5 在这里我们设方波的周期时间为 T， 三角波斜率为正时所对应的整形过零比较后那部分时间 为 T1，可以得到的式子是
2 VRMS T 2 v2 T12 ， VRMS VTRMS
v2 T 1 VTRMS VRMS V R1 T 1 R2 T 2 T ， PP
2 T 1 VTRMS 2 ,占空比大小 T v
三角波信号参数分析仪设计报告
王康、胡航宇、耿东晛
Parameters of the triangular wave signal analyzer design report
Wang Kang,Hu Hangyu,Geng Dongxian
【摘要】 ： 通过 max038 芯片以及外围的一些器件可产生频率 1khz—300khz、 占空比 20%--80% 和幅度 0.5V—4V 连续可调的三角波。通过测量单位时间内脉冲数的三角波可以实现对其频 率的测试。三角波通过跟随器进行微分再通过整形送入到有效值检测电路后输入到单片机 里，通过对 1s 内上升沿计数可以测得占空比的大小，幅度测试则可以由 AD637 芯片的有效 值检测电路来实现。同时 max038 可以通过波形选择来实现输出方波，方波的幅度测试直接 可以通过 AD637 的有效值检测电路得到，频率则是通过单片机编程得到。经过测试，测量 产生的误差完全满足甚至低于题目的要求，而且波形没有明显失真，完全达到题目要求。 【关键字】 ： max038 单片机控制 有效值检测
作者简介： 王 康 (1988- ), 男, 电子科技大学通信与信息工程学院通信工程 2007 级本科生。 胡航宇 (1988- ), 男, 电子科技大学通信与信息工程学院通信工程 2007 级本科生。 耿东晛 (1988- ), 男, 电子科技大学光电信息学院 2007 级本科生。
方案二，将三角波信号微分后，对高电平时间进行外部计数测量，再由已得周期测得占空 比斜率。 方案三，将生成的三角波通过微分整形后，再将所得到的送入 AD637 有效值检测电路，经 过比较可以得到三角波占空比斜率。 方案一要求单片机计算速度快， 在 300khz 占空比%20， 测量误差%5 以内的情况下至少需要 30Mhz 计算速度，普通单片机难以达到。方案二需要搭建外部 30Mhz 时钟信号，再通过高 速计数器 74F163 计数，但实现困难。方案三只需测得整形后方波有效值，与已知整形方波 幅度进行运算得到占空比，再经运算可得斜率。故采用方案三。 1.5 三角波幅度测量电路 1.5.1 方案比较 方案一，通过运放对电容充电峰值检波。 方案二，将三角波微分后通过电平跳变时，实时采样三角波电压。 方案三，将产生的三角波经过跟随后送入 AD637 有效值检测电路中，通过示波器可以得到 三角波幅度值。 方案一电路较为简单，但对器件要求高。方案二由于在三角波微分电平跳变时本身带有时 间延迟，再采样三角波电压非常困难。方案三由于多处用到，并且通过三角波有效值与峰 峰值仅为根号三关系，故较为简单，采用方案三。 1.6 方波幅度测量电路 1.6.1 方案比较 方案一，直接通过峰值检测电路测量。 方案二，通过 max038 产生方波送入 AD637 有效值检测电路中，可以得到方波幅度的值。 方案一电路虽然简单，但对器件要求高，故不予采用。方案二由于多处用到，并且通过有 效值与峰值间的关系，可以容易测得，故采用方案二。 1.7 方波频率测量电路 1.7.1 方案比较 方案， 通过 max038 产生方波， 直接送入单片机， 测量单位时间内脉冲数得到方波频率的值。 （二）.理论分析、系统实现方框图与主要特色电路的计算 1.总系统框图 总系统框图如图 1。
作者简介： 王 康 (1988- ), 男, 电子科技大学通信与信息工程学院通信工程 2007 级本科生。 胡航宇 (1988- ), 男, 电子科技大学通信与信息工程学院通信工程 2007 级本科生。 耿东晛 (1988- ), 男, 电子科技大学光电信息学院 2007 级本科生。
(一)方案论证与比较 1.1 方波产生电路 1.1.1 方案比较 方案一，通过 NE555 直接产生可调方波。 方案二，通过 ICL8038 芯片的波形选择功能实现方波的输出。 方案三，通过 max038 芯片的波形选择功能实现方波的输出。 方案一中 NE555 能够产生可调的方波，但其频率范围太窄，而且失真度相对较大。方案二 中 ICL8038 芯片理论上能够产生频率范围 0.001hz 到 300khz 的方波，但是实际上它不能够 达到这么高，最高只能产生 140khz 的方波，并且失真度也比较高，故方案一方案二均不采 用。方案三中，通过波形选择可以产生 0.1hz 到 20Mhz 的方波，虽然当频率很低或很高时， 也会产生失真，但在 1khz 到 300khz 频率段中，方波波形确是十分好，故采用方案三，用 max038 作为方波产生电路的核心器件。 1.2 三角波产生电路 1.2.1 方案比较 方案一，通过 NE555 产生可调方波，再通过积分得到三角波。 方案二，通过芯片 ICL8038 波形选择功能直接产生三角波。 方案三，通过芯片 max038 波形选择功能直接产生三角波。 方案一产生的三角波失真度比较大，而且频率调节范围低、纹波大、故不予采用。方案二 中 ICL8038 频率范围是从 0.001hz 到 300khz，可以满足要求，但实际中频率达到 140khz 后 三角波就已经产生失真， 产生的纹波也比较大， 故也不予采用。 方案三中选用 max038 芯片， 它的频率范围是从 0.1hz 到 20Mhz，完全满足要求，通过调档可以实现频率到 4Mhz 失真度 很低。故采用方案三，选用 max038 芯片作为三角波产生电路的核心器件。 1.3 三角波频率测量电路 1.3.1 方案比较 方案一，将生成的三角波通过过零比较，多次分频后测量周期。 方案二，将生成的三角波通过过零比较整形后送入单片机，通过测量单位时间内脉冲数测 得频率。 方案三，将生成的三角波通过微分整形后送入单片机，通过测量单位时间内脉冲数测得频 率。 方案一需要用到多片 74HC74 构成分频电路， 才能满足 51 单片机测量精度在百分之五以内。 方案二较为简单，但由于方案三中微分电路为现成电路，多处需要用到，不必单独测量频 率以降低成本。 1.4 三角波占空比斜率测量电路 1.4.1 方案比较 方案一，将生成的三角波信号微分后，对高电平时间进行单片机定时计数测量，再由已得 周期与峰值得到占空比斜率。