锯齿波发生器

目录

摘要

一、设计要求 (2)

二、设计原理 (2)

三、硬件部分 (7)

四、软件部分 (11)

五、调试过程及结果 (13)

六、实验设计总结 (14)

摘要

随着科技的发展和现代科研的需要，信号发生器已经成为了很多行业进行研究测试不可或缺的工具，但目前使用波形发生器大部分体积大，可靠性差，准确度低。因此为了实验研究方便，研制一种体积小、可靠性强、准确性高的波形发生器显得尤为重要。

Abstract

With the development of technology and modern scientific research, the signal generator industry has become a lot of research and testing an indispensable tool, but most of the waveform generator using bulky, poor reliability, low accuracy. Therefore, in order to facilitate the experimental studies, the development of a small size, high reliability, high accuracy is particularly important waveform generator.

题目：单片机输出锯齿发生器 一、设计要求

（1）用单片机设计一个锯齿波发生器，要求输出频率范围为1KHz ～10KHz ；幅度范围Vpp ≈10v 连续可调；上升斜率连续可调；直流偏置±5V 连续可调

（2）选择电路方案，确定电路方案的设计。计算电路元件参数与元件选择、并画出总体电路原理图，阐述基本原理。

二、设计原理

根据任务书的要求，需要设计锯齿波发生器环节，输出波形还需要一种可调节电路。

锯齿波发生器原理图

2.1. 锯齿波发生器

主要有迟滞比较器和RC 充放电电路组成。比较器属于信号处理的一种，他的作用是将输入信号的电平进行比较，然后把比较的结果输出。实验采用的迟滞比较器的特点是：单输入增大及减少时，两种情况下的门限电压不相等，传输特性呈现出“滞回”曲线的形状。

控制 旋钮

CP u O

整体电路工作原理

2.2、 锯齿波发生器电阻、电容的计算

锯齿波发生器电路如下：

设二极管导通的等效电阻可忽略不计，电位器的滑动端移到最上端。

当U01=+Uz 时，D1导通，D2截止，输出电压的表达式为：

100

031

()(

)O

Z

u U t t u t R C

=-

-+

0u 随时间线性下降。当01Z U u =-时，D2导通，D1截止，输出电压的表达式为：

210131()()()Z W U t t u t R R C

u -++=

0u 随时间线性上升。由于Rw 远大于R3，01u 和0u 的波形如图（b ）所示。

根据三角波发生电路震荡周期的计算方法，可以得出下降时间和上升时间分别为：

1

1

1

32

2R

R C R T t t •=-≈ 12

2213()2W R R R C R T t t •+=-≈

所以震荡周期为：

132

2(2)W R R R C R T +=

将1R 和2R 设为电位器，则调整1R 和2R 、W R 的阻值以及C 的容量，可以改震荡周期。调整W R 的值可以改变的输出波形的占空比，以及锯齿波上升和下降斜率。

根据积分器的特点，锯齿波的转换须将时间常数设置的尽量小一点，可以选择C 为0.01uf 和0.1uf,稳压管稳压值为5V ，电位器1R 取20K Ω，2R 取10K Ω，W R 取5K Ω，3R 取100Ω，4R 取100Ω，5R 取100Ω。

2.3可调放大电阻的计算

可调放大电路如下：

在同向比例运算电路中，输入为上一级锯齿波。根据“虚短”和“虚断”的概念，得：P u =N u =I u

。净输入电压为零，因而得：

067

0N N U U U R R --=⇒ 706(1)P R R U U =+

⇒ 7

06

(1)I

R R U U =+ 根据放大关系，可取放大倍数20倍左右，可取电位器

7

R =20K Ω，6

R =1K Ω，

则放大倍数可达21倍左右。调节7R 的大小，可以改变放大倍数，故可得到最后结果。

2.4直流偏置电阻的计算

直流偏置电路如下：

同向求和电路中，多个输入信号同时作用于集成运放的同向输入端。根据运算关系，得：

13

13

1210

111210

11

1111(

)i i P ui R R u u u R R R R R +

+

+

=

+

+

同向输入端电位为：

13

12

1011()

i i i p

P

u R u u R R u R +=+

其中

P

R =10

R

‖11R ‖13R

经计算可得：

9

13

12

1011

()

i i ui R u u R R u R +=+

在此电路中，输入

i u 为上一级的的输出，i2u 输入+12V ，i1u 输入-12V ，当9R 、13

R

取1K ，10

R 取2K ，11

R 取6K 时，经计算，可得0u 为i u +5V ；当当9

R 、13R 取1K ，10

R 取6K ，11

R 取2K 时，0u 为i u -5V 。

因此电路中可设13R =1K ，电位器10R 、11R 取10K ，9R 取20K 。