Multisim仿真——阶梯波信号发生器

仿真与设计报告

设计课题：阶梯波信号发生器

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阶梯波发生器

一、设计要求

设计一个频率可调、阶数可调的阶梯波发生器，在Multisim中进行仿真分析。实现的功能：频率可调、阶数可调的平滑的阶梯波。性能指标：频率可调范围较大，阶数可调的阶数范围合理，输出平滑无毛刺的阶梯波。

二、设计方案

1、由时钟信号发生器、计数器和D/A转换器组成电路

2、时钟信号发生器的信号频率可调，采用555构成的多谐振荡器

3、计数器的进制数决定阶梯波的阶数，采用有预置数功能的减法计数器，通过置数改变计数器的进制数。

4、D/A转换器将计数器的输出值转换为模拟电压。

5、利用低通滤波器使输出的波形变平滑。

三、电路框图

四、电路原理图及说明

总体电路如图：

图中从左至右依次为：第一部分为由555构成的多谐振荡器，第二部分为有74LS161D 构成的十六进制计数器，第三部分为D/A转换器，第四部分为低通滤波器。

1、由555构成的多谐振荡器电路图（图一）：

图一

电源接通后，Vcc通过电阻R1、R2、R3向电容C2充电。当C2上电压达到2/3Vcc 时，THR端触发，比较器翻转，输出V0变低电平，同时放电管导通，电容C2通过R2放电；当C2上电压下降到1/3Vcc时，下比较器工作，输出电压V0变高电平，C2放电终止，重新充电，周而复始，形成矩形波。通过调节电位计R3大小，可改变矩形波频率。图二中频率计示数为R3滑片位于中点时的频率。输出矩形波波形如图三。

图二

图三

2、四位二进制计数器74LS161（图四）（74LS161是常用的四位二进制可预置的同步加法计数器，)

图四

电路采用74LS161十进制加法计数器构成的十六进制计数器。采用置数端归零的方法，清零端接高电平。

通过控制单刀双掷开关将A、B、C、D与高电平或低电平相连，DCBA表示的十进制数是15-N，N为输出阶梯波的阶数，即通过单刀双掷开关控制阶梯波的阶数。如，DCBA 为0111时，即ABC接高电平，D接低电平，输出为8阶阶梯波。

3、D/A转换器和低通滤波器（图五）VDAC8是8位电压数模转换器

图五

通过D/A转换器将数字信号转换成模拟信号，由于译码输出4位二进制数，故只用D/A转换器的四个输入端，前四个输入端接地。输出电压V0=D*Vref/16。

利用低通滤波器使输出波形变得平滑。

五、实验结果

图六所示为频率显示结果对比：（左图为多谐振荡器产生的频率，右图为10阶阶梯波频率）

图六

图七所示为R3未接入电路时多谐振荡器产生的频率，图八所示为R3全部接入电路时

的频率：

图七

图八

图九所示为DCBA为1011时产生的4阶阶梯波波形，图十所示为DCBA为1000时产生的7阶阶梯波波形：

图九

图十

六、实验结论

通过多谐振荡器、十六进制计数器和D/A转换器以及低通滤波器可以得到输出0到15阶的阶梯波，多谐振荡器的频率范围为839.107到1109Hz，若产生为N阶阶梯波，则输出频率为多谐振荡器频率的1/N，且输出波形平滑无毛刺。

七、设计体会

由于是刚接触的软件，开始使用时遇到很多麻烦，比如：找不到所需的元件，连线混乱等等。经过这几天的学习，对Multisim这个软件已经基本掌握。做仿真的过程中，熟悉和掌握了电路各个部分的功能和原理，加深了对多谐振荡器、N进制计数器的设计和D/A 转换器的认识。在遇到种种困难之后，依然要坚持做下去，这不仅是对专业知识的考验，更是对耐心和毅力的考验。相信这次的仿真设计对以后的其他仿真软件的学习乃至各方面知识的学习都奠定了很好的基础。