波形发生器——模电课程设计

0000大学机电工程学院本科生课程设计

课程：模拟电子技术基础

题目：波形发生器

班级： 11111111111111

姓名： 111111

学号： 100000000

指导老师： 000000

完成日期： 2012.7.6

波形发生器是用来产生一种或多种特定波形的装置，这些波形通常有正弦波、方波、三角波、锯齿波，等等。以前，人们常用模拟电路来产生这种波形，其缺点是电路结构复杂，所产生的波形种类有限。

随着单片机技术的发展，采用单片机电路产生各种波形的方法已变的越来越普遍。虽然，可能产生的波形会呈微小的阶梯状，但是，只要设计得当，这一问题可以得到一定的解决。本设计使用的是555_virtual构成的发生器,可产生三角波、方波、正弦波等多种特殊波形和任意波形，波形的频率可用程序控制改变本设计制作的波形发生器，可以输出多种标准波形，如方波、正弦波、三角波、锯齿波等。

1设计的目的及任务 (4)

1．1 课程设计的目的 (4)

1．2 课程设计的任务与要求 (4)

1．3 课程设计的技术指标 (4)

2 电路设计总方案及原理框图 (6)

2．1 电路设计原理框图 (6)

2．2 电路设计原理图 (6)

2．3 方案设计 (7)

2．4 主要芯片介绍 (7)

3 各部分电路设计 (9)

3.1 系统的电路总图 (9)

3.2 正弦波 (9)

3.3 方波产生电路 (10)

3.4 三角波 (12)

4 电路仿真 (14)

4.1 Multisi (14)

4.2 仿真电路 (14)

5 实验结果 (17)

5.1 调试产生方波-三角波的电路 (17)

5.2 设计数据 (17)

6 设计总结 (18)

7 仪器仪表清单 (20)

1设计的目的及任务

1.1课程设计的目的

1.1.1利用所学微机的理论知识进行软硬件整体设计，锻炼学生理论联系实

际、提高我们的综合应用能力。

1.1.2本次课程设计是以微机为基础，设计并开发能输出多种波形（正弦波、三角波、锯齿波、方波、梯形波等）且频率、幅度可变的函数发生器。

1.1.3掌握各个接口芯片的功能特性及接口方法，并能运用其实现一个简单的微机应用系统功能器件。

1.1.4在平时的学习中，我们所学的知识大都是课本上的，在机房的练习大

家也都是分散的对各个章节的内容进行练习。因此，缺乏一种系统的设计锻炼。在课程所学结束以后，这样的课程设计十分有助于学生的知识系统的总结到一起。

1.1.5通过这几个波形进行组合形成了一个函数发生器，使得我对系统的整

个框架的设计有了一个很好的锻炼。这不仅有助于大家找到自己感兴趣的题目，更可以锻炼大家微机知识的应用。

1.2设计任务和要求

1.2.1设计要求：

设计并仿真能产生方波、三角波及正弦波等多种波形信号输出的波形发生器。输出波形频率范围为0.02HZ~20HZ且可连续调。

各种波形幅值均连续可调。

设计电路所需的直流电源。

写出设计报告

1.2.2方案论证，确定总体电路原理方框图及原理图。

1.2.3单元电路设计，元器件选择。

1.2.4仿真调试及测量结果

1.3设计的技术指标

1.3.1 可实现正弦波，并且正弦波在信号频率范围20Hz～20kHz 连续可调；频率稳定度较高。实现了方波，三角波，锯齿波，并且信号幅度可以在一定范围内连续可调

1.3.2 各种输出波形幅值均连续可调，方波占空比可调

1.3.3 设计完成后可以利用示波器测量出其输出频率的上限和下限，还可以进一步测出其输出电压的范围。

2 电路设计总方案及原理图

2.1电路设计原理框图

图1

2.2电路原理图

图2

2.3方案设计

2.3.1电路设计：

由RC桥式正弦波振荡器产生正弦波，经过滞回比较器输出的方波经过积分器积分可得到三角波，三角波又触发比较器自动翻转形成方波，然后经过同相输入迟滞比较器和充放电时间常数不等的积分器，共同组成锯齿波电压产生器电路。

2.3.2.设计思路：

课设需要各个波形的基本输出。如输出锯齿波、三角波、方波。这些波形的实现的具体步骤：锯齿波实现很简单，只需要一开始定义一个初值，然后不断的加 1，当溢出后又重初值开始加起，就这样循环下去。三角波的实验过程是先加后减，实现方法是先从 00H 开始加 1 直到溢出后就执行减 1 操作，就这样不断调用这个循环。方波的实现方法是连续输出一个数，到某个时候就改变一下值，可以把值定义为正极性的，也可以是负极性。正弦波的实现是非常麻烦的。它的实现过程是通过定义一些数据，然后执行时直接输出定义的数据就可以了。

通过 P1 口和开关 K0-K4 相连接来控制各个波形的输出。能根据 k0-k5 键状态进行波形切换，开关键向上接“1” ，产生波形，向下拔接“0” ，无波形输出。如 K0 键向上拔，K1-K4 键向下拔，产生锯齿波； K1 键向上拔，K0、K2-K4 键向下拔，产生三角波；……以此类推。

2.4主要芯片介绍

2.4.1元件选型：555定时器。

2.4.2主要芯片介绍：

定时器介绍： 555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为 555，用 CMOS 工艺制作的称为 7555，除单定时器外，还有对应的双定时器 556/7556。555 定时器的电源电压范围宽，可在4.5V~16V 工作，7555 可在 3~18V 工作，输出驱动电流约为200mA，因而其输出可与 TTL、CMOS 或者模拟电路电平兼容。 555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率输出级。它提供两个基准电压 VCC /3 和2VCC /3 555 定时器内部方框图 <555 定时器内部结构图> 555 电路的工作原理 555 电路的内部电路方框图。它含有两个电压比较器，一个基本 RS 触发器，