武漢理工大學基礎強化訓練說明書I摘要本設計介紹了波形發生器的制作和設計過程,并根據輸出波形特性研究該電路的可行性。在此基礎上設計了一種能產生矩形波、三角波的模塊電路,包括了原理圖。該電路有主要由LM324集成運算放大器，比較器，振蕩器，通過用雙蹤示波器來確定波形的幅值及可調占空比的上限及下限。重點闡述了矩形波發生器、寬度可調的矩形波發生器及三角波發生器的電路結構及工作原理，分析了單元電路的制作和工作過程并進行了調試，調試結果表明設計的電路是可行的。關鍵字：信號發生器、寬度可調、矩形波、鋸齒波、時間常數武漢理工大學基礎強化訓練說明書11.Proteus簡介有了protel、Multisim、proteus、psice等一系列的軟件的存在，就此便可以以虛代實、以軟代硬，獨立建立一個完善的虛擬實驗室。代替了在實驗室和教室里的以實物進行實踐的方式，可以在計算機上學習電工基礎，模擬電路、數字電路、單片機應用系統等課程，并進行電路設計、仿真、調試等。因此這一系列的軟件受到廣大電子設計愛好者的青睞，是他們工作、學習上難得的工具軟件，也因此它們在全球得到了廣泛應用。其中，Proteus軟件提供多達30多個元件庫，元件涉及到數字和模擬、交流和直流等，有RAM、ROM、鍵盤、馬達、LED、LCD、AD/DA、部分SPI器件、部分IIC器件，編譯方面支持Keil和MPLAB等編譯器。它的功能強大，集電路設計、制版及仿真等多種功能于一身，不僅能夠對電工、電子技術學科涉及的電路進行設計與分析，還能夠對微處理器進行設計和仿真，也能仿真單片機外圍電路或沒有單片機參與的其它電路的工作情況。它還提供多種現實存在的虛擬儀器，這些儀表有極高的輸入阻抗、極低的輸出阻抗，盡可能減少儀器對測量結果的影響。此外，Proteus軟件還有圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號，以圖形的方式實時地顯示出來。對于單片機硬件電路和軟件的調試，Proteus提供了兩種方法：系統總體執行效果和對軟件的分步調試。它還提供了比較豐富的測試信號用于電路的測試，這些測試信號包括模擬信號和數字信號。在用Proteus進行仿真和程序調試時，只要關心從工程的角度直接看程序運行和電路工作的過程和結果。它還提供SchematicDrawing、SPICE仿真與PCB設計功能，同時可以仿真單片機和周邊設備，可以仿真PIC、AVR、51系列等常用的MCU，并提供周邊設備的仿真，例如示波器、373、led等。武漢理工大學基礎強化訓練說明書22電路原理及設計2.1方波發生電路2.1.1整體電路原理由集成運放構成的方波發生器，包括遲滯比較電路和RC積分電路兩大部分。電路原理圖如下所示。圖2-1-1方波發生電路原理框圖因為矩形波電壓只有兩種狀態，不是高電平，就是低電平，所以電壓比較器是它的重要組成部分；因為產生振蕩，就是要求輸出的兩種狀態自動地相互轉換，所以電路中必須引入反饋；因為輸出狀態應按一定的時間間隔交替變化，即產生周期性變化，所以電路中要有延遲環節來確定每種狀態維持的時間，即RC積分電路。2.1.2電路的設計因為矩形波電壓只有兩種狀態，不是高電平，就是低電平，所以電壓比較器是它的重要組成部分；因為產生振蕩，就是要求輸出的兩種狀態自動地相互轉換，所以電路中必須引入反饋；因為輸出狀態應按一定的時間間隔交替變化，即產生周期性變化，所以電路中要有延遲環節來切丁每種狀態維持的時間。圖示為矩形波發生電路，它由反相輸入的滯回比較器和RC電路組成。RC回路既作為延遲環節，又作為反饋網絡，通過RC充放電實現輸出狀態的自動轉換。方波發生電路圖如下圖所示，它由反相輸入的滯回比較器和RC積分電路組成。其中RC回路既作為延遲環節，又作為反饋網絡，通過RC充、放電實現輸出狀態的自動轉換，而輸出端引入的限流電阻和兩個背靠背的雙向穩壓管起到了雙向限幅的作用。RC振蕩電路方波發生*三角波產生比較電路*積分電路武漢理工大學基礎強化訓練說明書3圖2-1-1-1方波發生電路圖圖2-1-1-2滯回比較曲線工作原理：設某一時刻輸出電壓uO=+UZ，則同相輸入端電位uc=+UT。uO通過R對電容C正向充電。反相輸入端電位uc隨時間t增長而逐漸升高，當t趨近于無窮時，uc趨于+UZ；一旦uc=+UT，再稍增大，uO就從+UZ躍變為-UZ，與此同時uc從+UT躍變為-UT。隨后，uO又通過R對電容C放電。反相輸入端電位uc隨時間t增長而逐漸降低，當t趨近于無窮時，uc趨于-UZ；一旦uc=-UT，再稍減小，uO就從-UZ躍變為+UZ，與此同時，uc從-UT躍變為+UT，電容又開始反向充電。而上述過程周而復始，電路產生了輸出狀態的自動轉換，便輸出方波。2.1.3波形分析及主要參數由于圖中所示電路電筒正向充電和反向充電的時間常數均為RC，而且充電的總幅值也相等，因而在一個周期內Uo=+Uz的時間與Uo=-Uz的時間相等，Uo為對稱的方波，所以也稱為該電路為方波發生電路。電容上電壓Uc（即集成運放反相輸入端電位Un）和電路輸出電壓Uo波形如圖所示。矩形波的寬度Tk與周期T之比稱為占空比，因此Uo是占空比為1/