第9讲比较器,方波发生器

方波发生器一、实验目的（1）用555设计一个频率为1k占空比为50%的方波发生器。

（2）设计截止频率为1.6K的一阶RC低通滤波对（1）中的方波进行滤波。

二、实验原理1、555定时器的电路结构与功能555定时器是一种多用途的数字——模拟混合集成电路，利用它能既方便地构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。

由于使用灵活、方便，所以555定时器在波形的产生与变换、测量与控制、家用电器、电子玩具等许多领域中都得到了广泛的应用。

555电路由电阻分压器、电压比较器、基本RS触发器、放电管和输出缓冲器5个部分组成。

基本RS触发器的输出状态受比较器C1、C2的输出端控制。

用555定时器设计方波发生器，其基本单元为施密特触发器。

施密特触发器是一种特殊的门电路，与普通的门电路不同，施密特触发器有两个阈值电压，分别称为正向阈值电压和负向阈值电压。

在输入信号从低电平上升到高电平的过程中使电路状态发生变化的输入电压称为正向阈值电压，在输入信号从高电平下降到低电平的过程中使电路状态发生变化的输入电压称为负向阈值电压。

正向阈值电压与负向阈值电压之差称为回差电压。

利用施密特触发器状态转换过程中的正反馈作用，可以把边沿变化缓慢的周期性信号变换为边沿很陡的矩形脉冲信号。

输入的信号只要幅度大于vt+，即可在施密特触发器的输出端得到同等频率的矩形脉冲信号。

当输入电压由低向高增加，到达V+时，输出电压发生突变，而输入电压Vi由高变低，到达V-，输出电压发生突变，因而出现输出电压变化滞后的现象，可以看出对于要求一定延迟启动的电路，它是特别适用的.由于比较器C1和C2的参考电压不同，因而SR锁存器的置0信号和置1信号必然发生在输入信号的不同电平。

因此，输出电压V0由高电平变为低电平和由低电平变为高电平所对应的VI也不同，这样就构成了施密特触发特性。

只要将555定时器的V I1和V I2两个输入端连在一起作为信号输入端，即可得到施密特触发器。

浙江工业大学课程设计报告课程名称：单片机课程设计报告学院：成教学院专业班级：06机设姓名：许朝勇学号：06132501026指导教师：王忠飞完成时间：2009年01月17日方波发生器设计1.任务简介本课程设计是设计一个方波发生器，用2位8段数码管显示方波的频率。

频率可调，用一个变阻器来调整波形的频率，频率调节范围为1~99khz频率使用up 和down 按键来进行调节，显示部分可以使用74HC273芯片及数码管来实现。

由此即可构成一个最小单片机应用系统。

2、方案设计微处理器模块MCS8051，频率信息显示模块，1×4矩阵键盘模块，4HC273移位寄存器显示驱动模块。

本设计中用到定时器0，定时器0工作在定时方式下， 决定方波的频率；用LED 显示器来显示频率，键盘的操作是通过判断引脚电位来控制的，键盘操作来完成按要求对频率进行调节。

3、方波发生器的原理与功能方波发生器的原理方框图如图1所示由于系统的要求不高，比较单一的，再加上我们是通过定时器来调节频率的，因此实现起来就相对简化了。

仅用键盘、MCS8051及串行显示便可完成设计，达到所要求实现的功能。

方波发生器工作原理与功能：简单的流程为：主程序判断键盘电位，将信息输入，处理后，输出到LED 显示器显示。

单片机的晶振为12Hz ，用到了定时器0，进行频率的定时，定时器工作在方键盘单片机89S52LED显示频率数据图1 方波发生器原理框图式1。

根据计算定时器初值的公式：122tf TC osc L ⨯-= 计算出定时器0所要装入的初值。

频率及占空比的显示电路由74HC273构成的驱动电路和LED 数码显示管组成，利用2个8段数码管来显示,U1显示高位，地址：4000-7FFF U2显示低位，地址：8000-BFFF 。

此电路的键盘是由四个功能键（start stop up down)组成。

3.电路原理图4.工作软件#include<io51.H>Unsigned char toflag=0;Unsigned char result=0 fuzhi=0 min=0; Void keypad(void)Switch(P1){case 0x01: i++; black;case 0x02: i--; black;}if(i>99);i=1;Void init(void){fuzhi=65536-(1/i*1000)/(11.0592/12); TMOD=0x01;IE=0x02;TH0=(65536-fuzhi)/256;Tl0=(65536-fuzhi)%256;TR0=1;}Intorrupt [0x0B] void toisr(void){TR0=0;TH0=(65536-fuzhi)/256;Tl0=(65536-fuzhi)%256;TR0=1;Toflag=1;}Void main(void){Init( );While(1){If(toflag=1){Toflag=0If(min<=1){Min++;P1.7=1;}Else{Min--;P1.7=0;}}}显示子程序#define u1pt(unsigned char*)(0x014000)#define u2pt(unsigned char*)(0x018000)Unsigned char xianshiH xianshiLVoid display(void){xianshiH=i>>4*(u1pt)=xianshiHxianshiL=i&F0H*(u2pt)=xianshiL}4、总结完成本设计已完成按要求的作到从1-99KHz的调节并在2位8段数码管上显示并在大于99KHz时自动跳回到1KHz开始未完成1由于没有设备无法对完成的程序进行检测和调试2由于学习有限无法把start和stop两个键编入程序3没有把显示子程序写进主程序只是单独列出4当开机时人为按下down键使频率由0HKz变为-1KHz时的情况时是否会引起死机问题无法解决。

信号控制电路-方波发生器
目录
1概述（电路类别、实现主要功能描述）： (2)
2电路组成（原理图）： (2)
3工作原理分析(主要功能、性能指标及实现原理): (2)
4电路关键点波形： (3)
5关键参数计算分析： (3)
6电路的优缺点 (3)
7电路的应用说明： (3)
8应用的注意事项： (3)
3
21
84
IC1A
LM 358R6
100K C3
105R10
200K
R9
10K
R8100K
D31N4148D2
1N4148*R7
100K
VC C
R?R102
充放电信号控制电路（实验用模拟系统信号）
Port
4电路关键点波形：
5关键参数计算分析：
6电路的优缺点
优点：整个电路简单,功能众多,可用于各种控制电路中.
7电路的应用说明：
此电路已成功应用于全路通充电电源及各类声光告警电路中.
8应用的注意事项：
无。

方波信号发生器电路原理
方波信号发生器电路是一种电子设备，用于产生方波信号。

方波信号是一种特
殊的周期信号，其波形为矩形，具有快速的上升和下降时间。

在电子学和通信领域，方波信号广泛应用于数字电路、计时、调制解调、信号传输等方面。

方波信号是由一系列脉冲信号组成的，脉冲宽度相等，但电平有两种：高电平
和低电平。

方波信号的频率由脉冲频率决定，而占空比则是描述高电平与总周期之比。

一个简单的方波信号发生器电路可以通过集成电路555定时器来实现。

555定
时器是一种非常常用且功能强大的集成电路，可以用于产生各种类型的周期信号。

在方波信号发生器电路中，一般采用555定时器的单稳态多谐振荡模式。

通过
外部电路将555定时器配置为单稳态多谐振荡模式，可以实现方波信号的产生。

这个电路的基本原理是利用555定时器的两个比较器和一个RS触发器，通过精确的
电路设计和电路元件的选择，将周期和占空比调整到所需的数值。

电路中使用的电阻、电容和电源电压等参数将直接影响方波信号的频率和占空比。

通过合理选择这些参数，可以调整方波信号的频率和占空比来满足不同的应用需求。

总结起来，方波信号发生器电路的原理是利用555定时器以及精确的电路设计
和元件选择，实现产生方波信号的功能。

由于其简单可靠且功能强大，方波信号发生器电路在电子学和通信领域得到了广泛应用。

方波（Square wave ）发生器是非正弦发生器中应用最广的电路，数字电路和微机电路中时钟信号就由方波发生器提供。

1、电路组成方波发生器电路如图4.5.6a 所示。

它由滞回比较器和具有延时作用的RC 反馈网络组成。

图4.5.6 方波发生器a)电路图 b)波形图2、工作原理输出端接限幅电路的滞回比较器的输出电压u o =±（U Z +U D ）≈±U Z 。

当电源接通，t =0时刻， u c =0，设u o1=+U Z ，+u 为Z o th U R R R u R R R u U 2111211'1+-=+==+输出电压u o =U Z ，C 充电, u c 按指数规律上升,如图4.5.7 b 曲线①。

u c = U th1时,电路状态发生翻转， u o1突变为u o2=－U Z 。

此时, +u 突变为Z th U R R R u R R R u U 21102211"2+=+==+ (4.5.2)此时，u c 放电而下降，如图4.5.6 b 曲线②，放电完毕后电容反向充电，当u c = u －=U th2，电路发生翻转，u o =+U Z 。

电容反向放电，当放电完毕进行正向充电，当u c =U th1时，电路又发生翻转，输出由+U Z 突变为－U Z 。

如此反复，在输出端即产生方波波形。

波形如图4.5.6b 所示。

3.振荡频率估算)21ln(221R R RC T +≈)1ln(2121R R RC f +≈适当选取R 1、R 2值，使1)21ln(21=+R R 则RC T 2=RC f 21=。

课程设计任务书学生姓名：专业班级：指导教师：工作单位：信息工程学院题目: 方波发生电路初始条件：计算机、Proteus软件、Cadence软件要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、课程设计工作量：1.5周2、技术要求：（1）学习Proteus软件和Cadence软件。

（2）设计一个方波发生电路。

（3）利用Cadence软件对该电路设计原理图并进行PCB制版，用Proteus软件对该电路进行仿真。

3、查阅至少5篇参考文献。

按《武汉理工大学课程设计工作规范》要求撰写设计报告书。

全文用A4纸打印，图纸应符合绘图规范。

时间安排：2015.1.12做课设具体实施安排和课设报告格式要求说明。

2015.1.12-1.15学习Proteus软件和Cadence软件，查阅相关资料，复习所设计内容的基本理论知识。

2015.1.16-1.20对方波发生电路进行设计仿真工作，完成课设报告的撰写。

2015.1.21 提交课程设计报告，进行答辩。

指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日目录摘要 (I)Abstract .............................................................................................................................. I I 1绪论 (1)2方案论证 (2)3利用Proteus软件进行电路设计及仿真 (5)4利用Cadence软件进行电路设计及PCB绘制 (8)4.1电路原理图设计 (8)4.2 PCB设计 (9)5心得体会 (13)参考文献 (14)摘要方波是一种非正弦曲线的波形，方波的频率成分非常丰富，含有大量的谐波，有频率、周期、幅度、占空比等技术指标，能够产生方波的电路结构称为方波发生器，方波发生器常称为多谐振荡器。

滞回比较器和方波发生器原理讲解运放应用于比例运算时，处于深度负反馈状态，虚短条件始终成立，不用特别关注开环放大倍数;而运放构成滞回（比较器）时，处于正反馈工作状态，正是利用了开环放大倍数很大的特点，使运放在最大输出和最小输出之间跃变。

正反馈是一个加速过程，将使输出边沿变得陡峭。

滞回比较器也称迟滞比较器，它的传输特性曲线类似交流铁心线圈中铁心被磁化而呈现的磁滞回线，和（数字电路）中由门电路构成的施密特触发器有相同的作用，可用于波形整形、变换、发生及消除输入（信号）中干扰，是很有用的电路。

先从比较参考电位为零电位的电路开始了解，如图一所示。

图一同相端引入参考零点的滞回比较器图一所示滞回比较器中，输入信号经电阻R3接入反相端，参考零点经R1接至同相端。

输出Uo经R2连接到同相端，形成正反馈（网络）。

其输出跃变发生在Up=Un时刻，此时输入Ui对应的值就是阈值。

因输出有±Uz两种值，在正反馈作用下，就有两个阈值，从Ui 增加方向看，是一个阈值为Ut+的比较器;从Ui减小方向看，是一个阈值为Ut-的比较器。

该电路的本质是输出跃变瞬间，比较器阈值也随之改变。

Uo=+Uz时，Up=R1/(R1+R2)*Uz ;在Ui=Un=Up且增大时，发生负向跃变,对应的阈值Ut+=R1/(R1+R2)*Uz;Uo=-Uz时，Up=-R1/(R1+R2)*Uz;在Ui=Un=Up且减小时,发生正向跃变,对应阈值Ut- = -R1/(R1+R2)*Uz ;该滞回比较器的传输特性如图一右侧所示。

应用图一所示滞回比较器，当使输入Ui随时间自动递增和递减时，比较器输出就会在两个阈值点不断跃变，就能构成一个方波发生器，如图二所示。

图二方波发生器该方波发生器由图一比较器加R1C反馈延时网络构成。

输出Uo 经电阻R1引至反相端，比较器输入信号取自与R1串联的（电容）C,使输出影响输入，输入又反过来影响输出，如此反复不断。

又因电容充放电为同一回路，就形成了占空比为50%的方波,方波周期T=2R1C*ln(1+2R2/R3);图三反相端接参考零点的滞回比较器图三为另一种基本滞回比较器，与图一比较器不同的是，图三的反相端接参考零点，输入信号经电阻R2进入同相端;Up=Un=0时的输入Ui即为阈值，可通过叠加原理计算Up,进而得到这种滞回比较器的两个阈值Ut1、Ut2 。

课程设计报告课程名称：基于单片机的方波信号发生器院部：电控学院专业班级：电气0601班学生姓名：***指导教师：***完成时间：2009年06月10日报告成绩：_____ _____________________目录一、概述 ------------------------------------------------------------------ 31.1、设计内容 ------------------------------------------------------ 31.2、设计的基本要求 ------------------------------------------------ 3二、方波发生器设计方案 ---------------------------------------------------- 42.1、方案介绍 ------------------------------------------------------ 42.2、方波信号发生器的原理与功能 ------------------------------------ 4三、系统的硬件设计 -------------------------------------------------------- 63.1、单片机最小系统 ------------------------------------------------ 63.2、小键盘接口电路 ------------------------------------------------ 73.3、LED显示电路--------------------------------------------------- 7四、系统的软件设计 -------------------------------------------------------- 84.1、主程序 -------------------------------------------------------- 84.2、系统初始化子程序 ---------------------------------------------- 94.3、显示子程序 ---------------------------------------------------- 94.4、键盘扫描程序 ------------------------------------------------- 104.5、定时器中断子程序 --------------------------------------------- 11五、调试与性能分析 ------------------------------------------------------- 125.1硬件调试------------------------------------------------------- 125.2软件调试------------------------------------------------------- 12六、设计体会 ------------------------------------------------------------- 13 参考文献 ----------------------------------------------------------------- 14 附录A：基于单片机方波信号发生器的原理图---------------------------------- 15 附录B：基于单片机方波信号发生器的程序清单-------------------------------- 16 附录C：仿真图——————————————————————————————21方波信号发生器设计一、概述单片机集成度高、功能强、可靠性高、体积小、功耗地、使用方便、价格低廉等一系列优点，目前已经渗入到人们工作和生活的方方面面，几乎“无处不在，无所不为”。

课程设计任务书课程设计说明书N O.1沈阳大学沈阳大学课程设计说明书N O.2沈阳大学课程设计说明书N O.3图1 方波发生电路框图3 单元电路设计3.1滞回比较器滞回比较器可用于产生方波、三角波和锯齿波等各种非正弦波信号，也可用于波形变换电路。

用于控制系统时，滞回比较器的主要优点是抗干扰能力强。

当输入信号受干扰或噪声的影响而上下波动时，只要根据干扰或噪声电平适当调整滞回比较器两个门限电平UT+和UT-的值，就可以避免比较器的输出电压在高、低电平之间反复跳变。

沈阳大学课程设计说明书N O.4滞回比较器的输入电压经电阻R1加在集成运放的反响输入端，参考电压REF U 经电阻R2接在同向输入端，此外从输出端通过电阻F R 引回同向输入端。

电阻R 和背靠背稳压管Z VD 的作用是限幅，将输出电压的幅度限制在±z U 。

图2 滞回比较器的输入输出波形当集成运放反向输入端和同向输入端的电位相等，即-+=u u 时，输出端的状态将发生跳变。

其中I u u =-+u 则由参考电压REF U 及输出电压O u 两者共同决定，而O u 有两种可能的状态：+UZ 或-UZ 。

由此可见，使输出电压由+UZ 跳变成-UZ ，以及由-UZ 跳变成+UZ沈 阳 大 学所需的输如电压值是不同的。

也就是说，这两种比较器有两个不同的门限电平，故传输特性呈滞回形状。

利用叠加原理可求的门限电平Z R R R REF R R R T U U U F F F +++=+222 Z R R R REF R R R T U U U FF F ++-=-222 由以上两式可求的门限宽度△Z R R R T U U F+=2223.2方波发生电路 在方波发生电路中，如图1所示电位器Rw 和二极管D1、D2的作用是将电容充电和放电的回路分开，并调节充电和放电两个时间常数的比例。

若将电位器的滑动端向下滑动，则充电时间常数减少，放电时间常数增大。

119实验3.10 比较器、方波-三角波发生器一、实验目的1、熟悉比较器的工作原理和应用，掌握比较器翻转点的测量方法。

2、理解方波、三角波发生器的工作原理。

二、实验设备及材料双踪示波器、万用表、直流稳压电源、函数信号发生器、实验电路板等。

三、实验原理1、过零电压比较器 图3.10.1中，令参考电平U ζ＝0，则输入信号U i 与零比较，当输入电压U i 过零时，比较器发生翻转。

U i >0，输出为低电平（U OL ）；而U i <0，输出为高电平。

这种电路可做为零电平检测器。

该电路也可用于＂整形＂，将不规则的输入波形整形成规则的矩形波。

2、迟滞电压比较器图3.10.2是用集成运算放大器组成的同相输入迟滞比较器实验电路。

当输入电压U i 与输出电压U o 在E 点合成的电压过零时，比较器发生翻转。

由图3.10.2可知： 121o 221iE +++=R R R U R R R U U图3.10.2 迟滞比较器电路 图3.10.1 过零比较器电路120电路翻转时U E =0，代入上式有：o 21i =U R RU - （3-10-1）3、方波-三角波发生器方波-三角波发生器由迟滞电压比较器和积分器闭环构成，电路如图3.10.3所示。

积分器输出电压U o2是比较器的输入电压U i ，U o1（U o ）是比较器的输出电压。

根据式（3-10-1），可知三角波的峰值电压为：Z 21o2m U R R U ±= （3-10-2） 式中U Z 为稳压管D Z 的稳压值（忽略稳压管的正向导通电压）。

由于U o2由0上升到U o2m 所需时间为T /4，故tR U C U R R U T d 14/04Z Z 21o2m ⎰==可得三角波的频率为：CR R R T f 41241==（3-10-3）由式（3-10-3）可知，振荡频率f 取决于电路电阻和电容之值，而与U Z 无关。

若要维持三角波的峰值电压不变，由式（3-10-2）可见，R 1、R 2不宜改变，这时若要改变输出频率，可通过调节R 4实现。

方波发生器资料方波发生器是一种电子设备，用于产生方波信号。

方波信号是一种特殊的周期性信号，其波形为高电平和低电平交替出现的矩形波形。

方波信号广泛应用于电子实验、通信、音频设备等领域。

一、方波发生器的工作原理方波发生器通常由以下几个主要部分组成：振荡电路、比较器、反相器和输出缓冲器。

1. 振荡电路：方波发生器的核心部分，用于产生基准频率的振荡信号。

常见的振荡电路有RC振荡器、LC振荡器和晶体振荡器等。

2. 比较器：将振荡电路产生的振荡信号与一个参考电平进行比较。

当振荡信号的电压高于参考电平时，输出高电平；当振荡信号的电压低于参考电平时，输出低电平。

3. 反相器：用于将比较器输出的信号进行反相处理。

当比较器输出高电平时，反相器输出低电平；当比较器输出低电平时，反相器输出高电平。

4. 输出缓冲器：用于放大和驱动方波信号，使其能够输出到外部设备或电路中。

二、方波发生器的应用方波发生器在电子实验和工程中具有广泛的应用。

以下是一些常见的应用领域：1. 信号发生器：方波发生器可以作为一个简单的信号发生器，用于产生特定频率和幅度的方波信号，用于测试和调试电子设备。

2. 时钟电路：方波发生器可以用作时钟电路的基准信号源。

时钟电路在数字系统和通信系统中起着关键的作用，用于同步和控制各个模块的运行。

3. 脉冲调制：方波发生器可以用于脉冲调制技术中。

脉冲调制是一种将模拟信号转换为数字信号的技术，常用于通信系统和数字音频设备中。

4. 实验教学：方波发生器常用于电子实验教学中，用于演示和研究方波信号的特性和应用。

三、方波发生器的性能指标选择方波发生器时，需要考虑以下几个性能指标：1. 频率范围：方波发生器应具有较宽的频率范围，以满足不同应用的需求。

2. 频率稳定性：方波发生器应具有良好的频率稳定性，以保证输出信号的准确性和稳定性。

3. 输出幅度：方波发生器应具有可调的输出幅度，以适应不同电路和设备的需求。

4. 上升时间和下降时间：方波发生器应具有较短的上升时间和下降时间，以保证方波信号的快速切换和较高的频率响应。

方波发生器原理
方波发生器是一种将输入信号转换为方波信号的电路。

它通常由一个比较器和一个反馈电路组成.
比较器是方波发生器的核心部分，它接收一个连续变化的输入信号和一个参考电压。

当输入信号高于参考电压时，比较器输出高电平；当输入信号低于参考电压时，比较器输出低电平。

这样，比较器将连续变化的输入信号转换为方波信号。

反馈电路是为了使输出信号保持稳定而引入的。

它使一部分输出信号反馈到比较器的输入端，以调节参考电压的大小，从而使输出信号的占空比保持不变。

具体来说，当输出信号为高电平时，反馈电路将一部分高电平信号反馈给比较器，使得参考电压增加，从而降低输出信号的占空比；当输出信号为低电平时，反馈电路将一部分低电平信号反馈给比较器，使得参考电压减小，从而增加输出信号的占空比。

通过反馈电路的调节，方波发生器能够产生一种具有稳定占空比的方波信号。

值得注意的是，方波发生器的输出信号频率取决于输入信号的频率和反馈电路的时间常数。

通过合理设计比较器和反馈电路，方波发生器可以产生各种频率和占空比的方波信号，广泛应用于数字电路和通信系统中的时钟信号生成、频率调制等领域。