正弦波、方波、三角波信号发生器

课题：正弦波方波三角波信号发生器专业：电气工程及其自动化班级：4学号：姓名：指导教师：设计日期：2013-12-16成绩：重庆大学城市科技学院电气学院正弦波方波三角波信号发生器设计报告一、设计目的作用1.掌握简易信号发生器的设计、组装与调试方法。

2.能熟练使用multisim10电路仿真软件对电路进行设计仿真调试。

3.加深对模拟电子技术相关知识的理解及应用。

二、设计要求设计一个能够输出正弦波、方波、三角波三种波形的信号发生器，性能要求如下：（1）输出频率为300Hz，误差小于2%。

（2）正弦波输出幅度不小于5V，矩形波输出幅度不小于500mV，三角波输出幅度不小于20mV。

（3）要求波形失真小，电路工作稳定可靠，布线美观。

三、设计的具体实现1、系统概述本信号发生器主要由RC桥式震荡器，滞回比较器，积分器三大主要电路模块构成。

经过RC桥式震荡电路产生正弦波，再经过滞回比较电路产生方波，最后经过积分电路产生三角波。

其总的设计原理框图如图1-1：图1-1系统总体框图2、单元电路设计与分析（1）正弦波产生电路利用RC桥式震荡电路产生正弦波，原理如图1-2所示，其中的RC串并联支路构成正反馈支路，同时兼并选频网络，R2，R5，以及二极管构成负反馈支路并且稳幅。

图1-2正弦波发生电路原理调节电位器R2，可以改变负反馈深度，以便于满足震荡的振幅条件和改变波形。

在电位器支路串联两个并联的二极管，利用电流增大时二极管动态电阻减小、电流减小时二极管动态电阻增大的特点，，加入非线性环节，从而使输出电压稳定，两个二极管特性必须匹配，否则将会出现波形正负半周不对称。

电路震荡频率计算公式:f=1 2 πRC振幅值条件：R f≥2R5正弦波仿真电路如图1-3所示：图1-3正弦波仿真电路图1-4正弦波实测波形（2）方波产生电路在单限比较器，输入电压在阈值电压附近的任何微小变化，都将引起输出电压的跃变，单限比较器虽然灵敏，但是抗干扰能力比较弱，滞回比较器具有滞回特性，既具有惯性，因而具有一定的抗干扰能力，所以我们在此选择滞回比较器产生方波。

课程设计(论文)说明书题目：方波、三角波、正弦波发生器院（系）：专业：学生姓名：学号：指导教师：职称：2012年12 月 5 日摘要本文通过介绍一种电路的连接，实现函数发生器的基本功能。

将其接入电源，并通过在显示器上观察波形及数据，得到结果。

电压比较器实现方波的输出，又连接积分器得到三角波，并通过差分放大器电路得到正弦波，得到想要的信号。

NI Multisim 软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真，能过快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证。

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本设计就是利用Multisim软件进行电路图的绘制并进行仿真。

关键词：电源、波形、比较器、积分器、MultisimAbstractThis paper introduces a circuit connection, to achieve the basic functions of function generator. Their access to power, and through the display of waveform and data, and get the result.A voltage comparator to achieve a square wave output, in turn connected integrator triangle wave, and through the triangle wave - sine wave conversion circuit to see the sine wave, the desired signal.NI Multisim software combines intuitive capture and powerful simulation, an quickly, easily, efficiently for circuit design and verification. With NI Multisim, you can immediately create a complete component library circuitdiagram, and the use of 0 industry standard SPICE simulator to mimic circuit behavior. This design is the use of Multisim software in circuit diagram and carry out simulationKey words: power, waveform, comparator, an integrator, a converter circuit, Multisim目录1 设计任务---------------------------------------11.1 电路设计任务------------------------------11.2 电路设计要求------------------------------12正弦波、方波发生器的组成------------------------12.1 原理框图----------------------------------12.2 原理分析----------------------------------12.3 放大器功能及管脚图------------------------23 系统中各模块设计--------------------------------23.1方波-三角波-正弦波-------------------------23.1.1方波形仿真图-----------------------------43.1.2三角波仿真电路图以及仿真图---------------43.1.3正弦波仿真图-----------------------------63.1.4实验设计电路图---------------------------63.1.5实验电路PCB图---------------------------73.1.6参数设计---------------------------------73.2元器件型号---------------------------------94 电路调试---------------------------------------104.1 安装正弦波、方波发生器- ------------------134.2调试正弦波、方波发生器---------------------134.3调试结果展示------------------------------134.3.1方波实验波形图--------------------------114.3.2三角波实验波形图------------------------114.3.3正弦波实验波形图------------------------124.3.4实际电路图及实物图展示------------------124.4性能指标测量与误差分析--------------------135 实验总结--------------------------------------13谢辞、参考文献-----------------------------------14一设计任务1.1 任务设计制作一个方波-三角波-正弦波发生器。

/**************************************//* 信号发生器（正弦波，方波，三角波）*//*************************************/#include<reg52.h>#include <intrins.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit cs=P2^0; //tlc5615片选端口sbit clk=P2^1; //tlc5615时钟线sbit din=P2^2; //tlc5615传输端口sbit key1=P1^0;sbit key2=P1^1; //按键的单片机接口uchar keydat;uchar flag; //波形发生终止信号的标志位一旦被置零立马停止发信号uchar flagsqu; //方波高低电平控制为（运用定时器1中断控制）uchar m,num;uchar dat=0xff;uchar code tosin[141]={ //正弦波的编码0x00,0x01,0x02,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07,0x08,0x09,0x0a,0x0b,0x0d,0x0e,0x10,0x11,0x13,0x15,0x16,0x18,0x1a,0x1c,0x1e,0x20,0x22,0x25,0x27,0x29,0x2b,0x2e,0x30,0x33,0x35,0x38,0x3a,0x3d,0x40,0x43,0x45,0x48,0x4c,0x4e,0x51,0x55,0x57,0x5a,0x5d,0x60,0x63,0x66,0x69,0x6c,0x6f,0x70,0x71,0x72,0x73,0x74,0x75,0x76,0x77,0x78,0x79,0x7a,0x7b,0x7c,0x7d,0x7e,0x7e,0x7f,0x80,0x7f,0x7e,0x7e,0x7d,0x7c,0x7b,0x7a,0x79,0x78,0x77,0x76,0x75,0x74,0x73,0x72,0x6f,0x6c,0x69,0x66,0x63,0x60,0x5d,0x5a,0x57,0x55,0x51,0x4e,0x4c,0x48,0x45,0x43,0x40,0x3d,0x3a,0x38,0x35,0x33,0x30,0x2e,0x2b,0x29,0x27,0x25,0x22,0x20,0x1e,0x1c,0x1a,0x18,0x16,0x15,0x13,0x11,0x10,0x0e,0x0d,0x0b,0x0a,0x09,0x08,0x07,0x06,0x05,0x04,0x03,0x02,0x02,0x01,0x00};void delay(uchar z) //延时函数{uchar x,y;for(x=0;x<110;x++)for(y=z;y>0;y--);}void prepare() //tlc5615的初始化{cs=1;din=1;clk=0;cs=0; //cs的上升沿和下降沿必须在clk 为低时进?}/* 用中断来产生方波void Squtranslator(){TR1=1; //启动定时器1 控制高低电平的持续时间占空比do{do{_wave=0;}while((!flagsqu) && flag==1);//如果一旦终止信号的//产生可以立马退出循环flagsqu=0;do{_wave=1;}while((!flagsqu) && flag==1);flagsqu=0;}while(flag);flag=1;TR1=0;}*/void Squtranslator() //方波函数{uchar j;uchar dat1=0x7f;while(flag){do{prepare();dat=dat1;for(j=0;j<12;j++){din=(bit)(dat>>7); //将数据的最高位赋给dinclk=1;dat=dat<<1; //一位位的传输clk=0;}cs=1; //cs的上升沿和下降沿必须在clk 为低时进行delay(200); //使高低电平持续一段时间if(dat1==0)dat1=0x7f; //完成了0和0x7f之间的替换elsedat1=0;}while(flag);}}void Tratranslator() //锯齿波的发生函数{uchar j;uchar dat1=0x7f;while(flag){do{prepare();dat=dat1;for(j=0;j<12;j++){din=(bit)(dat>>7); //将数据的最高位赋给dinclk=1;dat=dat<<1; //一位位的传输clk=0;}cs=1; //cs的上升沿和下降沿必须在clk 为低时进行delay(2); //稍加延时dat1--;}while(flag && dat1); //一旦有终止信号就可以停止do{prepare();dat=dat1;for(j=0;j<12;j++){din=(bit)(dat>>7); //将数据的最高位赋给dinclk=1;dat=dat<<1; //一位位的传输clk=0;}cs=1; //cs的上升沿和下降沿必须在clk 为低时进行delay(2); //稍加延时dat1++;}while(flag && (!(dat1==0x7f)));}}void Sintranslator(uchar wave[],uchar num )//正弦波的转换函数{uchar i,j;uchar dat1;do{for(i=0;i<num;i++){prepare();dat1=wave[i]; //打开片选开始工作for(j=0;j<12;j++){din=(bit)(dat1>>7); //将数据的最高位赋给dinclk=1;dat1=dat1<<1; //一位位的传输clk=0;if(flag==0)break;}cs=1; //cs的上升沿和下降沿必须在clk为低时进行delay(1); //稍加延时if(flag==0)break;}}while(flag); //等待控制键的暂停}void keyscan() //切换功能按键返回键值函数{uchar i;for(i=0;i<4;i++){if(key1==0){delay(10);if(key1==0){keydat++;do{}while(!key1); //松手检测if(keydat==4)keydat=1;//加满回零处理}}}}void keycountrl() //切断输出控制函数{if(key2==0){delay(10);if(key2==0){flag=0;do{}while(!key2); //松手检测}}}void main (){uchar temp;TMOD=0x01; //确定定时器的工作方式TH0=(65536-50000)/256; //给定时器0赋予初值TL0=(65536-50000)%256;EA=1; //开总中断ET0=1; //开启定时器0中断TR0=1;while(1){do{switch(keydat){case 1:flag=1;do{Sintranslator(tosin,141);}while(flag);break;case 2: flag=1;do{Tratranslator();}while(flag);break;case 3: flag=1;do{Squtranslator();}while(flag);break;default:break;}}while(flag);temp=keydat; //装载键值while(keydat==temp); //在这里等待键值的改变}}void Time0() interrupt 1{TH0=(65536-50000)/256; //定时器0用来扫描按键不断地扫描dTL0=(65536-50000)%256;num++;if(num==4){keyscan();keycountrl();num=0;}}。

波形发生电路要求：设计并制作用分立元件和集成运算放大器组成的能产生方波、三角波和正弦波的波形发生器;指标：输出频率分别为：102H Z、103H Z和104Hz；方波的输出电压峰峰值V PP≥20V 1方案的提出方案一：1、由文氏桥振荡产生一个正弦波信号;2、把文氏桥产生的正弦波通过一个过零比较器从而把正弦波转换成方波;3、把方波信号通过一个积分器;转换成三角波;方案二：1、由滞回比较器和积分器构成方波三角波产生电路;2、然后通过低通滤波把三角波转换成正弦波信号;方案三：1、由比较器和积分器构成方波三角波产生电路;2、用折线法把三角波转换成正弦波;2方案的比较与确定方案一：文氏桥的振荡原理：正反馈RC网络与反馈支路构成桥式反馈电路;当R1=R2、时,F=1/3、Au=3;然而,起振条件为Au略大于3;实际操作时,如果要C1=C2;即f=f满足振荡条件R4/R3=2时,起振很慢;如果R4/R3大于2时,正弦波信号顶部失真;调试困难;RC串、并联选频电路的幅频特性不对称,且选择性较差;因此放弃方案一; 方案二：把滞回比较器和积分比较器首尾相接形成正反馈闭环系统,就构成三角波发生器和方波发生器;比较器输出的方波经积分可得到三角波、三角波又触发比较器自动翻转形成方波,这样即可构成三角波和方波发生器;通过低通滤波把三角波转换成正弦波是在三角波电压为固定频率或频率变化范围很小的情况下使用;然而,指标要求输出频率分别为102H Z、103H Z和104Hz;因此不满足使用低通滤波的条件;放弃方案二;方案三：方波、三角波发生器原理如同方案二;比较三角波和正弦波的波形可以发现,在正弦波从零逐渐增大到峰值的过程中,与三角波的差别越来越大;即零附近的差别最小,峰值附近差别最大;因此,根据正弦波与三角波的差别,将三角波分成若干段,按不同的比例衰减,就可以得到近似与正弦波的折线化波形;而且折线法不受频率范围的限制;综合以上三种方案的优缺点,最终选择方案三来完成本次课程设计;3工作原理：1、方波、三角波发生电路原理该电路由滞回比较器和积分器组成;图中滞回比较器的输出电压u01=Uz ±,它的输入电压就是积分电路的输出电压u02;则U1A 的同相输入端的电位：101202up=1212R u R u R R R R +++,令up=un=0,则阀值电压：1022R Ut u Uz R ±==±；积分电路的输入电压是滞回比较器的输出电压u01,而且不是+Uz,就是-Uz,所以输出电压的表达式为：01(10)0202(0)82u t t u u t R C -=-+；设初态时u01正好从-Uz 跃变到+Uz,则：(10)0282Uz t t u Ut R C -=-+,积分电路反向积分,u02随时间的增长线性下降,一旦u02=-Ut,在稍减小,u01将从+Uz 跃变为-Uz,使式变为：(21)0282Uz t t u Ut R C -=-,积分电路正向积分,u02随时间增长线性增大,一旦u02=+Ut,再稍微增大,uo1将从-Uz 跃变为+Uz,回到初态;电路重复上述过程,因而产生自激振荡;由上分析,u01是方波,且占空比为50%,幅值为Uz ±；u02是三角波,幅值为Ut ±;取正向积分过程,正向积分的起始值-Ut,终了值+Ut,积分时间为T/2,代入(21)0282Uz t t u Ut R C -=-,得282Uz T Ut Ut R C +=-,式中12R Ut Uz R =,整理可得：24812R f R R C =; 2、正弦波发生电路原理折线法是用多段直线逼近正弦波的一种方法;其基本思路是将三角波分成若干段,分别按不同比例衰减,所获得的波形就近似为正弦波;下图画出了波形的1/4周期,用四段折线逼近正弦波的情况;图中UImax为输入三角波电压幅值;根据上述思路,可以采用增益自动调节的运算电路实现;利用二极管开关和电阻构成反馈通路,随着输入电压的数值不同而改变电路的增益;在ωt=0°~25°段,输出的“正弦波”用此段三角波近似二者重合,因此,此段放大电路的电压增益为1;由于ωt=25°时,标准正弦波的值为sin25°≈,这里uO=uI=25/90UImax≈,所以,在ωt=90°时,输出的“正弦波”的值应为uO=≈;在ωt=50°时,输入三角波的值为uI=50/90UImax≈,要求输出电压uO=×sin50°≈,可得在25°~50°段,电路的增益应为ΔuO /ΔuI=−/−=;在ωt=70°时,输入三角波的值为uI=70/90UImax≈,要求输出电压uO=×sin70°≈,可得在50°~70°段,电路的增益应为ΔuO /ΔuI=0617−/−=;在ωt=90°时,输入三角波的值为uI=UImax ,要求输出电压uO≈,可得在70°~90°段,电路的增益应为ΔuO /ΔuI=−/1−=;下页图所示是实现上述思路的反相放大电路;图中二极管D3～D5及相应的电阻用于调节输出电压u03>0时的增益,二极管D6～D8及相应的电阻用于调节输出电压u03<0时的增益;电路的工作原理分析如下;当输入电压 uI <时,增益为1,要求图中所有二极管均不导通,所以反馈电阻Rf=R11;据此可以选定Rf=R11=R6的阻值均为1k Ω; 当ωt=25°~50°时,电压增益为,要求D1导通,则应满足:13//110.8096R R R =,解出R13=Ω;由于在ωt=25°这一点,D1开始导通,所以,此时二极管D1正极电位应等于二极管的阈值电压Vth ;由图可得:03141314u VEE Vth VEE R R R --=+,式中u03是ωt=25°时输出电压的值,即为;取UImax=10V ,Uth=,则有100.278(15)14(15)0.74.23614R R ⨯--+-=+解出R14=Ω;电阻取标准值,则R13=Ω,R14=Ω;其余分析如上;需要说明,为使各二极管能够工作在开关状态,对输入三角波的幅度有一定的要求,如果输入三角波的幅度过小,输出电压的值不足以使各二极管依次导通,电路将无法正常工作,所以上述电路采用比列可调节的比例运算电路U3A 模块将输出的三角波的幅值调至10V ±;4元件选择：①选择集成运算放大器由于方波前后沿与用作开关的器件U1A 的转换速率SR 有关,因此当输出方波的重复频率较高时,集成运算放大器A1 应选用高速运算放大器;集成运算放大器U2B 的选择：积分运算电路的积分误差除了与积分电容的质量有关外,主要事集成放大器参数非理想所致;因此为了减小积分误差,应选用输入失调参数VI0、Ii0、△Vi0/△T、△Ii0/△T小,开环增益高、输入电阻高,开环带较宽的运算放大器;反相比例运算放大器要求放大不失真;因此选择信噪比低,转换速率SR 高的运算放大器;经过芯片资料的查询,TL082 双运算放大转换速率SR=14V/us;符合各项指标要求;②选择稳压二极管稳压二极管Dz 的作用是限制和确定方波的幅度,因此要根据设计所要求的方波幅度来选稳压管电压Dz;为了得到对称的方波输出,通常应选用高精度的双向稳压管③电阻为1/4W的金属薄膜电阻,电位器为精密电位器;④电容为普通瓷片电容与电解电容;5仿真与调试按如下电路图连接连接完成后仿真,仿真组图如下仿真完成后开始焊接电路,焊接完成后开始调试,调试组图如下：;5总结该设计完全满足指标要求;第一：下限频率较高：70hz;原因分析：电位器最大阻值和相关电阻阻值的参数不精确;改进：用阻值精密电位器和电阻;第二：正弦波在10000HZ时,波形已变坏;原因分析：折线法中各电阻阻值不精准,TL082CD不满足参数要求;改进:采用精准电阻,用NE5532代替TL082CD;.6心得体会“失败乃成功之母”;从始时的调试到最后完成课程设计经历了多次失败;不能半途而废,永不放弃的精神在自己选择的道路上坚持走下去在这次设计过程中,体现出自己单独设计的能力以及综合运用知识的能力,体会了学以致用;并且从设计中发现自己平时学习的不足和薄弱环节,从而加以弥补;时,这次模拟电子课程设计也让我认识到以前所学知识的不深入,基础不够扎实,以致于这次在设计电路图的时候,需要重复翻阅课本的知识;我深深知道了知识连贯运用的重要性;7参考书目：1、童诗白、华成英,模拟电子技术基础2、吴慎山,电子技术基础实验3、周誉昌、蒋力立,电工电子技术实验4、广东工业大学实验教学部,Multisim电路与电子技术仿真实验8元件清单。