锯齿波发生器讲解
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摘要
一、设计要求⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 2
二、设计原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 2
三、硬件部分⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 7
四、软件部分⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 11
五、调试过程及结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 13
六、实验设计总结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 14摘要
随着科技的发展和现代科研的需要， 信号发生器已经成为了很多
行业进行研究测试不可或缺的工具， 但目前使用波形发生器大部分体
积大，可靠性差，准确度低。因此为了实验研究方便，研制一种体积
小、可靠性强、准确性高的波形发生器显得尤为重要。
Abstract
With the development of technology and modern
scientific research, the signal generator industry has
become a lot of research and testing an indispensable
tool, but most of the waveform generator using bulky,
poor reliability, low accuracy. Therefore, in order to
facilitate the experimental studies, the development of
a small size, high reliability, high accuracy is
particularly important waveform generator.题目：单片机输出锯齿发生器
一、设计要求
（ 1）用单片机设计一个锯齿波发生器，要求输出频率范围为 1KHz～10KHz；幅度范围
Vpp≈10v 连续可调；上升斜率连续可调；直流偏置± 5V 连续可调
（2）选择电路方案，确定电路方案的设计。计算电路元件参数与元件选择、并画出总 体电路原理图，阐述基本原理。
二、设计原理
根据任务书的要求，需要设计锯齿波发生器环节，输出波形还需要一种可调节电路。
74LS161
锯齿波发生器原理图
2.1. 锯齿波发生器 主要有迟滞比较器和 RC充放电电路组成。比较器属于信号处理的一种，他的作用是将 输入信号的电平进行比较， 然后把比较的结果输出。 实验采用的迟滞比较器的特点是： 单输 入增大及减少时，两种情况下的门限电压不相等，传输特性呈现出“滞回”曲线的形状。CP 10kHz 3
4
5
6 P0
P1
P2
P3
7
10
2
9
1
＋5V
3 4
5 ＋5V 6
7
10
2 9
1 CEP
CET
CLK
PE
MR
74LS161
P0
P1
P2
P3
CEP
CET
CLK
PE
MR 14
13
12
11
15
14
13
12
11
15 DAC0832
17
1
13
14
15
16
4
5
6 Xfer
CS
DI7
DI6
DI5
DI4
DI3
DI32
DI21
02
＋15V WR1
WR2
ILE ＋5V
Vref
Iout
2 ＋10V 控制
旋钮
8
1121 uO 1 R3C UZ(t1 t0) u0(t0) 积分器
整体电路工作原理
2.2、 锯齿波发生器电阻、电容的计算
锯齿波发生器电路如下：
设二极管导通的等效电阻可忽略不计， 电位器的滑动端移到最上端。 当 U01=+Uz时，
D1 导通， D2 截止，输出电压的表达式为： 可调放大电路 偏置电路 u0 随时间线性下降。当 u01 UZ 时， D2导通， D1截止，输出电压的表达式为：
u0 (R3 1RW)CUZ(t2 t1) u0(t1)
u0随时间线性上升。由于 Rw远大于 R3， u01和 u0的波形如图( b)所示。 根据三角波发生电路震荡周期的计算方法，可以得出下降时间和上升时间分别为：
T1 t1 t0 2R R3C
R2
R1
T 2 t2 t1 2 (R3 RW)C
R2
所以震荡周期为：
T 2R1(2 R3 RW)C
T R2
将R1和 R2设为电位器，则调整 R1和R2、RW 的阻值以及 C的容量，可以改震荡周 期。调整 RW 的值可以改变的输出波形的占空比，以及锯齿波上升和下降斜率。
根据积分器的特点，锯齿波的转换须将时间常数设置的尽量小一点，可以选择 C 为 0.01uf
和 0.1uf,稳压管稳压值为 5V，电位器 R1取 20K ，R2取 10K ，RW取 5K ，R3 取 100 ，
R4 取 100 ， R5 取 100 。
2.3 可调放大电阻的计算
可调放大电路如下：
在同向比例运算电路中，输入为上一级锯齿波。根据“虚短”和“虚断”的概念，得：
uP=uN=uI 。净输入电压为零，因而得：
UN 0 U 0 UN
R6 R7 U 0 (1
RR67)U U0 (1
RR76)U
20 倍左右，可取电位器 R7 =20K ， R6=1K ，
R7 的大小，可以改变放大倍数，故可得到最后结果。根据放大关系，可取放大倍数
则放大倍数可达 21 倍左右。调节
2.4 直流偏置电阻的计算
直流偏置电路如下：
同向求和电路中， 多个输入信号同时作用于集成运放的同向输入端。 根据运算关系， 得：
( 1 1 1 1 )uP ui ui1 ui2
R10 R11 R12
同向输入端电位为：
up RP( u
R13
R11‖ R13 )uP
R13 R13 R10
ui1 ui2
R10 R11) R11
其中 RP =R10 ‖
经计算可得：
ui1
R10
ui 为上一级的的输出， R10取 2K， R11取 6K时，经计算，可得 u0 为 ui -5V 。
R13=1K，电位器 R10、 R11取 10K， R9取 20K。 在此电路中，
取 1K， 6K， R11取
2K 时，
因此电路中可设 u0 R9(Ru1i3
输入 ui2)
R11)
ui2 输入
+12V， u0 为 ui
+5V； ui1输入 -12V，当 R9 、 R13 当当 R9、 R13取 1K， R10取 三．硬件部分
3.1 硬件原理框图
硬件原理方框图如图 3.1 所示
图 3.1 硬件原理框图
3.2 主控电路
AT89C51单处机内部设置两个 16位可编程的定时器 /计数器 T0和
T1，它们 具有计数器方式和定时器方式两种工作方式及 4 种工作模式。在波形发生器中， 将其作定时器使用，用它来精确地确定波形的两个采样点输出之间的延迟时间。 模式 1 采用的是 16位计数器，当 T0 或 T1
被允许计数后，从初值开始加计数， 最高位产生溢出时向 CPU请求中断。
中断系统是使处理器具有对外界异步事件的处理能力而设置的。 当中央处理 器 CPU正在处理某件事的时候外界发生了紧急事件，要求 CPU暂停当前的工作， 转而去处理这个紧急事件。 在波形发生器中， 只用到片内定时器／计数器溢出时 产生的中断请求，即是在 AT89C51输出一个波形采样点信号后， 接着启动定时器， 在定时器未产生中断之前，
AT89C51等待，直到定时器计时结束， 产生中断请求， AT89C51响应中断，接着输出下一个采样点信号，如此循环产生所需要的信号波 形［6］。
如图 3.2 所示， AT89C51从 P0口接收来自键盘的信号，并通过 P2
口输出一 些控制信号，将其输入到 8155 的信号控制端，用于控制其信号的输入、输出。 如果有键按下， 则在读控制端会产生一个读信号，
使单片机读入信号。 如果有信 号输出，则在写控制端产生一个写信号，并将所要输出的信号通过 8155 的 PB 口输出，并在数码管上显示出来。
