阶梯波发生器设计

阶梯波信号发生器6阶梯目录第一章：绪论1.1 设计题目1.2 设计要求1.3 题目分析及构思第二章：总体设计与实践2.1 总体方框图2.2 电路原理分析第三章：测试及其分析3.1 定性说明和定量计算3.2 仿真第四章：程序设计历程4.1 仿真实现过程中遇到的问题及排除措施4.2 设计心得体会附录：参考文献第一章绪论1.1【设计题目】：设计题目：阶梯波信号发生器1.2【设计要求】：设计要求： 1.设计一个能产生周期性阶梯波的电路；2.阶梯波周期在20ms 左右；3.输出电压范围10V ；4.阶梯个数4个以上； 5频率可调；6，输出电压可调。

.1.2【设计要求】：设计能产生周期性阶梯波的电路：tu o oU 0.25U55550.5U 0.75U图2 阶梯信号发生器输出波形示意图1.3【题目分析及构思】：阶梯信号发生器可由电压跟随器、555定时器构成的多谐振荡器、六进制计数器、缓冲器、反相求和电路及反相器组成，其框图如图6.3.1所示。

该电路能产生6个台阶的阶梯波。

图6.3.1 阶梯信号发生器框图信号发生器产生三角波通过电压跟随器进入555定时器构成的多谐振荡器，，电路形成自激振荡，输出为矩形脉冲，输出的矩形脉冲通过六进制计数器进行计数，计数结果通过缓冲器进入反相求和电路进行波形相加，形成反相的阶梯波形，输出结果再通过反相器输出为正相阶梯波形。

第二章总体设计与实践2.1【总体方框图】图6.3.1 阶梯信号发生器框图2.2【电路原理分析】需要信号发生器来作为信号源。

用运算放大器、电阻和可调电阻构成电压跟随器，具有电压跟随作用。

555定时器构成的多谐震荡器，由震荡器产生自激震荡产生矩形脉冲，电路的充放电常数决定波的周期，所以用555定时器构成的多谐震荡器来控制阶梯波的周期。

计数器74LS90D调为六进制计数，用来控制阶梯波的阶梯数。

缓冲器用来缓冲信号。

反相求和电路用来将信号相加，形成反相的阶梯波形。

然后再通过反相器形成正相6个阶梯的阶梯波形。

利用六进制触发器的阶梯波发生器的设计与实现首先，让我们清楚地定义一下要解决的问题。

我们想设计一个利用六进制（十六进制）触发器的阶梯波发生器。

在这种情况下，我们通常指的是一种可以生成一系列电平（在这种情况下，有16个可能的电平）的电路。

这种电平逐渐上升，直到达到最大值，然后又返回最小值，形成一种阶梯波形。

在数字电路设计中，这通常是用一个计数器实现的，该计数器可以连续计数，然后在达到最大值时回到零。

对于此任务，我们可以使用集成电路（IC）如74HC193。

74HC193 是一个四位二进制可上下计数器，由四个翻转触发器和相应的控制电路组成，可以在正脉冲或负脉冲到来时进行加一或减一操作。

这是一个基本的电路设计，用于生成十六个电平的阶梯波形：1. 首先，将74HC193的四个数据输入（D0，D1，D2和D3）全部接地。

2. 然后，使用一个时钟信号（例如555计时器产生的方波）驱动74HC193的UP计数输入。

3. 当计数器计数到15（十六进制的F）时，用输出Q0至Q3来驱动一个四位到十六线优先编码器（如74HC154）。

这样，每一个计数都会产生一条选通线（Y0到Y15）。

4. 然后，将这些选通线连接到一个电阻分压器网络，以生成不同的电平。

例如，可以将电阻与VCC和地线之间连接，然后在每个连接点取电压。

这样，每次选通线激活时，都会在输出端得到不同的电压。

5. 这个电压就是你的阶梯波形。

当计数器达到最大计数值（十六进制的F）时，它将自动复位为0，并开始新的计数周期，从而生成一个重复的阶梯波形。

请注意，此设计仅是一种可能的实现方式。

具体的电路设计可能会根据你的具体需求而有所不同，包括所需的电压范围、阶梯的数量、步进速度等因素。

根据你的需求，我会假设你可能需要一些具体的步骤来创建这个电路。

下面是一些详细步骤：1. 获取所需的组件: 你需要一块面包板，一片74HC193 IC，一个555计时器IC，一片74HC154 IC，各种电阻器，一些跳线，一个电源和一个示波器或多用表以检查输出。

姓名 班级 学号 实验日期 节次 教师签字 成绩阶梯波发生电路的设计与分析1.实验目的1、掌握阶梯波发生器电路的结构特点。

2、掌握阶梯波发生器电路的工作原理。

3、学习如何用Multisim 进行电路仿真。

4、学习复杂的集成运算放大器电路的设计。

2.总体设计方案或技术路线1、要设计阶梯波发生电路，首先要设计一个方波发生电路，然后通过微分电路，会得到上下均有尖脉冲的波形。

这时要只取上面的尖脉冲，就需通过限幅电路滤除下半部分的波形。

当这些脉冲经过积分运算电路时，一个尖脉冲累加为一个固定的值，在没有尖脉冲时，积分器保持输出不变。

下一个脉冲到来时又会增加同样的一个值，于是输出形成了阶梯波形。

2、改变电路元件的参数值，探究其于输出的阶梯波各项指标的关系。

3.实验电路图U1UA741CP3247651VEE-15.0VVCC 15.0VRf 100kΩR42kΩC147nFXSC1ABExt Trig++__+_R130kΩR210kΩD112VD212VC247nFR310kΩR510kΩR610kΩU2UA741CP3247651C347nFD31N4148D41N4148图1阶梯波发生电路4. 仪器设备名称、型号1、运算放大器μA741 2个2、二极管若干3、电阻，电容若干4、导线若干5、数字万用表6、可编程线性直流稳压电源7、Agilent DSO-X2002A 型示波器8、电子技术试验箱9、集成运算放大器应用子板5.理论分析或仿真分析结果1、方波发生电路设计方波发生电路由滞回比较器和RC 电路构成。

滞回比较器引入正反馈，产生振荡，使输出电压仅有高低电平两种状态，且自动相互转换。

RC 电路起延时作用和反馈作用，使电路的输出电压按一定时间间隔在高低电平之间交替变化，形成方波。

电路如图2所示，从图3所示的示波器中可读出方波的周期为4.017ms 。

U1UA741CP3247651VEE-15.0VVCC15.0VRf 100kΩR42kΩC147nFXSC1A BExt Trig++__+_R130kΩR210kΩD112VD212V图2方波发生电路图3方波波形2、微分电路设计在上图所示的方波发生电路的输出端接电阻3R 和电容2C 即可组成图4所示的微分电路，原理与运放组成的微分运算电路相同，这里不再叙述。

简易阶梯信号发生器一设计要求1:设计一个电路，在输出端能产生七个阶梯相同的电压波形如图：2：器件74LS74 2块5K电阻1个10K电阻2个20K电阻1个uA74 1块+5V电源+15V电源-15V电源1KHzCP脉冲源3：画出电路与及接线图4:若取TTL电路UoH=3V,求电压输出范围二设计分析及工作原理设计分析1 74LS74为双D触发器，将2块74LS74级联，可以组成三位二进制异步递减计数器，经级联后可得其驱动方程：D1= Q1，D2=Q2,D3=Q3,其状态方程为：Q=D,Q1=Q1,Q2=Q2,Q3=Q3,由此可列出其真值表如下0001110011100101010111001000111010101100011110002 运算放大器与电阻相连可以组成一个反向求和电路，还要考虑位权的问题，故其输出电压U= 若要是该电路产生7阶阶梯相同的电压，则必须令Q1,Q2,Q3前的系数一致，即，经计算得:Rf=10K,R1=5K,R2=10K,R3=20K,所以输出电压U=其电路连接如上：原理分析:当脉冲信号到来时，由74LS74组成的三位二进制计数器开始工作，且递减输出，将Q1,Q2,Q3分别与反向求和放大电路的R1,R2,R3相连接，构成反向求和电路，输出电压U= ,将输出电压U与示波器相连，即可得到所求波形如下。

3 若取TTL电路UoH=3V,求电压输出范围。

三心得体会通过本次实习，我学到了不少知识，例如刚开始设计这道题时，我不知道该怎样设计，和器件相关的知识点也看了，但始终不确定各部分到底要完成什么功能。

最后，我请教了老师，在老师一步步的指点下，我才却定了各部分器件真正的功能，仔细看了看数电及模电课本，我明白了将74LS74级联可以构成三位二进制递减计数器，为运放提供输入信号。

而设计时最重要的一部分我认为应该是反向求和放大器中电阻的连接，为了输出7个阶梯相同的电压，就必须令输出电压表达式中各系数相等，还要考虑三位二进制计数器各输出端Q值权的问题。

实验四阶梯波发生器电路的设计一、实验目的1.掌握阶梯波发生器电路的结构特点。

2.掌握阶梯波发生器电路的工作原理。

3.学习复杂的集成运算放大电路的设计。

二、实验要求1.设计一个能产生周期性阶梯波的电路，要求阶梯波周期在18ms左右，输出电压范围10V，阶梯个数5个。

(注意：电路中均采用模拟、真实器件，不可以选用计数器、555定时器、D/A转换器等数字器件，也不可选用虚拟器件。

)2.对电路进行分段测试和调节，直至输出合适的阶梯波。

3.改变电路元器件参数，观察输出波形的变化，确定影响阶梯波电压范围和周期的元器件。

三、实验原理为了设计一个负阶梯波发生器，首先考虑产生一个方波，其次，经过微分电路输出得到上下都有的尖脉冲，然后经过限幅电路，只留下所需的正脉冲，再经过几分电路，实现累加二输出一个负阶梯。

对应一个尖脉冲就是一个阶梯，在没有尖脉冲时，积分器保持输出不变，在下一个尖脉冲到来时，积分器在原来的基础上进行积分，因此，积分器就起到了几分累加的作用。

当积分累加到比较器的比较电压时，比较器翻转，比较器输出正电压，使振荡控制电路起作用，方波停振。

同时，这个正电压使电子开关导通，积分电容放电，积分器输出对地短路，恢复到起始状态，完成一次阶梯波的输出。

积分器输出由负值向零跳变的过程，又使比较器发生翻转，比较器输出变为负值，这样振荡控制电路不起作用，方波输出，同时电子开关断开，积分器进行积分累加，如此循环往复，就形成了一系列阶梯波。

其原理框图如下图所示。

四、实验步骤1．首先设计一个方波发生器，设计电路原理如下图所示。

双击图中示波器，得到方波发生器的输出波形如图下所示。

从下图中可以读出方波的周期为2.767ms，幅度为5.878V。

图中另一条线为电容C1两端电压的变化曲线。

2.在方波发生器的输出端接电阻和电容组成的微分电路如下图所示。

示波器可以得到尖脉冲波形如下图所示。

3.设计限幅电路，将负半周的尖脉冲率除掉。

利用二极管的单向导电性来进行限幅，电路如下图所示。

阶梯波发生器的设计与实现摘要:阶梯波是一种具有离散取值特性的波形，本次试验主要使用三个集成运算放大器，分别作为迟滞电压比较器、窄脉冲发生器以及积分器，并利用二极管的单向导电性，来实现阶梯波的产生。

其中，积分器与窄脉冲发生器用于阶梯波的产生,迟滞电压比较器用于控制阶梯波的周期,并可以通过调节电阻的大小控制阶梯波的台阶数与频率。

关键词：阶梯波、集成运算放大器、二极管一、设计目的：1、通过实验进一步掌握集成运放和电压比较器的应用。

2、进一步工程设计和实践动手能力，建立系统概念。

二、设计任务要求：1、基本要求：1）利用所给元器件设计一个阶梯波发生器，f≥500Hz，Uopp≥3V,阶数N=6；2）设计该电路的电源电路（不要际搭建），用PROTEL软件绘制完整的电路原理图（SCH）及印制电路板图（PCB）。

2、提高要求：利用基本要求里设计的阶梯波发生器设计一个三极管输出特性测试电路，在示波器上可以观测到基极电流为不同值时三极管的输出特性曲线束。

3、探究环节：1）能否提供其他阶梯波发生器的设计方案？如果能提供，请通过仿真或实验结果加以证明；2）探索其他阶梯波发生器的应用实例，给出应用方案。

三、设计思路：窄脉冲发生器U4和积分器U3组成方波三角波发生器，并与阶梯形成控制门二极管D1一起起到产生阶梯波的作用。

在U4的同相输入端输入一个正参考电压，则U4输出为负脉冲，在负脉冲持续的短时间，阶梯形成控制门二极管二极管D1导通，积分器U3对负脉冲积分，其输出电压上升。

负脉冲消失，则D1截止，积分器输入输出电位保持不变，则形成一个台阶。

U1构成迟滞电压比较器用于控制周期，以控制累加的台阶数。

台阶级数较少的时候，U1的同相输入端电压比反相输入端的参考电压低，则U1输出低电平，阶梯返回控制门二极管D2截止，台阶持续累加。

随着输入台阶的增加，即输入电压增加，某一时刻比较器输出高电平，D2导通，积分器U3开始正电压积分，则U3的输出电位降低，至U3输出的电压低于迟滞电压比较器的门限电压时，U1恢复输出低电平使D2截止，至此完成阶梯波的一个周期。

本科毕业设计（论文）题目阶梯波发生器的设计学生姓名专业班级电子信息科学与技术学号院（系）计算机与通信工程学院指导教师(职称)完成时间年月日郑州轻工业学院毕业设计（论文）任务书题目阶梯波发生器的设计专业电子信息科学与技术学号1 1姓名主要内容：1、了解数字电路的开发和设计流程；2、掌握的阶梯波发生器的设计原理和方法；3、学习复杂的集成运算放大电路的设计；基本要求：1、掌握基本数字电路的设计方法；2、掌握电压跟随器、压控振荡器、五进制计数器、缓冲器、反相求和电路及反相器的原理和设计方法；3、能够运用Multisim软件设计阶梯波发生器电路，以及调试，仿真；主要参考资料等：1、原始资料:[1] 荀殿栋程宗汇主编:《实用数字电路设计手册》电子工业出版社[2] 阎石主编:《数字电子技术基础》.高等教育出版社[3] 刘刚、王立香主编：《Multisim&ultiboard10原理图与ＰＣＢ设计》[4] 王莲英主编：《基于Ｍultisim10的电子仿真实验与设计》2、技术条件:硬件配备：PC一台软件配置:Windows 7操作系统，Multisim10软件完成期限：年月日指导教师签章：专业负责人签章：年月目录中文摘要 (I)英文摘要 (II)1 绪论 (1)1.1 数字电路概述 (1)1.1.1 数字电路分类 (2)1.1.2 数字电路特点 (2)1.1.3 数字电路的发展 (3)2 Multisim10软件介绍 (5)2.1 Multisim10简介 (5)2.1.1 基本界面介绍 (6)2.1.2 元件库的介绍 (7)2.1.3 虚拟仪器仪表的使用 (8)2.1.4 仿真分析方法 (10)2.2 Multisim10的特点 (13)3 阶梯波发生器电路的设计 (15)3.1 阶梯波发生器的介绍 (15)3.2 系统相关元件介绍 (15)3.2.1电压跟随器 (15)3.2.2压控振荡器 (17)3.2.3五进制计算器74LS90 (18)3.2.4缓冲器 (20)3.2.5反相求和电路 (20)3.2.6反相器 (21)3.3 阶梯波发生器电路的设计与仿真 (21)3.3.1硬件电路设计 (21)3.3.2仿真 (22)3.3.3仿真结果 (24)3.4 与模拟电路的比较 (26)结束语 (27)致谢 (28)参考文献 (29)阶梯波发生器的设计摘要阶梯波是一种特殊波形，在一些电子设备和仪表中用处极大，本文介绍的是一个由数字电路实现的阶梯波发生器电路。

班级：09级电信 姓名： 学号：阶梯波发生器（1）阶梯波发生器原理：简易数模转换（D/A ）主要由直流电源模块、连续脉冲信号发生模块、阶梯波形成级模块和阶梯波放大级模块等组成。

下图为模块示意图：一、直流稳压电源的设计 直流稳压电源电路图：用三端集成稳压源7809。

W7809典型稳压值9.0out V V =输出电流典型值为（最小值1.3A ），最小管压降2i o V V -=，1out I A <时的最大允许功耗max 15P W ≤。

最大输入电压35V =，内部设有热过载和过流短路保护电路，工作结温范围0℃125i T ≤≤+℃。

存储温度范围65-℃~150+℃。

极性电容起到滤波的作用。

本次实验中直接采用9V 直流电池直接供电，；利用9V 电池将其转化为5V 的直流电压，为芯片供电。

二、连续脉冲发生电路（1）利用555定时器构成多谐振荡器充电时间:放电时间：230.69313cc ccf b bccV VT R Ln R CV-=≈-故电路的振荡周期：0.693(2)c f a bT T T R R C=+=+振荡频率：1 1.433(2)a bfT R R C=≈+输出脉冲占空比：2c a bva bT R RQT R R+==+占空比可调的多谐振荡器此电路的振荡频率为0.01Hz~500kHz实验要求输出频率为1k~500kHz只需让调节滑动变阻器可实现占空比的变化三、开关电路及阶梯波形成级电路设计开关电路由计数器电路及模拟选通开关实现其功能，通过计数器控制模拟选通开关的工作状态，来实现开关电路功能。

阶梯波形成级电路由权电阻网络或倒T型网络电阻构成，通过运算放大器实现功能。

（一）计数器电路设计获得N进制的计数器常用的方法有两种：一是用时钟触发器和门电路进行设计；二是用集成计数器构成。

本实验中利用集成计数器实现：1.N M<的情况在M进制计数器的顺序技术过程中，若使之跳过M N-个状态，就可实现N进制计数器。