畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）簡(jiǎn)易函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)

1、陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)已做過調(diào)試引 言盡管近30年來以大規(guī)模集成工藝為依托的各種數(shù)字電路的問世，逐漸代替了各種傳統(tǒng)的模擬電路的應(yīng)用領(lǐng)域，但是物理世界畢竟還是模擬的，與物理世界各種現(xiàn)象的接口，仍然需要靠模擬電路來承擔(dān)。即便在某一功能塊中，模擬電路所占份量可能很少，但是這一部分或許是整個(gè)系統(tǒng)就設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)來說最具挑戰(zhàn)性的部分，而且往往在系統(tǒng)性能上起著關(guān)鍵作用。尤其是當(dāng)速度和功率成為至關(guān)重要的因素時(shí)，模擬電路就更顯突出。運(yùn)算放大器和各種模擬集成電路是應(yīng)用最為廣泛的一類模擬器件。隨著及程度的提高、性能的改善，愈來愈受到人們的青睞；在工業(yè)控制、遙控遙測(cè)、儀表儀器等領(lǐng)域成為不可或缺的器件。傳統(tǒng)上

2、隸屬于模擬電子學(xué)領(lǐng)域的很多功能，今天都用數(shù)字形式給予實(shí)現(xiàn)了。然而，物理世界本來就是模擬的，這表明，總是需要模擬電路去適應(yīng)這些物理信號(hào)，像與傳感器相連的電路，以及把模擬信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息，供進(jìn)一步處理，和從數(shù)字信息轉(zhuǎn)換回模擬信息供物理世界再利用等這樣一些電路，都還需要用到模擬電路。因此，當(dāng)今的許多應(yīng)用，最好是由混合模式的集成電路（混合模式ic）和系統(tǒng)來提出。它依賴模擬電路與物理世界接口，而數(shù)字電路則用作處理和控制。即便這個(gè)模擬電路或許進(jìn)展這個(gè)芯片面積的一小部分，但它往往卻是設(shè)計(jì)中極具挑戰(zhàn)性的部分，并且在整個(gè)系統(tǒng)的性能上起著關(guān)鍵作用。隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，電子電路及其應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)手段

3、也越來也越先進(jìn)。傳統(tǒng)的電子電路與系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，周期長(zhǎng)、耗材多、效率低，難以滿足電子技術(shù)飛速發(fā)展的要求?！半娮庸ぷ髋_(tái)”，即ewb（electronic workbench），是將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用電子設(shè)計(jì)與仿真過程的新技術(shù)，它已被廣泛的應(yīng)用于電子電路分析、設(shè)計(jì)、仿真、印制電路板的設(shè)計(jì)等各項(xiàng)工作之中。ewb為使用者提供了一個(gè)集成一體化的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)環(huán)境，創(chuàng)建電路、試驗(yàn)分析和結(jié)果輸出在一個(gè)集成菜單系統(tǒng)中可以全部完成，使電子電路及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)產(chǎn)生了劃時(shí)代的變化，極大地提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量與效率。ewb與電路分析軟件“pspice”完全兼容，而且具有界面形象逼真、操作方便，采用圖形方式創(chuàng)建電路等優(yōu)點(diǎn)。ewb有龐

4、大的原器件庫(kù)和比較齊全的儀器儀表庫(kù)。在本設(shè)計(jì)中將采用數(shù)-模結(jié)合的集成電路來實(shí)現(xiàn)方波和三角波的輸出。函數(shù)發(fā)生器是一種可以同時(shí)產(chǎn)生方波、三角波和正弦波的專用集成電路。當(dāng)調(diào)節(jié)外部電路參數(shù)時(shí)，還可以獲得占空比可調(diào)的矩形波和鋸齒波。因此廣泛用于儀器儀表中。函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的功能是產(chǎn)生據(jù)由指定特征，例如頻率、幅度、形狀以及占空比的波形，有時(shí)會(huì)通過適當(dāng)?shù)目刂菩盘?hào)，將這些特征設(shè)計(jì)成可在外部編程的。一般來說，信號(hào)發(fā)生器是利用某些反饋形式以及像電容那樣其特征與事件有關(guān)的器件儀器來實(shí)現(xiàn)。 作 者 2006-6-201 緒論1.1 本課題相關(guān)背景知識(shí)隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，電子電路及其應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)手段也越來

5、越先進(jìn)。傳統(tǒng)的電子電路與系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，周期長(zhǎng)、耗材多、效率低，難以滿足電子技術(shù)飛速發(fā)展的要求?！半娮庸ぷ髌脚_(tái)”，即ewb（electronics workbench），是將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用在電子設(shè)計(jì)與仿真過程中的新技術(shù)，它已被廣泛應(yīng)用于電子電路分析、設(shè)計(jì)、仿真、印制電路板的設(shè)計(jì)等各項(xiàng)工作之中。ewb為使用者提供了一個(gè)集成一體化的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)環(huán)境，創(chuàng)建電路、試驗(yàn)分析和結(jié)果輸出，在一個(gè)集成菜單系統(tǒng)中可以全部完成，使電子電路及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)產(chǎn)生了劃時(shí)代的變化，極大地提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量與效率。ewb與電路分析軟件pspice完全兼容，而且具有界面形象逼真、操作方便，采用圖形方式創(chuàng)建電路等優(yōu)點(diǎn)。ewb還有龐大

6、的元器件庫(kù)和比較齊全的儀器儀表庫(kù)。集成電路（ic: integrated circuit）是指通過一系列特定的加工工藝，將晶體管、二極管等有源器件和電阻、電容、電感等無源器件，按照一定的電路互連，“集成”在一塊半導(dǎo)體晶片（如硅，或砷化鎵）上，封裝在一個(gè)外殼內(nèi)，執(zhí)行特定電路或系統(tǒng)功能的一種器件。1965年，intel公司創(chuàng)始人之一的gorden e.moore博士在研究存儲(chǔ)器芯片上晶體管增長(zhǎng)數(shù)的時(shí)間關(guān)系時(shí)預(yù)測(cè)，芯片上晶體管數(shù)目每隔18個(gè)月翻一番或每三年翻兩番，這一關(guān)系稱為摩爾定律（moores law）。集成電路從19世紀(jì)60年代開始發(fā)展至今，其規(guī)模幾乎仍然按照摩爾定律發(fā)展。從標(biāo)志ic水平的兩個(gè)

7、指標(biāo)集成規(guī)模（integration scale）和特征尺寸（feature size）來看，目前單個(gè)芯片上已經(jīng)可以制作含有幾百萬個(gè)晶體管的一個(gè)完整的數(shù)字系統(tǒng)或數(shù)?；旌系碾娮酉到y(tǒng)，集成電路的特征尺寸也已發(fā)展到深亞微米水平，0.18工藝已經(jīng)走向規(guī)模化生產(chǎn)。隨著應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展，社會(huì)對(duì)集成電路芯片的需求量和種類越來越多，消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品的整機(jī)性能要求越來越高。而集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)與制造技術(shù)水平也在迅速發(fā)展，越來越多性價(jià)比好的電路不斷推出。在這種需求牽引和技術(shù)進(jìn)步的雙重作用下，集成電路正在向集成系統(tǒng)（is：integrated system）發(fā)展，即在一個(gè)微電子芯片上將信息的采集、傳輸、存儲(chǔ)、處理等功能

8、集成在一起而構(gòu)成系統(tǒng)芯片（soc：system on chip）。為實(shí)現(xiàn)soc，提出了更多的基礎(chǔ)研究、設(shè)計(jì)技術(shù)研究及工藝技術(shù)研究的方向。此外，這種微電子技術(shù)一旦與其他學(xué)科相結(jié)合，將會(huì)誕生出一些嶄新的學(xué)科，mems技術(shù)和dna生物芯片就是突出的例子。前者是微電子技術(shù)與機(jī)械、光學(xué)等領(lǐng)域結(jié)合而誕生的，后者則是與生物技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。根據(jù)集成電路的器件結(jié)構(gòu)類型、集成規(guī)模、使用的基片材料、電路功能以及應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)集成電路分類的結(jié)果如圖1.1所示。集成電路按器件結(jié)構(gòu)分類雙集成電路mos集成電路bimos集成電路集成度小規(guī)模集成電路中規(guī)模集成電路大規(guī)模集成電路超大規(guī)模集成電路特大規(guī)模集成電路巨大規(guī)模集成電路基

9、片材料單片集成電路混合集成電路電路的功能數(shù)字集成電路模擬集成電路數(shù)模混合集成電路應(yīng)用領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)通用集成嗲路專用集成電路圖1.1 集成電路分類1.2 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的發(fā)展現(xiàn)狀目前，市場(chǎng)上的信號(hào)發(fā)生器多種多樣，一般按頻帶分為以下幾種:超高頻:頻率范圍1mhz以上，可達(dá)幾十兆赫茲；高頻: 幾百干赫茲到幾兆赫茲；低頻: 頻率范圍為幾十赫茲到幾百千赫；超低頻:頻率范圍為零點(diǎn)幾赫茲到幾百赫茲；超高頻信號(hào)發(fā)生器，產(chǎn)生波形一般用lc振蕩電路。高頻、低頻和超低頻信號(hào)發(fā)生器，大多使用文氏橋振蕩電路，即rc振蕩電路，通過改變電容和電阻值，改變頻率。用以上原理設(shè)計(jì)的信號(hào)發(fā)生器，其輸出波形一般只有兩種，即正弦波和脈沖波，

10、其零點(diǎn)不可調(diào)。而且價(jià)格也比較貴，一般在幾百元左右。在實(shí)際應(yīng)用中，超低頻波和高頻波一般是不用的，一般用中頻，即幾十赫茲到幾十千赫茲。用單片計(jì)算機(jī)inte18031，加上一片dac0832,就可以做成一個(gè)簡(jiǎn)單的信號(hào)發(fā)生器，其頻率受計(jì)算機(jī)運(yùn)行的程序的控制。我們可以把產(chǎn)生各種波形的程序，寫在eprom中，裝入本機(jī)，按用戶的選擇，運(yùn)行不同的程序，產(chǎn)生不同的波形。再在dac0832輸出端加上一些電壓變換電路，就完成了一個(gè)頻率、幅值、零點(diǎn)均可調(diào)的多功能信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)。1.3 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的發(fā)展趨勢(shì)中國(guó)電子測(cè)量?jī)x器，隨著世界高科技發(fā)展的潮流，走進(jìn)了高科發(fā)展的道路，為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)、科學(xué)教育、特別是國(guó)防軍事的

11、發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。我國(guó)電子測(cè)量?jī)x器在若干重大領(lǐng)域取得了突破性進(jìn)展，為我國(guó)電子測(cè)量?jī)x器走向世界水平奠定了良好的基礎(chǔ)。1.4 課題完成的工作及研究?jī)?nèi)容熟悉ewb仿真軟件的環(huán)境，掌握ewb操作過程。利用ewb仿真軟件完成設(shè)計(jì)頻率為、失真度小的方波和三角波發(fā)生器的工作，研究其頻率、幅度是否可調(diào)。2 電路仿真2.1 ewb仿真軟件概述 ewb是electronics workbench的縮寫，稱為電子工作平臺(tái)，是一種在電子技術(shù)界廣為用的優(yōu)秀計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)軟件，被譽(yù)為計(jì)算機(jī)里的電子實(shí)驗(yàn)室。 其特點(diǎn)是圖形界面操作，易學(xué)、易用，快捷、方便，真實(shí)、準(zhǔn)確，使用ewb可實(shí)現(xiàn)大部分硬件電路實(shí)驗(yàn)的功能。電子工作平臺(tái)的

12、設(shè)計(jì)試驗(yàn)工作區(qū)好像一塊面包板，在上面可建立各種電路進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。電子工作平臺(tái)的器件庫(kù)可為用戶提供350多種常用模擬和數(shù)字器件， 設(shè)計(jì)和試驗(yàn)時(shí)可任意調(diào)用。虛擬器件在仿真時(shí)可設(shè)定為理想模式和實(shí)模式，有的虛擬器件還可直觀顯示，如發(fā)光二極管可以發(fā)出紅綠藍(lán)光，邏輯探頭像邏輯筆那樣可直接顯示電路節(jié)點(diǎn)的高低電平，繼電器和開關(guān)的觸點(diǎn)可以分合動(dòng)作，熔斷器可以燒斷，燈泡可以燒毀，蜂鳴器可以發(fā)出不同音調(diào)的聲音，電位器的觸點(diǎn)可以按比例移動(dòng)改變阻值。電子工作平臺(tái)的虛擬儀器庫(kù)存放著數(shù)字電流表、數(shù)字電壓表、數(shù)字萬用表、雙通道 1000mhz 數(shù)字存儲(chǔ)示波器、999mihz數(shù)字函數(shù)發(fā)生器、可直接顯示電路頻率響應(yīng)的波特圖儀、1

13、6路數(shù)字信號(hào)邏輯分析儀、16位數(shù)字信號(hào)發(fā)生器等，這些虛擬儀器隨時(shí)可以拖放到工作區(qū)對(duì)電路進(jìn)行測(cè)試，并直接顯示有關(guān)數(shù)據(jù)或波形。電子工作平臺(tái)還具有強(qiáng)大的分析功能， 可進(jìn)行直流工作點(diǎn)分析， 暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)分析，高版本的ewb還可以進(jìn)行傅立葉變換分析、噪聲及失真度分析、零極點(diǎn)和蒙特卡羅等多項(xiàng)分析。2.1.1 ewb的特點(diǎn)與其他電子電路仿真軟件相比，ewb的特點(diǎn)是：1) 界面直觀、操作方便。ewb改變了一般電子電路仿真軟件必須采用文本方式創(chuàng)建電路和選擇元器件及測(cè)試儀器與儀表的方法，采用圖形方式創(chuàng)建電路，即直接從屏幕上的元器件庫(kù)和儀器庫(kù)中選取電路元器件和測(cè)試儀器與儀表。2) 電路元器件豐富。ewb提供了數(shù)千種電

14、路元器件及其理想值，并與目前常用的電子電路分析軟件pspice的元器件庫(kù)完全兼容，同時(shí)還可以根據(jù)需要新建或擴(kuò)充元器件庫(kù)。3) 仿真手段符合實(shí)際。ewb提供的虛擬儀器與實(shí)際儀器極為相似，利用虛擬儀器對(duì)電路進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)如同使用真實(shí)儀器進(jìn)行電路實(shí)驗(yàn)，便于學(xué)習(xí)與使用。雖然ewb在電子電路設(shè)計(jì)與仿真的許多地方都應(yīng)用廣泛，但他還是存在一些缺點(diǎn)：首先，ewb不能實(shí)現(xiàn)通過編程來實(shí)現(xiàn)的電路設(shè)計(jì)與仿真；其次，ewb是一種理想的環(huán)境，在此環(huán)境下工作的電路以及仿真結(jié)果都是理想值，與實(shí)際電路的測(cè)試仿真結(jié)果有誤差。2.1.2 ewb的主要功能1) 電路分析功能ewb提供了豐富而詳細(xì)的電路分析方法，不僅提供了瞬態(tài)與穩(wěn)態(tài)、時(shí)

15、域與頻域、線形與非線性，和噪聲與失真等常規(guī)的電路分析方法。同時(shí)還提供了傅立葉、電路極-零點(diǎn)、靈敏度和電路容差等電路分析方法，幫助設(shè)計(jì)這分析電路特性。2) 故障設(shè)置功能可以設(shè)置實(shí)際實(shí)驗(yàn)中不容易做到的開路、短路和漏電等故障，觀察和分析電路狀態(tài)，加深對(duì)理論知識(shí)的理解。3) 存儲(chǔ)功能在仿真的同時(shí)，可以存儲(chǔ)所有測(cè)試點(diǎn)的數(shù)據(jù)、波形及測(cè)試儀器的工作狀態(tài)，并能力儲(chǔ)備仿真電路所有元器件清單。4) 與其他軟件兼容于共享功能ewb提供的元器件庫(kù)與pspice的元器件庫(kù)完全兼容，同時(shí)，在ewb平臺(tái)上設(shè)計(jì)的電路原理圖可以直接輸出到protel和orcad等軟件平臺(tái)上，自動(dòng)排出印制電路板圖，從而大大加快電子產(chǎn)品開發(fā)速度，

16、提高設(shè)計(jì)工作效率。5) 模擬電路與數(shù)字電路混合的模擬功能ewb以spice3f5為模擬軟件核心，可以在系統(tǒng)中任意集成模擬與數(shù)字元器件，并能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換。6) 波形即時(shí)顯示功能可以在電路仿真過程中實(shí)時(shí)顯示需要觀察的波形。7) 下拉式電路編輯菜單功能可以使電路元器件的輸入更為方便快捷。2.1.3 ewb對(duì)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)和試驗(yàn)仿真的基本步驟1. 用虛擬器件在工作區(qū)建立電路；2. 選定元件的模式、參數(shù)值和標(biāo)號(hào)；3. 連接信號(hào)源等虛擬儀器；4. 選擇分析功能和參數(shù)；5. 激活電路進(jìn)行仿真；6. 保存電路圖和仿真結(jié)果。2.2 ewb的工作界面啟動(dòng)ewb5.0c，可以看到electronics workb

17、ench主窗口，它有菜單欄、常用工具欄、元器件選取欄和電路原理圖編輯窗口組成，如圖2.1所示。圖2.1 ewb主窗口由圖可以看到，ewb模擬了一個(gè)實(shí)際的電子工作臺(tái)。主窗口的最上層是菜單欄，從中可以選擇電路分析、實(shí)驗(yàn)與仿真等各種命令；第二層是常用工具欄，從中可以選擇各種操作命令；第三層是元器件庫(kù)欄，從中可以選取電路實(shí)驗(yàn)所需的各種元器件與測(cè)試儀器；下面最大的區(qū)域便是電路原理圖編輯窗口，也可以成為電路工作區(qū)，在這里可以進(jìn)行電路的連接，測(cè)試與仿真；最下層是電路描述框，用于電路說明。2.3 ewb的工具欄ewb的工具欄如圖2.2所示，其中各按鍵名稱及其功能如下：在線幫助放大縮小元器件特征分析曲線創(chuàng)子電路

18、垂直翻轉(zhuǎn)水平翻轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)粘貼復(fù)制剪切打印存盤打開刷新圖2.2 ewb工具欄1) 刷新：清除電路工作區(qū)，準(zhǔn)備生成新電路。2) 打開：打開電路文件。3) 存盤：保存電路文件。4) 打印：打印電路文件。5) 剪切：將選中的電路剪切至剪貼板。6) 復(fù)制：將選中的電路復(fù)制至剪貼板。7) 粘貼：將剪貼板中的內(nèi)容粘貼至電路工作區(qū)。8) 旋轉(zhuǎn)：將選中的元器件逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度。9) 水平翻轉(zhuǎn)：將選中的元器件水平翻轉(zhuǎn)180度。10) 垂直翻轉(zhuǎn)：將選中的元器件垂直翻轉(zhuǎn)180度。11) 創(chuàng)子電路：生成子電路。12) 分析曲線：調(diào)出曲線分析框。13) 元器件特征：調(diào)出元器件特征對(duì)話框。14) 縮?。簩㈦娐钒匆欢ū壤s小。1

19、5) 放大：將電路按一定比例放大。16) 在線幫助：調(diào)出與選中對(duì)象有關(guān)的幫助內(nèi)容。2.4 ewb的元器件與儀器庫(kù)欄ewb元器件庫(kù)欄由14個(gè)元器件庫(kù)組成，如圖2.3所示，單擊元器件庫(kù)中的某一個(gè)圖標(biāo)即可打開該元器件庫(kù)。1 2 3 4 5 6 7圖2.3 元器件庫(kù)1）自定義元器件庫(kù) 自定義元器件庫(kù)中保存的元器件是：使用者根據(jù)需要，自己創(chuàng)建的在ewb元器件庫(kù)中沒有收入的元器件和在電路設(shè)計(jì)中創(chuàng)建的子電路，可以在電路設(shè)計(jì)中隨時(shí)調(diào)用。2）信號(hào)源庫(kù) 信號(hào)源庫(kù)及各器件名稱如圖2.4所示。圖2.4 信號(hào)源庫(kù)3）基本元器件庫(kù) 基本元器件庫(kù)及其各元器件名稱如圖2.5所示。圖2.5 基本元器件庫(kù)4）二極管庫(kù) 二極管庫(kù)及

20、其元器件名稱如圖2.6所示。圖2.6 二極管庫(kù)5）模擬集成器庫(kù) 模擬集成器庫(kù)其元器件名稱如圖2.7所示。圖2.7 模擬集成器件庫(kù)2.5 元器件的操作使用（1）根據(jù)電路需要，現(xiàn)在元器件庫(kù)欄中打開該元器件庫(kù)的下拉菜單，然后從元器件庫(kù)中將選中的元器件拖拽到電路工作區(qū)。（2）選擇單個(gè)元器件的方法：?jiǎn)螕粢x中的元器件，被選中的所有元器件都以紅色顯示，便于識(shí)別。選擇多個(gè)元器件的方法：ctrl+單擊需要的所有元器件，被選中的所有元器件都以紅色顯示。如果要同時(shí)選中一組相鄰的元器件，可以在電路工作取得適當(dāng)位置拖拽畫出一個(gè)矩形區(qū)域，包圍在該矩形區(qū)內(nèi)的一組元器件即被同時(shí)選中。取消選中元器件的方法：取消所有被選中元器

21、件的選中狀態(tài)，只需但既工作取得空白部分。要取消某一元器件的選中狀態(tài)，只需使用ctrl+單擊該元器件。（3）元器件的移動(dòng)。移動(dòng)元器件至特定的位置，只要拖動(dòng)該元器件即可。如果移動(dòng)的元器件為多個(gè)，則必須先用前面的方法選中這些元器件，然后用鼠標(biāo)的左鍵拖拉其中的任意一個(gè)元器件，則所有選中的元器件就會(huì)一起移動(dòng)到指定的位置。需注意的是與其連接得導(dǎo)線也會(huì)重新排列。如果只是想為移動(dòng)某個(gè)（或某些）元器件的位置，也可以先選中它（們），然后再使用鍵盤上的箭頭鍵作為小的移動(dòng)。（4）元器件的調(diào)整。為便于電路的合理布局和連線，經(jīng)常需要對(duì)元器件進(jìn)行調(diào)整，這些調(diào)整包括旋轉(zhuǎn)、垂直翻轉(zhuǎn)和水平翻轉(zhuǎn)等。在元器件被選中狀態(tài)下，可用下面三

22、種方式實(shí)現(xiàn)：1) 菜單方式，菜單欄中命令如下：circuit/rotate 電路/旋轉(zhuǎn)circuit/flip vertical 電路/垂直翻轉(zhuǎn)circuit/flip horizintal 電路/水平翻轉(zhuǎn)2) 工具欄圖標(biāo)方式：3) 熱鍵方式：ctrl+r 旋轉(zhuǎn)（5）元器件的復(fù)制。要復(fù)制元器件有以下三種方式：1) 菜單方式：菜單欄中命令為：edit/copy （編輯/復(fù)制）、edit/paste （編輯/粘貼）2) 工具欄圖標(biāo)方式3) 熱鍵方式：復(fù)制 ctrl+c 粘貼 ctrl+v（6）元器件的刪除。要?jiǎng)h除被選中的元器件，按鍵盤delete鍵，或菜單命令edit/delete（編輯/刪除）和

23、edit/cut（編輯/剪切）即可。此外，直接將元器件拖拉回其元器件庫(kù)（打開狀態(tài)）也可實(shí)現(xiàn)刪除。2.6 元器件的參數(shù)設(shè)置在電路中，元器件的參數(shù)設(shè)置是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。通過參數(shù)調(diào)整，可以改變電路的性能指標(biāo)及測(cè)試電路的工作狀態(tài)等。2.7 導(dǎo)線的編輯操作2.7.1 導(dǎo)線的連接如圖2.8所示，連接12v電源和地。將鼠標(biāo)指向12v電源的端點(diǎn)，出現(xiàn)一個(gè)節(jié)點(diǎn)，按鼠標(biāo)左鍵并拖動(dòng)出一根導(dǎo)線，拉住導(dǎo)線并指向地的端點(diǎn)，使其出現(xiàn)小圓點(diǎn)，釋放鼠標(biāo)左鍵，即完成了導(dǎo)線的連接。圖2.8 連接12v電源和地2.7.2 導(dǎo)線顏色的改變雙擊要改變顏色的導(dǎo)線，可彈出wire properties對(duì)話框如圖2.9(a)，選擇sche

24、matic options選項(xiàng)并按下set wire color按鈕，然后選擇合適的顏色。如圖2.9(b)。圖2.9 改變導(dǎo)線的顏色2.7.3 導(dǎo)線的刪除對(duì)準(zhǔn)要?jiǎng)h除的導(dǎo)線，單擊鼠標(biāo)右鍵，可得圖2.10所示菜單，選擇delete wire即可刪除導(dǎo)線。對(duì)準(zhǔn)要?jiǎng)h除的導(dǎo)線的一端，按住左鍵拖動(dòng)圓點(diǎn)，使導(dǎo)線離開元器件端點(diǎn)，放開左鍵，導(dǎo)線則自動(dòng)刪除。如圖2.10(b)。圖2.10 導(dǎo)線的刪除2.7.4 彎曲導(dǎo)線的調(diào)整如圖2.11所示，元器件位置與導(dǎo)線不在同一條直線上，可以選中該元器件，然后用四個(gè)箭頭鍵微調(diào)該元器件的位置，這種微調(diào)方法也可用于對(duì)一組選中的元器件的位置的調(diào)整。圖2.11 彎曲導(dǎo)線的調(diào)整2.7.

25、5 導(dǎo)線上插入和刪除元件如圖2.12(a)所示，在導(dǎo)線中插入元器件：只要將元器件直接拖動(dòng)放置在導(dǎo)線上，然后釋放即可插入電路中，如圖2.12(b)。刪除元器件，只需選中該穩(wěn)壓二極管，按delete鍵即可。圖2.12 導(dǎo)線上插入元器件2.7.6 節(jié)點(diǎn)的使用節(jié)點(diǎn)是一個(gè)小圓點(diǎn)，存放在基本器件庫(kù)中，一個(gè)節(jié)點(diǎn)有上、下、左、右四個(gè)連接點(diǎn)可以連接來自四個(gè)方向的導(dǎo)線，如圖2.13所示。將一條導(dǎo)線伸展到另一條導(dǎo)線時(shí)會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生連接點(diǎn)，并可以賦予標(biāo)識(shí)。圖2.13 節(jié)點(diǎn)1) 節(jié)點(diǎn)的調(diào)整。如果導(dǎo)線接入的節(jié)點(diǎn)的方向不適合，會(huì)造成導(dǎo)線不必要的彎曲，如圖2.14(a)所示?？梢园褜?dǎo)線的接點(diǎn)從左邊改為右邊，如圖2.14(b)所示

26、，整個(gè)電路就更整齊、美觀。圖2.14 節(jié)點(diǎn)的調(diào)整2) 節(jié)點(diǎn)的標(biāo)識(shí)、編號(hào)與顏色。在電路中，ewb自動(dòng)為每個(gè)節(jié)點(diǎn)分配了一個(gè)編號(hào)，如圖2.15所示。是否顯示節(jié)點(diǎn)編號(hào)可由菜單circuit/schematic options命令的show/hide對(duì)話框設(shè)置?；螂p擊節(jié)點(diǎn)，可得出設(shè)置節(jié)點(diǎn)對(duì)話框，在對(duì)話框中對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)識(shí)、編號(hào)與顏色的設(shè)置。如圖2.16所示。 圖2.15 節(jié)點(diǎn)的標(biāo)號(hào)顯示 圖2.16 單一節(jié)點(diǎn)的設(shè)置對(duì)話框2.7.7 測(cè)試儀器的使用測(cè)試儀器圖標(biāo)放置在一起庫(kù)中，使用測(cè)試儀器的步驟為：1) 從一起庫(kù)中拖動(dòng)儀器圖標(biāo)到電路工作區(qū)。2) 把儀器圖標(biāo)連接到電路中的測(cè)試點(diǎn)。3) 雙擊儀器圖標(biāo)使之放大成展示面

27、板，以便進(jìn)行實(shí)驗(yàn)觀察。4) 將放大的儀器拖放到適合的觀察位置。5) 根據(jù)測(cè)試要求調(diào)整儀器上的控制“旋鈕”。6) 開始仿真。2.7.8 電路的激活一旦創(chuàng)建好了電路并接上了測(cè)試儀器，就可以對(duì)電路進(jìn)行特性測(cè)試方針。若要激活電路進(jìn)行仿真，可通過三種方式實(shí)現(xiàn)：1) 圖標(biāo)按鈕方式：?jiǎn)螕舸翱谟疑辖堑碾娫撮_關(guān)。2) 菜單方式：在analysis菜單選擇activate。3) 熱鍵方式：按ctrl+g。3 電路設(shè)計(jì)3.1 電路設(shè)計(jì)框圖tp1三角波方波轉(zhuǎn)換電路三角波信號(hào)發(fā)生器tp23.2 可行性及原理分析獲取方波波形的途徑不外乎有兩種：一種是利用各種形式的多諧振蕩器電路直接產(chǎn)生所需要的方波，另一種則是通過各種整形

28、電路把已有的周期性變化的波形變換為符合要求的方波。而要實(shí)現(xiàn)三角波波形，常用有集成運(yùn)放構(gòu)成的積分電路，輸出波形的要求與方波一樣，都是1、失真度小。所以，可以先通過積分電路得到三角波，再通過對(duì)三角波進(jìn)行整形而得到方波。為了避免積分其對(duì)滯留開環(huán)增益過大，而導(dǎo)致波形失真度大，在此，我將采用閉環(huán)振蕩電路的設(shè)計(jì)方案。3.2.1 555定時(shí)器的結(jié)構(gòu)和功能555定時(shí)器是一種多用途的數(shù)字模擬混合集成電路，利用它能極方便的構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器。由于使用靈活、方便，所以，555定時(shí)器在波形的產(chǎn)生與變換、測(cè)量與控制、家用電器、電子玩具等許多領(lǐng)域中得到了應(yīng)用。正因?yàn)槿绱?，自從signetics公司

29、于1972年推出這種產(chǎn)品以后，國(guó)際上各主要的電子器件公司也都相繼地生產(chǎn)了各自的555定時(shí)器產(chǎn)品。盡管產(chǎn)品型號(hào)繁多，但所有雙極型產(chǎn)品型號(hào)最后的3位數(shù)碼都是555，所有coms產(chǎn)品型號(hào)最后的4位數(shù)碼都是7555。而且，它們的功能和外部引腳的排列完全相同。為了提高集成度，隨后又產(chǎn)生了雙定時(shí)器產(chǎn)品556（雙極型）和7556（coms型）。圖3.1時(shí)國(guó)產(chǎn)雙極型定時(shí)器cb555的電路結(jié)構(gòu)圖。它有比較器、基本rs觸發(fā)器和集電極開路的放電三極管三部分組成。圖3.1 cb555的電路結(jié)構(gòu)圖是比較器的輸入端（也稱閾值端用th標(biāo)注），是比較器的輸入端（也稱觸發(fā)端，用標(biāo)注）。和的參考電壓（電壓比較的基準(zhǔn)），和由經(jīng)三個(gè)

30、5k電阻分壓給出。在控制電壓輸入端懸空時(shí)，=，=。如果外接固定電壓，則=，=。是置零輸入端。只要在端加上低電平，輸出端便立即被置成低電平，不受其他輸入端狀態(tài)的影響。正常工作時(shí)必須使處于高電平。圖中18為器件引腳的編號(hào)。由圖可知，當(dāng)，時(shí)，比較器的輸出=0，比較器的輸出=1，基本rs觸發(fā)器被置0，導(dǎo)通，同時(shí)為低電平。當(dāng)時(shí), =1,=1,觸發(fā)器的狀態(tài)保持不變,因而和輸出的狀態(tài)也維持不變。當(dāng),低導(dǎo)通1不變不變1r1時(shí)，占空系數(shù)近似為50。圖3.4 多諧振蕩器的電路圖和波形圖由仿真結(jié)果我們知道：電路的振蕩周期t、占空系數(shù)d，僅與外接元件r1、r2和c有關(guān)，不受電源電壓變化的影響；改變r(jià)1、r2，即可改變

31、占空系數(shù)，其值可在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)；改變c的值，可單獨(dú)改變周期，而不影響占空系數(shù)。另外，復(fù)位端4也可輸入1個(gè)控制信號(hào)。復(fù)位端4為低電平時(shí)，電路停振。3.2.3 運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器（operational amplifier），或簡(jiǎn)稱為op-amp。放大器是一種二端口器件，它接受一個(gè)成為輸入的外加信號(hào)，產(chǎn)生一個(gè)成為輸出的信號(hào)并使輸出=增益輸入，這里增益是某一種合適的比例常數(shù)。滿足于這一定義的器件稱為線性放大器，以區(qū)別于具有非線性輸入-輸出關(guān)系的器件。一個(gè)放大器接受來自上面某個(gè)源的輸入，并將它的輸出向下輸送到某個(gè)負(fù)載。決定于輸入和輸出信號(hào)的屬性，可有不同類型的放大器。最普遍的就是電壓放大器，它的輸

32、入和輸出都是電壓。這個(gè)放大器的每一端口都能用戴維南等效給予建模，它有一個(gè)電壓源和一個(gè)串聯(lián)電阻組成。輸入端口通常起一個(gè)純無源的作用，所以只用一個(gè)電阻來建模稱之為該放大器的輸入電阻。輸出端口用一個(gè)表明與有關(guān)的電壓控制電壓源（vcvs）和一個(gè)稱為輸出電阻的串聯(lián)電阻來建模。值得注意的是，輸入源也是用戴維南等效給于建模的，它由源電壓和串聯(lián)電阻構(gòu)成；輸出負(fù)載起無源的作用，用電阻建模。在輸出端口應(yīng)用電壓分壓器公式得出，注意到，當(dāng)不存在任何負(fù)載（）時(shí)，就有。所以稱為無載或開路電壓增益。在輸入端口應(yīng)用電壓分壓器公式得出，消去并經(jīng)整理得到源電壓-負(fù)載增益為，當(dāng)信號(hào)從源向負(fù)載傳播時(shí)，首先在輸入端口受到某些衰減，然后

33、在放大器內(nèi)部放大，最后在輸出端口又有額外的衰減。這些衰減統(tǒng)稱之為加載效應(yīng)。3.2.4 三角波發(fā)生電路在直流穩(wěn)壓電源提供電壓的條件下，電容的充電和放電過程，就產(chǎn)生了三角波?；谶@個(gè)原理，最常見而且比較好實(shí)現(xiàn)的方法就是運(yùn)用集成運(yùn)放構(gòu)成的積分電路。在自控系統(tǒng)中，常用積分電路作為調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)；此外，還廣泛應(yīng)用于波形的產(chǎn)生和變換以及儀器儀表之中，以集成運(yùn)放作為放大電路，利用電阻和電容作為反饋網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)這種運(yùn)算電路。在圖2.5所示的積分電路中，由于集成運(yùn)放的同相輸入端通過接地，為“虛地”。電路中，電容c中電流等于電阻r中電流：，輸出電壓與電容上電壓的關(guān)系為：而電容上電壓等于其電流的積分，故圖2.5 積分電

34、路 在求解到時(shí)間段的積分值時(shí)式中為積分其實(shí)時(shí)刻的輸出電壓，即積分運(yùn)算的起始值，積分的終值是時(shí)刻的輸出電壓。 當(dāng)為常數(shù)時(shí)，當(dāng)輸入為節(jié)約信號(hào)時(shí)，若時(shí)刻電容上的電壓為零，則輸出電壓波形如圖3.6(a)所示。當(dāng)輸入為方波和正弦波時(shí)，輸出電壓波形分別如圖3.6(b)和3.6(c)所示。 t t vovott（b）（a）tvot（c）圖3.6 積分運(yùn)算電路在不同輸入情況下的波形(a)輸入為階躍信號(hào) (b)輸入為方波 (c)輸入為正弦波在實(shí)用電路中，為了防止低頻信號(hào)增益過大，常在電容上并聯(lián)一個(gè)電阻加以限制。如圖2.7所示。圖3.7 積分電路3.2.5 總電路分析 根據(jù)前面的介紹分析，可以得到總設(shè)計(jì)電路圖如圖

35、3.8所示：圖3.8 方波和三角波發(fā)生器的綜合電路如圖所示，整個(gè)電路是一個(gè)數(shù)-?；旌霞呻娐罚饕蓛刹糠謽?gòu)成，由lm741集成運(yùn)放構(gòu)成的積分電路是三角波發(fā)生電路，而由555定時(shí)器構(gòu)成的電路是整形電路將積分電路產(chǎn)生的三角波整形為方波。在前面已經(jīng)介紹過，產(chǎn)生方波的方法不外乎有兩種，一種是通過各種多諧振蕩器直接產(chǎn)生方波，另一種則是利用各種整形電路將原有的周期性的波形整形為符合要求的波形。在本設(shè)計(jì)中我采用第二種，因?yàn)楦鶕?jù)要求要產(chǎn)生頻率為1、失真度小的三角波和方波，所以用整形電路比較方便，更容易實(shí)現(xiàn)這一任務(wù)。lm741集成運(yùn)放的工作電壓為，所以我用的直流電壓源的伏值為。lm741集成運(yùn)放的外圍電路是由

36、電容c和電阻r構(gòu)成，而為了實(shí)現(xiàn)頻率可調(diào)，所以r是由一個(gè)電阻和一個(gè)電位器組成。通過恒流源交替的對(duì)電容充電和放電，就形成了三角波。555定時(shí)器構(gòu)成的同相遲滯比較器起到整形的作用。這正是我所設(shè)計(jì)的地方。由555定時(shí)器的5腳（控制電壓輸入端）作為信號(hào)輸入端，由2-6腳提供參考電壓。當(dāng)時(shí)，q=0，故；當(dāng)時(shí)，故保持低電平不變；當(dāng)時(shí)，q=1，故=1；所以，滯回電壓值為：。正好與2-6腳作為信號(hào)輸入端，參考電壓由5腳提供的反相遲滯比較器的情況相反。調(diào)節(jié)電位器可改變輸出波形的頻率，還可以通過改變r(jià)1和r2的比例來改變頻率的大小，但是改變頻率的同時(shí)也會(huì)改變占空比。當(dāng)占空比為50%時(shí)，輸出波形呈對(duì)稱波形，當(dāng)占空比為

37、某一值時(shí)，三角波可變?yōu)殇忼X波。 而要改變輸出波形的頻率，則要改變直流電壓的伏值，因?yàn)檩敵霾ㄐ蔚姆热Q于供電源的伏值。3.2.6 設(shè)計(jì)電路仿真波形圖圖3.8 設(shè)計(jì)電路仿真波形圖由波形圖得知，電容在與之間充電的時(shí)間為方波周期的一半，所以就有： 這是占空比為50%時(shí)的頻率，當(dāng)占空比不為50%時(shí)，輸出波形的頻率的計(jì)算過程如下：設(shè)r1上的電壓為： r2上的電壓為：當(dāng)方波電壓為e時(shí)，由運(yùn)放虛短路得：電阻r的電壓等于r1上的電壓，積分電流，周期：占空比：例如：當(dāng)=50k時(shí)，頻率，輸出波形如圖3.9所示圖3.9 仿真波形圖當(dāng)直流電源為20v，輸出波形的幅度就會(huì)增大，但是頻率不變。如圖3.10所示。圖3.10

38、 改變直流電壓源后的輸出波形圖4. 結(jié)論 r是由一個(gè)電阻和一個(gè)電位器組成，使用電位器的目的是為了實(shí)現(xiàn)頻率的可調(diào)，c不變，當(dāng)r=13，f=7.692;r不變，當(dāng)c=10，f=3.3。而和不但起分壓作用，而且也可以起到調(diào)節(jié)頻率和占空比的作用，當(dāng)和的比例為1：1時(shí)，輸出波形為對(duì)稱波形，增大，占空比減小。改變和的比例，還可能會(huì)得到鋸齒波。由此分析得出。 因?yàn)檩敵霾ㄐ蔚姆仁怯芍绷麟娫吹碾妷旱闹邓鶝Q定的，所以，若要對(duì)輸出波形的幅度進(jìn)行調(diào)節(jié)，則可通過改變直流電源的伏值來實(shí)現(xiàn)。致 謝首先我要感謝我的指導(dǎo)老師，龍光利老師。龍老師治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，學(xué)識(shí)淵博，思想深邃，為我營(yíng)造了一種良好的精神氛圍。授人以魚不如授人以漁，

39、置身其間，使我不僅接受了全新的思想觀念，樹立了宏偉的學(xué)術(shù)目標(biāo)，領(lǐng)會(huì)了基本的思考方式，掌握了通用的研究方法，而且還明白了許多待人接物與為人處世的道理。其嚴(yán)以律己、寬以待人的崇高風(fēng)范，樸實(shí)無華，與無微不至、感人至深的人文關(guān)懷，倍感親切，豈是三言兩語(yǔ)能夠說得清，道得明的。我無法用準(zhǔn)確生動(dòng)的語(yǔ)言來淋漓盡致地描述自己的真實(shí)感受，只好將它深深地埋在心底，化作一道虔誠(chéng)的祝福。其次，我要感謝我的同組搭檔，在我們遇到困難時(shí)，我們能互相鼓勵(lì)，互相幫助。我們的協(xié)助工作才能使我們?cè)谠O(shè)計(jì)中克服種種難題，順利地完成設(shè)計(jì)任務(wù)。在此，我衷心地祝愿導(dǎo)師合家歡樂，一生平安。同時(shí)，也將祝福送給每一位幫助過我的師長(zhǎng)。參考文獻(xiàn)1 孫惠

40、章.基于ewb簡(jiǎn)易函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)j.電子制作，2006,143（2）. 48-492 曾興雯，劉乃安，陳健.高頻電路原理與分析. 西安：西安電子科技大學(xué)出版社，1994. 26-323 蔣麗偉.最新ewb電子仿真軟件j.電子制作，2005,135（6）. 35-384 張政.學(xué)用ewb分析電路的靜態(tài)工作點(diǎn)j.電子制作，2005,134（5）. 365 駱新全，黃玲玲. 電路仿真與pcb設(shè)計(jì)pspice8.0,multisim2001及protel99 se的應(yīng)用 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2004. 30-426 李忠波，袁宏. 電子設(shè)計(jì)與仿真技術(shù). 機(jī)械工業(yè)出版社，2004.1-2

41、67 江明. 單片機(jī)控制多功能信號(hào)發(fā)生器. 學(xué)位論文. 吉林大學(xué)學(xué)報(bào). 2004，第12卷（3）8 張躍勤，張文希，湯懷清. 智能函數(shù)信號(hào)發(fā)生器. 長(zhǎng)沙大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，第16卷（2）9 塞爾吉?dú)W弗朗哥. 基于運(yùn)算放大器和模擬集成電路的電路設(shè)計(jì). 西安：西安交通大學(xué)出版社，2004. 418-423外文翻譯wave-form generators1.the basic priciple of sinusoidal oscillators many different circuit configurations deliver an essentially sinusoidal output

42、 waveform even without input-signal excitation. the basic principles governing all these oscillators are investigated. in addition to determining the conditions required for oscillation to take place, the frequency and amplitude stability are also studied. fig.1-1 show an amplifier, a feedback netwo

43、rk, and an input mixing circuit not yet connected to form a closed loop. the amplifier provides an output signal as a consequence of the signal applied directly to the amplifier input terminal. the output of the feedback network is and the output lf the mixing circuit (which is now simply an inverte

44、r) is form fig.1-1 the loop gain is loop gain=base amplifierafeedback network f1-12mixing or inverting networkfig.1-1 an amplifier with transfer gain a and feedback network f not yet connected to form a closed loop.suppose it should happen that matters are adjusted in such a way that the signalis id

45、entically equal to the externally applied input signal. since the amplifier has no means of distinguishing the source of the input signal applied to it, it would appear that, if the external source were removed and if terminal 2 were connected to terminal 1, the amplifier would continue to provide t

46、he same output signal as before. note, of course, that the statement =means that the instantaneous values of andare exactly equal at all times. the condition=is equivalent to, or the loop gain must equal unity. the barkhausen criterion we assume in this discussion of oscillators that the entire circ

47、uit operates linearly and that the amplifier or feedback network or both contain reactive elements. under such circumstances, the only periodic waveform which will preserve, its form is the sinusoid. for a sinusoidal waveform the conditionis equivalent to the condition that the amplitude, phase, and

48、 frequency ofandbe identical. since the phase shift introduced in a signal in being transmitted through a reactive network is invariably a function of the frequency, we have the following important principle:the frequency at which a sinusoidal oscillator will operate is the frequency for which the t

49、otal shift introduced, as a signal proceed from the input terminals, through the amplifier and feedback network, and back again to the input, is precisely zero(or, of course, an integral multiple of 2). stated more simply, the frequency of a sinusoidal oscillator is determined by the condition that the loop-gain phase shift is zero.although other principles may