存儲示波器設計
❶ 數字存儲示波器的技術指標如何計算,設計
一、硬體設計
基於GPIB的數字示波器自動檢定系統的硬體由GPIB控制器、FLUKE5500A、被檢定數字示波器和PC機以及列印機等外圍設備組成。
控制器
GPIB是惠普公司於20世紀60年代末、70年代初開發的實用儀器介面系統。由於對測試儀器的控制很方便,並且具有較高的傳輸速度(1Mbps),GPIB於1975年被定為IEEE488標准,1987年修定為IEEE488.1—1987。GPIB匯流排是數字化的24腳並行匯流排,有8根線是地線和屏蔽線,另外16根線是TTL電平信號傳輸線,包括8根數據線、5根介面管理線和3根數據傳輸控制線。GPIB使用8位並行、位元組串列、非同步通訊方式,所有位元組通過匯流排順序傳送。
GPIB系統設備有控者、講者和聽者三種屬性。實際設備具有其中的一種、兩種或三種。作為控者,它可以通過定址指定
連接到匯流排上具有講者屬性的器件成為講者和具有聽者屬性的器件作為聽者,包括指定它自己。講者能通過匯流排向其他器件發送數據。聽者能從匯流排上接收講者發送
的數據。一般來說在GPIB系統中計算機是控者,具有講、聽、控三種屬性。為避免匯流排沖突,IEEE488規定一次只能有一個講者,但可以同時有幾個聽
者。由於GPIB系統中各器件的工作速度可能相差懸殊,為了保證多線消息能夠雙向、非同步、可靠地傳輸,GPIB母線中設置了三條握手線,分別為數據有效
線、未准備好接收線和未收到數據線。
在本系統中採用的GPIB控制器是貝卡科
技公司開發的BC-1401-2型USB-GPIB介面控制器,它帶有USB介面,把USB匯流排轉換成GPIB匯流排,操作GPIB儀器。其特點是:完全符
合IEEE488.1和IEEE488.2國際標准,支持PCI、USB、Ethernet工業標准;數據傳輸率為900kbps,適合PC機與儀器之間
的高速數據傳輸;提供了一套I/O GPIB操作函數庫,其函數與ISA匯流排的ES1400系列介面控制器相同;提供了一套符合VPP規范的虛擬儀器軟體架構VISA(Virtual Instrument Software Architecture)函數庫,實現了凡是採用VISA函數開發的應用程序,在更換不同廠家的不同型號的GPIB介面控制器時,應用程序不需要作任何修改;該介面控制器可以用C/C++、VC++、VB、LabView、LabWindows/CVI、HP-VEE、Delphi等多種語言編制測試程序,方便而靈活。
主控PC
PC作為系統的「主控者」,通過發布命令給GPIB介面控制器實現對FLUKE5500A和被檢定示波器的控制,主要包括以下幾個方面的內容:儀器的初始化、復位、儀器參數設置;命令FLUKE5500A產生標准信號,同時被檢示波器顯示;讀取/保存儀器數據並傳給PC等。
二、軟體設計
平台選擇
軟體是本數字示波器自動檢定系統的核心,軟硬體能否穩定、協調地工作是系統能夠對數字示波器快
速、可靠檢定的基礎。本系統採用性能穩定的Windows2003 Server操作系統、SQL
Sever2005(開發版)資料庫以及Visual.
NET2005作為開發平台,以C/C++作為編程語言,同時在驅動程序方面選用NI公司的Lab
Windows/CVI7.0做部分程序的驅動開發。同時採用MAX(Measurement&Automation)作為IVI驅動配置程序。
VISA和IVI
VISA是VXI plug&play聯盟制定的I/O介面軟體標准。制定VISA的目的是確保不同廠商、不同介面標準的儀器能相互兼容、可以通訊和進行數據交換。其顯著特點是:VISA是採用了先進的面向對象編程思
想來實現的;它是當前所有儀器介面類型功能函數的超集成,而且十分簡潔,只有90多個函數;VISA作為標准函數,與儀器的I/O介面類型無關,方便程序
移植。對於驅動程序、應用程序開發者而言,VISA庫函數是一套可以方便調用的函數,可以控制各種設備如GPIB、VXI、PXI等。
IVI(Interchangeable Virtual Instrument)是IVI基金會為了進一步提高儀器驅動程序的可執行性能,達到真正意義上的儀器互換,實現應用程序完全獨立於硬體而推出的儀器驅動程序編程介面。IVI系統由
IVI類驅動程序、具體驅動程序、IVI引擎、IVI配置實用程序、IVI配置信息文件五部分組成。類驅動程序實現了上層統一功能的封裝,面對的是操作
者,而具體驅動程序完成與具體儀器的通信。測試程序是調用類驅動程序,用類驅動程序調用具體驅動程序來實現測試程序和硬體的無關性。IVI引擎完成狀態緩
存、儀器屬性跟蹤、分類驅動程序到具體驅動程序的映射功能。IVI配置實用程序是採用軟體MAX創建和配置IVI邏輯名,在測試程序中通過傳送邏輯名給一
個分類驅動程序初始化函數,將操作映射到具體儀器及儀器驅動程序。IVI配置信息文件記錄了所有邏輯名和從類驅動程序到具體儀器驅動程序的映射信息。其結
構如圖2所示。
測試架構
測試軟體模塊:
測試軟體分為測試數據管理模塊、測試參數管理模塊、測試程序模塊三部分。測試數據管理模塊是管理對儀器的檢定日期、
檢定人員、對具體儀器的已檢定項目、檢定的數據等。測試參數管理是在資料庫中管理具體儀器的各檢定項、檢定項的標准值等。測試程序模塊是根據用戶在軟面板
上選定的測試參數,調用相應的測試儀器進行測試,把測試數據和資料庫中的標准相比較,判斷是否合格。
測試軟體結構化流程:
在開機系統自檢後,
檢定操作員在軟體界面上選擇/輸入需要檢定的儀器型號,程序由儀器型號在資料庫中調出相應的檢定項目、被檢項目的標准值、被檢儀器與FLUKE5500A
和GPIB控制器的連接圖。檢定員按連接圖(FLASH動畫)連接儀器,在確認連接正確後,檢查是否有IVI驅動程序,在安裝驅動程序後運行MAX配置工
具,完成配置後即可運行相應的測試程序,把測試結果保存到資料庫,並列印相應的合格/不合格報告。其流程圖見圖3。
開發IVI驅動程序:
對於IVI儀器,廠家會提供IVI驅動程序只需要編寫少量代碼即可實現對儀器的檢定,主程序簡單,便於管理。IVI基金會的目標是支持95%的儀器。基於IVI技術的數字儀器的檢定將會是儀器檢定的必然之路。
但是並不是所有的儀器都支持IVI。對於非IVI儀器,使用LabWindows/CVI中的IVI驅動開發向導把
儀器程式控制命令樹中所有底層命令封裝成一系列帶有圖像面板的高層函數,完成IVI驅動程序的開發,使它成為IVI儀器。其特點是前期開發IVI驅動程序工作
量大,但是後期測試程序開發和維護工作量少。
資料庫
資料庫管理主要包括用戶管理、被檢儀器型號管理、檢定項目管理、檢定報告管理、檢定項目指標管理以及數據查詢6個模塊。
數字示波器是數據採集,A/D轉換,軟體編程等一系列的技術製造出來的高性能示波器。數字示波器一般支持多級菜單,能提供給用戶多種選擇,多種分析功能。
還有一些示波器可以提供存儲,實現對波形的保存和處理。
目前高端數字示波器主要依靠美國技術,對於300MHz帶寬之內的示波器,目前國內品牌的示波器在性能上已經可以和國外品牌抗衡,且具有明顯的性價比優
勢。
❷ 基於PLD的簡易數字存儲示波器設計的畢設論文和開題報告
別的我不知道
1016442790
這個百分之90是坑 雖然態度似乎不錯但 及時給你 也是不對題的
❸ 急!基於單片機的數字示波器設計
首先根據輸出波形的頻率和幅值進行編碼,存儲在單片機的ROM里,
然後以一定的時間間隔依次將這些數字量送往D/A進行轉換輸出,這樣,只要循環送數,在D/A的雙極性輸出端就可以得到波形波形。
採用單片機片內的振盪器、上電復位和外部硬體看門狗電路。
至於波形編碼,網上資料很多,下面是硬體電路設計的描述(這個是網上找的):
輸出兩路幅值相等相位相差90°的正弦波形作為物體偏轉測量的基準波形;另一路輸出測角波形,該波形相對基準波形的相位反映角偏差的方向、幅值反映角偏差量。專用波形發生器就是模擬角位移輸出波形的裝置,用來進行後續解調電路以及功放電路的檢測。它以單片機為核心,經過D/A轉換和放大電路的處理,最後輸出反應彈體姿態的基準波形和測角波形。
軟體方面的編程:
#include "reg52.h"
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
unsigned char code table[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71,0x00}; //共陰極0~9對應16進制數
//=============正弦波數據====================
uchar code sin_tab[256]=
{
0x80, 0x83, 0x86, 0x89, 0x8c, 0x8f, 0x92, 0x95, 0x98, 0x9c, 0x9f, 0xa2, 0xa5, 0xa8, 0xab, 0xae,
0xb0, 0xb3, 0xb6, 0xb9, 0xbc, 0xbf, 0xc1, 0xc4, 0xc7, 0xc9, 0xcc, 0xce, 0xd1, 0xd3, 0xd5, 0xd8,
0xda, 0xdc, 0xde, 0xe0, 0xe2, 0xe4, 0xe6, 0xe8, 0xea, 0xec, 0xed, 0xef, 0xf0, 0xf2, 0xf3, 0xf4,
0xf6, 0xf7, 0xf8, 0xf9, 0xfa, 0xfb, 0xfc, 0xfc, 0xfd, 0xfe, 0xfe, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff,
0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xfe, 0xfe, 0xfd, 0xfc, 0xfc, 0xfb, 0xfa, 0xf9, 0xf8, 0xf7,
0xf6, 0xf5, 0xf3, 0xf2, 0xf0, 0xef, 0xed, 0xec, 0xea, 0xe8, 0xe6, 0xe4, 0xe3, 0xe1, 0xde, 0xdc,
0xda, 0xd8, 0xd6, 0xd3, 0xd1, 0xce, 0xcc, 0xc9, 0xc7, 0xc4, 0xc1, 0xbf, 0xbc, 0xb9, 0xb6, 0xb4,
0xb1, 0xae, 0xab, 0xa8, 0xa5, 0xa2, 0x9f, 0x9c, 0x99, 0x96, 0x92, 0x8f, 0x8c, 0x89, 0x86, 0x83,
0x80, 0x7d, 0x79, 0x76, 0x73, 0x70, 0x6d, 0x6a, 0x67, 0x64, 0x61, 0x5e, 0x5b, 0x58, 0x55, 0x52,
0x4f, 0x4c, 0x49, 0x46, 0x43, 0x41, 0x3e, 0x3b, 0x39, 0x36, 0x33, 0x31, 0x2e, 0x2c, 0x2a, 0x27,
0x25, 0x23, 0x21, 0x1f, 0x1d, 0x1b, 0x19, 0x17, 0x15, 0x14, 0x12, 0x10, 0xf, 0xd, 0xc, 0xb ,
0x9, 0x8, 0x7, 0x6, 0x5, 0x4, 0x3, 0x3, 0x2, 0x1, 0x1, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0 ,
0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x1, 0x1, 0x2, 0x3, 0x3, 0x4, 0x5, 0x6, 0x7, 0x8 ,
0x9, 0xa, 0xc, 0xd, 0xe, 0x10, 0x12, 0x13, 0x15, 0x17, 0x18, 0x1a, 0x1c, 0x1e, 0x20, 0x23,
0x25, 0x27, 0x29, 0x2c, 0x2e, 0x30, 0x33, 0x35, 0x38, 0x3b, 0x3d, 0x40, 0x43, 0x46, 0x48, 0x4b,
0x4e, 0x51, 0x54, 0x57, 0x5a, 0x5d, 0x60, 0x63, 0x66, 0x69, 0x6c, 0x6f, 0x73, 0x76, 0x79, 0x7c,
};
//三角波信號數據表
uchar code thr_tab[32]=
{
0x00,0x0f,0x1f,0x2f,0x3f,0x4f,0x5f,0x6f,0x7f,0x8f,0x9f,0xaf,0xbf,0xcf,0xdf,0xef,
0xff,0xef,0xdf,0xcf,0xbf,0xaf,0x9f,0x8f,0x7f,0x6f,0x5f,0x4f,0x3f,0x2f,0x1f,0x0f
};
//-------------------------------------------------------------------------------------------------------
//鋸齒波信號數據表
uchar code jc_tab[33]=
{
0x00,0x08,0x0f,0x18,0x1f,0x28,0x2f,0x38,0x3f,0x48,0x4f,0x58,0x5f,0x68,0x6f,0x78,
0x7f,0x88,0x8f,0x98,0x9f,0xa8,0xaf,0xb8,0xbf,0xc8,0xcf,0xd8,0xdf,0xe8,0xef,0xf8,0xff
};
//數碼管位選控制口定義
sbit LED4=P2^7;
sbit LED3=P2^6;
sbit LED2=P2^5;
sbit LED1=P2^4;
//按鍵口申明
sbit S1=P2^3;
sbit S2=P2^2;
sbit S3=P2^1;
unsigned char tabArry[4]; //保存顯示數據
char flag=1; //按鍵標志,當flag=1時表示沒有按下,當flag=0時表示有按鍵按下
int keycount=0; //按鍵計數
unsigned char waveth,wavetl; //用於對定時器付值
unsigned int frecount=100; //頻率計數
unsigned int mbjs; //碼表計數,共采32個點
//毫秒延時程序
void delayms(int ms)
{
uchar i;
while(ms--)
{
for(i=250;i>0;i--);
}
}
//鍵盤掃描
void keyscan()
{
if(flag==1)
{
if(S3==0) //用S3切換波形
{
delayms(2); //延時去抖
if(S3==0) //按鍵計數,便於切換波形
{
flag=0;
keycount++;
if(keycount>=4) keycount=0; //四種波形計數4次
}
}
if(S2==0) //頻率加1 處理
{
delayms(2);
if(S2==0)
{
flag=0;
switch(keycount)
{
case 0: //正弦波頻率加1
frecount++;
if(frecount>1000) frecount=0;
break;
case 1: //三角波頻率加1
frecount++;
if(frecount>1000) frecount=0;
break;
case 2: //鋸齒波頻率加1
frecount++;
if(frecount>1000) frecount=0;
break;
case 3: //方波頻率加1
frecount++;
if(frecount>1000) frecount=0;
break;
}
waveth=(65536-57603/frecount)/256; //重新計算初值
wavetl=(65536-57603/frecount)%256;
}
}
if(S1==0) //頻率減1 處理
{
delayms(2);
if(S1==0)
{
flag=0;
switch(keycount)
{
case 0: //正弦波頻率減1
frecount--;
if(frecount<0) frecount=999;
break;
case 1: //三角波頻率減1
frecount--;
if(frecount<0) frecount=999;
break;
case 2: //鋸齒波頻率減1
frecount--;
if(frecount<0) frecount=999;
break;
case 3: //方波頻率減1
frecount--;
if(frecount<0) frecount=999;
break;
}
waveth=(65536-57603/frecount)/256; //重新計算初值
wavetl=(65536-57603/frecount)%256;
}
}
}
if(S1!=0 && S2!=0 && S3!=0) flag=1; //判斷按鍵是否彈起
}
//數據分位
void change(char wavetype,unsigned int frequency)
{
tabArry[0]=wavetype; //顯示字母,表示波形類型
tabArry[1]=frequency%1000/100; //百位
tabArry[2]=frequency%100/10; //十位
tabArry[3]=frequency%10; //個位
}
//顯示函數
void display()
{
switch(keycount)
{
case 0: //顯示A和正弦波的頻率
change(0x0a,frecount);
break;
case 1: //顯示b和三角波的頻率
change(0x0b,frecount);
break;
case 2: //顯示C和鋸齒波的頻率
change(0x0c,frecount);
break;
case 3: //顯示d和方波的頻率
change(0x0d,frecount);
break;
}
P0 = table[tabArry[0]]; //送最高位段碼
LED1=0; //打開對應的位選控制口
delayms(2); //顯示延時
LED1=1; //關閉對應的位選控制後顯示下一位
P0 = table[tabArry[1]];
LED2=0;
delayms(2);
LED2=1;
P0 = table[tabArry[2]];
LED3=0;
delayms(2);
LED3=1;
P0 = table[tabArry[3]];
LED4=0;
delayms(2);
LED4=1;
}
void Timerinit()
{
TMOD=0x01; //定時器0方式1
//定時器初值計算公式:X=65536-(T/T0)=65536-(f0/f/32)
TH0=waveth=(65536-57603/frecount)/256; //定時器初值 22.1184MHz
TL0=wavetl=(65536-57603/frecount)%256;
EA=1; //開總中斷
ET0=1; //開定時器0中斷
TR0=1; //定時器0開始計數
}
//主函數
void main()
{
Timerinit(); //定時器初始化
while(1)
{
keyscan(); //掃描按鍵
display(); //顯示程序
}
}
void Timer0() interrupt 1
{
TH0=waveth; //重新賦初值
TL0=wavetl;
if (keycount==0) //輸出正弦波
{
P1 = sin_tab[mbjs];
mbjs+=8; //256點,每隔8點輸出一個數據
if(mbjs>=256)
{
mbjs=0;
}
}
else if(keycount==1) //輸出三角波
{
P1 = thr_tab[mbjs];
mbjs++;
if(mbjs>=32)
{
mbjs=0;
}
}
else if(keycount==2) //輸出鋸齒波
{
P1 = jc_tab[mbjs];
mbjs++;
if(mbjs>=32)
{
mbjs=0;
}
}
else if(keycount==3) //輸出方波
{
mbjs++;
if(mbjs>=32)
{
mbjs=0;
}
else if(mbjs<16) P1=0xff;
else P1=0x00;
}
}
摘 要
函數信號發生器是一種能夠產生多種波形,如三角波、鋸齒波、矩形波(含方波)、正弦波的電路。函數信號發生器在電路實驗和設備檢測中具有十分廣泛的用途。通過對函數波形發生器的原理以及構成分析,可設計一個能變換出三角波、正弦波、方波的函數波形發生器。
本課題採用由集成運算放大器與晶體管差分放大器共同組成的方波—三角波—正弦波函數發生器的設計方法,先通過比較器產生方波,再通過積分器產生三角波,最後通過差分放大器形成正弦波。波形變換的原理是利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性。
經過模擬得出了方波、三角波、正弦波、方波——三角波轉換及三角波——正弦波轉換的波形圖。
關鍵字:函數信號發生器、集成運算放大器、晶體管差分放
設計目的、意義
1 設計目的
(1)掌握方波—三角波——正弦波函數發生器的原理及設計方法。
(2)掌握遲滯型比較器的特性參數的計算。
(3)了解單片集成函數發生器8038的工作原理及應用。
(4)能夠使用電路模擬軟體進行電路調試。
2 設計意義
函數發生器作為一種常用的信號源,是現代測試領域內應用最為廣泛的通用儀器之一。
在研製、生產、測試和維修各種電子元件、部件以及整機設備時,都學要有信號源,由它產生不同頻率不同波形的電壓、電流信號並加到被測器件或設備上,用其他儀器觀察、測量被測儀器的輸出響應,以分析確定它們的性能參數。信號發生器是電子測量領域中最基本、應用最廣泛的一類電子儀器。它可以產生多種波形信號,如正弦波,三角波,方波等,因而廣泛用於通信、雷達、導航、宇航等領域。
設計內容
1 課程設計的內容與要求(包括原始數據、技術參數、條件、設計要求等):
1.1課程設計的內容
(1)該發生器能自動產生正弦波、三角波、方波。
(2)函數發生器以集成運放和晶體管為核心進行設計
(3)指標:
輸出波形:正弦波、三角波、方波
頻率范圍:1Hz~10Hz,10Hz~100Hz
輸出電壓:方波VP-P≤24V,三角波VP-P=8V,正弦波VP-P>1V;
(4)對單片集成函數發生器8038應用接線進行設計。
1.2課程設計的要求
(1)提出具體方案
(2)給出所設計電路的原理圖。
(3)進行電路模擬,PCB設計。
2 函數波形發生器原理
2.1函數波形發生器原理框圖
圖2.1 函數發生器組成框圖
2.2函數波形發生器的總方案
函數發生器一般是指能自動產生正弦波、三角波、方波及鋸齒波、階梯波等電壓波形的電路或儀器。根據用途不同,有產生三種或多種波形的函數發生器,使用的器件可以是分立器件 (如低頻信號函數發生器S101全部採用晶體管),也可以採用集成電路(如單片函數發生器模塊8038)。為進一步掌握電路的基本理論及實驗調試技術,本課題採用由集成運算放大器與晶體管差分放大器共同組成的方波—三角波—正弦波函數發生器的設計方法。
產生正弦波、方波、三角波的方案有多種,如首先產生正弦波,然後通過整形電路將正弦波變換成方波,再由積分電路將方波變成三角波;也可以首先產生三角波—方波,再將三角波變成正弦波或將方波變成正弦波等等。本課題採用先產生方波—三角波,再將三角波變換成正弦波的電路設計方法[3]。
由比較器和積分器組成方波—三角波產生電路,比較器輸出的方波經積分器得到三角波,三角波到正弦波的變換電路主要由差分放大器來完成。差分放大器具有工作點穩定,輸入阻抗高,抗干擾能力較強等優點。特別是作為直流放大器時,可以有效地抑制零點漂移,因此可將頻率很低的三角波變換成正弦波。波形變換的原理是利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性。
2.3函數波形發生器各組成部分的工作原理
2.3.1方波發生電路的工作原理
此電路由反相輸入的滯回比較器和RC電路組成。RC迴路既作為延遲環節,又作為反饋網路,通過RC充、放電實現輸出狀態的自動轉換。設某一時刻輸出電壓Uo=+Uz,則同相輸入端電位Up=+Ut。Uo通過R3對電容C正向充電,如圖2.3中實線箭頭所示。反相輸入端電位n隨時間t的增長而逐漸增高,當t趨於無窮時,Un趨於+Uz;但是,一旦Un=+Ut,再稍增大,Uo從+Uz躍變為-Uz,與此同時Up從+Ut躍變為-Ut。隨後,Uo又通過R3對電容C反向充電,如圖中虛線箭頭所示。Un隨時間逐漸增長而減低,當t趨於無窮大時,Un趨於-Uz;但是,一旦Un=-Ut,再減小,Uo就從-Uz躍變為+Uz,Up從-Ut躍變為+Ut,電容又開始正相充電。上述過程周而復始,電路產生了自激振盪[4]。
2.3.2方波——三角波轉換電路的工作原理
圖2.2方波—三角波產生電路
工作原理如下:
若a點斷開,整個電路呈開環狀態。運算發大器A1與R1、R2及R3、RP1組成電壓比較器,C1為加速電容,可加速比較器的翻轉。運放的反相端接基準電壓,即U-=0,同相輸入端接輸入電壓Uia,R1稱為平衡電阻。比較器的輸出Uo1的高電平等於正電源電壓+Vcc,低電平等於負電源電壓-Vee(|+Vcc|=|-Vee|), 當比較器的U+=U-=0時,比較器翻轉,輸出Uo1從高電平跳到低電平-Vee,或者從低電平Vee跳到高電平Vcc。設Uo1=+ Vcc,則
(2.1)
將上式整理,得比較器翻轉的下門限單位Uia_為
(2.2)
若Uo1=-Vee,則比較器翻轉的上門限電位Uia+為
(2.3)
比較器的門限寬度:
(2.4)
由以上公式可得比較器的電壓傳輸特性,如圖2.3所示。
a點斷開後,運放A2與R4、RP2、C2及R5組成反相積分器,其輸入信號為方波Uo1,則積分器的輸出Uo2為:
(2.5)
時,
(2.6)
時,
(2.7)
可見積分器的輸入為方波時,輸出是一個上升速度與下降速度相等的三角波,其波形關系如圖2.4所示。
a點閉合,即比較器與積分器形成閉環電路,則自動產生方波-三角波。三角波的幅度為:
(2.8)
方波-三角波的頻率f為:
(2.9)
由以上兩式(2.8)及(2.9)可以得到以下結論:
(1) 電位器RP2在調整方波-三角波的輸出頻率時,不會影響輸出波形的幅度。若要求輸出頻率的范圍較寬,可用C2改變頻率的范圍,PR2實現頻率微調。
(2) 方波的輸出幅度應等於電源電壓+Vcc。三角波的輸出幅度應不超過電源電壓+Vcc。
電位器RP1可實現幅度微調,但會影響方波-三角波的頻率[3]。
圖2.3比較器的電壓傳輸特性
圖2.4方波與三角波波形關系
2.3.3三角波---正弦波轉換電路的工作原理
如圖2.5三角波——正弦波的變換電路主要由差分放大電路來完成。
差分放大器具有工作點穩定,輸入阻抗高,抗干擾能力較強等優點。特別是作為直流放大器,可以有效的抑制零點漂移,因此可將頻率很低的三角波變換成正弦波。波形變換的原理是利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性[1]。
圖2.5 三角波——正弦波的變換電路
分析表明,傳輸特性曲線的表達式為:
(2.10)
(2.11)
式中
——差分放大器的恆定電流;
——溫度的電壓當量,當室溫為25oc時, ≈26mV。
如果Uid為三角波,設表達式為
(2.12)
式中 Um——三角波的幅度;
T——三角波的周期。
為使輸出波形更接近正弦波,由圖2.6可見:
(1)傳輸特性曲線越對稱,線性區越窄越好。
(2)三角波的幅度Um應正好使晶體管接近飽和區或截止區。
(3)圖2.7為實現三角波——正弦波變換的電路。其中RP1調節三角波的幅度,RP2調整電路的對稱性,其並聯電阻RE2用來減小差分放大器的線性區。電容C1,C2,C3為隔直電容,C4為濾波電容,以濾除諧波分量,改善輸出波形[2]。
圖2.6三角波—正弦波變換原理
圖2.7三角波—正弦波變換電路
2.4電路的參數選擇及計算
2.4.1方波-三角波中電容C1變化(關鍵性變化之一)
實物連線中,我們一開始很長時間出不來波形,後來將C2從10uf(理論時可出來波形)換成0.1uf時,順利得出波形。實際上,分析一下便知當C2=10uf時,頻率很低,不容易在實際電路中實現。
2.4.2三角波—正弦波部分的計算
比較器A1與積分器A2的元件計算如下:
由式(2.8)得
即
取 ,則 ,取 ,RP1為47KΩ的點位器。取平衡電阻
由式(2.9)
即
當 時,取 ,則 ,取 ,為100KΩ電位器。當 時 ,取 以實現頻率波段的轉換,R4及RP2的取值不變。取平衡電阻 。
三角波—正弦波變換電路的參數選擇原則是:隔直電容C3、C4、C5要取得較大,因為輸出頻率很低,取 ,濾波電容 視輸出的波形而定,若含高次斜波成分較多, 可取得較小, 一般為幾十皮法至0.1微法。RE2=100歐與RP4=100歐姆相並聯,以減小差分放大器的線性區。差分放大器的靜態工作點可通過觀測傳輸特性曲線,調整RP4及電阻R*確定。
2.5 總電路圖
先通過比較器產生方波,再通過積分器產生三角波,最後通過差分放大器形成正弦波。如圖2.5.1所示,
圖2.5.1三角波-方波-正弦波函數發生器實驗電路
2.6 8038單片集成函數發生器
2.6.1 8038的工作原理
8038由恆流源I1、I2,電壓比較器C1、C2和觸發器①等組成。其內部原理電路框圖和外部引腳排列分別如圖2.8和圖2.9所示。
圖2.8 8038原理框圖
圖2.9 8038管腳圖(頂視圖)
1. 正弦波線性調節;2. 正弦波輸出;3. 三角波輸出;4. 恆流源調節;5. 恆流源調節;6. 正電源;7. 調頻偏置電壓;8. 調頻控制輸入端;9. 方波輸出(集電極開路輸出); 10. 外接電容;11. 負電源或接地;12.正弦波線性調節;13、14. 空腳
在圖2.8中,電壓比較器C1、C2的門限電壓分別為2VR/3和VR/3( 其中VR=VCC+VEE),電流源I1和I2的大小可通過外接電阻調節,且I2必須大於I1。當觸發器的Q端輸出為低電平時,它控制開關S使電流源I2斷開。而電流源I1則向外接電容C充電,使電容兩端電壓vC隨時間線性上升,當vC上升到vC=2VR/3 時,比較器C1輸出發生跳變,使觸發器輸出Q端由低電平變為高電平,控制開關S使電流源I2接通。由於I2>I1 ,因此電容C放電,vC隨時間線性下降。當vC下降到vC≤VR/3 時,比較器C2輸出發生跳變,使觸發器輸出端Q又由高電平變為低電平,I2再次斷開,I1再次向C充電,vC又隨時間線性上升。如此周而復始,產生振盪。若I2=2I1 ,vC上升時間與下降時間相等,就產生三角波輸出到腳3。而觸發器輸出的方波,經緩沖器輸出到腳9。三角波經正弦波變換器變成正弦波後由腳2輸出。當I1<I2<2I1 時,vC的上升時間與下降時間不相等,管腳3輸出鋸齒波。因此,8038能輸出方波、三角波、正弦波和鋸齒波等四種不同的波形。
圖2.8中的觸發器,當R端為高電平、S端為低電平時,Q端輸出低電平;反之,則Q端為高電平。
2.6.2 8038構成函數波形發生器
由圖2.9可見,管腳8為調頻電壓控制輸入端,管腳7輸出調頻偏置電壓,其值(指管腳6與7之間的電壓)是(VCC+VEE/5) ,它可作為管腳8的輸入電壓。此外,該器件的方波輸出端為集電極開路形式,一般需在正電源與9腳之間外接一電阻,其值常選用10k左右,如圖2.10所示。當電位器Rp1動端在中間位置,並且圖中管腳8與7短接時,管腳9、3和2的輸出分別為方波、三角波和正弦波。電路的振盪頻率f約為0.3/[C(R1+RP1/2)] 。調節RP1、RP2可使正弦波的失真達到較理想的程度。
在圖2.10中,當RP1動端在中間位置,斷開管腳8與7之間的連線,若在+VCC與-VEE之間接一電位器,使其動端與8腳相連,改變正電源+VCC與管腳8之間的控制電壓(即調頻電壓),則振盪頻率隨之變化,因此該電路是一個頻率可調的函數發生器。如果控制電壓按一定規律變化,則可構成掃頻式函數發生器。
圖2.10 8038接成波形產生器阿
3電路模擬
3.1電路模擬
3.1.1方波——三角波發生電路的模擬
圖3.1 方波
圖3.2 三角波
圖3.3 方波——三角波
3.1.2三角波---正弦波轉換電路的模擬
圖3.4 三角波——正弦波
參考文獻
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[4]胡宴如.模擬電子技術[M].北京:高等教育出版社,2000
[5]周躍慶.模擬電子技術基礎教程[M].天津大學出版社, 2001
[6]曾建唐.電工電子實踐教程[M].北京:機械工業出版社,2002
❹ 示波器的原理及應用
示波器是一種用途十分廣泛的電子測量儀器。俗話說,電是看不見摸不著的。但是示波器可以幫我們「看見」電信號,便於人們研究各種電現象的變化過程。所以示波器的核心功能,就和他的名字一樣,是顯示電信號波形的儀器,以供工程師查找定位問題或評估系統性能等等。
而波形,也有多種定義,比如時域或者頻域的波形,對於示波器而言,大多數時候測量的是電壓隨時間的變化,也就是時域的波形。因此,示波器可以分析被測點電壓變化情況,從而被廣泛的應用於各個電子行業及領域中。
一般我們業內對示波器的分類只按模擬示波器和數字示波器來分,有些廠家可能為了突出其示波器的某項功能給其命名為其他名字,比如數字熒光示波器等。但其本質原理依然逃不出這2大示波器類別。
模擬示波器是屬於早期的示波器,主要基於陰極射線管(也叫顯像管,曾廣泛應用於早期的電視機、顯示器)打出的電子束通過水平偏轉和垂直偏轉系統,打在屏幕的熒光物質上顯示波形。
③ARM處理器控制FPGA調節ADC模數轉換器采樣率,示波器軟體上表現為調節時基,由於存儲深度為固定值,采樣率 = 存儲深度 ÷ 波形記錄時長,通常時基設置的改變是通過改變采樣率來實現的。因此廠家標注的采樣率往往是在特定時基設置之下才有效的,在大時基下受存儲深度的影響,采樣率不得不降低。ADC模數轉換器和RAM高速存儲器影響著示波器的另外兩大指標:采樣率和存儲深度。
④接下去,由FPGA驅動ADC同步采樣,ADC將採集到的數據進行二進制數據化並寫入高速緩存。存儲器緩存即存儲深度,一般存儲器的大小是示波器標識存儲深度大小的四倍,因為FPGA無法控制示波器的觸發,因此採集的信號必定先是標識存儲深度的2倍,然後再來根據觸發篩選其中的一段波形,所以示波器可以看到觸發位置之前的波形。又由於示波器在篩選之前採集的波形的時候,採集不能停,否則就會導致波形捕獲率太低,因此同時還需要繼續採集同樣長度的采樣點,如此反復,這樣一來就是四倍了。
⑤收到觸發指令後,存儲器再把數據交給ARM處理器處理
⑥ARM處理器將數據處理後通過顯示介面將數據輸出至顯示屏展示給使用者。通過計算,示波器還能模仿出類似模擬示波器的多級輝度顯示,以及數字示波器特有的色溫顯示效果,余暉顯示效果。
⑦示波器處理完數據後,可以把當前的波形圖像或者是數據保存到存儲器中,要注意這里的存儲完全不同於存儲深度的高速存緩,大多數示波器採用外部存儲器如U盤,SD卡,電腦等,現在一些現代化的示波器會內置大存儲可以直接保存在示波器里。
這個過程中,②③④都是並行處理的。
由於數字示波器處理速度的制約,所以它並不能保證被測信號的波形能連續不斷地實時顯示在屏幕上,顯示的兩個波形之間會有波形數據丟失,也即所說的死區時間,這也是數字示波器相比較於模擬示波器的最大缺點了。不過,隨著示波器運算能力的增強,波形捕獲率的不斷上升,這一缺點也在被慢慢彌補。
❺ 數字示波器設計 要求如下
首先根據輸出波形的頻率和幅值進行編碼,存儲在單片機的ROM里,
然後以一定的時間間隔依次將這些數字量送往D/A進行轉換輸出,這樣,只要循環送數,在D/A的雙極性輸出端就可以得到波形波形。
採用單片機片內的振盪器、上電復位和外部硬體看門狗電路。
至於波形編碼,網上資料很多,下面是硬體電路設計的描述(這個是網上找的):
輸出兩路幅值相等相位相差90°的正弦波形作為物體偏轉測量的基準波形;另一路輸出測角波形,該波形相對基準波形的相位反映角偏差的方向、幅值反映角偏差量。專用波形發生器就是模擬角位移輸出波形的裝置,用來進行後續解調電路以及功放電路的檢測。它以單片機為核心,經過D/A轉換和放大電路的處理,最後輸出反應彈體姿態的基準波形和測角波形。
軟體方面的編程:
#include "reg52.h"
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
unsigned char code table[]=; //共陰極0~9對應16進制數
//=============正弦波數據====================
uchar code sin_tab[256]=
{
0x80, 0x83, 0x86, 0x89, 0x8c, 0x8f, 0x92, 0x95, 0x98, 0x9c, 0x9f, 0xa2, 0xa5, 0xa8, 0xab, 0xae,
0xb0, 0xb3, 0xb6, 0xb9, 0xbc, 0xbf, 0xc1, 0xc4, 0xc7, 0xc9, 0xcc, 0xce, 0xd1, 0xd3, 0xd5, 0xd8,
0xda, 0xdc, 0xde, 0xe0, 0xe2, 0xe4, 0xe6, 0xe8, 0xea, 0xec, 0xed, 0xef, 0xf0, 0xf2, 0xf3, 0xf4,
0xf6, 0xf7, 0xf8, 0xf9, 0xfa, 0xfb, 0xfc, 0xfc, 0xfd, 0xfe, 0xfe, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff,
0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xfe, 0xfe, 0xfd, 0xfc, 0xfc, 0xfb, 0xfa, 0xf9, 0xf8, 0xf7,
0xf6, 0xf5, 0xf3, 0xf2, 0xf0, 0xef, 0xed, 0xec, 0xea, 0xe8, 0xe6, 0xe4, 0xe3, 0xe1, 0xde, 0xdc,
0xda, 0xd8, 0xd6, 0xd3, 0xd1, 0xce, 0xcc, 0xc9, 0xc7, 0xc4, 0xc1, 0xbf, 0xbc, 0xb9, 0xb6, 0xb4,
0xb1, 0xae, 0xab, 0xa8, 0xa5, 0xa2, 0x9f, 0x9c, 0x99, 0x96, 0x92, 0x8f, 0x8c, 0x89, 0x86, 0x83,
0x80, 0x7d, 0x79, 0x76, 0x73, 0x70, 0x6d, 0x6a, 0x67, 0x64, 0x61, 0x5e, 0x5b, 0x58, 0x55, 0x52,
0x4f, 0x4c, 0x49, 0x46, 0x43, 0x41, 0x3e, 0x3b, 0x39, 0x36, 0x33, 0x31, 0x2e, 0x2c, 0x2a, 0x27,
0x25, 0x23, 0x21, 0x1f, 0x1d, 0x1b, 0x19, 0x17, 0x15, 0x14, 0x12, 0x10, 0xf, 0xd, 0xc, 0xb ,
0x9, 0x8, 0x7, 0x6, 0x5, 0x4, 0x3, 0x3, 0x2, 0x1, 0x1, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0 ,
0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x1, 0x1, 0x2, 0x3, 0x3, 0x4, 0x5, 0x6, 0x7, 0x8 ,
0x9, 0xa, 0xc, 0xd, 0xe, 0x10, 0x12, 0x13, 0x15, 0x17, 0x18, 0x1a, 0x1c, 0x1e, 0x20, 0x23,
0x25, 0x27, 0x29, 0x2c, 0x2e, 0x30, 0x33, 0x35, 0x38, 0x3b, 0x3d, 0x40, 0x43, 0x46, 0x48, 0x4b,
0x4e, 0x51, 0x54, 0x57, 0x5a, 0x5d, 0x60, 0x63, 0x66, 0x69, 0x6c, 0x6f, 0x73, 0x76, 0x79, 0x7c,
};
//三角波信號數據表
uchar code thr_tab[32]=
{
0x00,0x0f,0x1f,0x2f,0x3f,0x4f,0x5f,0x6f,0x7f,0x8f,0x9f,0xaf,0xbf,0xcf,0xdf,0xef,
0xff,0xef,0xdf,0xcf,0xbf,0xaf,0x9f,0x8f,0x7f,0x6f,0x5f,0x4f,0x3f,0x2f,0x1f,0x0f
};
//-------------------------------------------------------------------------------------------------------
//鋸齒波信號數據表
uchar code jc_tab[33]=
{
0x00,0x08,0x0f,0x18,0x1f,0x28,0x2f,0x38,0x3f,0x48,0x4f,0x58,0x5f,0x68,0x6f,0x78,
0x7f,0x88,0x8f,0x98,0x9f,0xa8,0xaf,0xb8,0xbf,0xc8,0xcf,0xd8,0xdf,0xe8,0xef,0xf8,0xff
};
//數碼管位選控制口定義
sbit LED4=P2^7;
sbit LED3=P2^6;
sbit LED2=P2^5;
sbit LED1=P2^4;
//按鍵口申明
sbit S1=P2^3;
sbit S2=P2^2;
sbit S3=P2^1;
unsigned char tabArry[4]; //保存顯示數據
char flag=1; //按鍵標志,當flag=1時表示沒有按下,當flag=0時表示有按鍵按下
int keycount=0; //按鍵計數
unsigned char waveth,wavetl; //用於對定時器付值
unsigned int frecount=100; //頻率計數
unsigned int mbjs; //碼表計數,共采32個點
//毫秒延時程序
void delayms(int ms)
{
uchar i;
while(ms--)
{
for(i=250;i>0;i--);
}
}
//鍵盤掃描
void keyscan()
{
if(flag==1)
{
if(S3==0) //用S3切換波形
{
delayms(2); //延時去抖
if(S3==0) //按鍵計數,便於切換波形
{
flag=0;
keycount++;
if(keycount>=4) keycount=0; //四種波形計數4次
}
}
if(S2==0) //頻率加1 處理
{
delayms(2);
if(S2==0)
{
flag=0;
switch(keycount)
{
case 0: //正弦波頻率加1
frecount++;
if(frecount>1000) frecount=0;
break;
case 1: //三角波頻率加1
frecount++;
if(frecount>1000) frecount=0;
break;
case 2: //鋸齒波頻率加1
frecount++;
if(frecount>1000) frecount=0;
break;
case 3: //方波頻率加1
frecount++;
if(frecount>1000) frecount=0;
break;
}
waveth=(65536-57603/frecount)/256; //重新計算初值
wavetl=(65536-57603/frecount)%256;
}
}
if(S1==0) //頻率減1 處理
{
delayms(2);
if(S1==0)
{
flag=0;
switch(keycount)
{
case 0: //正弦波頻率減1
frecount--;
if(frecount<0) frecount=999;
break;
case 1: //三角波頻率減1
frecount--;
if(frecount<0) frecount=999;
break;
case 2: //鋸齒波頻率減1
frecount--;
if(frecount<0) frecount=999;
break;
case 3: //方波頻率減1
frecount--;
if(frecount<0) frecount=999;
break;
}
waveth=(65536-57603/frecount)/256; //重新計算初值
wavetl=(65536-57603/frecount)%256;
}
}
}
if(S1!=0 && S2!=0 && S3!=0) flag=1; //判斷按鍵是否彈起
}
//數據分位
void change(char wavetype,unsigned int frequency)
{
tabArry[0]=wavetype; //顯示字母,表示波形類型
tabArry[1]=frequency%1000/100; //百位
tabArry[2]=frequency%100/10; //十位
tabArry[3]=frequency%10; //個位
}
//顯示函數
void display()
{
switch(keycount)
{
case 0: //顯示A和正弦波的頻率
change(0x0a,frecount);
break;
case 1: //顯示b和三角波的頻率
change(0x0b,frecount);
break;
case 2: //顯示C和鋸齒波的頻率
change(0x0c,frecount);
break;
case 3: //顯示d和方波的頻率
change(0x0d,frecount);
break;
}
P0 = table[tabArry[0]]; //送最高位段碼
LED1=0; //打開對應的位選控制口
delayms(2); //顯示延時
LED1=1; //關閉對應的位選控制後顯示下一位
P0 = table[tabArry[1]];
LED2=0;
delayms(2);
LED2=1;
P0 = table[tabArry[2]];
LED3=0;
delayms(2);
LED3=1;
P0 = table[tabArry[3]];
LED4=0;
delayms(2);
LED4=1;
}
void Timerinit()
{
TMOD=0x01; //定時器0方式1
//定時器初值計算公式:X=65536-(T/T0)=65536-(f0/f/32)
TH0=waveth=(65536-57603/frecount)/256; //定時器初值 22.1184MHz
TL0=wavetl=(65536-57603/frecount)%256;
EA=1; //開總中斷
ET0=1; //開定時器0中斷
TR0=1; //定時器0開始計數
}
//主函數
void main()
{
Timerinit(); //定時器初始化
while(1)
{
keyscan(); //掃描按鍵
display(); //顯示程序
}
}
void Timer0() interrupt 1
{
TH0=waveth; //重新賦初值
TL0=wavetl;
if (keycount==0) //輸出正弦波
{
P1 = sin_tab[mbjs];
mbjs+=8; //256點,每隔8點輸出一個數據
if(mbjs>=256)
{
mbjs=0;
}
}
else if(keycount==1) //輸出三角波
{
P1 = thr_tab[mbjs];
mbjs++;
if(mbjs>=32)
{
mbjs=0;
}
}
else if(keycount==2) //輸出鋸齒波
{
P1 = jc_tab[mbjs];
mbjs++;
if(mbjs>=32)
{
mbjs=0;
}
}
else if(keycount==3) //輸出方波
{
mbjs++;
if(mbjs>=32)
{
mbjs=0;
}
else if(mbjs<16) P1=0xff;
else P1=0x00;
}
}
摘 要
函數信號發生器是一種能夠產生多種波形,如三角波、鋸齒波、矩形波(含方波)、正弦波的電路。函數信號發生器在電路實驗和設備檢測中具有十分廣泛的用途。通過對函數波形發生器的原理以及構成分析,可設計一個能變換出三角波、正弦波、方波的函數波形發生器。
本課題採用由集成運算放大器與晶體管差分放大器共同組成的方波—三角波—正弦波函數發生器的設計方法,先通過比較器產生方波,再通過積分器產生三角波,最後通過差分放大器形成正弦波。波形變換的原理是利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性。
經過模擬得出了方波、三角波、正弦波、方波——三角波轉換及三角波——正弦波轉換的波形圖。
關鍵字:函數信號發生器、集成運算放大器、晶體管差分放
設計目的、意義
1 設計目的
(1)掌握方波—三角波——正弦波函數發生器的原理及設計方法。
(2)掌握遲滯型比較器的特性參數的計算。
(3)了解單片集成函數發生器8038的工作原理及應用。
(4)能夠使用電路模擬軟體進行電路調試。
2 設計意義
函數發生器作為一種常用的信號源,是現代測試領域內應用最為廣泛的通用儀器之一。
在研製、生產、測試和維修各種電子元件、部件以及整機設備時,都學要有信號源,由它產生不同頻率不同波形的電壓、電流信號並加到被測器件或設備上,用其他儀器觀察、測量被測儀器的輸出響應,以分析確定它們的性能參數。信號發生器是電子測量領域中最基本、應用最廣泛的一類電子儀器。它可以產生多種波形信號,如正弦波,三角波,方波等,因而廣泛用於通信、雷達、導航、宇航等領域。
設計內容
1 課程設計的內容與要求(包括原始數據、技術參數、條件、設計要求等):
1.1課程設計的內容
(1)該發生器能自動產生正弦波、三角波、方波。
(2)函數發生器以集成運放和晶體管為核心進行設計
(3)指標:
輸出波形:正弦波、三角波、方波
頻率范圍:1Hz~10Hz,10Hz~100Hz
輸出電壓:方波VP-P≤24V,三角波VP-P=8V,正弦波VP-P>1V;
(4)對單片集成函數發生器8038應用接線進行設計。
1.2課程設計的要求
(1)提出具體方案
(2)給出所設計電路的原理圖。
(3)進行電路模擬,PCB設計。
2 函數波形發生器原理
2.1函數波形發生器原理框圖
圖2.1 函數發生器組成框圖
2.2函數波形發生器的總方案
函數發生器一般是指能自動產生正弦波、三角波、方波及鋸齒波、階梯波等電壓波形的電路或儀器。根據用途不同,有產生三種或多種波形的函數發生器,使用的器件可以是分立器件 (如低頻信號函數發生器S101全部採用晶體管),也可以採用集成電路(如單片函數發生器模塊8038)。為進一步掌握電路的基本理論及實驗調試技術,本課題採用由集成運算放大器與晶體管差分放大器共同組成的方波—三角波—正弦波函數發生器的設計方法。
產生正弦波、方波、三角波的方案有多種,如首先產生正弦波,然後通過整形電路將正弦波變換成方波,再由積分電路將方波變成三角波;也可以首先產生三角波—方波,再將三角波變成正弦波或將方波變成正弦波等等。本課題採用先產生方波—三角波,再將三角波變換成正弦波的電路設計方法[3]。
由比較器和積分器組成方波—三角波產生電路,比較器輸出的方波經積分器得到三角波,三角波到正弦波的變換電路主要由差分放大器來完成。差分放大器具有工作點穩定,輸入阻抗高,抗干擾能力較強等優點。特別是作為直流放大器時,可以有效地抑制零點漂移,因此可將頻率很低的三角波變換成正弦波。波形變換的原理是利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性。
2.3函數波形發生器各組成部分的工作原理
2.3.1方波發生電路的工作原理
此電路由反相輸入的滯回比較器和RC電路組成。RC迴路既作為延遲環節,又作為反饋網路,通過RC充、放電實現輸出狀態的自動轉換。設某一時刻輸出電壓Uo=+Uz,則同相輸入端電位Up=+Ut。Uo通過R3對電容C正向充電,如圖2.3中實線箭頭所示。反相輸入端電位n隨時間t的增長而逐漸增高,當t趨於無窮時,Un趨於+Uz;但是,一旦Un=+Ut,再稍增大,Uo從+Uz躍變為-Uz,與此同時Up從+Ut躍變為-Ut。隨後,Uo又通過R3對電容C反向充電,如圖中虛線箭頭所示。Un隨時間逐漸增長而減低,當t趨於無窮大時,Un趨於-Uz;但是,一旦Un=-Ut,再減小,Uo就從-Uz躍變為+Uz,Up從-Ut躍變為+Ut,電容又開始正相充電。上述過程周而復始,電路產生了自激振盪[4]。
2.3.2方波——三角波轉換電路的工作原理
圖2.2方波—三角波產生電路
工作原理如下:
若a點斷開,整個電路呈開環狀態。運算發大器A1與R1、R2及R3、RP1組成電壓比較器,C1為加速電容,可加速比較器的翻轉。運放的反相端接基準電壓,即U-=0,同相輸入端接輸入電壓Uia,R1稱為平衡電阻。比較器的輸出Uo1的高電平等於正電源電壓+Vcc,低電平等於負電源電壓-Vee(|+Vcc|=|-Vee|), 當比較器的U+=U-=0時,比較器翻轉,輸出Uo1從高電平跳到低電平-Vee,或者從低電平Vee跳到高電平Vcc。設Uo1=+ Vcc,則
(2.1)
將上式整理,得比較器翻轉的下門限單位Uia_為
(2.2)
若Uo1=-Vee,則比較器翻轉的上門限電位Uia+為
(2.3)
比較器的門限寬度:
(2.4)
由以上公式可得比較器的電壓傳輸特性,如圖2.3所示。
a點斷開後,運放A2與R4、RP2、C2及R5組成反相積分器,其輸入信號為方波Uo1,則積分器的輸出Uo2為:
(2.5)
時,
(2.6)
時,
(2.7)
可見積分器的輸入為方波時,輸出是一個上升速度與下降速度相等的三角波,其波形關系如圖2.4所示。
a點閉合,即比較器與積分器形成閉環電路,則自動產生方波-三角波。三角波的幅度為:
(2.8)
方波-三角波的頻率f為:
(2.9)
由以上兩式(2.8)及(2.9)可以得到以下結論:
(1) 電位器RP2在調整方波-三角波的輸出頻率時,不會影響輸出波形的幅度。若要求輸出頻率的范圍較寬,可用C2改變頻率的范圍,PR2實現頻率微調。
(2) 方波的輸出幅度應等於電源電壓+Vcc。三角波的輸出幅度應不超過電源電壓+Vcc。
電位器RP1可實現幅度微調,但會影響方波-三角波的頻率[3]。
圖2.3比較器的電壓傳輸特性
圖2.4方波與三角波波形關系
2.3.3三角波---正弦波轉換電路的工作原理
如圖2.5三角波——正弦波的變換電路主要由差分放大電路來完成。
差分放大器具有工作點穩定,輸入阻抗高,抗干擾能力較強等優點。特別是作為直流放大器,可以有效的抑制零點漂移,因此可將頻率很低的三角波變換成正弦波。波形變換的原理是利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性[1]。
圖2.5 三角波——正弦波的變換電路
分析表明,傳輸特性曲線的表達式為:
(2.10)
(2.11)
式中
——差分放大器的恆定電流;
——溫度的電壓當量,當室溫為25oc時, ≈26mV。
如果Uid為三角波,設表達式為
(2.12)
式中 Um——三角波的幅度;
T——三角波的周期。
為使輸出波形更接近正弦波,由圖2.6可見:
(1)傳輸特性曲線越對稱,線性區越窄越好。
(2)三角波的幅度Um應正好使晶體管接近飽和區或截止區。
(3)圖2.7為實現三角波——正弦波變換的電路。其中RP1調節三角波的幅度,RP2調整電路的對稱性,其並聯電阻RE2用來減小差分放大器的線性區。電容C1,C2,C3為隔直電容,C4為濾波電容,以濾除諧波分量,改善輸出波形[2]。
圖2.6三角波—正弦波變換原理
圖2.7三角波—正弦波變換電路
2.4電路的參數選擇及計算
2.4.1方波-三角波中電容C1變化(關鍵性變化之一)
實物連線中,我們一開始很長時間出不來波形,後來將C2從10uf(理論時可出來波形)換成0.1uf時,順利得出波形。實際上,分析一下便知當C2=10uf時,頻率很低,不容易在實際電路中實現。
2.4.2三角波—正弦波部分的計算
比較器A1與積分器A2的元件計算如下:
由式(2.8)得
即
取 ,則 ,取 ,RP1為47KΩ的點位器。取平衡電阻
由式(2.9)
即
當 時,取 ,則 ,取 ,為100KΩ電位器。當 時 ,取 以實現頻率波段的轉換,R4及RP2的取值不變。取平衡電阻 。
三角波—正弦波變換電路的參數選擇原則是:隔直電容C3、C4、C5要取得較大,因為輸出頻率很低,取 ,濾波電容 視輸出的波形而定,若含高次斜波成分較多, 可取得較小, 一般為幾十皮法至0.1微法。RE2=100歐與RP4=100歐姆相並聯,以減小差分放大器的線性區。差分放大器的靜態工作點可通過觀測傳輸特性曲線,調整RP4及電阻R*確定。
2.5 總電路圖
先通過比較器產生方波,再通過積分器產生三角波,最後通過差分放大器形成正弦波。如圖2.5.1所示,
圖2.5.1三角波-方波-正弦波函數發生器實驗電路
2.6 8038單片集成函數發生器
2.6.1 8038的工作原理
8038由恆流源I1、I2,電壓比較器C1、C2和觸發器①等組成。其內部原理電路框圖和外部引腳排列分別如圖2.8和圖2.9所示。
圖2.8 8038原理框圖
圖2.9 8038管腳圖(頂視圖)
1. 正弦波線性調節;2. 正弦波輸出;3. 三角波輸出;4. 恆流源調節;5. 恆流源調節;6. 正電源;7. 調頻偏置電壓;8. 調頻控制輸入端;9. 方波輸出(集電極開路輸出); 10. 外接電容;11. 負電源或接地;12.正弦波線性調節;13、14. 空腳
在圖2.8中,電壓比較器C1、C2的門限電壓分別為2VR/3和VR/3( 其中VR=VCC+VEE),電流源I1和I2的大小可通過外接電阻調節,且I2必須大於I1。當觸發器的Q端輸出為低電平時,它控制開關S使電流源I2斷開。而電流源I1則向外接電容C充電,使電容兩端電壓vC隨時間線性上升,當vC上升到vC=2VR/3 時,比較器C1輸出發生跳變,使觸發器輸出Q端由低電平變為高電平,控制開關S使電流源I2接通。由於I2>I1 ,因此電容C放電,vC隨時間線性下降。當vC下降到vC≤VR/3 時,比較器C2輸出發生跳變,使觸發器輸出端Q又由高電平變為低電平,I2再次斷開,I1再次向C充電,vC又隨時間線性上升。如此周而復始,產生振盪。若I2=2I1 ,vC上升時間與下降時間相等,就產生三角波輸出到腳3。而觸發器輸出的方波,經緩沖器輸出到腳9。三角波經正弦波變換器變成正弦波後由腳2輸出。當I1<I2<2I1 時,vC的上升時間與下降時間不相等,管腳3輸出鋸齒波。因此,8038能輸出方波、三角波、正弦波和鋸齒波等四種不同的波形。
圖2.8中的觸發器,當R端為高電平、S端為低電平時,Q端輸出低電平;反之,則Q端為高電平。
2.6.2 8038構成函數波形發生器
由圖2.9可見,管腳8為調頻電壓控制輸入端,管腳7輸出調頻偏置電壓,其值(指管腳6與7之間的電壓)是(VCC+VEE/5) ,它可作為管腳8的輸入電壓。此外,該器件的方波輸出端為集電極開路形式,一般需在正電源與9腳之間外接一電阻,其值常選用10k左右,如圖2.10所示。當電位器Rp1動端在中間位置,並且圖中管腳8與7短接時,管腳9、3和2的輸出分別為方波、三角波和正弦波。電路的振盪頻率f約為0.3/[C(R1+RP1/2)] 。調節RP1、RP2可使正弦波的失真達到較理想的程度。
在圖2.10中,當RP1動端在中間位置,斷開管腳8與7之間的連線,若在+VCC與-VEE之間接一電位器,使其動端與8腳相連,改變正電源+VCC與管腳8之間的控制電壓(即調頻電壓),則振盪頻率隨之變化,因此該電路是一個頻率可調的函數發生器。如果控制電壓按一定規律變化,則可構成掃頻式函數發生器。
圖2.10 8038接成波形產生器阿
3電路模擬
3.1電路模擬
3.1.1方波——三角波發生電路的模擬
圖3.1 方波
圖3.2 三角波
圖3.3 方波——三角波
3.1.2三角波---正弦波轉換電路的模擬
圖3.4 三角波——正弦波
參考文獻
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[5]周躍慶.模擬電子技術基礎教程[M].天津大學出版社, 2001
[6]曾建唐.電工電子實踐教程[M].北京:機械工業出版社,2002
❻ 幫我做畢業設計:基於LabVIEW的數字示波器的設計,我要做出來的源程序
uvihlhibl;
❼ 示波器如何使用
示波器入門 - 什麼是示波器?
對於如今的模擬和數字電路來說,示波器是進行電壓和定時測量的重要工具。當您最終從電子工程學校畢業,進入電子行業工作時,您可能會發現在測試、驗證和調試設計方面,使用示波器這一測量工具的頻率要比任何其他儀器都要高得多。即使是在特定大學里學習電子工程或物理專業的課程期間,示波器這一測量工具也是在各個電路實驗中用來測試和驗證實驗作業及設計的最常用儀器。遺憾的是,許多學生永遠都不能完全掌握如何使用示波器。他們的使用模式通常是某個隨機旋鈕和按鈕,直到示波器顯示屏上奇幻般出現一個與他們要尋找的效果接近的圖片。但願在完成這一系列簡短的實驗後,您會對示波器是什麼以及如何更有效地使用它有了更好的了解。
那麼,什麼是示波器?示波器是一種電子測量儀器,可以在無干擾的情況下監控輸入信號,隨後以圖形方式採用簡單的電壓與時間格式顯示這些信號。您的教授在其學生時代使用的這類示波器可能就是完全基於模擬技術的示波器。這些採用早期技術的示波器通常稱為模擬示波器,具有限定的帶寬 (在附錄 B 中論述),不執行任何種類的自動測量,而且要求輸入信號是重復的 (連續出現並重復輸入信號)。
您將在這一系列實驗中 (可能會貫穿大學及研究生學習的其餘時間)使用的這類示波器稱為數字存儲示波器,有時僅稱為 DSO。或者,您可以使用混合信號示波器,該示波器將傳統的 DSO 測量模擬與邏輯分析測量相結合,有時稱為 MSO。請注意,所有的數字實時示波器基本上只有DSO和MSO之分。其它的叫法都是在這兩種示波器的基礎上增加某些功能而已。今天的 DSO 和 MSO 可以捕獲並顯示重復信號或單沖信號,它們通常包括一系列自動測量和分析功能,藉助這些功能您可以比您的教授在學生時代更快速、更准確地體現設計和學生實驗的特徵。
快速了解如何使用示波器以及示波器有何功能的最佳方式是首先了解示波器上的一些最重要的控制項,然後只需開始使用其中一個測量一些基本的信號,如正弦波。
❽ plc課程設計
1. 基於FX2N-48MRPLC的交通燈控制
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48. 《雙恆壓無塔供水的PLC電氣控制》
49. 基於三菱PLC設計的四層電梯控制系統
50. 西門子PLC交通燈畢業設計
51. 自動銑床PLC控制系統畢業設計
52. PLC變頻調速恆壓供水系統
53. PLC控制的行車自動化控制系統
54. 基於PLC的自動售貨機的設計
55. 基於PLC的氣動機械手控制系統
56. PLC在電梯自動化控制中的應用
57. 組態控制交通燈
58. PLC控制的升降橫移式自動化立體車庫
59. PLC在電動單梁天車中的應用
60. PLC在液體混合控制系統中的應用
61. 基於西門子PLC控制的全自動洗衣機模擬設計
62. 基於三菱PLC控制的全自動洗衣機
63. 基於plc的污水處理系統
64. 恆壓供水系統的PLC控制設計
65. 基於歐姆龍PLC的變頻恆壓供水系統設計
66. 西門子PLC編寫的花樣噴泉控製程序
67. 歐姆龍PLC編寫的全自動洗衣機控製程序
68 景觀溫室控制系統的設計
69. 貯絲生產線PLC控制的系統
70. 基於PLC的霓虹燈控制系統
71. PLC在砂光機控制系統上的應用
72. 磨石粉生產線控制系統的設計
73. 自動葯片裝瓶機PLC控制設計
74. 裝卸料小車多方式運行的PLC控制系統設計
75. PLC控制的自動罐裝機系統
76. 基於CPLD的可控硅中頻電源
77. 西門子PLC編寫的花樣噴泉控製程序
78. 歐姆龍PLC編寫的全自動洗衣機控製程序
79. PLC在板式過濾器中的應用
80. PLC在糧食存儲物流控制系統設計中的應用
81. 變頻調速式疲勞試驗裝置控制系統設計
82. 基於PLC的貯料罐控制系統
83. 基於PLC的智能交通燈監控系統設計
1.基於labVIEW虛擬濾波器的設計與實現
2.雙閉環直流調速系統設計
3.單片機脈搏測量儀
4.單片機控制的全自動洗衣機畢業設計論文
5.FPGA電梯控制的設計與實現
6.恆溫箱單片機控制
7.基於單片機的數字電壓表
8.單片機控制步進電機畢業設計論文
9.函數信號發生器設計論文
10.110KV變電所一次系統設計
11.報警門鈴設計論文
12.51單片機交通燈控制
13.單片機溫度控制系統
14.CDMA通信系統中的接入信道部分進行模擬與分析
15.倉庫溫濕度的監測系統
16.基於單片機的電子密碼鎖
17.單片機控制交通燈系統設計
18.基於DSP的IIR數字低通濾波器的設計與實現
19.智能搶答器設計
20.基於LabVIEW的PC機與單片機串口通信
21.DSP設計的IIR數字高通濾波器
22.單片機數字鍾設計
23.自動起閉光控窗簾畢業設計論文
24.三容液位遠程測控系統畢業論文
25.基於Matlab的PWM波形模擬與分析
26.集成功率放大電路的設計
27.波形發生器、頻率計和數字電壓表設計
28.水位遙測自控系統 畢業論文
29.寬頻視頻放大電路的設計 畢業設計
30.簡易數字存儲示波器設計畢業論文
31.球賽計時計分器 畢業設計論文
32.IIR數字濾波器的設計畢業論文
33.PC機與單片機串列通信畢業論文
34.基於CPLD的低頻信號發生器設計畢業論文
35.110kV變電站電氣主接線設計
36.m序列在擴頻通信中的應用
37.正弦信號發生器
38.紅外報警器設計與實現
39.開關穩壓電源設計
40.基於MCS51單片機溫度控制畢業設計論文
41.步進電動機竹竿舞健身娛樂器材
42.單片機控制步進電機 畢業設計論文
43.單片機汽車倒車測距儀
44.基於單片機的自行車測速系統設計
45.水電站電氣一次及發電機保護
46.基於單片機的數字顯示溫度系統畢業設計論文
47.語音電子門鎖設計與實現
48.工廠總降壓變電所設計-畢業論文
49.單片機無線搶答器設計
50.基於單片機控制直流電機調速系統畢業設計論文
51.單片機串列通信發射部分畢業設計論文
52.基於VHDL語言PLD設計的計程車計費系統畢業設計論文
53.超聲波測距儀畢業設計論文
54.單片機控制的數控電流源畢業設計論文
55.聲控報警器畢業設計論文
56.基於單片機的鎖相頻率合成器畢業設計論文
57.基於Multism/protel的數字搶答器
58.單片機智能火災報警器畢業設計論
59.無線多路遙控發射接收系統設計畢業論文
60.單片機對玩具小車的智能控制畢業設計論文
61.數字頻率計畢業設計論文
62.基於單片機控制的電機交流調速畢業設計論文
63.樓宇自動化--畢業設計論文
64.車輛牌照圖像識別演算法的實現--畢業設計
65.超聲波測距儀--畢業設計
66.工廠變電所一次側電氣設計
67.電子測頻儀--畢業設計
68.點陣電子顯示屏--畢業設計
69.電子電路的電子模擬實驗研究
70.基於51單片機的多路溫度採集控制系統
71.基於單片機的數字鍾設計
72.小功率不間斷電源(UPS)中變換器的原理與設計
73.自動存包櫃的設計
74.空調器微電腦控制系統
75.全自動洗衣機控制器
76.電力線載波數據機畢業設計論文
77.圖書館照明控制系統設計
78.基於AC3的虛擬環繞聲實現
79.電視伴音紅外轉發器的設計
80.多感測器障礙物檢測系統的軟體設計
81.基於單片機的電器遙控器設計
82.基於單片機的數碼錄音與播放系統
83.單片機控制的霓虹燈控制器
84.電阻爐溫度控制系統
85.智能溫度巡檢儀的研製
86.保險箱遙控密碼鎖 畢業設計
87.10KV變電所的電氣部分及繼電保護
88.年產26000噸乙醇精餾裝置設計
89.卷揚機自動控制限位控制系統
90.鐵礦綜合自動化調度系統
91.磁敏感測器水位控制系統
92.繼電器控制兩段傳輸帶機電系統
93.廣告燈自動控制系統
94.基於CFA的二階濾波器設計
95.霍爾感測器水位控制系統
96.全自動車載飲水機
97.浮球液位感測器水位控制系統
98.干簧繼電器水位控制系統
99.電接點壓力表水位控制系統
100.低成本智能住宅監控系統的設計
101.大型發電廠的繼電保護配置
102.直流操作電源監控系統的研究
103.懸掛運動控制系統
104.氣體泄漏超聲檢測系統的設計
105.電壓無功補償綜合控制裝置
106.FC-TCR型無功補償裝置控制器的設計
107.DSP電機調速
108.150MHz頻段窄帶調頻無線接收機
109.電子體溫計
110.基於單片機的病床呼叫控制系統
111.紅外測溫儀
112.基於單片微型計算機的測距儀
113.智能數字頻率計
114.基於單片微型計算機的多路室內火災報警器
115.信號發生器
116.基於單片微型計算機的語音播出的作息時間控制器
117.交通信號燈控制電路的設計
118.基於單片機步進電機控制系統設計
119.多路數據採集系統的設計
120.電子萬年歷
121.遙控式數控電源設計
122.110kV降壓變電所一次系統設計
123.220kv變電站一次系統設計
124.智能數字頻率計
125.信號發生器
126.基於虛擬儀器的電網主要電氣參數測試設計
127.基於FPGA的電網基本電量數字測量系統的設計
128.風力發電電能變換裝置的研究與設計
129.電流繼電器設計
130.大功率電器智能識別與用電安全控制器的設計
131.交流電機型式試驗及計算機軟體的研究
132.單片機交通燈控制系統的設計
133.智能立體倉庫系統的設計
134.智能火災報警監測系統
135.基於單片機的多點溫度檢測系統
136.單片機定時鬧鍾設計
137.濕度感測器單片機檢測電路製作
138.智能小車自動定址設計--小車懸掛運動控制系統
139.探討未來通信技術的發展趨勢
140.音頻多重混響設計
141.單片機呼叫系統的設計
142.基於FPGA和鎖相環4046實現波形發生器
143.基於FPGA的數字通信系統
144.基於單片機的帶智能自動化的紅外遙控小車
145.基於單片機AT89C51的語音溫度計的設計
146.智能樓宇設計
147.行動電話接收機功能電路
148.單片機演奏音樂歌曲裝置的設計
149.單片機電鈴系統設計
150.智能電子密碼鎖設計
151.八路智能搶答器設計
152.組態控制搶答器系統設計
153.組態控制皮帶運輸機系統設計
154..基於單片機控制音樂門鈴
155.基於單片機控制文字的顯示
156.基於單片機控制發生的數字音樂盒
157.基於單片機控制動態掃描文字顯示系統的設計
158.基於LMS自適應濾波器的MATLAB實現
159.D功率放大器畢業論文
160.無線射頻識別系統發射接收硬體電路的設計
161.基於單片機PIC16F877的環境監測系統的設計
162.基於ADE7758的電能監測系統的設計
163.智能電話報警器
164.數字頻率計 課程設計
165.多功能數字鍾電路設計 課程設計
166.基於VHDL數字頻率計的設計與模擬
167.基於單片機控制的電子秤
168.基於單片機的智能電子負載系統設計
169.電壓比較器的模擬與模擬
170.脈沖變壓器設計
171.MATLAB模擬技術及應用
172.基於單片機的水溫控制系統
173.基於FPGA和單片機的多功能等精度頻率計
174.發電機-變壓器組中微型機保護系統
175.基於單片機的雞雛恆溫孵化器的設計
176.數字溫度計的設計
177.生產流水線產品產量統計顯示系統
178.水位報警顯時控制系統的設計
179.紅外遙控電子密碼鎖的設計
180.基於MCU溫控智能風扇控制系統的設計
181.數字電容測量儀的設計
182.基於單片機的遙控器的設計
183.200電話卡代撥器的設計
184.數字式心電信號發生器硬體設計及波形輸出實現
185.電壓穩定畢業設計論文
186.基於DSP的短波通信系統設計(IIR設計)
187.一氧化碳報警器
188.網路視頻監控系統的設計
189.全氫罩式退火爐溫度控制系統
190.通用串列匯流排數據採集卡的設計
191.單片機控制單閉環直流電動機的調速控制系統
192.單片機電加熱爐溫度控制系統
193.單片機大型建築火災監控系統
194.USB介面設備驅動程序的框架設計
195.基於Matlab的多頻率FMICW的信號分離及時延信息提取
196.正弦信號發生器
197.小功率UPS系統設計
198.全數字控制SPWM單相變頻器
199.點陣式漢字電子顯示屏的設計與製作
200.基於AT89C51的路燈控制系統設計
200.基於AT89C51的路燈控制系統設計
201.基於AT89C51的寬范圍高精度的電機轉速測量系統
202.開關電源設計
203.基於PDIUSBD12和K9F2808簡易USB快閃記憶體設計
204.微型機控制一體化監控系統
205.直流電機試驗自動採集與控制系統的設計
206.新型自動裝彈機控制系統的研究與開發
207.交流非同步電機試驗自動採集與控制系統的設計
208.轉速閉環控制的直流調速系統的模擬與設計
209.基於單片機的數字直流調速系統設計
210.多功能頻率計的設計
211.18信息移頻信號的頻譜分析和識別
212.集散管理系統—終端設計
213.基於MATLAB的數字濾波器優化設計
214.基於AT89C51SND1C的MP3播放器
215.基於光纖的汽車CAN匯流排研究
216.汽車倒車雷達
217.基於DSP的電機控制
218.超媒體技術
219.數字電子鍾的設計與製作
220.溫度報警器的電路設計與製作
221.數字電子鍾的電路設計
222.雞舍電子智能補光器的設計
223.高精度超聲波感測器信號調理電路的設計
224.電子密碼鎖的電路設計與製作
225.單片機控制電梯系統的設計
226.常用電器維修方法綜述
227.控制式智能計熱表的設計
228.電子指南針設計
229.汽車防撞主控系統設計
230.單片機的智能電源管理系統
231.電力電子技術在綠色照明電路中的應用
232.電氣火災自動保護型斷路器的設計
233.基於單片機的多功能智能小車設計
234.對漏電保護器安全性能的剖析
235.解析民用建築的應急照明
236.電力拖動控制系統設計
237.低頻功率放大器設計
238.銀行自動報警系統
❾ 基於Labview 的數字示波器設計
都已經過期了。現在是14號了。