数字电子技术基础综合实验-方波&三角波发生器

数字电子综合实验报告

——方波&三角波发生器设计

院系：化工学院 化工机械系 班级：10级自动化（1）班 小组成员：常高志（1020301002）谢佳才（1020301003）李洋洋（1020301008）

数字电子技术综合实验

一、实验名称：方波、三角波发生器 二、实验设备

（1）数字电子技术实验箱 （2）万用表 （3）示波器 （4）信号发生器 三、实验目的

通过实际电路的搭建，进一步巩固所学理论知识，并通过掌握实际元件的用法将理论与实际相结合。提高对数字电路的仿真、设计、调试能力，进一步提高对理论课程的学习兴趣。 实验内容

综合运用电子技术基础中数字电子技术所学门电路、组合逻辑电路、时序逻辑电路、波形产生与变换电路等知识，结合实际集成数字器芯片，设计一个可以改变输出频率的方波、三角波产生电路，参考系统框图如下：

显示控制电路LED显示器方波产生电路倍频电路三角波形变换电路 输出选择电路示波器

四、实验要求

本实验要求设计实现方波、三角波波形的产生电路，其频率可以调整，可通过数字输入量选择输出波形的类型，可通过数字输入量选择输出频率进行2倍频、4倍频等，可显示倍频系数。波形产生可使用555定时器，也可使用集成运算放大器或比较器，显示电路使用八段LED数码管（带74LS48译码器），其他电路根据具体设计确定。要求，电路简洁，输出波形稳定，噪声小，显示倍频系数即可。另外，电源可采用实验箱提供的直流电源，无需另行设计。

五、实验步骤

（1）分析实验题目，确定系统总体方案；

（2）细化系统总体方案，确定实现每一模块拟采用的电路方案；

（3）根据现有芯片类型确定电路采用的芯片，并查阅相关芯片的使用方法； （4）采用Multisim对每一部分的电路方案进行仿真；

（5）利用实验室现有设备，搭建电路实现实验要求，测试分析结果； （6）对实验过程中的问题、结果、收获进行总结。 六、实验元件清单

芯片名称 NE555 LM324 CD4052 稳压二极管 74HC161 74HC48 12M晶振 常用电容 常用电阻 基本门电路 七、各组成部分的工作原理 1.方波发生电路的工作原理：

说明 555定时器 比较器 模拟多路开关 5V 计数器 8段译码

图（1）由555定时器组成的多谐振荡器

利用555与外围元件构成多谐振荡器，来产生方波的原理：用555定时器组成的多谐振荡器如图（1）所示。接通电源后，电容C2被充电，当电容C2上端电压Vc升到2Vcc/3时使555第3脚V0为低电平，同时555内放电三极管T导通，此时电容C2通过R3、Rp放电，Vc下降。当Vc下降到Vcc/3

时，V0翻转为高电平。电容器C2放电所需的时间为

tpL=(R3+Rp)C2ln2 （3－1）

当放电结束时，T截止，Vcc将通过R1、R3、Rp向电容器C2充电，Vc由Vcc/3上升到2Vcc/3所需的时间为

tpH=(R1+R3+Rp)C2ln2=0.7(R1+R3+Rp)C2 （3－2）

当Vc上升到2Vcc/3时，电路又翻转为低电平。如此周而复始，于是，在电路的输出端就得到一个周期性的矩形波。电路的工作波形如图（2），其震荡频率为

f=1/(tpL+tpH)=1.43/(R1+2R3+2Rp)C2 （3－3）

图（2）由555定时器组成的多谐振荡器工作波形

2.方波--三角波转换电路的工作原理：

图（3）积分电路产生三角波

RC积分电路是一种应用比较广泛的模拟信号运算电路。在自动控制系统中，常用积分电路作为调节环节。此外，RC积分电路还可以用于延时、定时以及各种波形的产生或变换。

由555定时器组成的多谐振荡器输出的方波经C4耦合输出，如图（3）所示为RC积分电路，再经R与C积分，构成接近三角波。其基本原理是电容的充放电原理。 3.总电路工作原理：

555定时器接成多谐振荡器工作形式，C4为定时电容，C4的充电回路是R1→R4→R5→C4；C4的放电回路是C4→R5→R4→555的7脚DIS(放电管)。由于R4+R5》R1，所以充电时间常数与放电时间常数近似相等，由555的3脚OUT输出的是近似对称方波。按图所示元件参数，其频率为1kHz左右，

调节电位器R5可改变振荡器的频率。方波信号经积分网络后，输出三角波。C1是电源滤波电容。发光二极管LED1用作电源指示灯。

图（4）总电路图

八、用Multisim11进行仿真

从Multisim11仿真元件库中调出所需元件，按电路图接好线路，方波输出端接一个虚拟的示

波器，接通电源后，可得如图（5）所示的输出方波仿真图。

图（5）输出方波电路的仿真

方法同输出方波电路的仿真方法，可得图（6）、（7）所示的三角波和方波转三角波波形仿真图。

图（6）三角波

图（7）方波转三角波波形

倍频显示部分仿真电路如下：

图（8）

九、安装与调试：

先在电路板上做好布局，然后进行焊接。焊接好电路到实验室进行调试，波形达到要求，占空比可调，频率连续可调，波形幅值可以调到实验要求范围内，调试完成。 十、误差分析：

1.参数设计不是非常完美；

2.测量仪器本身的老化产生的误差；

3.焊接电路时焊点处有电阻被忽略，连接的线路也有电阻； 4.试验时间过长温度发生变化，使得一些元件的电阻发生变化； 5.仪器的不精确导致实验与仿真有所偏差； 6.测量数据时读数产生的误差。