如何去实现一种五种波形发生威廉希尔官方网站 的设计呢

　　1. 多种波形发生威廉希尔官方网站
　　1.1 题目说明
　　1.1.1 可用器件
　　1 个 555 定时器芯片（每个 555 定时器芯片包含 1 个 555 定时器威廉希尔官方网站 ）、1 个 74LS74 芯片（每个 74LS74 芯片包含 2 个上升沿 D 触发器）和 1 个通用四运放 LM324 芯片（每个 LM324 芯片包含 4 个通用运算放大器）设计中可使用电阻、电容和电位器。555 定时器芯片、74LS74 芯片和 LM324芯片的数量不能超出题目要求，不能使用上述芯片以外的其它任何器件或芯片。
　　1.1.2 设计要求
　　1.五种波形的设计要求
　　（1）使用 555 时基威廉希尔官方网站 产生频率为 20kHz-50kHz 连续可调，输出电压幅度为1V 的方波 I；
　　（2）使用上升沿 D 触发器，产生频率为 5kHz-10kHz 连续可调，输出电压幅度为 1V 的方波 II；
　　（3）使用上升沿 D 触发器，产生频率为 5kHz-10kHz 连续可调，输出电压幅度峰峰值为 3V 的三角波；
　　（4）产生输出频率为 20kHz-30kHz 连续可调，输出电压幅度峰峰值为 3V 的正弦波 I；
　　（5）产生输出频率为 250kHz，输出电压幅度峰峰值为 8V 的正弦波 II。
　　方波、三角波和正弦波输出波形应无明显失真（使用仿真工具自带示波器测
　　量时）。频率误差不大于 5%；通带内输出电压幅度峰峰值误差不大于 5%。
　　2．电源只能选用+10V 单电源，由稳压电源供给。不得使用额外电源。
　　3．要求预留方波 I、方波 II、三角波、正弦波 I、正弦波 II 和电源的测试端子。
　　4．每通道输出的负载电阻 600 欧姆应标示清楚、置于明显位置，便于检查。
　　1.1.3 设计方案论证
　　方波I由555时基威廉希尔官方网站 产生；方波I经过74LS74的两个上升沿触发得到四分频后的方波II；方波II经过LM324构成的积分运算威廉希尔官方网站 得到三角波；方波I通过LM324构成的低通滤波器滤出高次谐波得到正弦波I；50KHZ的方波I通过2个LM324构成的带通滤波器得到5次谐波-250KHZ的正弦波。
　　1.2 仿真威廉希尔官方网站 设计
　　1.2.1 脉冲波发生器威廉希尔官方网站
　　1.2.1.1 方案介绍
　　本威廉希尔官方网站 中的 脉冲波信号采用NE555定时器的定时器威廉希尔官方网站 实现，可实现脉冲频率和占空比的调节。
　　NE555是常用的时基威廉希尔官方网站 芯片，它结构简单，应用广泛，由分压器、比较器、R-S触发器、放电管和缓冲器组成。
　　
　　图1.2.1.1 NE555内部威廉希尔官方网站
　　
　　图1.2.1.2 NE555应用威廉希尔官方网站
　　接通电源后，电源通过R1和R2对电容C充电，当 Uc《1/3VCC时，振荡器输出OUTPUT=1，放电管截止。当UC充电到≥2/3VCC后，振荡器输出OUTPUT翻转成0，此时放电管导通，使放电端 （DIS） 接地，电容C通过 R2对地放电，使Uc下降。当Uc下降到≤1/3VDD后，振荡器输出OUTPUT又翻转成1，此时放电管又截止，使放电端 （DIS）不接地，电源 VCC通过 R1和R2又对电容C充电，又使Uc 从1/3VCC上升到 2/3VCC， 触发器又发生翻转，如此周而复始，从而在输出端Vo得到连续变化的振荡脉冲波形。
　　脉冲宽度 TL≈0.7R2C，由电容C放电时间决定：TH=0.7（R1+R2）C，由电容C充电时间决定，脉冲周期 T≈TH+TL。根据题目要求，需要8KHZ-10KHZ的脉冲波，且脉冲的占空比可调整。
　　1.2.1.2 理论分析与计算
　　考虑频率指标：（为了避免占空比变化对频率的影响，选择R1《《R2，TL TH）
　　
　　1.2.1.3 威廉希尔官方网站 系统设计
　　根据威廉希尔官方网站 频率需求，选择5K 的电位计作为调整频率的电阻，输出的电压经过电位计R5的分压，输出到下一级，经验证后威廉希尔官方网站 图如下：
　　
　　图1.2.1.3.1 555时基威廉希尔官方网站 参数选择
　　1.2.1.4 仿真方案与仿真测试结果
　　
　　图1.2.1.4.1 通道1 方波I信号
　　1.2.2 四分频威廉希尔官方网站
　　1.2.2.1 威廉希尔官方网站 系统设计
　　四分频威廉希尔官方网站 采用的是两个74LS74N上升沿触发器，可实现4分频的效果，输出四分频后的信号在经过电位计R26分压输出，仿真威廉希尔官方网站 图如下：
　　
　　图1.2.2.1.1四分频威廉希尔官方网站
　　1.2.2.3 仿真方案与仿真测试结果
　　
　　图1.2.2.3.1 通道2四分频后的方波
　　1.2.3 三角波威廉希尔官方网站
　　1.2.3.1 方案介绍
　　由方波转为三角波需要积分威廉希尔官方网站 来实现，本设计中采用LM324构成的积分运算威廉希尔官方网站 来实现，可达到5KHZ-10KHZ，Vpp=5V方波输入，Vpp=3V三角波输出的结果。
　　下图为以集成运算放大器为核心元件的基本反相积分运算威廉希尔官方网站 ，输入电压uI经电阻R加至运算放大器的反相输入端，C为反馈电容，引入电压并联负反馈，R’为平衡电阻，uO为输出电压。
　　
　　1.2.3.2 理论分析与计算
　　调节电容C，和电阻R的参数可以调节三角波的幅值，
　　
　　这里选择C=50nF，可通过调节R使得输出三角波Vpp=3V，R’是平衡电阻，一般选择R’=R。RF是为了防止积分饱和和截止现象，一般取RF》10R。
　　
　　1.2.3.3 威廉希尔官方网站 系统设计
　　
　　图1.2.3.3.1 积分威廉希尔官方网站
　　1.2.3.4 仿真方案与仿真测试结果
　　题目要求在5KHZ-10KHZ通频带内输出电压峰峰值变化小于5%，威廉希尔官方网站 设计考虑这一限制，故选择时间常数使得积分电容在7.5KHZ左右饱和这一工作点进行，其中7.5KHZ输入、5KHZ输入、10KHZ输入分别如下，基本满足5%增益误差的要求。
　　
　　图1.2.3.4.1 通道4 7.5KHZ输出三角波
　　
　　图1.2.3.4.2 通道4 10KHZ输出三角波
　　
　　图1.2.3.4.3 通道4 5KHZ输出三角波出现小部分饱和削顶
　　1.2.4 正弦波I威廉希尔官方网站
　　1.2.4.1 理论分析与计算
　　根据方波的傅里叶分解我们可以知道，以25KHZ，Vpp=5V的脉冲波为例，其是由27KHZ-Vpp=5V的基波，27KHZ、45KHZ、63KHZ……。等多次奇谐波组成的，为了得到Vpp=1V的基波，需要LM324构成的低通滤波器，实现20KHZ-30KHZ，AM=1的增益。
　　低通滤波器参数我采用的是TI公司的滤波器EDA软件FiterPro设计，滤波器参数设计如下图所示
　　
　　图1.2.4.1.1 FilterPro 设置低通滤波器参数
　　1.2.4.2 威廉希尔官方网站 系统设计
　　根据FiterPro给出的参数连接威廉希尔官方网站 ，经过调试后的威廉希尔官方网站 如下：
　　
　　图1.2.4.2.1 30KHZ低通滤波器Mutisim威廉希尔官方网站 图
　　1.2.4.3 仿真方案与仿真测试结果
　　
　　图1.2.4.3 通道3 25KHZ正弦波I
　　1.2.5 正弦波II威廉希尔官方网站
　　1.2.5.1 理论分析与计算
　　输入的信号为Vpp=5V的50KHZ方波信号，250KHZ为5次谐波，峰峰值为1.2V，为了达到Vpp=9V，需要250KHZ增益约为8。
　　
　　图1.2.5.1.1 输入50KHZ方波频谱分析
　　带宽可为100KHZ从而设置带通滤波器参数如下：
　　
　　图2.2.5.1.2 FiterPro带通滤波器参数设置
　　
　　图2.2.5.1.3 FiterPro提供的2阶带通滤波器威廉希尔官方网站 参数
　　1.2.5.2 威廉希尔官方网站 系统设计
　　带通滤波器输入信号为Vpp=5V频率为250KHZ的0-1方波信号，输出为250KHZ的正弦波信号。
　　
　　图1.2.5.1 250KHZ带通滤波器威廉希尔官方网站
　　1.2.4.3 仿真方案与仿真测试结果
　　
　　图1.2.5.3.1 通道1 250KHZ正弦波II