基于multisim的正弦波發(fā)生器

1、電子技術(shù)課程設(shè)計報告 題 目： 基于 multisim 的正弦波發(fā)生器 學(xué)生姓名： 朱世旺 學(xué)生學(xué)號： 1214040147 系 別： 電子工程學(xué)院 專 業(yè)： 電子信息科學(xué)與技術(shù) 年 級： 2012 級 指導(dǎo)教師： 王宜結(jié) 電子工程學(xué)院制 2015 年 3 月 成績成績 淮南師范學(xué)院電子工程學(xué)院電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)課程論文 第 1 頁 1基于基于 multisimmultisim 的正弦波發(fā)生器的正弦波發(fā)生器學(xué)生：朱世旺指導(dǎo)教師：王宜結(jié)電子工程學(xué)院電子信息科學(xué)與技術(shù)1、設(shè)計任務(wù)與要求、設(shè)計任務(wù)與要求1.11.1設(shè)計任務(wù)設(shè)計任務(wù)以文氏電橋正弦波振蕩電路仿真為例,分析了基本及穩(wěn)幅文氏電橋正弦波發(fā)

2、生器的特點,并采用 Multisim 10 軟件對文氏電橋正弦波發(fā)生器進行了仿真,仿真結(jié)果與理論分析結(jié)果一致。軟件仿真在課堂教學(xué)、電路設(shè)計、及實驗教學(xué)中的應(yīng)用,使得課堂教學(xué)信息量飽滿,設(shè)計、實驗變得輕松,使教學(xué)的效果得到提升,在教學(xué)領(lǐng)域具有重要的推廣、應(yīng)用價值。在自控、測量、無線電通訊、測量等技術(shù)領(lǐng)域中,需用到波形發(fā)生器,較常用的是正弦波振蕩器和多諧振蕩器兩大類。采用 Multisim10 仿真軟件對正弦波振蕩器進行仿真,該軟件是 NI 公司下屬的 Electronics WorkbenchGroup 發(fā)布的交互式 SPICE 仿真和電路分析的軟件。前期發(fā)展經(jīng)歷了 EWB5.0、EWB6. 0

3、、Multisim2001、Mult-isim7、Multisim8、Multisim9 等版本。Multisim10 的特點有:1) 器件豐富。Multisim10 比老版本新增了 1200 多個器件、500 多個 SPICE 模塊和 100 多個開關(guān)模式電源模塊。2) 虛擬儀器種類齊全。通用儀器有數(shù)字萬用表、信號源,雙通道示波器、波特圖示儀、字信號發(fā)生器、邏輯分析儀、失真度測試儀、頻譜分析儀和網(wǎng)絡(luò)分析儀等。3) 軟件分析功能更強大。分析功能包括靜態(tài)工作點分析、交流小信號分析、瞬態(tài)分析、靈敏度分析、參數(shù)掃描分析、溫度掃描分析、傳輸函數(shù)分析、最壞情況分析、特卡洛分析、批處理分析、噪聲指數(shù)分析、

4、射頻分析等。 淮南師范學(xué)院電子工程學(xué)院電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)課程論文 第 2 頁 21.2設(shè)計設(shè)計要求要求 基本文氏電橋正弦波發(fā)生器1-3常用的正弦波振蕩電路有 RC 和 LC 兩種電路,通常低頻段選用 RC 振蕩器,其電路輸出功率小,頻率較低;高頻段選用 LC 振蕩電路, 其輸出的功率、頻率都要高一些;頻率穩(wěn)定度要求高時,一般采用電容三點式振蕩電路。若從波形的種類和精度兩方面考慮時, 要生成正弦波時,選用文氏電橋振蕩器,更易組成外穩(wěn)幅振蕩器 2.用泰勒級數(shù)展開法實現(xiàn)正弦波信號。2、穩(wěn)幅文氏電橋正弦波發(fā)生器穩(wěn)幅文氏電橋正弦波發(fā)生器2.1從理論上講, 滿足條件后, 振蕩幅值可固定在任意值上 ,但

5、由于環(huán)境溫度等外界條件的變化, 振蕩條件會受到影響, 使振蕩器停振或產(chǎn)生缽形失真。因此須在基本電路上增加穩(wěn)幅電路。2.2.為得到穩(wěn)幅的目的, 通常采用兩只反向并接的二極管和電阻 R1 并聯(lián),它們在輸出電壓的正負半周內(nèi)分別導(dǎo)通。在起振之初,由于輸出電壓幅度很小,不足以使二極管導(dǎo)通，正向二極管近于開路，此后，隨著震蕩幅度的增大，正向二極管導(dǎo)通，其正向電阻逐漸減小，直到 R（F）=2R(f)時，震蕩穩(wěn)定。R(F)=R4+(R1/RD),Rf=R3,其中 RD 為二極管的正向?qū)娮琛?.3.利用二極管的非線性特性,使振蕩電路能根據(jù)振蕩幅度的變化,自動地改變基本放大器的負反饋的強弱,實現(xiàn)穩(wěn)幅目的振蕩過

6、程中,兩只二極管交替導(dǎo)通和截止,若外界因素使振幅增大, 二極管的正向?qū)娮?RD 減小,使 RF 變小, 負反饋系數(shù)自動變大,反饋作用加強,從而穩(wěn)定振幅。2.4.正弦波信號發(fā)生器已被廣泛地應(yīng)用于通信、儀器儀表和工業(yè)控制等領(lǐng)域的信號處理系統(tǒng)中。2.5.通常有兩種方法可以產(chǎn)生正弦波，分別為查表法和泰勒級數(shù)展開法。查表法是通過查表的方式來實現(xiàn)正弦波，主要用于對精度要求不很高的場合。泰勒級數(shù)展開法是根據(jù)泰勒展開式進行計算來實現(xiàn)正弦信號，它能精確地計算出一個角度的正弦和余弦值，且只需要較小的存儲空間。本次主要用泰勒級數(shù)展開法來實現(xiàn)正弦波信號。 淮南師范學(xué)院電子工程學(xué)院電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)課程論文 第

7、 3 頁 3產(chǎn)生正弦波的算法正弦函數(shù)和余弦函數(shù)可以展開成泰勒級數(shù).3、電路組成、電路組成3.1.電路由 RC 串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)和同相放大器組成。運放構(gòu)成同相輸入的比例放大器,RC 串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò),將輸出電壓反饋到集成運放的同相輸入端,形成正反饋。根據(jù)產(chǎn)生正弦振蕩的相位條件, 可得電路的振蕩頻率 f0 為:3.2.本系統(tǒng)采用 TI 公司的 TMS320LF2407 DSP 處理器，該器件具有外設(shè)集成度高，程序存儲器容量大，A/D 轉(zhuǎn)換精度高，運算速度高，I/O 口資源豐富等特點，芯片內(nèi)部集成有 32KB 的 FLASH 程序存儲器、2KB 的數(shù)據(jù)/程序 RAM，兩個事件管理器模塊（EVE 和 EVB）

8、 、16 通道 A/D 轉(zhuǎn)換器、看門狗定時器模塊、16 位的串行外設(shè)接口（SPI）模塊、40 個可單獨編程或復(fù)用的通用輸入輸出引腳（GPIO）以及 5 個外部中斷和系統(tǒng)監(jiān)視模塊。3.3.TMS320LF2407 芯片中的事件管理模塊（EV）是一個非常重要的組成部分。SPWM 波形的產(chǎn)生和輸出就是由這一部分完成的，它由兩個完全相同的模塊（EVA 和 EVB）組成，每個模塊都含有 2 個通用定時器、3 個比較器、6 至8 個 PWM 發(fā)生器、3 個捕獲單元和 2 個正交脈沖編碼電路（QEP） 。由于 TMS320LF2407 有 544 字的雙口 RAM（DARAM）和 2K 字的單口 RAM（S

9、ARAM）；而本系統(tǒng)的程序僅有幾 KB，且所用 RAM 也不多，因此不用考慮存儲器的擴展問題，而對于 TMS320LF2407 的 I/O 擴展問題，由于 TMS320LF2407 器件有多達 40 個通用、雙向的數(shù)字 I/O（GPIO）引腳，且其中大多數(shù)的基本功能和一般 I/O 復(fù)用的引腳，而實際上，本系統(tǒng)只需要 17 路 I/O 信號，這樣，就可以為系統(tǒng)剩余 50%多的 I/O 資源，因此可以說，該方案既不算浪費系統(tǒng)資源，也為系統(tǒng)今后的升級留有余地。 淮南師范學(xué)院電子工程學(xué)院電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)課程論文 第 4 頁 44、文氏電橋正弦波發(fā)生器電路仿真、文氏電橋正弦波發(fā)生器電路仿真4.1.

10、電路搭接好后,調(diào)出示波器,連接好后,按下按鈕,可以得到穩(wěn)幅文氏電橋正弦波發(fā)生器電路由起振到穩(wěn)振的波形變化,如圖 3 所示。4.2.圖 3(a)所示電路的起振過程截圖,時間刻度(timebase scale)為1ms/div,圖 3(b)為穩(wěn)定后的波形,圖 3(c)為將時間刻度(timebasescale)調(diào)大為20ms/div 后,電路的起振效果圖,正弦波的周期和頻率可從圖中讀出。注意輸出信號的幅值僅與運算放大器的供電電源設(shè)置有關(guān),若要控制信號的幅值,可在輸出端加穩(wěn)壓元件進行限幅。 4.3.結(jié)束語本文對文氏電橋正弦波振蕩電路進行了仿真,仿真過程中改變元器件參數(shù),使電路工作于不同狀態(tài), 從而獲得

11、不同的工作波形。通過上例分析可見,仿真軟件 Multisim10 可用于電子電路的仿真分析,可廣泛應(yīng)用于課堂教學(xué)、實驗教學(xué)、電子設(shè)計等方面。仿真技術(shù)進入教學(xué)領(lǐng)域,使得教育技術(shù)的發(fā)展又上了一個臺階。特別是滲透到電子技術(shù)教學(xué)、實驗教學(xué)等領(lǐng)域,簡化了設(shè)計過程,節(jié)約了實驗器材和儀器儀表的損耗,值得推廣使用。5 5、總結(jié)、總結(jié)本次課程設(shè)計中遇到一些課堂中從未有過的問題，通過網(wǎng)絡(luò)查找和同學(xué)交流，大大促進了設(shè)計進程。并在過程中進一步提高自身的創(chuàng)作、創(chuàng)新水平，扎實基礎(chǔ)，擴展所學(xué)。并且此次課程設(shè)計，基于課程理論知識和網(wǎng)上資料，使我對數(shù)字信號處理課程有了更深一步的了解和掌握，對利用 CCS 軟件編程的數(shù)字信號處理

12、方法有了進一步的了解。在理論課的基礎(chǔ)上進行實驗實習(xí)，是對本門課程的深入學(xué)習(xí)和掌握，在以后的工作學(xué)習(xí)中，數(shù)字信號的處理都是采用計算機仿真的方法進行測試，因此，掌握基于計算機的數(shù)字信號處理方法對以后的工作和學(xué)習(xí)有很大的幫助。這樣一個課程設(shè)計對我們的發(fā)展有著極大的幫助！ 淮南師范學(xué)院電子工程學(xué)院電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)課程論文 第 5 頁 5參考文獻參考文獻1彭介華.電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)M.北京:高等教育出版社.1999.2童詩白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(第三版)M.北京:高等教育出版社.2000.3鄭步生.Multisim 2001 電路設(shè)計及仿真入門與應(yīng)用M.北京:電子工業(yè)出版社,2002.4蔡忠法.電

13、子技術(shù)實驗與課程設(shè)計M.浙江:浙江大學(xué)出版社,2003.5姚霞.RC 正弦波振蕩電路的 EWB 仿真分析J.科技信息,2009,35:99-100.6郝寧眉.雙極型晶體管溫度特性的 Multisim 仿真研究J.儀表技術(shù)與傳感器,2010,4:81-84.7鄧維禮. 基于 Multisim 的準(zhǔn)靜態(tài)電荷放大器仿真分析J.國外電子測量技術(shù),2009,28(4):24-26.8肖兵.基于 MATLAB 和 DSP 的濾波器硬件在環(huán)實時仿真J.國外電子測量技術(shù),2010,29(10):10-13.9嚴(yán)剛峰,黃顯核.基于隨機微分方程的振蕩器相位噪聲研究 J. 電子測量與儀器學(xué)報, 2009, 23(1

14、2):49-54.10 吳石林, 張玘,黃芝平. 基于正交實驗的 Spherica-lcymbal 換能器諧振頻率優(yōu)化 J. 儀器儀表學(xué)報,2010,21(3):682-688. 淮南師范學(xué)院電子工程學(xué)院電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)課程論文 第 6 頁 6附錄附錄1.1. 運算放大器和文氏電橋反饋網(wǎng)絡(luò)組成的基本振蕩電路模型如圖運算放大器和文氏電橋反饋網(wǎng)絡(luò)組成的基本振蕩電路模型如圖 1 所示所示 圖圖 1 振蕩電路模型振蕩電路模型 淮南師范學(xué)院電子工程學(xué)院電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)課程論文 第 7 頁 72.2. 穩(wěn)幅文氏電橋正弦波發(fā)生器電路由起振到穩(wěn)振的波形變化穩(wěn)幅文氏電橋正弦波發(fā)生器電路由起振到穩(wěn)振的波形變化, ,如圖如圖 3 3 所示所示 圖圖 3 3 起振到穩(wěn)振的波形變化起振到穩(wěn)振的波形變化3.電路的起振過程截圖如圖圖電路的起振過程截圖如圖圖 3(a)3(a) 淮南師范學(xué)院電子工程學(xué)院電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)課程論文 第 8 頁 8圖圖 3(a)3(a)振過程截圖振過程截圖4. 穩(wěn)定后的波形圖如圖穩(wěn)定后的波形圖如圖 3(b)3(b)所示所示圖圖 3(b)3(b) 穩(wěn)定后的波形