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基于Multisim10波形发生器电路设计

目 录
中文摘要及关键词 1
英文摘要及关键词 2
引 言 3
一、 波形发生器电路设计要求 3
1.1设计要求 3
1.2 设计指标 4
1.3设计功能 4
1.4电路的框架 4
二、555数字芯片电路简介 4
2.1 555数字芯片功能及特征 4
2.2 555数字芯片发展及应用 5
三、整机电路组装 5
3.1 创作电路图步骤 5
3.2整机电路图 6
3.3 电路工作原理 7
四、电路MULTISIM10仿真分析 7
4.1 Multisim起源及发展 7
4.2 Multisim功能及应用 7
4.3 电路的调试 8
4.4 Multisim10仿真结果 8
结 语 11
致 谢 12
参考文献 13
个人简介 14

摘 要

论文要求设计一种电路能产生特定波形, 具体利用脉冲数字电路原理设计波形发生器电路。电路的核心器件是555数字芯片,它可以通过与电阻、电容的特殊连接形成多弦振荡器就是波形发生电路。在安装电路与调试前,用数字万用表对电路单元器件进行检测确保各单元器件选用无误，然后完成安装和调试。Multisim10它是一款功能强大的科学设计电路与智能仿真软件。Multisim10它在电子工业和科研院所领域有着广泛的应用,运用此软件对电路进行仿真，得出设计要求波形。

关键词：555数字芯片；Multisim10；多弦振荡器；

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引 言

函数发生器是一种可以同时产生方波、三角波和正弦波的专用集成电路，波形发生器就是其中一种。当调节外部电路参数时，还可以获得占空比可调的矩形波和锯齿波。因此广泛用于仪器仪表中。本次设计采用555数字芯片与电阻电容所组成的函数发生电路，也可产生方波、三角波和正弦波。
对于高精度的复杂波形发生电路,其稳定性问题在系统可靠性中占有很重要的地位。由于制造工艺和使用条件等原因,任何波形发生电路都不可避免地会受到随机扰动因素的影响。在设计电路中的555数字芯片与各元器件参数和其标称值之间也存在随机误差，还有元器件选用不当以至使函数发生器电路无法正常产生波形。
为尽可能地消除这种现象,在电子电路的设计过程中应进行各元器件参数分析,以便在设计阶段采取措施加以纠正。而Multisim 10就可以完成这项工作,完全可以在电子电路设计中对设计电路进行全面、系统、精确地分析更重要的是它可以对电路进行精确仿真。
将Multisim 10中器件分析技术和方法应用于函数发生器仿真分析中,既解决了建立电路模型的困难,又免去了复杂数学计算及大量的数据处理,可很好地实现电路性能和波形产生设计分析,使函数发生器的设计达到高质量、高可靠性的同时,还有效地降低成本,缩短了开发周期。基于Multisim10的器件分析仿真方法与其他的分析方法相比,其具有更简便、快速和有效的优势。

一、 波形发生器电路设计要求
1.1设计要求
用小规模555数字集成芯片设计一种波形发生器，要求能实现正弦波等多种波形的输出,并且输出波形符合论文设计要求，设计只给出正弦波的仿真图。
1.2 设计指标
1.3设计功能
主要功能：用中小规模集成芯片设计制作产生正弦波等多种波形信号输出的波形发生器。
基本知识：数子电子技术、模拟电子技术、555数字芯片原理及功能、电子设计自动化软件Multisim10。

1.4电路图框架
电源指示灯、、、三角波输出电路、正弦波输出电路等几部分组成。
集
成
部
位

调
频
部
位
方 波
三角波
正弦波

控
制
部
位
图1 多种波形发生器方框图
Figure 1 Block diagram of a variety of waveforms generator

二、555数字芯片电路简介
2.1 555数字芯片功能及特征
555数字芯片是一种多用途的数字-模拟混合集成电路,利用它能极方便地构成施密特触、发器单稳态触发器和多弦振荡器。自从Signetics公司于1972年推出这种产品以后,国际上各主要的电子器件公司也相继的生产了各自的555定时器产品。尽管产品型号繁多，但所有双极性产品型号最后的3位数码都是555，所有CMOS产品型号最后的四位都是7555。而且它们的功能和外部引脚的排列完全相同。555数字芯片成本低,性能可靠,只需要外接几个电阻、电容、就能够成多谐振荡器，从而可形成RC积分电路来分别实现方波、三角波和正弦波的输出。555数字芯片还可以构成单稳太触发器、和施密特触发器等脉冲产生与变换电路。
2.2 555数字芯片发展及应用
555数字芯片电路开始是作定时器应用的，所以叫做555定时器或555时基电路。但后来经过开发，它除了作定时延时控制外，还可用于调光、调温、调压、调速等多种控制及计量检测。此外，还可以组成脉冲振荡、单稳、双稳和脉冲调制电路，用于交流信号源、电源变换、频率变换、脉冲调制等。由于它工作可靠、使用方便、价格低廉，目前被广泛用于各种电子产品中，555数字芯片内部有几十个元器件，有分压器、比较器、基本R-S触发器、放电管以及缓冲器等，电路比较复杂，是模拟电路和数字电路的混合体
随着电子技术的发展,集成电路芯片在电子设备中的使用越来越广泛,集成电路芯片已经成为现代电子设备中大量使用的电子元器件,由于使用灵活、方便，所以555数字芯片在波形的产生与变换、测量与控制、家用电器、电子玩具等许多领域中都得到了应用正应为如此，本次设计就是运用555数字芯片与电阻、电容链接而成的函数发生电路。
三、整机电路组装
3.1 创作电路图步骤
第一步：把电路图中所需的元器件的参数算出来；
第二部：在Multisim10选出元器件；
第三步：把所选的元器件修改成设计要求参数；
第四步：合理布局各器件摆放位置,使其美观；
第五步：把摆放好的元器件，用导线连接起来；
第六步：检查导线连接是否有误；
第七步：按电路图将电源线、接地线、波形输出线接好；

3.2整机电路图

图2 整机电路图
Machine diagram in Figure 2

3.3 电路工作原理
如图2电路可同时产生方波、三角波、正弦波并输出，该函数信号发生器电路简单、成本低廉、调整方便。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R7→R4→R8→C4；C4的放电回路是C4→R8→R4→555的7脚(放电管)。由于R8+R4＞R7，所以充电时间常数与放电时间常数近似相等，由555的Out脚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R8可改变振荡器的频率。方波信号经R2、C3积分网络后，输出三角波。三角波再经R1、C1积分网络，输出近似的正弦波。C9是电源滤波电容。发光二极管VD用作电源。

四、电路Multisim10仿真分析
4.1 Multisim起源及发展
Multisim起源于20世纪80年代的电子仿真软件EWB(Electronics Workbe nch )．早期的EWB5．0是一款界面形象直观、操作方便、分析功能强大、易学易用的EDA软件，随后IIT公司对EWB软件进行较大变动,于2001年推出系列化EDA软件Multisim2001、Ultiboard2001和Commsim2001。其中Multisim2001保留了EWB软件界面直观、操作方便、易学易用的特点,增强了软件的仿真测试和分析功能。2003年8月IIT公司又对Multisim2001进行了较大的改进,升级为Multisim7。2005年，美国国家仪器公司(National Instrument，简称NI)收购了IIT公司。在2007年，推出了Multisiml0版本。
4.2 Multisim功能及应用
到2l世纪初，加拿大图像交互技术公司公司（简称IIT）在保留原版的基础上，增加EWB更多的功能，并更名为Multisim，也就是Multisim2001版本。“Multi”为“多”的意思，“SIM”是。sirnJar”的缩写，意为模拟，所以Multisim可理解为多功能虚拟仿真。在原有基础上更新或改进了某些功能，具有以下特点：操作界面简洁、友好，用户点击鼠标就可以完成元件的选择、拖动、连线以及查看仿真结果；提供丰富的元件，新增51系列单片机芯片，可基本满足用户需求，如没有用户想要的元件，可利用VHDL、Verilog—HDL或SPICE进行扩展新元件；增加了部分3D实物元件和面包板，便于教学使用，给学生更直观的感觉；具有全面的分析工具和虚拟器件，功能强大是其他EDA软件所不能比拟的；支持模拟、数字、模拟／数字混合电路与单片机、可编程逻辑器件的仿真突破了原先版本的局限性；与Labview结合，使用户可以根据自己的需求制造虚拟仪器，而且所有的虚拟信号都可以通过计算机输出到实际的硬件电路上，所有硬件电路产生的结果都可以输入到计算机中进行处理和分析。
4.3 电路的调试
（1）把连接好的电路图检查一遍,看是否有连线错误。
（2）把正弦波输出线接在示波器上看是否有波形输出。若无波形输出，检测555芯片是否参数正确。
（3）如果示波器仍然没有波形的输出，调节RP改变频率看是否有波形输出。
（4）当有波形输出时，调节电位器改变555输出频率，看是否能达到指标。

4.4 Multisim10仿真结果

图3 电路仿真图
Figure 3 circuit emulation diagram

图4 电路仿真图
Amplitude-frequency diagram in Figure 4 circuit

图5 电路仿真
Figure 5 circuit simulation diagram

图6 电路幅频图
Figure 6 circuit amplitude-frequency diagram

经过测试可以得到，论文设计的电路可达以下性能指标：
1）正弦波输出频率可达1KHz。
2）输出信号频率稳定度优于10。
3）输出电压幅度在10KΩ负载电阻上的电压峰-峰值
Vopp≥250mv。
4）失真度用示波器观察时无明显失真。
综合分析各项指标的测试结果发现，该设计频率可达1KHz，信号稳定度高，失真度好，达到了性能良好的设计要求。

结 语

经过几个星期的努力，我完成了论文设计，期间我收获许多，论文设计是理论与实践相结合的。充分的巩固了大学四年来所学的理论知识。从而，增加了我的信心，明确了我今后的努力方向。
之前，在学习理论知识时，经常遇到一些问题使自己似懂非懂，通过这几周的毕业设计，在牧老师悉心指导和自己查阅资料学习下，很多问题已经迎刃而解了，而且还学会了许多课本上没有的知识。例如，555数字芯片的引脚功能，平时上课的时候是记住了，下次看就忘了。还有运用Multisim10画电路图时,我以前有些不会的地方！通过这次毕业设计，我都把这些弄明白了。通过自己亲自动手操作绘画电路图，对我影响特别深刻,我想这永远都不会忘记。所以实践的最终目是学好一门知识的有力保障。它给我今后的学习奠定了基础，指明了方向。
通过论文设计使我懂得了理论联系实际的重要性，从而也提高了我的实践动手能力。在设计的过程中，难免会遇到一些问题，我不断地询问老师，翻阅资料，检查电路，最终还是运用理论知识解决了实际问题，从中也让我受益匪浅。

致 谢

一个多月的毕业设计已经结束了，在牧老师的耐心指导和热情帮助下，我顺利的完成了毕业设计。从设计的选题到资料的搜集直至最后设计的修改的整个过程中，花费了牧老师很多的宝贵时间和精力，在此向老师表示衷心地感谢！老师您严谨的治学态度，开拓进取的精神和高度的责任心都将使学生受益终生！在此，学生感谢您牧老师。
弹指一挥间，大学四年已经接近了尾声。当自己怀着忐忑不安的心情完成这篇毕业论文的时候，自己也从当年一个从山里走出的懵懂孩子变成了一个成熟青年，回想自己的十几年的求学生涯，虽然只是一个本科毕业，但也实属不容易。首先，从小学到大学的学费和生活费就不是一个小数目，这当然要感谢我的爸爸妈妈，他们都是农民，没有他们的勤勤恳恳和细心安排，我是无论如何也完成不了我的大学生活。没有他们的支持和鼓励，我也不可能完成我电子信息科学与技术专业的学习。当然，一个农民家庭要同时供大学生和高中生上学，没有别人的帮助和接济是相当困难的。因此我要感谢那些在我求学时对我经济和精神上帮助的亲戚、朋友、老师和同学们，我的生活因你们而精彩和充实。
论文设计，让我了解了很多元器件的功能，熟悉了许多元器件的用途，从而，使我深刻地认识到学好专业理论知识的重要性，也理解了理论联系实际的真正含义，并且检验了大学四年的学习效果。虽然在设计论文中对于有些知识的运用还不够熟练，但是我将在以后的学习中继续努力并且不断完善自己。此外我要感谢实验室的老师们，在我做论文期间给我提供了大量的帮助以及一个良好的设计环境，所用工具，为我的论文设计能够顺利完成提供了强大后勤保障。
由于个人水平有限，设计中一定存在很多不足之处，敬请各位老师批评指正。谢谢！

参考文献

[1] 余孟尝.数字电子技术基础简明教程.北京:高等教育出版社.余孟尝
[2] 杨素行.模拟电子技术基础简明教程. 北京:高等教育出版社.杨素行.
[3]郭宏.刘显忠.张震.姜桥.电子技术应用实践指导.哈尔滨工程大学出版社.
[4]郭培源.电子电路及电子器件. 北京:高等教育出版社.
[5] 华成英.童诗白.模拟电子技术基础.北京:高等教育出版社. 2006.

个人简介

姓名：高华
性别：男
民族：汉族
出生日期：1986年09月24日
籍贯：内蒙古乌兰察布市
E-mail:gaohuaky@

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