第9讲比较器,方波发生器
方波发生器
方波发生器一、实验目的（1）用555设计一个频率为1k占空比为50%的方波发生器。
（2）设计截止频率为1.6K的一阶RC低通滤波对（1）中的方波进行滤波。
二、实验原理1、555定时器的电路结构与功能555定时器是一种多用途的数字——模拟混合集成电路，利用它能既方便地构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。
由于使用灵活、方便，所以555定时器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广泛的应用。
555电路由电阻分压器、电压比较器、基本RS触发器、放电管和输出缓冲器5个部分组成。
基本RS触发器的输出状态受比较器C1、C2的输出端控制。
用555定时器设计方波发生器，其基本单元为施密特触发器。
施密特触发器是一种特殊的门电路，与普通的门电路不同，施密特触发器有两个阈值电压，分别称为正向阈值电压和负向阈值电压。
在输入信号从低电平上升到高电平的过程中使电路状态发生变化的输入电压称为正向阈值电压，在输入信号从高电平下降到低电平的过程中使电路状态发生变化的输入电压称为负向阈值电压。
正向阈值电压与负向阈值电压之差称为回差电压。
利用施密特触发器状态转换过程中的正反馈作用，可以把边沿变化缓慢的周期性信号变换为边沿很陡的矩形脉冲信号。
输入的信号只要幅度大于vt+，即可在施密特触发器的输出端得到同等频率的矩形脉冲信号。
当输入电压由低向高增加，到达V+时，输出电压发生突变，而输入电压Vi由高变低，到达V-，输出电压发生突变，因而出现输出电压变化滞后的现象，可以看出对于要求一定延迟启动的电路，它是特别适用的.由于比较器C1和C2的参考电压不同，因而SR锁存器的置0信号和置1信号必然发生在输入信号的不同电平。
因此，输出电压V0由高电平变为低电平和由低电平变为高电平所对应的VI也不同，这样就构成了施密特触发特性。
只要将555定时器的V I1和V I2两个输入端连在一起作为信号输入端，即可得到施密特触发器。
方波发生器
浙江工业大学课程设计报告课程名称：单片机课程设计报告学院：成教学院专业班级：06机设姓名：许朝勇学号：06132501026指导教师：王忠飞完成时间：2009年01月17日方波发生器设计1.任务简介本课程设计是设计一个方波发生器，用2位8段数码管显示方波的频率。
频率可调，用一个变阻器来调整波形的频率，频率调节范围为1~99khz频率使用up 和down 按键来进行调节，显示部分可以使用74HC273芯片及数码管来实现。
由此即可构成一个最小单片机应用系统。
2、方案设计微处理器模块MCS8051，频率信息显示模块，1×4矩阵键盘模块，4HC273移位寄存器显示驱动模块。
本设计中用到定时器0，定时器0工作在定时方式下， 决定方波的频率；用LED 显示器来显示频率，键盘的操作是通过判断引脚电位来控制的，键盘操作来完成按要求对频率进行调节。
3、方波发生器的原理与功能方波发生器的原理方框图如图1所示由于系统的要求不高，比较单一的，再加上我们是通过定时器来调节频率的，因此实现起来就相对简化了。
仅用键盘、MCS8051及串行显示便可完成设计，达到所要求实现的功能。
方波发生器工作原理与功能：简单的流程为：主程序判断键盘电位，将信息输入，处理后，输出到LED 显示器显示。
单片机的晶振为12Hz ，用到了定时器0，进行频率的定时，定时器工作在方键盘单片机89S52LED显示频率数据图1 方波发生器原理框图式1。
根据计算定时器初值的公式：122tf TC osc L ⨯-= 计算出定时器0所要装入的初值。
频率及占空比的显示电路由74HC273构成的驱动电路和LED 数码显示管组成，利用2个8段数码管来显示,U1显示高位，地址：4000-7FFF U2显示低位，地址：8000-BFFF 。
此电路的键盘是由四个功能键（start stop up down)组成。
3.电路原理图4.工作软件#include<io51.H>Unsigned char toflag=0;Unsigned char result=0 fuzhi=0 min=0; Void keypad(void)Switch(P1){case 0x01: i++; black;case 0x02: i--; black;}if(i>99);i=1;Void init(void){fuzhi=65536-(1/i*1000)/(11.0592/12); TMOD=0x01;IE=0x02;TH0=(65536-fuzhi)/256;Tl0=(65536-fuzhi)%256;TR0=1;}Intorrupt [0x0B] void toisr(void){TR0=0;TH0=(65536-fuzhi)/256;Tl0=(65536-fuzhi)%256;TR0=1;Toflag=1;}Void main(void){Init( );While(1){If(toflag=1){Toflag=0If(min<=1){Min++;P1.7=1;}Else{Min--;P1.7=0;}}}显示子程序#define u1pt(unsigned char*)(0x014000)#define u2pt(unsigned char*)(0x018000)Unsigned char xianshiH xianshiLVoid display(void){xianshiH=i>>4*(u1pt)=xianshiHxianshiL=i&F0H*(u2pt)=xianshiL}4、总结完成本设计已完成按要求的作到从1-99KHz的调节并在2位8段数码管上显示并在大于99KHz时自动跳回到1KHz开始未完成1由于没有设备无法对完成的程序进行检测和调试2由于学习有限无法把start和stop两个键编入程序3没有把显示子程序写进主程序只是单独列出4当开机时人为按下down键使频率由0HKz变为-1KHz时的情况时是否会引起死机问题无法解决。
比较器波形发生器
UZ
-UZ
0 -UZ
t
[例2]
第8章 8.2
电路传输特性如图所示，已知uI波形画出uO波形。
9
uo
UT=±3V
uI
3 0 -3 9 0 -9
t
-3
0
3
uI
uo
-9
t
与单限比较器相比抗干扰能力较强。
[例3] 根据已知电压传输特性设计一个电压比较
器，要求所用电阻在20~100k之间。
第8章 8 2
uo
6
解： ui
根据传输特性可以判断出信号从同相端 输入, uo= ±6V, UT1 =3V ,UT2 = -3V。 R1
+
R A
uo
-3
0
3
ui
R2
±6V
-6
R2 R1 uP uI uO uN 0 R1 R 2 R1 R 2 R1 1 可选R1=50k R1 UT UZ 3V R 2 R2=100 k 2 R2
R1
同相输入端电位：
阈值电压：
R1 uP UZ R1 R 2
R1 UT UZ R1 R 2
电压传输特性： 当uI < -UT 时，存在 uN < uP ， 则uo = +UZ 。
只有当uI增大到+UT ，再增加一 个无穷小量， uo才会从+UZ跃 变到-UZ 。 当uI >+UT 时，存在uN>uP ，则
第8章 8 4
8.3.5 集成函数发生器简介
ICL8038是可以同时产生方波、三角波和正弦波的专 用集成电路。 ICL8038 的引脚图
第8章 8 2
信号控制电路-方波发生器
信号控制电路-方波发生器
目录
1概述（电路类别、实现主要功能描述）： (2)
2电路组成（原理图）： (2)
3工作原理分析(主要功能、性能指标及实现原理): (2)
4电路关键点波形： (3)
5关键参数计算分析： (3)
6电路的优缺点 (3)
7电路的应用说明： (3)
8应用的注意事项： (3)
3
21
84
IC1A
LM 358R6
100K C3
105R10
200K
R9
10K
R8100K
D31N4148D2
1N4148*R7
100K
VC C
R?R102
充放电信号控制电路（实验用模拟系统信号）
Port
4电路关键点波形：
5关键参数计算分析：
6电路的优缺点
优点：整个电路简单,功能众多,可用于各种控制电路中.
7电路的应用说明：
此电路已成功应用于全路通充电电源及各类声光告警电路中.
8应用的注意事项：
无。
迟滞比较器和RC负反馈回路构成方波发生器 ppt课件
m/article/88/171/2010/201.html
迟滞比较器和RC负反馈回路构成方波发生器
4
迟滞比较器和RC负反馈回路构成方波发生器
迟滞比较器和RC负反馈回路构成方波发生器
。电路的工作过程是：电源接通时刻（T=0），设C两端 电压HC=0比较器输出电压UO=+，此时运放同相端电压为 当UO=+UZ时，+UZ
迟滞比较器和RC负反馈回路构成方波发生器
通过R向C充电，UC随时间按正指数规律上升，当UC上升 到略高于FUZ时，UO从+UZ跳变为UZ。此后，C经R放电UC 按负指数规律下降
生器方波发生器如图5.3-34所示，其电路是由一个迟滞比 较器和一个RC负反馈回路构成。比较器输出电压UO被两 个特性相同的稳压管限幅，
迟滞比较器和RC负反馈回路构成方波发生器
在比较过程中，输出电压被稳定在正负UZ（UZ为稳压管 VDZ的稳定电压、下同）而保持恒定。R1、R2为限流电阻， 一般为10~100千欧
迟滞比较器和RC负反馈回路构成方波发生器
。在C放电期间，U0=-UZ，运放同相端电压为-FUZ。当UC 下降到略低于-FUZ时，UO又立刻跳到+UZ，回到初始状态 如此周而复始
迟滞比较器和RC负反馈回路构成方波发生器
，便有方波输出。UO及UC的波形见图5.3-34B。图中所以 方波的周期为T0为由上可以看出，改变R、R3、R4或C， 均可改变振荡频率
迟滞比较器和RC2010年04月20日 17:300 [导读] 迟滞比较 器和RC负反馈回路构成
迟滞比较器和RC负反馈回路构成方波发生器
方波发生器方波发生器如图5.3-34所示，其电路是由一个 迟滞比较器和一个RC负反馈关键词：发生器迟滞比较器 和RC负反馈回路构成方波发
比较器和波形发生器
UREF R N
8
R3
uO
传输特性 uO UZ
uI
P
UZ
R2
R1
uPuIRR11URZ2R2
状态翻转时，uP = uN = UREF
若 UREF = 0
则UT
UZR2 R1
U R Z 2 U T
R1 比较器和波形发生器
UT O UT+ uI
UZ
即uIR1UZR2 R1R2
UREF
U = UT+ UT
比较器和波形发生器
当UC＜UB＜UA时，Ｕ01、Ｕ
+18V
02均为高电平，三色发光二 极管(LED)呈橙色，说明所
RP3
1k
RP1 UA 5
1k
8
∞ 7 R1100k
LED
测稳压管符合要求。
R3
A1 uo1
绿
200
6
UB LM393
当UB＞UA＞UC时，Ｕ01为低 电平，Ｕ02为高电平，LED VZ 呈红色，说明所测稳压管稳
比较器和波形发生器
2)传输特性
uI R
8
R3
uO
uO UZ
上门限
UREF
P
R2
R1
UZ
O
下门限
当 uI 逐渐增大时
UZ
只要 uI < UT+ ，则 uO = UZ
UT UT+ uI
U
回差
电压
一旦 uI > UT+ ，则 uO = UZ
U = UT+ UT
当 uI 逐渐减小时
特点：
只要 uI > U T ，则 uO = UZ 一旦 uI < UT ，则 u = U O Z 比较器和波形发生器
方波信号发生器电路原理
方波信号发生器电路原理
方波信号发生器电路是一种电子设备，用于产生方波信号。
方波信号是一种特
殊的周期信号，其波形为矩形，具有快速的上升和下降时间。
在电子学和通信领域，方波信号广泛应用于数字电路、计时、调制解调、信号传输等方面。
方波信号是由一系列脉冲信号组成的，脉冲宽度相等，但电平有两种：高电平
和低电平。
方波信号的频率由脉冲频率决定，而占空比则是描述高电平与总周期之比。
一个简单的方波信号发生器电路可以通过集成电路555定时器来实现。
555定
时器是一种非常常用且功能强大的集成电路，可以用于产生各种类型的周期信号。
在方波信号发生器电路中，一般采用555定时器的单稳态多谐振荡模式。
通过
外部电路将555定时器配置为单稳态多谐振荡模式，可以实现方波信号的产生。
这个电路的基本原理是利用555定时器的两个比较器和一个RS触发器，通过精确的
电路设计和电路元件的选择，将周期和占空比调整到所需的数值。
电路中使用的电阻、电容和电源电压等参数将直接影响方波信号的频率和占空比。
通过合理选择这些参数，可以调整方波信号的频率和占空比来满足不同的应用需求。
总结起来，方波信号发生器电路的原理是利用555定时器以及精确的电路设计
和元件选择，实现产生方波信号的功能。
由于其简单可靠且功能强大，方波信号发生器电路在电子学和通信领域得到了广泛应用。
方波发生器滞回比较器
方波（Square wave ）发生器是非正弦发生器中应用最广的电路，数字电路和微机电路中时钟信号就由方波发生器提供。
1、电路组成方波发生器电路如图4.5.6a 所示。
它由滞回比较器和具有延时作用的RC 反馈网络组成。
图4.5.6 方波发生器a)电路图 b)波形图2、工作原理输出端接限幅电路的滞回比较器的输出电压u o =±（U Z +U D ）≈±U Z 。
当电源接通，t =0时刻， u c =0，设u o1=+U Z ，+u 为Z o th U R R R u R R R u U 2111211'1+-=+==+输出电压u o =U Z ，C 充电, u c 按指数规律上升,如图4.5.7 b 曲线①。
u c = U th1时,电路状态发生翻转， u o1突变为u o2=－U Z 。
此时, +u 突变为Z th U R R R u R R R u U 21102211"2+=+==+ (4.5.2)此时，u c 放电而下降，如图4.5.6 b 曲线②，放电完毕后电容反向充电，当u c = u －=U th2，电路发生翻转，u o =+U Z 。
电容反向放电，当放电完毕进行正向充电，当u c =U th1时，电路又发生翻转，输出由+U Z 突变为－U Z 。
如此反复，在输出端即产生方波波形。
波形如图4.5.6b 所示。
3.振荡频率估算)21ln(221R R RC T +≈)1ln(2121R R RC f +≈适当选取R 1、R 2值，使1)21ln(21=+R R 则RC T 2=RC f 21=。
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t
2 R1 T = 2 RC ln( + 1 ) R2
T - t uc(t)=UC ()+ UC (0+) -UC () e
UC (0+)= U
+L
,=RC
R1 =Uom R1 + R 2
R1 = U om R1 + R 2
UC ()=+UOM t=T2时, uc(t =T2)= U + H
第12章 集成运算放大器
12.5 集成运放的非线性应用 12.5.1限幅器 12.5.2电压比较器 12.5.3 迟滞比较器 12.6 信号发生器 12.6.1方波发生器
此课件及“海南风光”封面属清华大学唐庆玉创作，如发现剽窃，必究法律责任！
清华大学电机系电工学教研室 唐庆玉 编
此课件及“海南风光”封面属清华大学唐庆玉创作，如发现剽窃，必究法律责任！
电压比较器的另一种形式： 将双向稳压管接在负反馈回路上
UZ
uo
ui
R
_ +
+
+UZ
uo
0 -UZ
ui
R´
R ´=R
10
12.5.3 迟滞比较器
特点:电路中使用正反馈, 运放处于非线性状态
1.迟滞比较器(下行)
1、因为有正反馈，所以输 出饱和。 2、当uo正饱和时(uo =+UOM) ：
ui
R
C
R1
－+ + R2
uo
U+L
uo
UOM
2 R1 0 T = 2 RC ln( + 1 ) R2 - U
OM
t
T
f = 1/T
此期间是分析问题时的假设,实际上用 26 示波器观察波形时看不到这段波形.
周期与频率的计算： +U
uc C R1 R2 + R － + +
uc
OM
U+H
uo
0 U+L -UOM T1 T T2
U+
R1
－+ +
R2
uo
R1 U+ = Uom = U + H R1 + R 2
3、当uo负饱和时(uo =-UOM) ：
R1 Uom = U+L U+ = R1 + R 2
11
迟滞比较器(下行)(续)
ui
R
U+
R1
－+ +
R2
uo
设初始值: uo =+UOM ,
U+= U+H
设ui , 当ui = > U+H ,
U+L U+H
0
18
ui
2.迟滞比较器(上行)
R
ui
R1
－+ +
R2
uo
当u+> u- =0 时, uo= +UOM 当u+< u- =0时, uo= -UOM
u+=0 时翻转，可以求出 上下门限电压。
当uo= -UOM
R2 R1 ui U om = 0 ui= U + H = R1 Uom R1 + R 2 R1 + R 2 R2
海南风光
1
12.5 集成运放的非线性应用
所谓非线性应用是指：由运放组成的 电路处于非线性状态，输出与输入的关 系uo=f(ui)是非线性函数。
2
12.5.1 限幅器
特点：电路中的运放处于线性放大状态，但外围电路 有非线性元件（二极管、稳压二极管）。
ui
1.双向稳压管接于输出端
RF
R限流电阻
t
一般取100
13
例:设输入为正弦波, 画出输出的波形。 ui uo R U+H ui U+
R1
－+ +
R2
t
U+L
uo
Uom
t
-Uom
14
加上参考电压后的迟滞比较器(下行) ： uo 传输特性 uo R ui +UOM
－+ +
R2
UR
R1
U+L
U+H
0
-UOM
ui
上下限：
U+H U+L
R1 R2 = Uom + UR R1 + R 2 R1 + R 2 R1 R2 =Uom + UR R1 + R 2 R1 + R 2
当ui < UR时 , uo = -Uom
uo ui UR
+
+
+Uom
uo 0
-Uom
UR
ui
UR为参考电压
5
电压比较器(续) 若ui从反相端输入
UR ui
+
+
当ui < UR时 , uo = +Uom
uo 当u >U 时 , u = -U om i R o uo
+Uom
-Uom
0
UR
ui
6
电压比较器(续) 过零比较器: 当UR =0时
补充题:在方波发生器中,
R=10k , C=0.1F, R2= R1= 10k , 计算方波 频率, 画出uo及uc的波形， 设UOM=14V。
C R
uc
R1
－+ +
R2
uo
30
16
ui
UR
R
－+ +
R1 R2
uo
ui
10V
2V
uo
传输特性
uo
+UOM
+UOM
U+L 0 -UOM U+H
ui
-UOM
17
迟滞比较器(下行)两种电路传输特性的比较: uo uo R +Uom ui U+
R1
－+ +
R2
U+L
0
-Uom
U+H
ui
uo ui
UR
R1 R2 R
－+ +
uo
R2
uo
uo
UOM
0
t
0
t
2.工作原理：
-UOM
(1) 设 uo = + UOM , 则：u+=U+H 此时，输出给C 充电, uc , 设uC初始值uC(0+)= 0 在 uc < U+H 时，u- < u+ , uo保持+UOM不变 一旦 uc > U+H , 就有 u- > u+ , uo 立即由＋UOM 变成－UOM
24
(2) 当uo = -UOM 时， u+=U+L
uc
C
+
R
此时，C 经输出端放电,再反向充电
uc U+H
－+ +
R1 R2
uo
t U+L -UOM uc达到U+L时，uo上翻
当uo 重新回到＋UOM 以后，电路又进入另一个 周期性的变化。
25
周期与频率的计算： uc + R
uc
U+H 0 t
28
思考题：点 b 是电位器 RW 的中点，点 a 和点 c 是 b 的上方和下方的某点 。试定性画 出点电位器可动端分别处于 a、b、c 三 点时的 uo - uc 相对应的波形图。
D1 D2 a
设Rwa> Rwc
uc C R1
RW
c
b
uo
+ － + +
R2
UOM
t
uo
0 - UOM
29
本课作业
当uo= +UOM
R2 ui R1 + R 2
R1 + U om = UR R1 + R 2
21
加上参考电压后的迟滞比较器(上行)传输特性： uo
UR
R
ui
R1
－+ +
R2
uo
Uom
U+L U+H
0
-Uom
ui
对照
R
uo
－+ +
uo
U+L
Uom
U+H
ui
R1
0
-Uom
ui
22
R2
12.6 信号发生电路
当uo= +UOM
R2 ui R1 + R 2
R1 R1 Uom + U om = 0 ui=U + L = R2 19 R1 + R 2
迟滞比较器(上行)(续)
R
上下门限电压
U+H U+L R1 = Uom R2 R1 =Uom R2
ui
R1
－+ +
R2
uo
传输特性曲线
U+L
uo
Uom
U+H
0
uo从+UOM -UOM
uo
+Uom
这时, uo =-UOM ,
U+H
U+= U+L
U+L