信号触发系统毕业论文

函数信号发生器的设计与制作 系别：电子工程系 专业：应用电子技术 届：07届 姓名：李贤春 摘 要 本系统以ICL8038集成块为核心器件，制作一种函数信号发生器，制作成本较低。适合学生学习电子技术测量使用。ICL8038是一种具有多种波形输出的精密振荡集成电路，只需要个别的外部元件就能产生从～30KHz的低失真正弦波、三角波、矩形波等脉冲信号。输出波形的频率和占空比还可以由电流或电阻控制。另外由于该芯片具有调制信号输入端，所以可以用来对低频信号进行频率调制。 关键词 ICL8038，波形，原理图，常用接法 一、概述 在电子工程、通信工程、自动控制、遥测控制、测量仪器、仪表和计算机等技术领域，经常需要用到各种各样的信号波形发生器。随着集成电路的迅速发展，用集成电路可很方便地构成各种信号波形发生器。用集成电路实现的信号波形发生器与其它信号波形发生器相比，其波形质量、幅度和频率稳定性等性能指标，都有了很大的提高。 二、方案论证与比较 ·系统功能分析 本设计的核心问题是信号的控制问题，其中包括信号频率、信号种类以及信号强度的控制。在设计的过程中，我们综合考虑了以下三种实现方案： ·方案论证 方案一∶采用传统的直接频率合成器。这种方法能实现快速频率变换，具有低相位噪声以及所有方法中最高的工作频率。但由于采用大量的倍频、分频、混频和滤波环节，导致直接频率合成器的结构复杂、体积庞大、成本高，而且容易产生过多的杂散分量，难以达到较高的频谱纯度。 方案二∶采用锁相环式频率合成器。利用锁相环，将压控振荡器（VCO）的输出频率锁定在所需要频率上。这种频率合成器具有很好的窄带跟踪特性，可以很好地选择所需要频率信号，抑制杂散分量，并且避免了量的滤波器，有利于集成化和小型化。但由于锁相环本身是一个惰性环节，锁定时间较长，故频率转换时间较长。而且，由模拟方法合成的正弦波的参数，如幅度、频率 相信都很难控制。 方案三：采用8038单片压控函数发生器，8038可同时产生正弦波、方波和三角波。改变8038的调制电压，可以实现数控调节，其振荡范围为～300KHz。 三、系统工作原理与分析 、ICL8038的应用 ICL8038是精密波形产生与压控振荡器，其基本特性为：可同时产生和输出正弦波、三角波、锯齿波、方波与脉冲波等波形；改变外接电阻、电容值可改变，输出信号的频率范围可为～300KHz；正弦信号输出失真度为1%；三角波输出的线性度小于；占空比变化范围为2%～98%；外接电压可以调制或控制输出信号的频率和占空比（不对称度）；频率的温度稳定度（典型值）为120*10-6（ICL8038ACJD）～250*10-6（ICL8038CCPD）；对于电源，单电源（V+）：+10～+30V，双电源（+V）（V-）：±5V～±15V。图1-2是管脚排列图，图1-2是功能框图。8038采用DIP-14PIN封装，管脚功能如表1-1所示。 、ICL8038内部框图介绍 函数发生器ICL8038的电路结构如图虚线框内所示（图1-1），共有五个组成部分。两个电流源的电流分别为IS1和IS2，且IS1=I，IS2=2I；两个电压比较器Ⅰ和Ⅱ的阈值电压分别为 和 ，它们的输入电压等于电容两端的电压uC，输出电压分别控制RS触发器的S端和 端；RS触发器的状态输出端Q和 用来控制开关S，实现对电容C的充、放电；充点电流Is1、Is2的大小由外接电阻决定。当Is1=Is2时，输出三角波，否则为矩尺波。两个缓冲放大器用于隔离波形发生电路和负载，使三角波和矩形波输出端的输出电阻足够低，以增强带负载能力；三角波变正弦波电路用于获得正弦波电压。 、内部框图工作原理 ★当给函数发生器ICL8038合闸通电时，电容C的电压为0V，根据电压比较器的电压传输特性，电压比较器Ⅰ和Ⅱ的输出电压均为低电平；因而RS触发器的 ，输出Q=0， ； ★使开关S断开，电流源IS1对电容充电，充电电流为 IS1=I 因充电电流是恒流，所以，电容上电压uC随时间的增长而线性上升。 ★当上升为VCC/3时，电压比较器Ⅱ输出为高电平，此时RS触发器的 ，S=0时，Q和 保持原状态不变。 ★一直到上升到2VCC/3时，使电压比较器Ⅰ的输出电压跃变为高电平，此时RS触发器的 时，Q=1时， ，导致开关S闭合，电容C开始放电，放电电流为IS2-IS1=I因放电电流是恒流，所以，电容上电压uC随时间的增长而线性下降。 起初，uC的下降虽然使RS触发的S端从高电平跃变为低电平，但 ，其输出不变。 ★一直到uC下降到VCC/3时，使电压比较器Ⅱ的输出电压跃变为低电平，此时 ，Q=0， ，使得开关S断开，电容C又开始充电，重复上述过程，周而复始，电路产生了自激振荡。 由于充电电流与放电电流数值相等，因而电容上电压为三角波，Q和 为方波，经缓冲放大器输出。三角波电压通过三角波变正弦波电路输出正弦波电压。 结论：改变电容充放电电流，可以输出占空比可调的矩形波和锯齿波。但是，当输出不是方波时，输出也得不到正弦波了。 、方案电路工作原理（见图1-7） 当外接电容C可由两个恒流源充电和放电，电压比较器Ⅰ、Ⅱ的阀值分别为总电源电压（指+Vcc、-VEE）的2/3和1/3。恒流源I2和I1的大小可通过外接电阻调节，但必须I2＞I1。当触发器的输出为低电平时，恒流源I2断开，恒流源I1给C充电，它的两端电压UC随时间线性上升，当达到电源电压的确2/3时，电压比较器I的输出电压发生跳变，使触发器输出由低电平变为高电平，恒流源I2接通，由于I2＞I1（设 I2=2I1），I2将加到C上进行反充电，相当于C由一个净电流I放电，C两端的电压UC又转为直线下降。当它下降到电源电压的1/3时，电压比较器Ⅱ输出电压便发生跳变，使触发器输出为方波，经反相缓冲器由引脚9输出方波信号。C上的电压UC，上升与下降时间相等（呈三角形），经电压跟随器从引脚3输出三角波信号。将三角波变为正弦波是经过一个非线性网络（正弦波变换器）而得以实现，在这个非线性网络中，当三角波的两端变为平滑的正弦波，从2脚输出。 其中K1为输出频段选择波段开关，K2为输出信号选择开关，电位器W1为输出频率细调电位器，电位器W2调节方波占空比，电位器W3、W4调节正弦波的非线性失真。 图1-1 、两个电压比较器的电压传输特性如图1-4所示。 图1-4 、常用接法 如图（1-2）所示为ICL8038的引脚图，其中引脚8为频率调节（简称为调频）电压输入端，电路的振荡频率与调频电压成正比。引脚7输出调频偏置电压，数值是引脚7与电源+VCC之差，它可作为引脚8的输入电压。 如图（1-5）所示为ICL8038最常见的两种基本接法，矩形波输出端为集电极开路形式，需外接电阻RL至+VCC。在图(a)所示电路中，RA和RB可分别独立调整。在图(b)所示电路中，通过改变电位器RW滑动的位置来调整RA和RB的数值。 图1-5 当RA=RB时，各输出端的波形如下图(a)所示，矩形波的占空比为50％，因而为方波。当RA≠RB时，矩形波不再是方波，引脚2输出也就不再是正弦波了，图(b)所示为矩形波占空比是15%时各输出端的波形图。根据ICL8038内部电路和外接电阻可以推导出占空比的表达式为 故RA<2RB。 为了进一步减小正弦波的失真度，可采用如图（1-6）所示电路，电阻20K与电位器RW2用来确定8脚的直流电压V8，通常取V8≥2/3Vcc。V8越高，Ia、Ib越小，输出频率越低，反之亦然。RW2可调节的频率范围为20HZ20~KHZ。V8还可以由7脚提供固定电位，此时输出频率f0仅有Ra、Rb及10脚电容决定，Vcc采用双对电源供电时，输出波形的直流电平为零，采用单对电源供电时，输出波形的直流电平为Vcc/2。两个100kΩ的电位器和两个10kΩ电阻所组成的电路，调整它们可使正弦波失真度减小到。在RA和RB不变的情况下，调整RW2可使电路振荡频率最大值与最小值之比达到100:1。在引脚8与引脚6之间直接加输入电压调节振荡频率，最高频率与最低频率之差可达1000:1。 、实际线路分析 可在输出增加一块LF35双运放，作为波形放大与阻抗变换，根据所选择的电路元器件值，本电路的输出频率范围约10HZ～20KHZ；幅度调节范围：正弦波为0～12V，三角波为0～20V，方波为0～24V。若要得到更高的频率，还可改变三档电容的值。 图1-6 表 1-1 ISL8038管脚功能 管 脚 符 号 功 能 1，12 SINADJ1，SINADJ2 正弦波波形调整端。通常SINADJ1开路或接直流电压， SINADJ2接电阻REXT到V-，用以改善正弦波波形和减小失真。 2 SINOUT 正弦波输出 3 TRIOUT 三角波输出 4，5 DFADJ1，DFADJ2 输出信号重复频率和占空比（或波形不对称度）调节端。通常DFADJ1端接电阻RA到V+，DFADJ2端接RB到V+，改变阻值可调节频率和占空比。 6 V+ 正电源 7 FMBIAS 调频工作的直流偏置电压 8 FMIN 调频电压输入端 9 SQOUT 方波输出 10 C 外接电容到V-端，用以调节输出信号的频率与占空比 11 V- 负电源端或地 13，14 NC 空脚 四、制作印刷电路板 首先，按图制作印刷电路板，注意不能有断线和短接，然后，对照原理图和印刷电路板的元件而进行元件的焊接。可根据自己的习惯并遵循合理的原则，将面板上的元器件安排好，尽量使连接线长度减少，变压器远离输出端。再通电源进行调试，调整分立元件振荡电路放大元件的工作点，使之处于放大状态，并满足振幅起振条件。仔细检查反馈条件，使之满足正反馈条件，从而满足相位起振条件。 制作完成后，应对整机进行调试。先测量电源支流电压，确保无误后，插上集成快，装好连接线。可以用示波器观察波形发出的相应变化，幅度的大小和频率可以通过示波器读出 。 五、系统测试及误差分析 、测试仪器 双踪示波器 YB4325(20MHz)、万用表。 、测试数据 基本波形的频率测量结果 频率/KHz 正弦波 预置 2 20 50 100 实测 方波 预置 2 20 50 实测 三角波 预置 1 2 20 100 实测 、误差分析及改善措施 正弦波失真。调节R100K电位器RW4，可以将正弦波的失真减小到1%，若要求获得接近失真度的正弦波时，在6脚和11脚之间接两个100K电位器就可以了。 输出方波不对称，改变RW3阻值来调节频率与占空比，可获得占空比为50%的方波，电位器RW3与外接电容C一起决定了输出波形的频率，调节RW3可使波形对称。 没有振荡。是10脚与11脚短接了，断开就可以了 产生波形失真，有可能是电容管脚太长引起信号干扰，把管脚剪短就可以解决此问题。也有可能是因为2030功率太大发热导致波形失真，加装上散热片就可以了。 、调试结果分析 输出正弦波不失真频率。由于后级运放上升速率的限制，高频正弦波（f>70KHz）产生失真。输出可实现步进，峰-峰值扩展至0～26V。 图1-2 图 1−7 六、结论 通过本篇论文的设计，使我们对ICL8038的工作原理有了本质的理解，掌握了ICL8038的引脚功能、工作波形等内部构造及其工作原理。利用ICL8038制作出来的函数发生器具有线路简单，调试方便，功能完备。可输出正弦波、方波、三角波，输出波形稳定清晰，信号质量好，精度高。系统输出频率范围较宽且经济实用。 七、参考文献 【1】谢自美《电子线路设计.实验.测试（第三版）》武汉：华中科技大学出版社。2000年7月 【2】杨帮文《新型集成器件家用电路》北京：电子工业出版社， 【3】第二届全国大学生电子设计竞赛组委会。全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编。北京：北京理工大学出版社，1997. 【4】李炎清《毕业论文写作与范例》厦门：厦门大学出版社。 【5】潭博学、苗江静《集成电路原理及应用》北京：电子工业出版社。 【6】陈梓城《家用电子电路设计与调试》北京：中国电力出版社。2006

引言可变程序控制器（PLC）是从早期的继电器逻辑控制系统发展而来的。自60年代问世以来，PLC得到了突飞猛进的发展，尤其在数据处理、网络通信及与DCS等集散系统融合方面有了很大的进展，可变程序控制器已经成为工业自动化强有力的工具，得到了广泛的普及和推广应用。本文以交通信号灯控制系统为例，着重讲述可变程序控制器（PLC）与上位计算机工控组态软件组态王之间的通信。1、FX-0N-60MR PLC及其编程软件MELSEC-F FX Applications日本三菱公司的FX0N系列是近年来推出的高性能微型可编程序控制器，外观结构小巧美观、功能强大，系统配置灵活，用户除了可以选用多种基本单元外，还可以选择适当的扩展单元和扩展模块，根据控制要求灵活方便地进行系统配置，组成不同I/O点数和不同功能的控制系统，各种不同的配置都可以得到很好的性能价格比。FX0N系列有较强的通讯功能，可与内置RS-232C通讯接口的设备通讯。三菱公司FX系列的编程软件MELSEC-F FX Applications是适用于PC机的一种编程软件，可用梯形图、指令表两种编程语言编制程序，程序编制完成之后，利用PLC与计算机专用的F2-232C AB型RS232C电缆传送程序至PLC。2、组态王组态王是一个集成的人机界面（HMI）系统和监控管理系统，可与可编程控制器（PLC）、智能模块、板卡智能仪表、远程数据采集装置（RTV）等多种外部设备进行通讯。而其软件系统与用户最终使用的现场设备无关，对于不同的硬件设施，用户只需要按照安装向导的提示完成I/O设备的配置工作，为组态王配置相应的通讯设备的硬件驱动程序，并由硬件设备驱动程序完成组态王与I/O设备的通讯。在系统运行的过程中，组态王通过内嵌的设备管理程序完成与I/O设备的实时数据交换。3、交通信号灯控制系统交通信号灯控制系统即十字路口红、黄、绿交通信号灯的控制。控制要求如下：按下启动按钮，交通信号灯开始工作，东西方向绿灯亮56S，同时南北方向红灯亮60S，东西方向绿灯亮56S后，闪烁2S，然后过渡到东西方向黄灯，黄灯亮2S；之后东西方向红灯亮60S，南北方向绿灯亮56S后闪烁2S后，随之黄灯亮2S后灭．．．．．．I/O分配如下：输入 输出启动 X0 东西绿灯 Y1 南北红灯 Y5停止 X1 东西黄灯 Y2 南北绿灯 Y6东西红灯 Y3 南北黄灯 Y7部分控制程序见图1。4、PLC与上位计算机组态王软件的通讯PLC与上位计算机的通讯可以利用高级语言编程来实现，但是用户必须熟悉互连的PLC及PLC网络采用的通讯协议，严格的按照通讯协议规定为计算机编写通讯程序，其对用户要求较高，而采用工控组态软件实现PLC与上位计算机之间的通讯，则相对简单因为工控组态软件中一般都提供了相关设备的通讯驱动程序，例如西门子公司的S7系列PLC与工控组态软件WinCC之间可进行连接实现PLC与上位计算机之间的通讯。下面介绍组态王与FX-0N-60MR PLC 之间通讯的实现步骤。FX-0N-60MR PLC采用RS232或RS422进行通讯，占用计算机的一个串行口。在不添加扩展卡的情况下可以使用编程口和计算机进行通讯。第一、设备连接利用PLC与计算机专用的F2-232CAB型RS232C电缆，将PLC通过编程口与上位计算机串口（COM口）连接，进行串行通讯。串行通讯方式使用”组态王计算机”的串口，I/O设备通过RS-232串行通讯电缆连接到”组态王计算机”的串口。第二、设备配置在组态王工程浏览器的工程目录显示区，点击”设备”大纲项下PLC与上位计算机所连串口（COM口），进行参数设置。FX系列PLC编程口的通讯COM口参数设置：然后在组态王浏览器目录内容显示区内双击所设COM口对应的”新建”图标，会弹出”设备配置向导”对话框。在此对话框中完成与组态王通讯的设备的设置。利用设备配置向导就可以完成串行通讯方式的I/O设备安装，安装过程简单、方便。在配置过程中，用户需选择I/O设备的生产厂家、设备型号、连接方式，为设备指定一个逻辑设备名，设定设备地址（FX系列PLC在使用编程口进行通讯时，不需要设备地址）第三、构造数据库数据库是”组态王”软件的核心部分，在工程管理器中，选择”数据库\数据词典”，双击”新建图标”，弹出”变量属性”对话框。定义FX-0N-60MR PLC相应寄存器：斜体字dddo、dddd、ddd等表示格式中可变部分，d表示十进制数，o表示八进制数，变化范围列于取值范围中。组态王按照寄存器名称来读取下位机相应的数据。组态王中定义的寄存器与下位机所有的寄存器相对应。如定义非法寄存器，将不被承认。如定义的寄存器在所用的下位机具体型号中不存在，将读不出数据。第四、设计图形界面并建立动画连接在组态王“画面”上创建十字路口红、黄、绿交通信号灯的控制示意图，见图2，建立启动和停止按钮，并将各个控制信号灯及启动和停止按钮与所建立相应变量关联，进行动画连接。第五、系统运行启动组态王运行系统TOUCHVIEW，运行交通信号灯的控制。将PLC开关指向“RUN”状态，按下启动按钮，观察交通信号灯系统的控制结果。实验结果表明，系统运行正常，动画效果良好。5、结束语PLC及PLC的多机联用与计算机的联网通信应用越来越多，它综合了计算机和PLC的长处，计算机作为上位机提供良好的人机界面，进行全系统的监控和管理，PLC作为下位机执行可靠有效的分散控制，利用工控组态软件实现PLC与上位计算机通信的方法简单易行，它降低了对用户的要求，大大缩短了设计周期，系统继承性较好，尤其对于大规模复杂控制系统来说，这当优点更为突出。

HD2000交通信号集中控制系统是华路德公司开发研制的HD202、HD204、HD207系列交通信号控制器的远程控制软件，利用城域宽带网，远程监视和控制路口信号机的工作状态和运行方式，使用户足不出户即可了解和控制路口交通状况，实现区域内交通信号灯的联动绿波带协调控制，从而提高道路通行能力和管理部门紧急情况处置反应能力，能极大地减轻交通管理部门的维护和调节工作量。

性能与特点

高级语言编制，界面友好，操作方便。

联网方式灵活，可以通过以太网、无线通讯、电话拨号、GPRS等实现中心与路口的通讯联系。

覆盖路口控制机类型广泛，可以选择我公司出厂的HD202系列、HD204系列、HD207系列交通信号控制器，给用户最大的选择余地。

建设成本低，本系统涵盖了我公司所有档次的信号机，在已经安装了电子警察的道路交叉口，可以借用电子警察网络资源，避免了重复投资。

控制路口点数多，可以同时控制多达180个以上路口的交通信号控制机，如果建立分级通讯机制，则控制点数不受限制。

系统提供软件接口与其他系统（如GPS卫星定位系统、城市交通诱导系统、公安视频监控系统、电子警察系统等）实现交警数据的共享，为建设和谐交通提供一手交通流量数据。

采用服务器/客户端模式，后台系统由服务器和若干工作站组成，监控路口真正做到足不出户，有条件的客户甚至能通过Internet实现对路口信号机的远程监控。

功能介绍

远程监视功能，通过控制中心能实时监视路口信号机的运行状况，包括当前运行方式、运行总周期、信号灯输出状态等用户首先需要了解的路口信息。用户可以通过两种画面监视运行状态：监视主画面和路口模拟图画面。监视主画面用于全面了解路口信号机的运行状态，而路口模拟图画面能使用户直观了解实际路口信号灯的红绿显示情况。

单路口远程控制功能，通过远程监视画面（包括监视主画面和路口示意图画面）用户可以实现对路口信号机的远程手、自动切换和运行方式变换，配合视频监控能有效、及时地疏导交通和临时交通处置。

远程设置功能，通过不同类型信号机的设置画面，用户能远程设置和修改路口信号机的运行参数，如相位方案、时段方案、配时方案、运行常量等。

远程流量收集，若路口设置有车辆检测器，系统能自动、定时地收集和保存不同时段路口车道流量状态。

绿波带控制功能，系统能根据路口之间的距离、车速等信息自动协调关联路口的信号灯输出周期，实现多路口之间的绿波带协调控制功能，并能根据路段的车流状态定时切换协调方向。

警卫路线控制功能，系统能根据预先设置的警卫路线，准确命令警卫路线上的信号机在特定时间段开启指定信号灯绿灯，并在持续一段时间后自动后恢复。

远程登录与控制功能，系统采用服务器/客户端模式，所有信号机数据和用户需求信息均通过服务器实现转发、存储和提取；用户通过客户端实现对服务器的登录，并通过服务器实现对路口的监视与控制。详细资料你可以看参考！