CN106130512A - 一种锯齿波产生电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锯齿波产生电路，包括：微控制单元、分压电路、第一电阻、反馈电阻、第一运算放大器和积分电路，通过微控制单元产生与所需锯齿波信号相同频率的第一方波信号，然后通过第一运算放大器及其外围电路将第一方波信号转换成正负电平绝对值相等的第二方波信号，最后第二方波信号经积分电路得到正负电平绝对值相等的所需锯齿波信号。由此可知，与传统的硬件方案相比，本发明产生的锯齿波信号的频率由微控制单元控制，不仅精确而且还可以调节；与传统的软件方案相比，本发明可以得到正负电平绝对值相等锯齿波信号，且整个电路中产生的信号均为模拟信号，因此无需添加DA转换芯片，整个电路结构简单，从而节约了成本。

Description

一种锯齿波产生电路
技术领域
本发明涉及锯齿波技术领域，更具体的说，涉及一种锯齿波产生电路。
背景技术
传统的锯齿波产生电路一般由迟滞比较器和充放电时间常数不等的积分电路组成，该硬件方案得到的锯齿波的频率需要由迟滞比较器和积分电路中的电阻和电容共同调节得到。如果需要得到精确频率的锯齿波，就需要配置多种数值的电阻和电容，但实际使用的电阻和电容的数值都是一些标准数值，并非连续变化的数值，因此要得到精确频率的锯齿波，就需要大量复杂的计算，且还很难配置出相关参数。另外，当传统的锯齿波产生电路确定后，生成的锯齿波的频率就固定，且不能调节，而在控制系统系统中，不仅需要精确频率的锯齿波，而且有时候还需要锯齿波的频率可调，因此，传统的硬件方案很难满足要求。
另一种常见的产生锯齿波的方案为通过软件算法产生锯齿波，该软件方案可以产生精确频率的锯齿波，且锯齿波的频率可调，但是需要配置DA转换芯片，以将数字信号转换成模拟信号输出，且DA转换芯片一般只能输出正电平的模拟信号，若要同时得到正负电平的模拟信号，还需要添加运算放大电路等电路，从而使整体电路变得复杂，成本上升。
发明内容
有鉴于此，本发明公开一种锯齿波产生电路，以实现在降低电路复杂度的同时，能够得到频率精确且可以调节的锯齿波信号。
一种锯齿波产生电路，包括：
用于产生频率与所需的锯齿波信号的频率相同的第一方波信号的微控制单元，所述第一方波信号的高电平为正电平，低电平为0V；
输入端与参考电压连接的分压电路，所述分压电路的接地端接地；
第一电阻；
反馈电阻；
第一运算放大器，所述第一运算放大器的同相输出入端连接所述微控制单元的输出端，所述第一运算放大器的反相输入端通过所述第一电阻连接所述分压电路的输出端，所述第一运算放大器的输出端通过所述反馈电阻连接所述反相输入端，所述第一运算放大器的输出端用于输出由所述微控制器单元输出的所述第一方波信号转换得到的第二方波信号，所述第二方波信号的高电平为正电平，低电平为负电平，且所述正电平和所述负电平的绝对值相等；
输入端与所述第一运算放大器的输出端连接，用于将所述第二方波信号转换成正负电平绝对值相等的所述锯齿波信号的积分电路。
优选的，所述积分电路包括：二极管、第二电阻、积分电容器和第二运算放大器；
所述二极管的阳极连接所述第一运算放大器的输出端，所述二极管的阴极连接所述第二运算放大器的反相输入端；
所述第二电阻并联连接在所述二极管的两端；
所述积分电容器的一端连接所述第二运算放大器的反相输入端，所述电容器的另一端连接所述第二运算放大器的输出端；
所述第二运算放大器的同相输入端连接接地端，所述第二运算放大器的输出端用于输出所述锯齿波信号。
优选的，所述分压电路包括：
串联连接在所述参考电压和地之间的第一分压支路和第二分压支路，所述第一分压支路和所述第二分压支路的公共端作为所述分压支路的输出端，与所述第一电阻连接。
优选的，所述第一分压支路包括一个电阻或是多个串联连接的电阻。
优选的，所述第二分压支路包括一个电阻或是多个串联连接的电阻。
优选的，还包括：串联连接在所述微控制单元和所述第一运算放大器之间的第三电阻。
优选的，所述微控制单元为FPGA。
优选的，所述微控制单元为DSP处理器。
从上述的技术方案可以看出，本发明公开了一种锯齿波产生电路，包括：微控制单元、分压电路、第一电阻、反馈电阻、第一运算放大器和积分电路，通过微控制单元产生与所需锯齿波信号相同频率的第一方波信号，然后通过第一运算放大器及其外围电路将第一方波信号转换成正负电平绝对值相等的第二方波信号，最后第二方波信号经积分电路得到正负电平绝对值相等的所需锯齿波信号。由此可知，与传统的硬件方案相比，本发明产生的锯齿波信号的频率由微控制单元控制，不仅精确而且还可以调节；与传统的软件方案相比，本发明可以得到正负电平绝对值相等锯齿波信号，且整个电路中产生的信号均为模拟信号，因此无需添加DA转换芯片，整个电路结构简单，从而节约了成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据公开的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例公开的一种锯齿波产生电路的电路图；
图2为本发明实施例公开的一种FPGA输出的方波信号的波形示意图；
图3为本发明实施例公开的一种第一运算放大器输出的方波信号的波形示意图；
图4为本发明实施例公开的一种第二运算放大器输出信号的波形示意图；
图5为本发明实施例公开的另一种锯齿波产生电路的电路图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种锯齿波产生电路，以实现在降低电路复杂度的同时，能够得到频率精确且可以调节的锯齿波信号。
参见图1，本发明实施例公开的一种锯齿波产生电路的电路图，该电路包括：微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)11、分压电路12、第一电阻R1、反馈电阻R2、第一运算放大器13和积分电路14。
其中，
MCU11用于产生频率与所需的锯齿波信号的频率相同的第一方波信号，第一方波信号的高电平为正电平(例如3.3V)，低电平为0V。
需要说明的是，由于MCU11产生的第一方波信号的频率和所需的锯齿波信号的频率相同，因此，通过MCU11可以改变所需的锯齿波信号的频率。另外，由于MCU11可以产生任意频率的第一方波信号，因此相比传统的硬件方案，本发明可以保证锯齿波信号频率的精度。
分压电路12的输入端与参考电压Vf连接，分压电路12的接地端接地。
第一运算放大器13的同相输出入端连接MCU11的输出端，第一运算放大器13的反相输入端通过第一电阻R1连接分压电路12，第一运算放大器13的输出端通过反馈电阻R2连接反相输入端，第一运算放大器13的输出端用于输出由MCU11输出的第一方波信号转换得到的第二方波信号，该第二方波信号的高电平为正电平，低电平为负电平，且正电平和负电平的绝对值相等。
其中，当第二方波信号的正负电平的绝对值的差值小于预设差值时，也可认为该正负电平的绝对值相等。
需要说明的是，第一运算放大器13输出的第二方波信号的正负电平的绝对值的大小，通过调节分压电路12、第一电阻R1和反馈电阻R2的阻值得到。
积分电路14的输入端与第一运算放大器13的输出端连接，积分电路14用于将第二方波信号转换成正负电平绝对值相等的锯齿波信号。
综上可知，本发明公开的锯齿波产生电路，通过MCU11产生与所需锯齿波信号相同频率的第一方波信号，然后通过第一运算放大器13及其外围电路将第一方波信号转换成正负电平绝对值相等的第二方波信号，最后第二方波信号经积分电路14得到正负电平绝对值相等的所需锯齿波信号。由此可知，与传统的硬件方案相比，本发明产生的锯齿波信号的频率由MCU11控制，不仅精确而且还可以调节；与传统的软件方案相比，本发明可以得到正负电平绝对值相等锯齿波信号，且整个电路中产生的信号均为模拟信号，因此无需添加DA转换芯片，并且整个电路结构简单，从而节约了成本。
其中，MCU11可以由其它可以产生任意频率方波信号的控制器代替，例如，FPGA(Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)、DSP(Digital SignalProcessing，数字信号处理)处理器等等。
上述实施例中，积分电路14具体包括：二极管D1、第二电阻R3、积分电容器C1和第二运算放大器15。
其中，积分电路14各组成部分的连接关系具体如下：
二极管D1的阳极连接第一运算放大器13的输出端，二极管D1的阴极连接第二运算放大器15的反相输入端；
第二电阻R3并联连接在二极管D1的两端；
积分电容器C1的一端连接第二运算放大器15的反相输入端，积分电容器C1的另一端连接第二运算放大器15的输出端；
第二运算放大器15的同相输入端连接接地端，第二运算放大器15的输出端用于输出锯齿波信号。
积分电路14的工作原理为：
当第一运算放大器13输出负电平-VZ时，负电平-VZ经第二电阻R3向积分电容器C1充电，此时的积分时间常数τ＝R3·C1，第二运算放大器15的输出电压V02按线性规律增长，当输出电压V02等于电源正电压时，输出电压V02停止增长；
当第一运算放大器13输出正电平+VZ时，正电平+VZ经过二极管D1向积分电容器C1反向充电，由于二极管D1的正向电阻很小，所以此时的积分时间常数变得特别小，积分电容器C1迅速完成反向充电，第二运算放大器15的输出电压V02迅速从电源正电压变成电源负电压。如此反复，第二运算放大器15输出一系列的锯齿波信号。
因此，本发明公开的锯齿波产生电路可以得到频率精确且可调的锯齿波信号，最终得到的锯齿波信号的正电压峰值为第二运算放大器15的电源正电压，锯齿波信号的负电压峰值为第二运算放大器15的电源负电压。
为进一步验证本发明公开的锯齿波产生电路可以得到正负电平绝对值相等的锯齿波信号，本发明还通过示波器对该锯齿波产生电路进行了验证。
参见图2，本发明实施例公开的一种FPGA输出的方波信号的波形示意图，其中，该方波信号为频率为10kHZ、占空比为5％的方波信号，高电平为3.3V，低电平为0V。
参见图3，本发明实施例公开的一种第一运算放大器输出的方波信号的波形示意图，其中，第一运算放大器13输出的方波信号由图2中FPGA输出的方波信号转换后得到，从图3中可知，第一运算放大器13输出的方波信号的频率同样为10kHZ，但是该方波信号的高电平变成4.4V，低电平变成-4.6V。由此可知，第一运算放大器13将FPGA产生的高电平为3.3V，低电平为0V的方波信号转换成了高电平为4.4V，低电平为-4.6V的方波信号。
参见图4，本发明实施例公开的一种第二运算放大器输出信号的波形示意图，从图4中可以看出，第一运算放大器13输出的方波信号经第二运算放大器15及其外围电路处理后，可以得到锯齿波信号，该锯齿波信号的频率为10kHZ，正负电平绝对值相等，且波形较好，能够很好的满足设计要求。
为进一步优化图1公开的实施例，分压电路12具体包括：
串联连接在参考电压Vf和地之间的第一分压支路和第二分压支路，所述第一分压支路和所述第二分压支路的公共端作为分压支路12的输出端，与第一电阻R1连接。
其中，第一分压支路可以包括一个电阻(例如图1中的R4)或是多个串联连接的电阻。
同样，第二分压支路可以包括一个电阻(例如图1中的R5)或是多个串联连接的电阻。
参见图5，本发明另一实施例公开的一种锯齿波产生电路的电路图，在图1所示实施例的基础上，还包括：串联连接在MCU11和第一运算放大器13之间的第三电阻R6。
需要说明的是，第三电阻R6用于消除第一运算放大器13的输入误差。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种锯齿波产生电路，其特征在于，包括：
用于产生频率与所需的锯齿波信号的频率相同的第一方波信号的微控制单元，所述第一方波信号的高电平为正电平，低电平为0V；
输入端与参考电压连接的分压电路，所述分压电路的接地端接地；
第一电阻；
反馈电阻；
第一运算放大器，所述第一运算放大器的同相输出入端连接所述微控制单元的输出端，所述第一运算放大器的反相输入端通过所述第一电阻连接所述分压电路的输出端，所述第一运算放大器的输出端通过所述反馈电阻连接所述反相输入端，所述第一运算放大器的输出端用于输出由所述微控制器单元输出的所述第一方波信号转换得到的第二方波信号，所述第二方波信号的高电平为正电平，低电平为负电平，且所述正电平和所述负电平的绝对值相等；
输入端与所述第一运算放大器的输出端连接，用于将所述第二方波信号转换成正负电平绝对值相等的所述锯齿波信号的积分电路。
2.根据权利要求1所述的锯齿波产生电路，其特征在于，所述积分电路包括：二极管、第二电阻、积分电容器和第二运算放大器；
所述二极管的阳极连接所述第一运算放大器的输出端，所述二极管的阴极连接所述第二运算放大器的反相输入端；
所述第二电阻并联连接在所述二极管的两端；
所述积分电容器的一端连接所述第二运算放大器的反相输入端，所述电容器的另一端连接所述第二运算放大器的输出端；
所述第二运算放大器的同相输入端连接接地端，所述第二运算放大器的输出端用于输出所述锯齿波信号。
3.根据权利要求1所述的锯齿波产生电路，其特征在于，所述分压电路包括：
串联连接在所述参考电压和地之间的第一分压支路和第二分压支路，所述第一分压支路和所述第二分压支路的公共端作为所述分压支路的输出端，与所述第一电阻连接。
4.根据权利要求3所述的锯齿波产生电路，其特征在于，所述第一分压支路包括一个电阻或是多个串联连接的电阻。
5.根据权利要求3所述的锯齿波产生电路，其特征在于，所述第二分压支路包括一个电阻或是多个串联连接的电阻。
6.根据权利要求1所述的锯齿波产生电路，其特征在于，还包括：串联连接在所述微控制单元和所述第一运算放大器之间的第三电阻。
7.根据权利要求1所述的锯齿波产生电路，其特征在于，所述微控制单元为FPGA。
8.根据权利要求1所述的锯齿波产生电路，其特征在于，所述微控制单元为DSP处理器。
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