CN108269471B - 方波振荡器演示电路 - Google Patents

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Abstract

本发明为方波振荡器演示电路，电路包括一个运放组成的方波振荡器、AD芯片、单片机和两路由发光二极管组成的光柱，单片机通过AD芯片获得方波振荡器的正反馈电压和负反馈电压，然后点亮两个光柱，使一光柱的发光高度正比于正反馈电压，另一光柱的发光高度正比于负反馈电压。调低方波振荡器的振荡频率，用户可通过观察两路光柱的发光高度的变化，理解电路振荡的原理。将本发明应用于集成运放内容的教学，可直观演示由集成运放组成的方波振荡器的工作原理，提高教学成效。

Description

方波振荡器演示电路
技术领域
本发明涉及一种集成运放组成的方波振荡器的工作原理演示电路，应用于模拟电子技术课程的集成运放内容的教学，属于电子技术领域。
背景技术
由集成运放组成的方波振荡器，是集成运放非线性应用的典型电路，大量应用于各式自动控制场合，也是模拟电子技术课程的教学重点。但集成运放组成的方波振荡器，涉及由电阻分压构成的无延迟正反馈、由阻容充放电构成的滞后负反馈，对于初学者而言，感觉比较难以理解其工作原理。而当前，还没见有合适的设备或教具，能直观演示集成运放组成的方波振荡器的工作原理。
发明内容
本发明提供方波振荡器演示电路，电路包括一个运放组成的方波振荡器、AD芯片、单片机和两路由发光二极管组成的光柱，单片机通过AD芯片获得方波振荡器的正反馈电压和负反馈电压，然后点亮两个光柱，使一光柱的发光高度正比于正反馈电压，另一光柱的发光高度正比于负反馈电压。方波振荡器还驱动一发光二极管D0，使D0亮灭对应方波振荡器输出的高低电平。调低方波振荡器的振荡频率，用户可通过观察两路光柱的发光高度的变化和发光二极管D0的亮灭，理解方波振荡电路的无延迟正反馈和滞后负反馈共同作用下，方波振荡器的输出电压交替变化，从而理解电路振荡的原理。
本发明所采取的具体技术方案如下：
方波振荡器演示电路，包括集成运放U1、单片机U2、AD芯片U3和U4、发光二极管D0～D24、电容C1和C2、电阻R1～R6、可调电阻RV1和三极管Q1，其中电阻R1的一端接电阻R2的一端、电阻R3的一端和电容C1的正极，电阻R1的另一端接+5V，电阻R2的另一端和电容C1的负极都接地；集成运放U1的正相输入端接电阻R3的另一端、电阻R4的一端和AD芯片U4的2脚，集成运放U1的反相输入端接可调电阻RV1的移动端和一固定端、AD芯片U3的2脚和电容C2的正极，电容C2的负极接地，集成运放U1的输出端接电阻R4的另一端、电阻R5的一端和可调电阻RV1的另一固定端；三极管Q1的基极接电阻R5的另一端，发射极接地，集电极接发光二极管D0的负极，发光二极管D0的正极接电阻R6的一端，电阻R6的另一端接+5V；AD芯片U3的3脚接+5V，6脚接单片机U2的P1.0口，7脚接单片机U2的P1.2口，8脚接单片机U2的P1.1口；AD芯片U4的3脚接+5V，6脚接单片机U2的P1.5口，7脚接单片机U2的P1.7口，8脚接单片机U2的P1.6口；发光二极管D1～D8的负极，依序接单片机U2的P0.0～P0.7口，发光二极管D9～D16的负极，依序接单片机U2的P2.0～P2.7口，发光二极管D17～D24的负极，依序接单片机U1的P3.0～P3.7口，发光二极管D1～D24的正极都接+5V；发光二极管D1～D12从低到高排列，形成一光柱，发光二极管D13～D24也从低到高排列，形成另一光柱，发光二极管D0置于两光柱的中间的顶部；集成运放U1采用输出端为轨到轨特性的运放，单片机U2采用AT89C51单片机，AD芯片U3和U4采用MAX1240芯片。
单片机U2内含程序，程序不断重复(1)访问AD芯片U3，获取AD芯片U3的2脚的电压值V1；(2)点亮发光二极管D1～D12中的若干个，使发光二极管D1～D12所成的光柱的发光高度正比于电压值V1；(3)访问AD芯片U4，获取AD芯片U4的2脚的电压值V2；(4)点亮发光二极管D13～D24中的若干个，使发光二极管D13～D24所成光柱的发光高度正比于电压值V2。
本发明的有益效果：将本发明应用于模拟电子技术的集成运放内容的教学，可直观演示由集成运放组成的方波振荡器的工作原理，提高教学成效。
附图说明
图1为本发明的电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
如图1所示，方波振荡器演示电路，包括集成运放U1、单片机U2、AD芯片U3和U4、发光二极管D0～D24、电容C1和C2、电阻R1～R6、可调电阻RV1和三极管Q1，其中电阻R1的一端接电阻R2的一端、电阻R3的一端和电容C1的正极，电阻R1的另一端接+5V，电阻R2的另一端和电容C1的负极都接地；集成运放U1的正相输入端接电阻R3的另一端、电阻R4的一端和AD芯片U4的2脚，集成运放U1的反相输入端接可调电阻RV1的移动端和一固定端、AD芯片U3的2脚和电容C2的正极，电容C2的负极接地，集成运放U1的输出端接电阻R4的另一端、电阻R5的一端和可调电阻RV1的另一固定端；三极管Q1的基极接电阻R5的另一端，发射极接地，集电极接发光二极管D0的负极，发光二极管D0的正极接电阻R6的一端，电阻R6的另一端接+5V；AD芯片U3的3脚接+5V，6脚接单片机U2的P1.0口，7脚接单片机U2的P1.2口，8脚接单片机U2的P1.1口；AD芯片U4的3脚接+5V，6脚接单片机U2的P1.5口，7脚接单片机U2的P1.7口，8脚接单片机U2的P1.6口；发光二极管D1～D8的负极，依序接单片机U2的P0.0～P0.7口，发光二极管D9～D16的负极，依序接单片机U2的P2.0～P2.7口，发光二极管D17～D24的负极，依序接单片机U1的P3.0～P3.7口，发光二极管D1～D24的正极都接+5V；发光二极管D1～D12从低到高排列，形成一光柱，发光二极管D13～D24也从低到高排列，形成另一光柱，发光二极管D0置于两光柱的中间的顶部；集成运放U1采用输出端为轨到轨特性的运放，单片机U2采用AT89C51单片机，AD芯片U3和U4采用MAX1240芯片。
集成运放U1及其外围元件构成了个单电源工作的方波振荡器，其中电阻R1和R2串联分压，提供约1V基准电压，确保正反馈端电压大于0，使单电源条件下方波振荡器能正常工作。电阻R3和R4串联分压，提供无延迟正反馈，电容C2和可调电阻RV1组成的RC充放电电路，提供滞后负反馈。
单片机U2内含程序，程序步骤为：
(1)访问AD芯片U3，获取方波振荡器的负反馈电压值V1；
(2)计算N1＝V1*12/Vref，点亮发光二极管D1～D12中的前M1个，M1为小于或等于N1的最大整数，使发光二极管D1～D12所成的光柱的发光高度正比于电压值V1；
(3)访问AD芯片U4，获取方波振荡器的正反馈电压值V2；
(4)计算N2＝V2*12/Vref，点亮发光二极管D13～D24中的前M2个，M2为小于或等于N2的最大整数，使发光二极管D13～D24所成的光柱的发光高度正比于电压值V2；
(5)返回步骤(1)。
其中的Vref为AD芯片U3和U4进行模数转换的参考电压值。
发光二极管D1～D12所成的光柱，用于表示负反馈电压值，由于负反馈电压是电容充放电形成，具有滞后特征，把此光柱称为滞后光柱；发光二极管D13～D24所成的光柱，用于表示正反馈电压值，由于正反馈电压是电阻串联分压形成，同步于输出电压，把此光柱称为同步光柱。
通电，可观察到发光二极管D0缓慢闪烁，调节RV1，D0闪烁速度会发生改变，表明调节RV1，可调节方波振荡器的振荡频率；当D0闪烁时，可以看到同步光柱的发光高度也在同步变化，D0亮时，同步光柱的发光高度高，D0灭时，同步光柱的发光高度低，表明正反馈电压同步于输出电压，无时间滞后；当D0亮时，可以观察滞后光柱的发光高度渐上升，表明输出高电平正对电容C2充电，使负反馈端电压渐上升，当滞后光柱的发光高度等于同步光柱的发光高度后，D0灭，同时同步光柱的发光高度同步下降，这一突变瞬间，表明负反馈电压超过了正反馈电压，导致运放U1输出电平由高向低翻转。当D0灭时，可以观察滞后光柱的发光高度渐下降，表明电容C2正对输出低电平放电，使负反馈端电压渐下降，当滞后光柱的发光高度等于同步光柱的发光高度后，D0变亮，同时同步光柱的发光高度同步上升，这一突变瞬间，表明负反馈电压低于正反馈电压，导致运放U1输出电平由低向高翻转。

Claims (1)

1.方波振荡器演示电路，其特征是：包括集成运放U1、单片机U2、AD芯片U3和U4、发光二极管D0～D24、电容C1和C2、电阻R1～R6、可调电阻RV1和三极管Q1，其中电阻R1的一端接电阻R2的一端、电阻R3的一端和电容C1的正极，电阻R1的另一端接+5V，电阻R2的另一端和电容C1的负极都接地；集成运放U1的正相输入端接电阻R3的另一端、电阻R4的一端和AD芯片U4的2脚，集成运放U1的反相输入端接可调电阻RV1的移动端和一固定端、AD芯片U3的2脚和电容C2的正极，电容C2的负极接地，集成运放U1的输出端接电阻R4的另一端、电阻R5的一端和可调电阻RV1的另一固定端；三极管Q1的基极接电阻R5的另一端，发射极接地，集电极接发光二极管D0的负极，发光二极管D0的正极接电阻R6的一端，电阻R6的另一端接+5V；AD芯片U3的3脚接+5V，6脚接单片机U2的P1.0口，7脚接单片机U2的P1.2口，8脚接单片机U2的P1.1口；AD芯片U4的3脚接+5V，6脚接单片机U2的P1.5口，7脚接单片机U2的P1.7口，8脚接单片机U2的P1.6口；发光二极管D1～D8的负极，依序接单片机U2的P0.0～P0.7口，发光二极管D9～D16的负极，依序接单片机U2的P2.0～P2.7口，发光二极管D17～D24的负极，依序接单片机U1的P3.0～P3.7口，发光二极管D1～D24的正极都接+5V；发光二极管D1～D12从低到高排列，形成一光柱，发光二极管D13～D24也从低到高排列，形成另一光柱，发光二极管D0置于两光柱的中间的顶部；集成运放U1采用输出端为轨到轨特性的运放，单片机U2采用AT89C51单片机，AD芯片U3和U4采用MAX1240芯片；
所述单片机U2内含程序，程序不断重复(1)访问AD芯片U3，获取AD芯片U3的2脚的电压值V1；(2)点亮发光二极管D1～D12中的若干个，使发光二极管D1～D12所成的光柱的发光高度正比于电压值V1；(3)访问AD芯片U4，获取AD芯片U4的2脚的电压值V2；(4)点亮发光二极管D13～D24中的若干个，使发光二极管D13～D24所成光柱的发光高度正比于电压值V2。
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