北邮模电实验基于运算放大器的彩灯显示电路的设计与实现

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1、电子电路综合实验报告实验名称：基于运算放大器的彩灯显示电路的设计与实现2016.4姓名：班级：学号：摘要：运用运算放大器设计一个彩灯显示电路，通过迟滞电压比较器和反向积分器构成方波—三角波发生器，三角波送入比较器与一系列直流电平比较，比较器输出端会分别输出高电平和低电平，从而顺序点亮或熄灭接在比较器输出端的发光管。关键词：彩灯显示电路方波—三角波发生器运算放大器一、设计任务要求利用运算放大器LM324设计一个彩灯显示电路，让排成一排的5个红色发光二极管(R1～R5)重复地依次点亮再依次熄灭（全灭→R1→R1R2→R1R2R3→R1R2R3R4→R1R2R3R4R5→R1R2R3R

2、4→R1R2R3→R1R2→R1→全灭），同时让排成一排的6个绿色发光二极管（G1～G6）单光点来回扫描点亮（G1→G2→G3→G4→G5→G6→G5→G4→G3→G2→G1）。要求彩灯的变化速度均匀且可以调节,而且人眼能够识别彩灯的变化，所拥有的供电条件为直流电源±12V。二、设计思路、总体结构框图根据任务要求，可以设计一个如图1所示的电路，图中振荡电路产生频率可调的三角波信号，三角波信号被送入比较器电路与一系列直流电平比较，根据三角波信号瞬时值的大小不同，比较器的输出端会分别输出高电平或低电平，这些高、低电平可以按照任务要求的顺序点亮或熄灭接在比较器输出端的发光管，达到任务要

3、求的彩灯显示效果。图1三、分块电路和总体电路设计1、方波—三角波振荡电路三角波振荡电路由迟滞电压比较器和反向输入式积分器构成。积分器的输入电压取自迟滞电压比较器的输出，迟滞电压比较器的输入信号来自积分器的反馈。迟滞电压比较器的输出端接一稳压管，使其输出为高电平Uo1max或低电平U01min。Uo1=±（Uz+Ud），Uz和Ud分别为稳压管反向击穿电压和正向导通电压。假设迟滞电压比较器输出Uo1为高电平，高电平经过反向积分器得到线性下降的的输出信号，此线性下降的输出信号又反馈回迟滞电压比较器的输入端，当其下降至比较器的下门限电压Uth-时，迟滞电压比较器的输出跳变为低电平Uo1m

4、in，该低电平经过积分器得到线性上升的输出信号。当输出信号升至比较器的上门限电压Uth+时，迟滞电压比较器的输出再次跳变回高电平Uo1max。不断重复上述过程，迟滞电压比较器的输出端得到方波信号，而反向积分器的输出端得到三角波信号。由理论分析可知：方波信号的幅值为：Uo1=±（Uz+Ud）三角波信号的幅值为：Uo2=±R1/Rf（Uz+Ud）。电路的振荡频率为：f=Rf*Rp2/(4*R1*R2*C*Rp1)式中Rp2为电位器Rp动头2端对地电阻，Rp1为动头1端对地电阻。另，电路图中元器件数值计算方法为：a)设定三角波幅值Uo2（约为10V）。b)查阅双稳压管正向导通电压Ud和

5、反向击穿电压Uz。计算稳定电压Uz+Ud（约为6-6.5V）c)R1/Rf=Uo2/(Uz+Ud)，设定R1值，进一步确定Rf。R3=R1//Rf。d)双稳压管最大工作电流为30mA。由此可确定Ro=（Uom-Uz-Ud）/I,(Uom=12V，I<=30mA).e)设定频率f，由f=Rf*Rp2/(4*R1*R2*C*Rp1)确定Rp1、Rp2、R2和C的值。f)R4=R2。2、彩灯显示比较器电路如图所示，电路图底端6个电阻将±12V电压分成五个等级，设6个电阻大小相等，则这5个电压等级分别是-8V，-4V,0V,4V和8V，这5个等级的电压分别作为5个电压比较器的基准电压，分

6、别接到这5个比较器的反相输入端。三角波振荡电路产生的三角波信号Ui同时加到这5个电压比较器的同相输入，与这5个基准电压进行比较。每个电压比较器的输出端都通过一个限流电阻对地接一个红色发光二极管，而6个绿色的发光二极管则与6个限流电阻串联构成绿色发光二极管链，以如图所示的结构与5个电压比较器的输出端连接。当Ui<-8V时，5个电压比较器均输出低电平，5个红色发光二极管全不亮，绿色发光二极管只有LED6亮；当-8V

7、出为高电平，其余为低电平，红色发光二极管LED8和LED9亮，绿色发光二极管只有LED4亮；当0V