可变占空比方波发生器的设计与应用
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5 可变占空比方波发生器的应用
根据上一章节的分析可以得出，设计方案三产生的方波信号稳定，幅度值调节方便，具有0.066—0.9225的占空比调节范围，因此将设计方案三作为应用的方波发生器，即555定时器+集成运放方波发生器。
5.1 应用一：LED灯光控制器
如图5-1所示，利用可变占空比方波发生器的输出的方波信号的特点，使接通的LED灯点亮并保持频率闪烁。具体是通过控制电阻R3的参数，调节输出方波信号的占空比来控制LED的闪烁频率。控制电阻R6的参数，调节输出方波信号的幅值来控制LED的亮度。
图5-1 LED灯光控制器电路图
当打开开关S1，将S2拨到LED1位置处，此时LED1发出绿色灯光，并不断闪动。将R3的接入电路的比例从0%增大到100%,LED1灯闪动的频率由弱变强在变弱。将R6的接入电路的比例从0%增大到100%，LED1从0%到70%之间亮度逐渐变低，在70%之后熄灭。根据此装置的特性，可以将其应用KTV等作为氛围灯进行应用。
5.2 应用二：四相激励电机电路调速控制器
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。步进电
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机在正常的工作环境下，它的转动速度只与接入的电源信号有关，也就是和接入的方波信号的脉冲宽度和周期有关。另外，步进电机的转动角度是固定的，当步进电机接入方波信号时，步进电机接收到能量后将会按照设定好的角度转动，这个设定好的角度成为步距角。另外对于步进电机的转子的停靠位置，我们可以通过改变接入电路方波电源信号来控制，这主要是利用到控制方波信号的频率和占空比，从而使得接入电路的脉冲发生改变，来达到使转子停靠在指定位置。同时控制脉冲频率也来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。
如图5-2所示，该步进机为四相步进机，其采用的单极性直流电源进行供电。当对其四个开关按照一定时间差分别供电时，就可以使得四相步进电机按照某种频率进行转动。当我们将开关SA接通，开关SB、SC、SD断开时，电机的A磁极与电机内转子的2、5转子齿足方向一致，由步进电机的内部结构可以知道，电机内转子的0、3转子齿足将会和A、B磁极不在一条直线上，存在一定的夹角，此夹角称为错齿角。同时电机内转子的1、4转子齿足将会和C、D磁极也将会产生错齿角。若我们在将开关SB接通，开关
SA、SC、SD断开时，受步进电机内部相磁极与转子磁极的磁场力，将会使机的磁极与
电机内转子的2、5转子齿足方向一致，电机内转子的2、5转子齿足将会和A、D磁极不在一条直线上，存在一定的夹角，此夹角称为错齿角。同时电机内转子的1、4转子齿足将会和C、D磁极也将会产生错齿角。当不断改变的接入开关时，步进电机将会转动[15]。
图5-2 四相步进机步进示意图
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利用74LS192、74LS164以及与门元器件的性质，将可变占空比方波发生器接入其中，如图5-3所示。
图5-3 四相激励电机电路调速控制器
对方波信号进行调节，使一路方波信号变成四路方波信号，并且使每一路方波信号高电平之间相互错开，如图5-4所示。
（a）74LS164D端口3（上）、4（下）方波信号 （b）74LS164D端口5（上）、6（下）方波信号
图5-4 四相激励信号
将这四路信号源与四相步进机相连接，就可以使四相步进机转动工作了。因为四相步进机的转动与脉冲频率有关，因此通过调节R6阻值，使方波信号的电压达到四相步进机的工作电压，在通过调节R3阻值，调节方波信号的占空比，进而控制四相步进机
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四路信号源的脉冲宽度，从而达到控制四相步进机的转动频率。其可应用家电中电机的控制，如风扇转速调节等。
5.3 应用三：断线报警器
如图5-5所示,断线报警器由可变占空比方波发生器模块、蜂鸣器模块、发光二极管模块以及报警线模块组成。
图5-5 断线报警器
通过调节R6阻值，使方波信号的电压达到发光二极管与蜂鸣器的工作电压，在通过控制R3阻值来调节方波信号的占空比，改变方波信号的脉冲宽度，从而达到改变蜂鸣器鸣笛频率和发光二极管的闪动频率。正常工作下发光二极管LED2为绿色常亮。若断线报警线被碰断时，发光二极管LED1发出红色闪动光，蜂鸣器同时报警，达到报警效果。其可应用于小区，景区等外围防护，防止外人擅闯、盗窃等。
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6 结论
工欲善其事，必先利其器。正如孔子所言，通过EDA工具中仿真软件Multisim的使用，大大提高了电子设计工作者的工作学习的效率。对于当今的快速发展的电子科学技术，我们不仅需要扎实理论知识作为基础，更重要的是通过实际实践操作，来以加深对理论知识的理解，做到理论与实践相结合。本次毕业设计，利用仿真软件Multisim作为操作平台，使我对所涉及电路的原理，电子元器件参数的设定有了清晰的认识，懂得如何利用仿真工具这一便捷辅助工具，快速建立电路模型。另外通过电路仿真清晰的认知到对电路分析重要性，合理的分析方法可以提高工作效率，增强对新生知识的理解。
在毕业设计的学习过程，遇到很多疑难困惑。而问题能否及时有效的解决，对完成毕业设计尤为重要。通过查阅学校图书馆的相关书籍，使我对于毕设所涉及到的主要理论有了一个初步的了解，使我清晰到认知到自己研究方向与难点，避免了很多不必要的弯路。毕竟图书馆的书籍跟最新理论情况还是不尽相同，利用网络资源恰恰能很好地开阔自己的视野，通过“中国知网”、“万方学士学位论文数据库论文网”等，进一步增强对基础知识和专业知识的理解和掌握，同时也一定程度给毕业设计方案设计带来很多有益启发。
方案设计必须理论为基础，根据具体要求，加以改进与完善。我对本次毕设方案的设计思考很久，对每一种方案设计都是严格以理论为指导，防止设计中方向会发生偏离，甚至错误。比如说我曾想利用正弦波作为输入信号源，利用运算放大器产生方波，再通过改变正弦波的频率改变发出的方波信号占空比。但是方波虽然调试出来，对于占空比的调节却无法做到，一直为二分之一。认真仔细思考后发现自己理解错误，正弦波正电压与负电压的持续时间都刚好是正弦波周期的一半，因此无论如何改变正弦波的频率，最终方波信号的占空比一直为二分之一，改变的只是方波信号的频率。因此我们在设计方案中，要先理清思路，综合各方面思考，切勿顾此失彼。
在对自己设计方案进行实际应用中，我结合实际的生活，将所设计的可变占空比方波应用到自己生活经常用到的地方，像对灯光的处理、小区的安全防护、电风扇的电机转动快慢的调节等。这些具体的应用让我再次检验的自己所设计的方案，同时这些具体的应用也让我倍感骄傲。
本次毕业设计是本科阶段学习的一次综合考量，我深刻体会到在设计过程中需要有充分耐心，过硬的理论知识储备，以及不怕失败，敢于挑战的勇气。有时候操作过程相当繁琐，可能会陷入误区，感到灰心，产生放弃的情绪，这时需要静心下来，理清思路，查找原因后重新再来。
另外通过此次毕设让我对大学四年所学知识有了全面的复习，增加了学习兴趣，提高发现问题解决问题的能力。总之，对于此次毕业设计感慨颇丰，收获良多，大学生涯虽然结束，但是学无止境，希望自己在以后的学习工作中，坚持学习，保持严谨认真态度。