大三上學期很多同學都會學習“模擬電子線路EDA”，最后一個實驗是設計一個階梯階梯波發生器，通過老師的講稿和學長們的實驗報告，我們很容易就設計出屬于“自己”的階梯波。

我們上周實驗的要求是：周期18毫秒，電壓范圍10V，階梯5個。上圖已經是非常優秀的波形了φ(゜▽゜*)?

常規思路

老師提供的思路是先產生一個方波，將方波微分之后再進行積分，如果我們只積分能夠讓階梯波連續上升或者連續下降的部分，就能夠產生如上圖所示的階梯波了，在產生了連續的階梯之后，若判斷到達某一閾值，我們再將電壓清零，這樣便能產生周期性的階梯波了。

方波發生器

方波發生器是比較器的一個應用，當上圖2點的電壓低于3點的電壓時，電容C1充電并輸出高電平，當充電到電壓比3點的電壓高時，電容C1放電并輸出低電平，在輸出端的穩壓二極管是來限制電壓的大小。

微分限幅

我們把產生的方波經過一個微分器，在輸入信號上升邊沿來到的瞬間，因為C2兩端的電壓不能突變所以輸出電壓接近峰值，在輸入信號不變的時候等待C1充滿電所以R5中沒有電流流過，電壓降為0。這就產生一個尖脈沖。

因為我們想要得到一個階梯波，需要一個方向的尖脈沖，所以將微分的波形去掉下半部分，留下上半部分，通過二極管的單向導電性實現這一想法。

積分電路可以將輸入信號與時間的積分值成比例地轉化為輸出信號,它通常由一個電阻和一個電容組成,當輸入信號通過電阻時,電容兩端的電壓緩慢變化,近似于輸入信號與時間的積分,從而實現積分功能，在這里我們將上半信號進行積分，通過調節R7和C3的大小來調節階梯的高度。

當積分電路中的電容電壓隨時間緩慢增大,最終達到比較器的比較參考電壓時,比較器的輸出狀態發生翻轉輸出高電平,柵極處電壓為0，從而使得并聯的電子開關導通，此時積分電容可以通過導通的開關快速放電,電容兩端的電壓迅速下降至零，這樣就完成了一個階梯波的置零，循環往復便生成了一個完整的階梯波。

剛調出波形時的確有些開心，但大家都一樣的電路老師說不給加分不足以讓人興奮，那是不是有其它更好玩的設計思路呢？

設計靈感

如果我們想要在示波器中顯示出漂亮的波形，我們可以將示波器的通道看作是一個畫筆，將電壓的起伏變化看作是畫筆的上下移動，但是和真正畫畫不同的是,電壓的變化是連續的，也就是不能抬筆，這導致了我們在創作的時候會有很多的限制。除此之外，在同一個時間點只能有一個電壓值，因此我們想要在示波器中顯示出漂亮的波形，我們可以考慮使用多通道將電壓變化圖像疊加在一起，multisim最多提供了四通道示波器，這意味著我們可以最多可以擁有有四個畫筆，先展示最終的成果：

設計原理

我們想要畫出心形的輪廓，比較簡單的設計思路是我們列舉出每一個時刻它的電壓值，要想得到這樣的每一時刻，我們可以生成一個頻率可控的方波信號，然后利用帶模數的計數器來告知后面的電路當前是哪一時刻。

方波發生器前面已經設計了，在產生了方波之后，我們便可以利用計數器進行計數，為了更好的設計計數器的周期，我們可以先繪制出愛心的形狀，以0為分割線，畫出上半愛心和下半愛心

我們可以記錄一共需要多少步才能將我們的圖形給繪制出來，然后將繪制的過程進行分解，在這里可以設置一個周期為5，使用3個周期將圖形繪制完畢，我們之前學過的計數器大多都是模10和模16的，不設置一個周期為16的原因在于multisim沒有16位輸出的譯碼器，并且如果繪制的圖形更復雜，使用小的周期更方便拓展。在設計時最好使用帶有同步清零功能的74163芯片，同步清零能去掉我們的波形中的毛刺，設計好的計數器如下：

設計完了計數器后，再將計數器的信號輸入到譯碼器中，在這里我們使用的是3線-8線譯碼器，輸入接入的都是模5計數器的輸出，用模三計數器的輸出進行使能，確保一個時間段只會有一個譯碼器在進行工作，然后再考慮每一個譯碼器的輸出是什么即可。

現在需要將變化的電壓輸出到一個點上，思路是需要某一種開關，當信號來臨的時候開關開，輸出這根導線的電壓，我們在模電課上學習過一種基本運算電路——加法運算電路

我們再回憶譯碼器的輸出，只有當輸入ABC剛好對應Yi時才是0，其他時候都是1，所以可以使用一個Not邏輯，使不輸出的時候電壓為0，這樣我們就可以將多個輸出同時連接到放大器的反向輸入端，當Vi為0的時候這根導線電壓與電阻比值相乘為0，相當于開關斷開，實現了我們所需要的功能，然后再通過每個時間點的電壓值計算所需要的電阻大小即可。對于上半波形來說，我們可以讓它再通過一個加法器，設置負反饋電阻的值和反向輸入端的值相等，即可做到翻轉電壓的功能，實現這部分功能的完整電路圖如下

至此便可以畫出完整的心形了！

但是這樣的心形只有輪廓卻沒有上色，如果能夠將整顆心涂成紅色就更完美了。

完整電路

為了實現心形填色,可以再添加一路方波信號,調節幅值并疊加在輪廓信號之上就可以實現上色效果了，將理想三極管的基極連接高頻信號控制三極管的開與關，集電極連接一個電阻后連向心形的輪廓電壓，當理想三極管關閉時集電極的電壓等于輪廓電壓，當理想三極管打開時集電極的電壓接近于0。

好了，今天的分享到這里，最后留給大家兩個思考題，歡迎在留言區里給出你們的想法，老師說留言也可以加分哦~~~

思考

1. 怎樣實現一個通道畫出上述的愛心？

2. 如何實現輸出任意字母的波形呢？

審核編輯：湯梓紅