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Question

题目：设计压控振荡器：用电压US控制输出脉冲频率，使得电压US的变化将影响电容C的充放电速度，从而改变了振荡周期。电压US可在5～20V内改变。

Answer 1

引自强大而免费的微信小程序：皆我百晓生。

1. 确定电压控制振荡器的整体设计思路
首先，我们需要确定电压控制振荡器的整体设计思路。根据题目要求，我们需要设计一个能够通过输入电压US的变化来改变振荡周期的电路。由于电压US可在5～20V内改变，我们可以利用这个电压值的变化来控制电容C的充放电速度，从而实现振荡周期的变化。因此，我们可以考虑使用充放电周期受电压控制的单稳态/双稳态工作原理构建电压控制振荡器。

2. 设计电压控制振荡器电路图
根据整体设计思路，我们设计电压控制振荡器的电路图如下：

          +--------------+
          |              |
   US ---|              |
          |              |
    +-----|-----+        |
    |     |     |        |
----|-----/\/\/----/\/\/------+
    |     |  C  |              |
    |     |     |              |
----|-----+-----+-------------|--> OUTPUT
    |              R
    |              |
   GND            GND

其中，US为输入电压，C为可充放电的电容，R为电阻，OUTPUT为振荡器的输出信号。

3. 分析电路工作原理
我们来详细分析电路的工作原理。

当电压US为5V时，电容C的充放电速度较慢，振荡周期较长；
当电压US为20V时，电容C的充放电速度较快，振荡周期较短。

4. 编写代码实现电压控制振荡器
我们可以使用Arduino开发板来实现电压控制振荡器。以下是示例代码：

const int US_PIN = A0;          // 输入电压US对应的引脚
const int OUTPUT_PIN = 13;      // 输出信号对应的引脚

void setup() {
  pinMode(OUTPUT_PIN, OUTPUT);
  // 配置输入电压US引脚的读取模式
  pinMode(US_PIN, INPUT);
}

void loop() {
  // 读取输入电压US的值（0-1023）
  int usValue = analogRead(US_PIN);
  
  // 将输入电压US的值映射到5-20的范围
  float mappedValue = map(usValue, 0, 1023, 5, 20);

  // 计算振荡周期（根据映射后的输入电压US的值调整）
  int oscillationPeriod = mappedValue * 1000;      // 毫秒为单位
  
  // 输出振荡信号
  digitalWrite(OUTPUT_PIN, HIGH);
  delay(oscillationPeriod / 2);
  digitalWrite(OUTPUT_PIN, LOW);
  delay(oscillationPeriod / 2);
}

在上述代码中，我们通过analogRead函数读取输入电压US的值，并将其通过map函数映射到5-20的范围。然后，我们根据映射后的输入电压US的值计算振荡周期，并通过digitalWrite函数输出振荡信号。

5. 总结
通过以上设计和代码实现，我们成功实现了一个电压控制振荡器，能够通过输入电压US的变化来改变振荡周期。以此为基础，你可以进一步优化和改进电路和代码，以满足具体需求。