哈工大电子技术自主设计实验.docx

姓名 班级 学号 实验日期 节次 教师签字 成绩 实验名称：定时器的设计及应用1.实验目的（1）掌握555定时器的工作原理，会计算元件的数值。（2）会测量脉冲信号周期t和脉冲宽tw。（3）锻炼自己的自主设计能力和动手能力。2.总体设计方案或技术路线2.1 555电路工作原理 本实验设计核心为555电路，它含有两个电压比较器，一个基本RS触发器，一个放电开放管T，比较器的参考电压由3只5K的电阻器构成的分压器提供。它们分别使高电平比较器A1的同相输入端和低电平比较器A2的反相输入端的参考电平为2/3Vcc和1/3Vcc。A1与A2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。当输出信号自6脚，即高电平触发输入并超过参考电平2/3Vcc时，触发器复位，555的输出端3脚输出低电平，同时放电开关管导通；当输入信号自2脚输入并低于1/3Vcc时，触发器置位，555的3脚输出高电平，同时放电开关管截止。RD是复位端（4脚），当RD=0时，555输出低电平。平时RD端开路或接Vcc。Vc是控制电压端（5脚），平时输出作为比较器A1的参考电平，当5脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制，在不接外加电压时，通常接一个0.01F的电容器到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，确保参考电平的稳定。T为放电管，当T导通时，将给接于7脚的电容器提供低阻放电通路。555定时器主要是与电阻、电容构成充放电电路，并由2个比较器来检测电容器上的电压，以确定输出电平的高低和放电开关管的通断。这就很方便地构成从微秒到数十分钟的延时电路，可方便的构成单稳态触发器、多谐振荡器、施密特触发器等脉冲产生或波形变换电路。2.2 构成单稳态触发器图2.2为由555定时器和外接定时元件R、C构成的单稳态触发器。触发电路由C1、R1、D构成，其中D为钳位二极管，稳态时555电路输入端处于电源电平，内部放电开关管T导通，输出端F输出低电平，当有一个外部负脉冲触发信号经C1加到2端并使2端电位瞬间低于1/3Vcc时，低电平比较器动作，单稳态电路即开始一个暂态过程，电容C开始充电，Vc按指数规律增长。当Vc充电到2/3Vcc时，高电平比较器动作，比较器A1翻转，输出V0从高电平返回低电平，放电管开关T重新导通，电容C上的电荷很快经放电开关管放电，暂态结束，恢复稳态，为下一个触发脉冲的到来做好准备。暂稳态的持续时间tw决定于外接元件R、C的大小：tw=1.1RC通过改变R、C的大小、可使延时时间变化。当这种单稳态电路作为计时器时，可直接驱动小型继电器，并可以使用复位端（4脚）接地的方法来终止暂态，重新计时。此外尚需用一个续流二极管与继电器线圈并接，以防继电器线圈反电势损坏内部功率管。图2.22.3 构成多谐振荡器如图2.3所示，由555定时器和外接元件R1、R2、c构成多谐振荡器，2脚与6脚直接相连。电路没有稳态，仅有两个暂稳态，也不需要外加触发信号，利用电源通过R1、R2向C充电，以及C通过R2放电端放电，使电路产生振荡。电容C在1/3Vcc和2/3Vcc之间充放电。输出信号时间参数：t=tw1+tw2,tw1=0. 7(R1+R2)C,tw2=0.7R2C555电路要求R1、R2均应大于或等于1千欧，但两者之和应小于或等于3.3兆欧。图2.32.4 组成1占空比可调的多谐振荡器如图2.4所示，D1、D2用来决定电容充、放电电流流经电阻的途径（充电时D1导通，放电时D2导通）。占空比P= tw1/ tw2RA/(RA+RB)可见，当RA=RB，电路即可输出占空比为50%的方波信号。图2.42.5 组成占空比连续可调并能调节振荡频率的多谐振荡器如图2.5所示，将多谐振荡器进行改良，首先调节RW1使频率至规定值，再调节RW2，以获得需要的占空比。若频率调节的范围比较大，还可以用波段开关改变C1的值。图2.52.6 施密特触发器如图2.6所示，只要将2、6脚连在一起作为信号输入端，即可得到施密特触发器。图2.63.实验电路图模拟双声报警发声器警车发声器4. 仪器设备名称、型号数字电路实验箱*1双踪示波器*2直流稳压电源*1万用表*1555定时器*2电阻、电容器若干扬声器*15.理论分析或仿真分析结果 利用555定时器可以完成多谐振荡器、模拟双声报警发生器、警车发生器等设计要求。通过调节R、C、U及输入信号等，配合555电路完成各项设计。详细理论分析在设计方案及总体路线中已有写明。6.详细实验步骤及实验结果数据记录（包括各仪器、仪表量程及内阻的记录）6.1 多谐振荡器任务：利用555集成电路芯片设计一个多谐振荡器，输出频率分别为1kHz,10kHz;占空比分别为50%，80%。操作步骤：1. 如图连接电路，R1=10k,R2=100k,C1=1F,C2=0.001F。2. 用示波器观察并记录触发器输入端TR和输出端OUT的工作波形，读出输出信号的周期t和脉冲宽度tw的值。6.2 模拟双声报警发生器如图接成模拟双声报警发生器，通过调节定时元器件R1、R2、C1及R3、R4和C3使两个振荡器处于选定的频率。由于第一片振荡器的输出端接在第二片的控制输入端Vco（5脚）上，使第二片振荡器受第一片控制。当第一片振荡器输出高电平时，第二片的上、下阈值电压大、充放电时间加长，频率降低；第一片振荡器输出低电平时，第二片的上、下阈值电压小，充放电时间短，频率提高。这样，扬声器就发出了高低变化的声音。测量U1、U2的输出端波形。改变Vcc的电压值，Vcc=5V，6V，7V，8V，9V，10V，测量U1的输出端波形。6.3 警车发声器如图接成警车发声器，通过调节定时器元器件R1、R2、C1及R3、R4和C3使两个振荡器处于选定的频率。由于第一片振荡器的输出端接在第二片的复位端RESET（4脚）上，使第二片振荡器受第一片的控制。当第一片振荡器输出高电平时，第二片的上、下阈值电压大，充放电时间加长，频率降低；第一片振荡器输出低电平时，第二片的上、下阈值电压小，充放电时间短，频率提高。这样，扬声器就发出了高低变化的声音。测量U1、U2的输出端波形。改变Vcc的电压值，Vcc=5V，6V，7V，8V，9V，10V，测量U1的输出端波形。7.实验结论 利用555定时器装置可以很方便地构成从微秒到数十分钟的延时电路，可方便的构成单稳态触发器、多谐振荡器、施密特触发器等脉冲产生或波形变换电路。本实验完成了模拟双声报警发生器和警车发声器的应用设计。8.实验中出现的问题及解决对策1. 在仿真过程中由于初次接触Multisim 软件，仿真555电路时误用了Timer 555,一开仿真按钮就烧毁元件。最后经过查阅资料了解到Multisim11.0中555应使用LM555。2. 第一次连接电路时，连接好后声音一直不变，未能达到预期。由于电路繁琐复杂，很不容易检查，只能拆掉重新连接。最终经过反思，我决定分模块来连接电路，个个击破，最后再整体连接。3.最后一个电路连接后铃声没有反应，重新连接之后仍然没有声音。于是用万用表检查导线，果然有一根黑色导线断路。这告诉我们之后做实验应先检查导线，尤其是较长的黑色和蓝色导线。9.本次实验的收获和体会、对电路实验室的意见或建议收获和体会：1. 巩固了课本中所学的数电方面知识，更深的理解了所学元件的功能和使用方法。2. 学会了仿真软件Multisim11.0的使用，懂得了在进行实际电路前仿真的重要性，不仅可以提高工作效率，而且也可以检查错误，减少损失。3. 认识到了连接复杂的电路时一定要分模块来做，一个模块一个模块连接、检查无误后再进行下一个，最后整体调试。这样不仅可以尽快的发现错误易于改正，而且也使电路模块化，别人容易看懂。锻炼了自己的动手实践能力以及设计与分析电路的综合能力。4. 激发了我对电子技术学习的兴趣，为以后更好的应用到专业中打下了坚实的基础。对实验室的建议：1. 可以适时举