频率可调方波发生器

1、频率可调的方波发生器及频率显示器设计 学院：电子信息工程学院 专业：通信工程 指导老师： 学生姓名： 学号： 目录1.引言32.电路元件结构及工作原理32.1 555定时器32.2 74ls160同步计数器52.3 74ls175 4位寄存器63.电路工作原理仿真63.1频率可调555方波发生器63.2频率计数器83.3可显示频率的方波发生器94.电路的测试结果误差分析105.其它类型的方波发生器106.课程设计设计总结127.参考文献13频率可调的方波发生器及频率显示器设计摘要：通过555定时器进行函数发生器的设计,电路简单,成本低廉，稳定性好，精度高。根据有关理论原理进行电路参数的计算和选

2、取,借助Multisim进行电路创建,波形仿真，设计频率可调，步进10Hz的简易方波发生器,并且能用三位十进制数显示频率。对有关问题进行了分析讨论。关键词: 555定时器 函数发生器 波形仿真The adjustable frequency square wave generator and frequency display designAbstract:Using the 555 timer to design function generator , the circuit is simple,the cost is low, the function generator combine

3、s good stability and high precision. According to the principle of the theory of circuit parameter calculation and selection, use Multisim to create circuit, waveform simulation, design of adjustable frequency, simple step 10 hz square-wave generator, and can use the three decimal number to display

4、frequency. Analyses the related problems are discussed.Keywords: 555 timer;function generator;waveform simulation1.引言基本的函数发生器用来产生正弦波、方波、三角波三种电压波形,其电路构成形式多种多样,有全部采用分立元件的（非门振荡),也可由运放级联构成,也有专用的集成电路直接得到(如片集成电路函数发生器ICL8038),或通过单片机串口输出方波。本文通过555定时器,外加一些RC电路,设计得到能直接产生频率可调的方波发生器。2.电路元件结构及工作原理2.1 555定时器555 定

5、时器内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 SR 触发器，一个放电管 T 及功率输出级。它提供两个基准电压VCC /3 和 2VCC /3 。555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制 SR 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器C1的同相输入端的电压为2VCC /3，C2的反相输入端的电压为VCC /3。若触发输入端 TR 的电压小于VCC /3则比较器C2的输出为0可使SR触发器置1，使输出端OUT=1。如果阈值输入端TH的电压大于2/3VCC，同时TR端的电压大于VCC /3，则C1的输出为0，C2的输出为1，可将SR触发

6、器置0，使输出为0电平。 它的各个引脚功能如下： 1脚：外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。 8脚：外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5 16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3 18V。一般用5V。 3脚：输出端Vo 2脚：低触发端 6脚：TH高触发端 4脚：是直接清零端。当端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。 5脚：VC为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01F电容接地，以防引入干扰。 7脚：放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电

7、。 2.2 74ls160同步计数器74ls161功能表从功能表的第一行可知，当0（输入低电平），则不管其他输入端（包括CP端）状态如何，四个数据输出端QA、QB、QC、QD全部清零。由于这一清零操作不需要时钟脉冲CP配合（即不管CP是什么状态都行），所以为异步清零端，且低电平有效，也可以说该计数器具有“异步清零”功能。从功能表的第二行可知，当1且0时，时钟脉冲CP上升沿到达，四个数据输出端QA、QB、QC、QD同时分别接收并行数据输入信号a、b、c、d。由于这个置数操作必须有CP上升沿配合，并与CP上升沿同步，所以称那么该芯片具有“同步置数”功能。从功能表的第三行可知，当1，CTrCTp1时

8、，则对计数脉冲CP实现同步十进制加计数；而从功能表的第四行又知道，当1时，只要CTr和ENP中有一个为0，则不管CP状态如何（包括上升沿），计数器所有数据输出都保持原状态不变。因此，CTr和CTp应该为计数控制端，当它们同时为1时，计数器执行正常同步计数功能；而当它们有一个为0时，计数器执行保持功能。另外，进位输出QCC= CTr·Q0·Q1·Q2·Q3表明，进位输出端仅当计数控制端CTr1且计数器状态为15时它才为1，否则为02.3 74ls175 4位寄存器当0（输入低电平）时，输出端异步清零。当1（输入高电平）时，在CP上升沿作用下，将输入端D0D

9、3送入触发器输出端锁存，在CP非上升沿情况下，输出端与输入端D0D3无关3.电路工作原理仿真3.1频率可调555方波发生器由555定时器构成的多谐振荡器如图1所示，R3，R4和C（C由C4、C7、C8、C9、C10、C11、C12构成）是外接定时元件，电路中将高电平触发端（6脚） 和低电平触发端（2脚）并接后接到R3和C4的连接处，将放电端（7脚）接到R1，R2的连接处。由于接通电源瞬间，电容C来不及充电，电容器两端电压uc为低电平，小于（1/3）Vcc，故高电平触发端与低电平触发端均为低电平，输出uo为高电平，放电管VT截止。这时，电源经R3，R4对电容C充电，使电压uc按指数规律上升，当u

10、c上升到（2/3）Vcc时，输出uo为低电平，放电管VT导通，把uc从（1/3）Vcc 上升到（2/3）Vcc这段时间内电路的状态称为第一暂稳态，其维持时间TPH的长短与电容的充电时间有关 。充电时间常数T充=（R3R4）C。振荡频率为有上述公式可得，当R4=2.34K，R3=10K时，开关状态J6J1用6位二进制数表示，0代表闭合，1代表断开。开关全部闭合，记开关状态为000000，此时C=6.4uF,输出out频率为J1断开，开关状态为000001，此时C=C4/C7=3.2uF,输出out频率为J2断开，开关状态为000010，此时C=C4/C9=uF,输出out频率为J1，J2断开，开

11、关状态为000011，此时C=C4/C7/C9=1.6uF,输出out频率为以此类推，可以通过开关J6J1不断调节C的大小，开关从000000111111可使频率从10Hz到640Hz变化，频率可调，步进为10Hz。3.2频率计数器信号发生器XFG2为频率0.5Hz的方波，信号发生器XFG2为需要测试的方波频率。当XFG2输入高电平1时，持续1s，计数器74ls160的CLR=1,在XFG2的时钟脉冲下降沿实行计数功能。当QA=QD=1（即计数到9）时，通过与非门反馈至LOAD端和下个74ls160的ENT端，使在下一个CP下降沿的时候该计算器置零并且下个74ls160加一，如此可实现十进制数

12、的计数功能。当XFG2下降沿的时候（从高电平变为低电平），锁存器将计数器的输出端数据送入8段数码管并且显示出来（如图，从右到左依次为百位、十位、个位），同时通过6个7404N非门使XFG2的低电平到来延时，使数码管显示数据后再对计数器实现清零。在下一次XFG2输入高电平1时，重新开始计算，下一次下降沿时可再一次显示频率，使数码管能够每2秒刷新一次频率。3.3可显示频率的方波发生器将上述的555方波发生器和频率计数器组合起来，用555方波发生器的输出端out代替频率接收器中的XFG1，测试555方波发生器的频率。当开关J6J1为010010是，频率为190Hz（图中从右到左）当开关J6J1为10

13、1010是，频率为430Hz（图中从右到左）4.电路的测试结果误差分析实验的实际显示频率和理论值有一定的误差，由式,R4+2*R3=22.34375K,而实际选用的电阻大小有一定偏差，并且该式忽略了放电开关T的电阻，使得存在误差。但误差较小，根据结果显示最终误差在1hz以内。5.其它类型的方波发生器 方案一：用非门产生振荡回路，实验证明，无论怎样改变R,C的值，方波周期始终维持在172ns，适合做一个频率固定的方波发生器。该方案的优点是电路简单，频率不可调。 方案二：单片机产生脉冲 脉冲程序如下：#include <reg51.h>#define uchar unsigned ch

14、ar#define uint unsigned intuchar temp;void delay(uint x)uint i,j,m;for(i=x;i>0;i-)for(j=110;j>0;j-) for(m=112;m>0;m-);void main()while(1)P0=0x00;delay(5); P0=0xff;delay(5); 利用单片机可产生频率可调，占空比可调的矩形波以及多种波形。通过改变delay后括号中值即可改变方波频率。如delay(5)是1hz的方波，delay(1）为5hz的方波。也可通过for循环调节频率。该方波发生器的优点是类型多样化，且编程

15、易于实现。6.课程设计设计总结本次仿真实验，首先利用555芯片实现了可调方波产生电路，然后根据其振荡频率公式，发现频率正比于，而当各个电容串联使用时，于是想到使用电容串接来调解频率，并且当电容每减小为时，频率就增加一倍，由此设计了如图的采用二进制调解频率法。频率计是采用3个74ls160串接使用，当低位的74ls160到达9时，在下一个计数脉冲到来时反馈使该计数器输出清零，并且下位74ls160加1，实现脉冲计数功能。并且每2秒将计数器的值送入数码管显示一次频率，然后对计数器清零，使频率能够每2秒刷新一次。除此类方波发生器外，还可以利用非门串联电容产生方波发生器，也可以用单片机编程产生方波发生

16、器。非门方波发生器产生的方波波形较好，但频率不可调，仿真中方波频率始终维持在172ns，稳定性较好，若用此类电路设计频率可调的方波发生器，可能需要使用锁相环来调节频率，如此一来电路就变得复杂。相比之下，单片机编程产生方波发生器电路简单，编程易于实现，可通过程序设计各种频率的多种波形的函数发生器。但是单片机成本比555芯片高，若仅仅用来产生方波发生器就显得大材小用了。并且单片机的P1,P2,P3端口驱动能力都较弱，P1口驱动能力稍强，但输出高电平时拉电流特别小，也很难直接驱动其他器件，通常需通过三极管放大电流使用。利用555芯片产生频率可调方波，频率误差为，影响不大。当采用CMOS 7555芯片