学年论文 方波发生器

1、 安康学院 学年论文设计题 目 方波信号发生器的设计 学生姓名 学号 所在院(系) 电子与信息工程系 专业班级 电子信息工程10级电本1班 指导教师 年 月 日 电子与信息工程系学年论文（设计）成绩评定表学生姓名专业班级电本一班学号指导老师职称工作单位题目：数字电路设计方波信号发生器指导教师评语：建议成绩： 指导教师（签字）： 年 月 日教研室意见： 教研室主任（签字）： 年 月 日数字电路设计-方波信号发生器目录 1 总体论述41.1 设计要求41.2 设计方案42 电路设计总方案42.1芯片介绍42.2芯片引脚图52.3 工作原理63 实验设计电路原理图73.1 电路原理图73.2 工作状

2、态分析74 仿真运行详细描述84.1 仿真图84.2 仿真分析85 硬件电路设计105.1 电路板焊接105.2 电路调试106 元器件清单107 实验总结11数字电路设计-方波信号发生器（作者：李博）（安康学院，电子与信息工程系，电子信息工程专业，10级，陕西，安康，725000）指导教师：吕方兴【摘 要】信号发生器是指产生所需参数的电测试信号的仪器。按信号波形可分为正弦信号、函数（波形）信号、脉冲信号和随机信号发生器等四大类。信号发生器又称信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示。能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正

3、弦波的电路被称为函数信号发生器。 在通信专业及日常生活中，常常会用到方波信号。有很多方法可以实现方波的产生，在本次课程设计中我们使用555定时器直接产生方波，通过调节滑动变阻器，可以调节占空比。通过555定时器进行方波信号发生器的设计，电路简单，成本低廉。并通过Multisim10进行电路创建，波形仿真。 【关键词】555定时器 占空比 仿真Digital circuit design-square wavesignal generatorAuthor:Li Bo（Grade three,Class one,Major electronic message，Ankang University，

4、Ankang 725000，Shaanxi）Tutor： Lv FangxingAbstract：Signal generator is the generation of electric testing signal for the parameters of the instrument. According to the signal can be divided into sine wave signal, function (waveform) signal, pulse signal and random signal generator, and other four cate

5、gories. Signal generator, also known as the signal source or oscillator, is widely used in production practice and science and technology. Curves of various wave equation can be expressed by trigonometric function. Can produce a variety of waveforms, such as the triangle wave, sawtooth wave, square

6、wave (including square wave), the circuit is called sine function signal generator. In professional communication and daily life, often can use the square wave signal. There are many methods can produce square wave, curriculum design in this we use 555 timer directly generate square wave, by adjusti

7、ng the sliding rheostat, can adjust the duty ratio. The design, by square wave signal generator by using 555 timer circuit is simple, low cost. And through the Multisim10 to create a circuit, waveform simulation.Key words：Timer 555duty cyclesimulation1 总体论述本次设计题目为占空比可调方波函数发生器硬件电路设计。 1.1 设计要求（1）设计一方波

8、产生电路要求占空比可调 （2）输出方波电压值：3V<|Vo|<15V（3） 振荡周期：2ms<T<10ms1.2 设计方案使用555定时器直接产生方波，通过调节滑动变阻器，可以调节占空比。电路简单，成本低廉。并通过Multisim10进行电路创建，波形仿真。2 电路设计总方案2.1芯片介绍555定时器是是美国Signetics公司1972年研制的用于取代机械式定时器的中规模集成电路，因输入端设计有三个5k的电阻而得名。此电路后来竟风靡世界。目前，流行的产品主要有4个：BJT两个：555，556（含有两个555）；CMOS两个：7555，7556（含有两个7555）。55

9、5定时器可以说是模拟电路与数字电路结合的典范。两个比较器 C1和 C2各有一个输入端连接到三个电阻R组成的分压器上，比较器的输出接到RS触发器上。此外还有输出级和放电管。输出级的驱动电流可达200mA。比较器C1和C2的参考电压分别为UA和UB，根据C1和C2的另一个输入端触发输入和阈值输入，可判断出RS触发器的输出状态。当复位端为低电平时，RS触发器被强制复位。若无需复位操作，复位端应接高电平。一种应用极为广泛的中规模集成电路，该电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容原件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器。因而广泛用于信号的产生、变换、控制和检测。555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中

10、规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为555，用 CMOS工艺制作的称为7555，除单定时器外，还有对应的双定时器 556/7556。555 定时器的电源电压范围宽，可在 4.5V16V 工作,7555 可在 318V 工作，输出驱动电流约为 200mA，因而其输出可与 TTL、CMOS 或者模拟电路电平兼容。图1 555时基电路的电路结构和引脚图555的应用： （1）构成施密特触发器，用于TTL系统的接口，整形电路或脉冲鉴幅等 ;（2）构成多谐振荡器，组成信号产生电路； （3）构成单稳态触发器，用于定时延时整形及一些定时开关中。 555应用电路采用这3种方式中的1种或多种组合起来可以组成各

11、种实用的电子电路，如定时器、分频器、脉冲信号发生器、元件参数和电路检测电路、玩具游戏机电路、音响告警电路、电源交换电路、频率变换电路、自动控制电路等。 2.2芯片引脚图555定时器的内部结构和外部引脚图如图1示。由图知，它由3个阻值为5K的电阻组成的分压器、两个电压比较器C1和C2、基本RS触发器、放电BJT T以及缓冲器G组成。各引脚功能如下示：1脚：外接电源负极或接地（GND）。2脚：TR触发输入。3脚：输出端（OUT或Vo）。4脚：RD复位端，移步清零且低电平有效，当接低电平时，不管TR、TH输入什么，电路总是输出“0”。要想使电路正常工作，则4脚应与电源相连。5脚：控制电压端CO(或V

12、C)。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。6脚：TH高触发端（阈值输入）。7脚：放电端。8脚：外接电源VCC（VDD）。2.3 工作原理555定时器的主要功能取决于比较器，比较器的输出控制RS触发器和放电BJT T的状态。当1脚接地，5脚未外接电压，两个比较器的基准电压分别为2/3Vcc，1/3Vcc的情况下：当TH高触发端加入的电平小于2/3Vcc，TL低触发端的电平大于1/3Vcc时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出高电平，基本RS触发器R=1、S=1，触发器状态不变，电路亦保持原状态不变。 当TH高触发端6

13、脚加入的电平小于2/3Vcc，TL低触发端的电平小于1/3Vcc时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出低电平，基本RS触发器置“1”，放电三极管截止，输出端Vo为高电平。因7脚为集电极开路输出，所以工作时应有外接上拉电阻，故7脚为高电平。 当从功能表的最后一行向倒数第二行变化时，电路的输出将保持最后一行的状态，即输出为高电平，7脚高电平。只有高触发端和低触发端的电平变化到倒数第三行的情况时，电路输出的状态才发生变化，即输出为低电平，7脚为低电平。综合上述分析，可得555定时器功能表如下表1：表1 555定时器功能表输入输出阈值输入(V11)触发输入(V12)复位(Rd)输出(Vo)放电管TX

14、X00导通<2/3Vcc<1/3Vcc11截止>2/3Vcc>1/3Vcc10导通<2/3Vcc>1/3Vcc1不变不变根据555定时器的这种原理改变阈值电压的值使之输出高电平或低电平，就可以产生方波，我们再通过改变电阻的值来控制高低电平的时间就可以调占空比了。3 实验设计电路原理图3.1 电路原理图 利用555定时器设计方波的原理电路图10图2 利用555定时器设计方波电路原理图3.2 工作状态分析如图2所示，电路只要一加上电压VDD，振荡器便起振。刚通电时，由于C上的电压不能突变，即2脚电位的起始电平为低电位，使555置位，3脚呈高电平。C通过、D1对其

15、充电，充电时间。压充到阈值电平2/3 VDD时，555复位，3脚转呈低电平，此时C通过Dl、RB、555内部的放电管放电，放电时间。则振荡周期为。设占空比为D，则,调节RP1，当其中心头滑向最上端时，。当RP1中心头滑向最下端时，由技术要求中振荡周期2ms<T<10ms及得电容C的取值范围：0.238uf1.19uF，我们使用的是C=1uF。4 仿真运行详细描述4.1 仿真图仿真电路及其运行结果： 图3 方案一仿真设计电路4.2 仿真分析若没有接可变电阻R4，接通电源后，电容C被充电，2脚电压Vc上升，当Vc上升到（2/3）Vcc时，触发器被复位，同时放电BJT T导通，此时Vo为

16、低电平，电容C通过R3和T放电，使Vc下降。当Vc下降到（1/3）Vcc时，触发器又被置位，Vo翻转为高电平。电容器C放电所需的时间为tPL= RiC 20.7 RiC,当C放电结束时，T截止，Vcc将通过R1、R2向电容器C充电，VCC由（1/3）Vcc上升到（2/3）Vcc所需要的时间为tPH=( R1+ R2)C20.7( R1+ R)C,当Vc上升到（2/3）Vcc时，触发器又发生翻转，如此周而复始，在输出端就得到一个周期性的方波，其频率为f=1/ (tPL+tPH)1.43/(R1+2R2)C,这样设计出的发生器的占空比是固定不变的，若想占空比可调则要将电路改为图3所示的形式，电路利

17、用D1、D2单向导电特性将电容器C充、放电回路分开，再加上电位器调节，便构成了占空比可调的多谐振荡器。图中，Vcc通过RA、D1向电容充电，充电时间为tPH0.7 RAC,电容器C通过D2、RB及555中的BJT T放电，放电时间为tPL0.7RBC,因而，振荡频率为f=1/ (tPL+tPH)1.43/(RA+RB)C。可见，这种振荡器输出波形的占空比为q()=(RA/(RA+RB)*100。可调占空比方波产生器的仿真运行波形及电压表显示如图4、图5、图6示： 图4 占空比为50%的仿真运行波形 图5占空比为83.3%的仿真运行波形图6 电压表显示5 硬件电路设计5.1 电路板焊接 1、依照

18、原理图将各个元器件安放在电路板上并布局。 2、进行焊接。焊接过程中要边焊接边检查，防止漏焊、连焊。5.2 电路调试 1、检查电路中各个元件是否接的可靠、大小是否合理，特别是NE555必须接正确。 2、在一切都正常的情况下，给电路提供+12V电源，此时立即触摸NE555是否发烫，若发烫应立即断电。 3、若NE555没有发烫，则说明NE555工作正常，这时开始实验数据测试 。 4、通过示波器观察NE555输出的方波信号。 5、依据555定时器的工作原理调节电位器以改变阈值电压，调节充放电的时间，实现在周期不变的情况下，改变占空比。 6、观察结束后，断电。6 元器件清单表2 ：器件清单所用器件名称型号及大小个数电阻1k3个滑动变阻器10k1个二极管1N41482个发光二极管LED1个555定时器NE5551个电容1uF1个10uF1个电源VDD12V1个导线若干焊接板1个电烙铁1个 示波器 1个 万用表 1个7 实验总结通过这次设计，使我深入了解了555定时器的内部结构及占空比设计方波的工作原理，加深了对课本理论知识的理解，锻炼了实践动手能力，理论知识与实践设计相结合，培养了创新开发的思维以及团队合作意识。在此次设计中，收获知识的同时，我还收获了阅