555定时器构成的方波、三角波、正弦波发生器 设计报告

1、 .wd. .wd. .wd.电子技术课程设计说明书题 目：555定时器构成的方波、三角波、正弦波发生器 系 部：歌尔科技学院专 业：班 级：2013级1班 学生姓名:学 号:指导教师:年 月 日目 录TOC o 1-3 h z uHYPERLINK l _Toc4201001961 设计任务与要求 PAGEREF _Toc420100196 h 1HYPERLINK l _Toc4201001972 设计方案 PAGEREF _Toc420100197 h 1HYPERLINK l _Toc4201001982.1 设计思路 PAGEREF _Toc420100198 h 1HYPERLIN

2、K l _Toc4201001992.1.1 方案一原理框图 PAGEREF _Toc420100199 h 1HYPERLINK l _Toc4201002002.1.2 方案二原理框图 PAGEREF _Toc420100200 h 2HYPERLINK l _Toc4201002012.2 函数发生器的选择方案 PAGEREF _Toc420100201 h 2HYPERLINK l _Toc4201002022.3 实验器材 PAGEREF _Toc420100202 h 3HYPERLINK l _Toc4201002033 硬件电路设计 PAGEREF _Toc420100203

3、h 4HYPERLINK l _Toc4201002043.1 555定时器的介绍 PAGEREF _Toc420100204 h 4HYPERLINK l _Toc4201002053.2 电路组成 PAGEREF _Toc420100205 h 4HYPERLINK l _Toc4201002063.3 引脚的作用 PAGEREF _Toc420100206 h 5HYPERLINK l _Toc4201002073.4 基本功能 PAGEREF _Toc420100207 h 5HYPERLINK l _Toc4201002084 主要参数计算与分析 PAGEREF _Toc420100

4、208 h 7HYPERLINK l _Toc4201002094.1 由555定时器产生方波 PAGEREF _Toc420100209 h 7HYPERLINK l _Toc4201002104.2 由方波输出为三角波 PAGEREF _Toc420100210 h 9HYPERLINK l _Toc4201002114.3 由三角波输出正弦波 PAGEREF _Toc420100211 h 10HYPERLINK l _Toc4201002125 软件设计 PAGEREF _Toc420100212 h 12HYPERLINK l _Toc4201002135.1 系统组成框图 PAGE

5、REF _Toc420100213 h 12HYPERLINK l _Toc4201002145.2 元件清单 PAGEREF _Toc420100214 h 13HYPERLINK l _Toc4201002156 调试过程 PAGEREF _Toc420100215 h 14HYPERLINK l _Toc4201002166.1 方波三角波发生电路的安装与调试 PAGEREF _Toc420100216 h 14HYPERLINK l _Toc4201002176.1.1 按装方波三角波产生电路 PAGEREF _Toc420100217 h 14HYPERLINK l _Toc4201

6、002186.1.2 调试方波三角波产生电路 PAGEREF _Toc420100218 h 14HYPERLINK l _Toc4201002196.2 三角波正弦波转换电路的安装与调试 PAGEREF _Toc420100219 h 14HYPERLINK l _Toc4201002206.2.1 按装三角波正弦波变换电路 PAGEREF _Toc420100220 h 14HYPERLINK l _Toc4201002216.2.2 调试三角波正弦波变换电路 PAGEREF _Toc420100221 h 14HYPERLINK l _Toc4201002226.2.3 总电路的安装与调

7、试 PAGEREF _Toc420100222 h 15HYPERLINK l _Toc4201002236.2.4 调试中遇到的问题及解决的方法 PAGEREF _Toc420100223 h 15HYPERLINK l _Toc4201002247 结论 PAGEREF _Toc420100224 h 16HYPERLINK l _Toc4201002258 附录 PAGEREF _Toc420100225 h 17HYPERLINK l _Toc4201002268.1 用mulstisim 12设计的方波仿真电路图如图8-1 PAGEREF _Toc420100226 h 17HYPE

8、RLINK l _Toc4201002278.2 用mulstisim 12设计的三角波仿真电路图如图8-3 PAGEREF _Toc420100227 h 18HYPERLINK l _Toc4201002288.3 用mulstisim 12设计的正弦波仿真电路图如图8-5 PAGEREF _Toc420100228 h 19HYPERLINK l _Toc4201002298.4 电源参考电路图 PAGEREF _Toc420100229 h 20HYPERLINK l _Toc420100230参考文献 PAGEREF _Toc420100230 h 211 设计任务与要求(1) 55

9、5定时器构成的方波发生器电路输出频率范围：10-1KH可调；占空比0-100%连续可调；输出方波Vp_p0.2v;输出正弦波Vp-p，vI2时，比较器 C1输出低电平，C2输出高电平， 基本RS触发器被臵0，放电三极管T导通，输出端vO为低电平。 2当vI1，vI2时，比较器 C1输出高电平，C2输出低电平， 基本RS触发器被臵1，放电三极管T截止，输出端vO为高电平。 3当vI1时，比较器 C1输出高电平，C2也输出高电平，即 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。 由于阈值输入端(vI1) 为高电平时，定时器输出低电平，因此也将该端称为高触发端TH。 因为触发

10、输入端(vI2)为低电平时，定时器输出高电平，因此也将该端称为低触发端TL。 如果在电压控制端5脚施加一个外加电压其值在0VCC之间，比较器的参考电压将发生变化，电路相应的阈值、触发电平也将随之变化，并进而影响电路的工作状态。 另外，RD为复位输入端，当RD为低电平时，不管其他输入端的状态如何，输出vo为低电平，即RD的控制级别最高。正常工作时，一般应将其接高电平。 555定时器功能如表3-1表3-1 555定时器功能表清零端高触发端地触发端Q放电管功能00导通直接清零101保持保持1101截止置11001截止置11110导通清零4 主要参数计算与分析4.1 由555定时器产生方波图4-1方波

11、产生电路 当电容C1被充电时，2和6引脚的电压都上升，此时二极管D1导通，接通+12V电源后，电容C1被充电，Vc上升，当Vc上升到2Vcc/3时，触发器被复位，同时放电BJT T导通，此时输出电平Vo为低电平，电容C1通过R2和T放电，使Vc下降。当Vc下降到Vcc/3时，触发器又被置位，Vo翻转为高电平。 电容器C1经R2，R3，他们此时所分的总阻值为R1向电容C1放电,放电所需的时间为： tPL=R1*C1* ln20.7* R1*C1；当C1放电完毕时，T截止，Vcc将通过R1、R2所分得的阻值为R3向电容器C2充电，Vc由Vcc/3上升到2Vcc/3所需的时间为tPH=R3*C2*

12、ln20.7*R3*C2；当Vc上升到2Vcc/3时，触发器又发生翻转，如此周而复始，在输出端就得到了一个周期性的方波，其频率为 f=1 / (tPL+tPH) 1.43 / (R1+R2) *C1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Vo输出低电平，当有一个外部负脉冲触发信号加到Vi端。并使2端电位瞬时低于1/3Vcc，低电平比较器动作，单稳态电路即开场一个稳态过程，电容C开场充电，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Vo从高电平返回低电平，放电开关管T重新导通，电容C上的电荷很快经放电开关管放电，暂态完毕，恢复稳定

13、，为下个触发脉冲的来到作好准备。波形图见图4-2。图4-2 电路的电压波形图4.2 由方波输出为三角波图4-3 三角波的产生电路图4-4 输入及输出电压波形 当741很大时，运放两输入端为虚地，忽略流入放大器的电流，令输入电压为Vi输出为Vo，流过电容C的电流为i1那么 ，有即输出电压与输入电压成积分关系。当 为固定值时 上式说明 输出电压按一定比例随时间作直线上升或下降。当 为矩形波时， 便成为三角波。4.3 由三角波输出正弦波图4-5 正弦波的产生电路 分析说明，传输特性曲线的表达式为：Ic=I/1+exp(-Uid/UT) I 差分放大器的恒定电流； UT 温度的电压当量，当室温为25摄

14、氏度时，UT26mV。如果Uid为三角波，设表达式为 Uid(t)=4*Um*(t-T/4)/T (0=t=T/2) Uid(t)=-4*Um*(t-3*T/4)/T (T/2=t=T) 式中 Um三角波的幅度； T三角波的周期。 为使输出波形更接近正弦波， 1传输特性曲线越对称，线性区越窄越好。2三角波的幅度Um应正好使晶体管接近饱和区或截止区。3图为实现三角波正弦波变换的电路。其中R5调节三角波的幅度，R9调整电路的对称性，其并联电阻R10用来减小差分放大器的线性区。电容C5为隔直电容，C8为滤波电容，以滤除谐波分量，改善输出波形。隔直电容C5要取得较大，因为输出频率很低，取c5=500微

15、法，滤波电容视输出的波形而定，假设含高次斜波成分较多，c6,c7 可取得较小，一般为几十皮法至0.01微法。R9=100欧与R10=100欧姆相并联，以减小差分放大器的线性区。5 软件设计5.1 系统组成框图三角波方波正弦波555定时器积分网络差分放大电路图5-1 总体框图5.2 元件清单表5-1 电路图中的所有元件序号名 称数量1555定时器12运算放大器13电阻134电容75可调电阻46三极管47电解电容18二极管26 调试过程6.1 方波三角波发生电路的安装与调试6.1.1 按装方波三角波产生电路1把741集成块插入面包板，注意布局；2分别把各电阻放入适当位置，尤其注意电位器的接法；3按

16、图接线，注意直流源的正负及接地端。6.1.2 调试方波三角波产生电路1接入电源后，用示波器进展双踪观察；2调节可调电阻R8，使三角波的幅值满足指标要求；3调节可调电阻R5，微调波形的频率；4观察示波器，各指标到达要求后进展下一部按装。6.2 三角波正弦波转换电路的安装与调试6.2.1 按装三角波正弦波变换电路1在面包板上接入差分放大电路，注意三极管的各管脚的接线；2搭生成直流源电路，注意各相关的阻值选取；3接入各电容及电位器，注意滤波电容的选取；4按图接线，注意直流源的正负及接地端。6.2.2 调试三角波正弦波变换电路1接入直流源后，把C5接地，利用万用表测试差分放大电路的静态工作点；2测试V

17、1、V2的电容值，当不相等时调节R9使其相等；3测试V3、V4的电容值，使其满足实验要求；4在C5端接入信号源，利用示波器观察，逐渐增大输入电压，当输出波形刚好不失真时记入其最大不失真电压；6.2.3 总电路的安装与调试1把两局部的电路接好，进展整体测试、观察2针对各阶段出现的问题，逐各排查校验，使其满足实验要求，即使正弦波的峰峰值大于1V。6.2.4 调试中遇到的问题及解决的方法1方波-三角波-正弦波函数发生器电路是由三级单元电路组成的,在装调多级电路时通常按照单元电路的先后顺序分级装调与级联。2调试时没有波形出现。用万用表 测量各个结点是否有电流通过，以便检查电路连接是否正常。3调节电位器

18、时，波形的没有任何变化。可能是电位器的连接方法有问题，也可能是电位器本身无法调节。7 结论为期两个星期的课程设计已经完毕，在这两星期的学习、设计、焊接过程中我们感触颇深。使我们对抽象的理论有了具体的认识。通过对函数信号发生器的设计，我们掌握了常用元件的识别和测试；熟悉了常用的仪器仪表；了解了电路的连接、焊接方法；以及如何提高电路的性能等等。通过对函数信号发生器的设计，我们还深刻认识到了“理论联系实际的这句话的重要性与真实性。而且通过对此课程的设计，我们不但知道了以前不知道的理论知识，而且也稳固了以前知道的知识。最重要的是在实践中理解了书本上的知识，明白了学以致用的真谛。也明白教师为什么要求我们

19、做好这个课程设计的原因。他是为了教会我们如何运用所学的知识去解决实际的问题，提高我们的动手能力。在整个设计到电路的焊接以及调试过程中，我们感觉调试局部是最难的，因为你理论计算的值在实际当中并不一定是最正确参数，我们必须通过观察效果来改变参数的数值以期到达最好。而参数的调试是一个经历的积累过程，没有经历是不可能在短时间内将其完成的，而这个可能也是教师要求我们加以提高的一个重要方面吧！其次，这次课程设计提高了我们团队合作水平，使我们配合更加默契，体会了在接好电路后测试出波形的那种喜悦，体会到成功来自于汗水，体会到成果的来之不易。在实验过程中，我们遇到了不少的问题。比方：波形失真，甚至不出波形这样的

20、问题。在教师和同学的帮助下，把问题一一解决，那种心情别提有多快乐啦。实验中暴露出我们在理论学习中所存在的问题，有些理论知识还处于懵懂状态，教师们不厌其烦地为我们调整波形，讲解知识点，实在令我感动。还有就是在实验中，好多同学被电烙铁烫伤了，这不得不让我们想起安全问题，所以在以后的实验中我们应该注意安全，特别是在特殊的地方或者使用特殊工具时，如电烙铁，一定要特别注意，不让不安全事故发生。还有值得我们自豪的就是我们的线路连得横竖清楚，简直就是艺术，当然，我们也有很多缺乏的地方，浪费了很多材料，锡焊还不是很会用，焊接的很粗糙。最后用一句话来完毕吧：“实践是检验真理的唯一标准。8 附录8.1 用mulstisim 12设计的方波仿真电路图如图8-1图8-1 由555定时器组成的多谐振荡器产生方波方波仿真结果如图8-2图8-2 方波的