《电子技术项目化教程》 课件 项目九 锯齿波电路的设计与测试

项目九

锯齿波电路的设计与测试学习目标：知识目标：掌握555定时器的电路结构、特点和工作原理。掌握555定时器的典型应用。掌握用555定时器制作锯齿波发生器的原理。技能目标：能够熟悉脉冲产生与整形电路的组成、工作原理及测试调整方法。能完成锯齿波电路的设计、组装和调试。2项目背景：在电子工程、通信工程、自动控制等领域，有很多场合需要锯齿波、正弦波、矩形波和三角波等作为基本测量信号，标准锯齿波的波形先呈直线上升，随后陡落，之后再上升，再陡落，如此反复，是一种非正弦波。由于波形类似锯齿，即具有一条直的斜线和一条垂直于横轴的直线的重复结构，故被命名为锯齿波。3任务555电路逻辑功能测试任务分析：555电路由于内部含有3个5kΩ电阻而得名，开始时多作为定时器应用，故又称为555定时器或555时基电路。555定时器是一种将模拟电路与数字逻辑功能相结合的多用途中规模集成电路，具有定时精确、工作速度快、可靠性高等优点，被广泛应用于数字设备、工业控制、电子玩具、家用电器等领域。4任务555电路逻辑功能测试知识链接：1.555定时器的工作原理2．555定时器构成单稳态触发器3．555定时器构成施密特触发器4．555定时器构成多谐振荡器51.555定时器的工作原理555定时器是一种模拟-数字混合集成电路，可以构成波形产生电路，整形电路，定时、延时电路。集成定时器的产品可以分为双极型和CMOS型；根据集成电路内部定时器的个数，其可以分为单定时器和双定时器。双极型单定时器型号的最后3位数字为555；双极型双定时器型号的最后3位数字为556；CMOS型单定时器型号的最后4位数字为7555；CMOS型双定时器的最后4位数字为7556。6不同类型的同型号芯片的逻辑功能和引脚排列完全一样，便于互换。1.555定时器的工作原理555定时器的内部电路和引脚排列图如图9-1所示，它由4部分组成：(1)3个5kΩ电阻组成的电阻分压器；(2)2个电压比较器C1、C2；(3)1个由G1和G2与非门构成基本RS触发器；(4)放电三极管VTD和输出缓存器G3。71.555定时器的工作原理1)电阻分压器它是由3个5kΩ电阻串联组成的分压电路。当电压控制端CO(引脚5)不外接控制电压时，电压比较器C1的同相输入端提供

VCC的基准电压，电压比较器C2的反向端提供

VCC的基准电压，为了防止高频干扰，一般情况在CO端与地之间连接一个电容。当电压控制端CO(引脚5)外接控制电压时，电压比较器C1的同相输入端输入VCC，电压比较器C2的反向输入端输入

VCC。2)电压比较器电压比较器由运算放大电路组成，当同相输入端电压大于反向输入端电压时，电压比较器输出高电平1；当同相输入端电压小于反向输入端电压时，电压比较器输出低电平0。81.555定时器的工作原理3)基本RS触发器它由G1和G2两个与非门组成，输入信号为电压比较器的输出电压UC1和UC2，逻辑功能如表9-1所示。9UC1UC2QnQn+1说明000×触发器状态不定001×0100触发器置001101001触发器置110111100触发器保持不变11111.555定时器的工作原理4)放电三极管VTD和输出缓存器G3三极管VTD作为开关管使用，受基本RS触发器的输出

控制，当

为高电平时，三极管VTD导通，可以外接电容进行放电；当

为低电平时，三极管VTD截止，可以外接电容通过三极管VTD进行充电。G3作为输出缓冲器，目的是提高定时器的带负载能力和隔离外接负载对定时器工作的影响。101.555定时器的工作原理555定时器的功能11输

入输

出THOUTVTD状态××00导通VCCVCC10导通VCCVCC11截止VCCVCC1不变不变2．555定时器构成单稳态触发器利用555定时器及外接电阻R和电容C构成的单稳态触发器如图9-2所示。单稳触发器有两种不同工作状态：稳定状态(简称稳态)和暂时稳定状态(简称暂稳态)，在外界触发信号作用下，其可以从稳态翻转为暂稳态，维持一段时间之后，再自动返回稳态。12图9-2555定时器构成的单稳态触发器3．555定时器构成施密特触发器将555定时器的

和TH连接在一起作为外部触发信号Ui的输入端，即可构成施密特触发器，如图9-4所示。13图9-4555定时器构成的施密特触发器根据555定时器的功能表，将三角波作为输入触发信号，可以得到输出波形如图

9-5所示4．555定时器构成多谐振荡器利用555定时器及外接电阻R和电容C构成的多谐振荡器如图9-6所示。多谐振荡器没有稳态，只有两个暂稳状态，不需要外加触发信号，利用电容的不断充、放电，就可以实现两个暂稳态之间的相互转换，从而产生自激振荡，输出周期性的矩形波。14图9-6555定时器构成多谐振荡器4．555定时器构成多谐振荡器根据555定时器各端口的功能表，可以得到输出波形如图9-7所示，电容上的电压UC1将在

VCC和

VCC之间循环充、放电，使电路产生振荡，输出周期矩形脉冲。15图9-7555定时器构成的多谐振荡器波形图任务555电路逻辑功能测试任务实施：任务目标(1)掌握555定时器构成的单稳态触发器的工作原理。(2)掌握555定时器构成的施密特触发器的工作原理。(3)掌握555定时器构成的多谐振荡触发器的工作原理。设备要求(1)PC一台。(2)Multisim软件。①所选元器件见表9-3。②示波器(XSC1)。16标识符与元器件组系

列VCCGNDSourcesPOWER_SOURCESCLOCK_VOLTAGESourcesSIGNAL_VOLTAGE_SOURCESLM555CNMixed555_VIRTUALR1KΩBasicRPACKC1_10nFBasicCAPACITOPC2_1uFBasicCAPACITOP任务555电路逻辑功能测试实施内容及步骤1．555定时器构成的单稳态触发器验证（1）启动Multisim软件，进入主界面，选择菜单栏中的保存命令后，会弹出“保存”窗口，选择合适的保存路径并输入所需的文件名“Ex_1”，然后单击“保存”按钮，完成新文件的创建，如图9-8所示。（2）文件新建完成后，将电路相关的元器件从器件库中调出来，执行菜单命令“Place”→“Component”即可打开“SelectaComponent”(选择元器件)对话框，如图9-9所示。参考表9-3，选择实验所需要的元器件。选择“Mixed”组下的“555_VIRTUAL”选项，再单击“OK”按钮即可。放置其他元器件，如电源、接地、电阻、电容、开关、时钟源；选择元器件时，元器件的轮廓呈现为虚线，等待用户确定放置的位置。在此过程中，如果有必要对元器件进行旋转或镜像等操作，可以使用通用的【Ctrl+R】【Ctrl+X】【Ctrl+Y】等快捷键。将光标移动到工作台的合适位置上，再用鼠标左键单击一下即可放置此元器件。17任务555电路逻辑功能测试(3)按照图9-10连接仿真测试电路。所有的元器件都有用来连接其他元器件或仪器的引脚，将光标放在元器件的引脚上，当光标变成十字准线之后单击一下鼠标，然后移动光标，将其连接到其他引脚上之后再单击一下鼠标，即可完成引脚的连接操作。18任务555电路逻辑功能测试(4)启动仿真(单击

按钮)，改变R1、C1的值，记录示波器输出波形暂稳态的时间，并将测试结果记录在表9-4中。19参数R1C1T理论值测试值第1组1k

0.1

F

第2组3k

0.33

F

第3组6.8

0.1

F

任务555电路逻辑功能测试2．555定时器构成的施密特触发器验证(1)按照上述步骤，连接如图9-11所示的仿真测试电路。(2)启动仿真(单击

按钮)，观察示波器输出波形并记录测试结果。20任务555电路逻辑功能测试3．555定时器构成的多谐振荡器验证(1)按照上述步骤，连接如图9-12所示的仿真测试电路。(2)启动仿真(单击

按钮)，观察示波器输出波形，并将测试结果记录在表9-5中。21参数R2CT占空比q理论值测试值理论值测试值第1组1k

0.1

F

第2组3k

0.33

F

第3组6.8

0.1

F

实训9锯齿波电路的设计与测试实训9.1设计指标(1)熟悉锯齿波电路的工作原理及测试方法。(2)掌握锯齿波的制作方法。实训9.2设计任务和要求利用555定时器构成信号发生器，产生锯齿波。(1)了解利用555电路构成锯齿波发生器的基本原理。(2)锯齿波