學年論文 方波發(fā)生器

1、 安康學院 學年論文設計題 目 方波信號發(fā)生器的設計 學生姓名 學號 所在院(系) 電子與信息工程系 專業(yè)班級 電子信息工程10級電本1班 指導教師 年 月 日 電子與信息工程系學年論文（設計）成績評定表學生姓名專業(yè)班級電本一班學號指導老師職稱工作單位題目：數(shù)字電路設計方波信號發(fā)生器指導教師評語：建議成績： 指導教師（簽字）： 年 月 日教研室意見： 教研室主任（簽字）： 年 月 日數(shù)字電路設計-方波信號發(fā)生器目錄 1 總體論述41.1 設計要求41.2 設計方案42 電路設計總方案42.1芯片介紹42.2芯片引腳圖52.3 工作原理63 實驗設計電路原理圖73.1 電路原理圖73.2 工作狀

2、態(tài)分析74 仿真運行詳細描述84.1 仿真圖84.2 仿真分析85 硬件電路設計105.1 電路板焊接105.2 電路調(diào)試106 元器件清單107 實驗總結11數(shù)字電路設計-方波信號發(fā)生器（作者：李博）（安康學院，電子與信息工程系，電子信息工程專業(yè)，10級，陜西，安康，725000）指導教師：呂方興【摘 要】信號發(fā)生器是指產(chǎn)生所需參數(shù)的電測試信號的儀器。按信號波形可分為正弦信號、函數(shù)（波形）信號、脈沖信號和隨機信號發(fā)生器等四大類。信號發(fā)生器又稱信號源或振蕩器，在生產(chǎn)實踐和科技領域中有著廣泛的應用。各種波形曲線均可以用三角函數(shù)方程式來表示。能夠產(chǎn)生多種波形，如三角波、鋸齒波、矩形波（含方波）、正

3、弦波的電路被稱為函數(shù)信號發(fā)生器。 在通信專業(yè)及日常生活中，常常會用到方波信號。有很多方法可以實現(xiàn)方波的產(chǎn)生，在本次課程設計中我們使用555定時器直接產(chǎn)生方波，通過調(diào)節(jié)滑動變阻器，可以調(diào)節(jié)占空比。通過555定時器進行方波信號發(fā)生器的設計，電路簡單，成本低廉。并通過Multisim10進行電路創(chuàng)建，波形仿真。 【關鍵詞】555定時器 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 總體論述本次設計題目為占空比可調(diào)方波函數(shù)發(fā)生器硬件電路設計。 1.1 設計要求（1）設計一方波

8、產(chǎn)生電路要求占空比可調(diào) （2）輸出方波電壓值：3V<|Vo|<15V（3） 振蕩周期：2ms<T<10ms1.2 設計方案使用555定時器直接產(chǎn)生方波，通過調(diào)節(jié)滑動變阻器，可以調(diào)節(jié)占空比。電路簡單，成本低廉。并通過Multisim10進行電路創(chuàng)建，波形仿真。2 電路設計總方案2.1芯片介紹555定時器是是美國Signetics公司1972年研制的用于取代機械式定時器的中規(guī)模集成電路，因輸入端設計有三個5k的電阻而得名。此電路后來竟風靡世界。目前，流行的產(chǎn)品主要有4個：BJT兩個：555，556（含有兩個555）；CMOS兩個：7555，7556（含有兩個7555）。55

9、5定時器可以說是模擬電路與數(shù)字電路結合的典范。兩個比較器 C1和 C2各有一個輸入端連接到三個電阻R組成的分壓器上，比較器的輸出接到RS觸發(fā)器上。此外還有輸出級和放電管。輸出級的驅(qū)動電流可達200mA。比較器C1和C2的參考電壓分別為UA和UB，根據(jù)C1和C2的另一個輸入端觸發(fā)輸入和閾值輸入，可判斷出RS觸發(fā)器的輸出狀態(tài)。當復位端為低電平時，RS觸發(fā)器被強制復位。若無需復位操作，復位端應接高電平。一種應用極為廣泛的中規(guī)模集成電路，該電路使用靈活、方便，只需外接少量的阻容原件就可以構成單穩(wěn)、多諧和施密特觸發(fā)器。因而廣泛用于信號的產(chǎn)生、變換、控制和檢測。555 定時器是一種模擬和數(shù)字功能相結合的中

10、規(guī)模集成器件。一般用雙極性工藝制作的稱為555，用 CMOS工藝制作的稱為7555，除單定時器外，還有對應的雙定時器 556/7556。555 定時器的電源電壓范圍寬，可在 4.5V16V 工作,7555 可在 318V 工作，輸出驅(qū)動電流約為 200mA，因而其輸出可與 TTL、CMOS 或者模擬電路電平兼容。圖1 555時基電路的電路結構和引腳圖555的應用： （1）構成施密特觸發(fā)器，用于TTL系統(tǒng)的接口，整形電路或脈沖鑒幅等 ;（2）構成多諧振蕩器，組成信號產(chǎn)生電路； （3）構成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，用于定時延時整形及一些定時開關中。 555應用電路采用這3種方式中的1種或多種組合起來可以組成各

11、種實用的電子電路，如定時器、分頻器、脈沖信號發(fā)生器、元件參數(shù)和電路檢測電路、玩具游戲機電路、音響告警電路、電源交換電路、頻率變換電路、自動控制電路等。 2.2芯片引腳圖555定時器的內(nèi)部結構和外部引腳圖如圖1示。由圖知，它由3個阻值為5K的電阻組成的分壓器、兩個電壓比較器C1和C2、基本RS觸發(fā)器、放電BJT T以及緩沖器G組成。各引腳功能如下示：1腳：外接電源負極或接地（GND）。2腳：TR觸發(fā)輸入。3腳：輸出端（OUT或Vo）。4腳：RD復位端，移步清零且低電平有效，當接低電平時，不管TR、TH輸入什么，電路總是輸出“0”。要想使電路正常工作，則4腳應與電源相連。5腳：控制電壓端CO(或V

12、C)。若此端外接電壓，則可改變內(nèi)部兩個比較器的基準電壓，當該端不用時，應將該端串入一只0.01F電容接地，以防引入干擾。6腳：TH高觸發(fā)端（閾值輸入）。7腳：放電端。8腳：外接電源VCC（VDD）。2.3 工作原理555定時器的主要功能取決于比較器，比較器的輸出控制RS觸發(fā)器和放電BJT T的狀態(tài)。當1腳接地，5腳未外接電壓，兩個比較器的基準電壓分別為2/3Vcc，1/3Vcc的情況下：當TH高觸發(fā)端加入的電平小于2/3Vcc，TL低觸發(fā)端的電平大于1/3Vcc時，比較器C1輸出高電平，比較器C2輸出高電平，基本RS觸發(fā)器R=1、S=1，觸發(fā)器狀態(tài)不變，電路亦保持原狀態(tài)不變。 當TH高觸發(fā)端6

13、腳加入的電平小于2/3Vcc，TL低觸發(fā)端的電平小于1/3Vcc時，比較器C1輸出高電平，比較器C2輸出低電平，基本RS觸發(fā)器置“1”，放電三極管截止，輸出端Vo為高電平。因7腳為集電極開路輸出，所以工作時應有外接上拉電阻，故7腳為高電平。 當從功能表的最后一行向倒數(shù)第二行變化時，電路的輸出將保持最后一行的狀態(tài)，即輸出為高電平，7腳高電平。只有高觸發(fā)端和低觸發(fā)端的電平變化到倒數(shù)第三行的情況時，電路輸出的狀態(tài)才發(fā)生變化，即輸出為低電平，7腳為低電平。綜合上述分析，可得555定時器功能表如下表1：表1 555定時器功能表輸入輸出閾值輸入(V11)觸發(fā)輸入(V12)復位(Rd)輸出(Vo)放電管TX

14、X00導通<2/3Vcc<1/3Vcc11截止>2/3Vcc>1/3Vcc10導通<2/3Vcc>1/3Vcc1不變不變根據(jù)555定時器的這種原理改變閾值電壓的值使之輸出高電平或低電平，就可以產(chǎn)生方波，我們再通過改變電阻的值來控制高低電平的時間就可以調(diào)占空比了。3 實驗設計電路原理圖3.1 電路原理圖 利用555定時器設計方波的原理電路圖10圖2 利用555定時器設計方波電路原理圖3.2 工作狀態(tài)分析如圖2所示，電路只要一加上電壓VDD，振蕩器便起振。剛通電時，由于C上的電壓不能突變，即2腳電位的起始電平為低電位，使555置位，3腳呈高電平。C通過、D1對其

15、充電，充電時間。壓充到閾值電平2/3 VDD時，555復位，3腳轉呈低電平，此時C通過Dl、RB、555內(nèi)部的放電管放電，放電時間。則振蕩周期為。設占空比為D，則,調(diào)節(jié)RP1，當其中心頭滑向最上端時，。當RP1中心頭滑向最下端時，由技術要求中振蕩周期2ms<T<10ms及得電容C的取值范圍：0.238uf1.19uF，我們使用的是C=1uF。4 仿真運行詳細描述4.1 仿真圖仿真電路及其運行結果： 圖3 方案一仿真設計電路4.2 仿真分析若沒有接可變電阻R4，接通電源后，電容C被充電，2腳電壓Vc上升，當Vc上升到（2/3）Vcc時，觸發(fā)器被復位，同時放電BJT T導通，此時Vo為

16、低電平，電容C通過R3和T放電，使Vc下降。當Vc下降到（1/3）Vcc時，觸發(fā)器又被置位，Vo翻轉為高電平。電容器C放電所需的時間為tPL= RiC 20.7 RiC,當C放電結束時，T截止，Vcc將通過R1、R2向電容器C充電，VCC由（1/3）Vcc上升到（2/3）Vcc所需要的時間為tPH=( R1+ R2)C20.7( R1+ R)C,當Vc上升到（2/3）Vcc時，觸發(fā)器又發(fā)生翻轉，如此周而復始，在輸出端就得到一個周期性的方波，其頻率為f=1/ (tPL+tPH)1.43/(R1+2R2)C,這樣設計出的發(fā)生器的占空比是固定不變的，若想占空比可調(diào)則要將電路改為圖3所示的形式，電路利

17、用D1、D2單向?qū)щ娞匦詫㈦娙萜鰿充、放電回路分開，再加上電位器調(diào)節(jié)，便構成了占空比可調(diào)的多諧振蕩器。圖中，Vcc通過RA、D1向電容充電，充電時間為tPH0.7 RAC,電容器C通過D2、RB及555中的BJT T放電，放電時間為tPL0.7RBC,因而，振蕩頻率為f=1/ (tPL+tPH)1.43/(RA+RB)C?？梢?，這種振蕩器輸出波形的占空比為q()=(RA/(RA+RB)*100。可調(diào)占空比方波產(chǎn)生器的仿真運行波形及電壓表顯示如圖4、圖5、圖6示： 圖4 占空比為50%的仿真運行波形 圖5占空比為83.3%的仿真運行波形圖6 電壓表顯示5 硬件電路設計5.1 電路板焊接 1、依照

18、原理圖將各個元器件安放在電路板上并布局。 2、進行焊接。焊接過程中要邊焊接邊檢查，防止漏焊、連焊。5.2 電路調(diào)試 1、檢查電路中各個元件是否接的可靠、大小是否合理，特別是NE555必須接正確。 2、在一切都正常的情況下，給電路提供+12V電源，此時立即觸摸NE555是否發(fā)燙，若發(fā)燙應立即斷電。 3、若NE555沒有發(fā)燙，則說明NE555工作正常，這時開始實驗數(shù)據(jù)測試 。 4、通過示波器觀察NE555輸出的方波信號。 5、依據(jù)555定時器的工作原理調(diào)節(jié)電位器以改變閾值電壓，調(diào)節(jié)充放電的時間，實現(xiàn)在周期不變的情況下，改變占空比。 6、觀察結束后，斷電。6 元器件清單表2 ：器件清單所用器件名稱型號及大小個數(shù)電阻1k3個滑動變阻器10k1個二極管1N41482個發(fā)光二極管LED1個555定時器NE5551個電容1uF1個10uF1個電源VDD12V1個導線若干焊接板1個電烙鐵1個 示波器 1個 萬用表 1個7 實驗總結通過這次設計，使我深入了解了555定時器的內(nèi)部結構及占空比設計方波的工作原理，加深了對課本理論知識的理解，鍛煉了實踐動手能力，理論知識與實踐設計相結合，培養(yǎng)了創(chuàng)新開發(fā)的思維以及團隊合作意識。在此次設計中，收獲知識的同時，我還收獲了閱