占空比可調的方波發(fā)生器

1、目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc187150475 一、課程設計目的2 HYPERLINK l _Toc187150476 二、課程設計正文2 HYPERLINK l _Toc187150477 總體論述2 HYPERLINK l _Toc187150478 方案選型2 HYPERLINK l _Toc187150479 總體方案2 HYPERLINK l _Toc187150480 各單元電路方案及集成電路2電路原理圖 HYPERLINK l _Toc187150480 4運行詳細描述 HYPERLINK l _Toc187150480 8制作調試過程

2、HYPERLINK l _Toc187150480 9器件清單 HYPERLINK l _Toc187150480 14HYPERLINK l _Toc187150482三、實驗設計總結或結論.15四 HYPERLINK l _Toc187150482 、參考文獻.15課程設計目的掌握電子系統(tǒng)的一般設計方法。理解占空比可調的方波發(fā)生器的設計原理，掌握占空比的設計原理和計算。提高綜合應用所學只是來指導實踐的能力。課程設計正文總體論述 .1設計任務 1、根據(jù)技術要求和現(xiàn)有開發(fā)環(huán)境，分析課設題目； 2、設計系統(tǒng)實現(xiàn)方案； 3、設計繪制電路原理圖并選擇元器件； 4、焊接電路、調試； 5、記錄結果、修改

3、并完善設計； 6、編寫課程設計報告。 .2、技術要求 1設計要求：設計一方波產(chǎn)生電路。輸出要求：占空比可調；輸出方波電壓值：8v|V0|15v;振蕩周期：2msT10ms。 2設計方法：使用集成運算放大器555定時器、穩(wěn)壓二極管、二極管、電阻等器件。方案選型總體方案直流電源 電壓控制 555 置 位 555充 電 555復位 555放 電圖1 總體方案各單元電路方案及集成電路方案一圖2555定時器內部結構圖3 555定時器的輸出波形 接通VCC后瞬間，VCC通過R 對C充電，當uc上升到2VCC/3時，將觸發(fā)器置0，uo0，放電管T導通，C通過T放電，電路進入穩(wěn)態(tài)。uI到來時，因為uIVCC/

4、3，使uO又由0變?yōu)?，電路進入暫穩(wěn)態(tài)。放電管T截止，VCC經(jīng)R對C充電。直到uC上升到2VCC/3時，uO0，T導通，C放電，電路恢復到穩(wěn)定狀態(tài)。 綜合上述分析，可得555定時器功能表如表1：輸入輸出閾值輸入(V11)觸發(fā)輸入(V12)復位(Rd)輸出(Vo)放電管TXX00導通2/3Vcc2/3Vcc1/3Vcc10導通1/3Vcc1不變不變表1電路原理圖圖3 555定時器實現(xiàn)占空比可調的方波發(fā)生器電路圖4 555定時器占空比可調的方波電路實物圖方案二圖5總體方案2本方案采用電壓比擬器作為根底元件構成電路，完成占空比可調的方波函數(shù)發(fā)生器電路。 當集成運放用作比擬器時，它不施加負反應，而是開

5、環(huán)工作。因此，不需要為保證閉環(huán)工作穩(wěn)定而施加相位補償電路。這種集成器件可以與各種數(shù)字電路要求的邏輯電平相匹配，一般具有遲滯特性和鎖定功能。當電壓比擬器處于鎖定狀態(tài)時，輸出電平保持不變，與輸入電壓大小無關。圖6 電壓比擬器選擇電壓比擬器構成的遲滯比擬器構成方波函數(shù)發(fā)生器的電路，輸出無失真的脈沖波形。圖7遲滯比擬器電路圖8 遲滯比擬器產(chǎn)生方波的電路圖中，占空比是恒定不變的，不符合占空比可調的設計要求，所以，要對圖8進行改良，獲得占空比可調的電路。采用圖9電路進行設計，可以滿足占空比可調的方波函數(shù)發(fā)生器要求。圖9 遲滯比擬器實現(xiàn)占空比可調的方波電路圖10遲滯比擬器實現(xiàn)占空比可調的方波電路實物圖2.4

6、 運行詳細描述(1)電路組成及其引腳如圖7圖11555定時器內部結構及引腳圖 (2)555的工作原理它含有兩個電壓比擬器，一個根本RS觸發(fā)器，一個放電開關T，比擬器的參考電壓由三只5K的電阻器構成分壓，它們分別使高電平比擬器C1同相比擬端和低電平比擬器C2的反相輸入端的參考電平為和。C1和C2的輸出端控制RS觸發(fā)器狀態(tài)和放電管開關狀態(tài)。當輸入信號輸入并超過時，觸發(fā)器復位，555的輸出端3腳輸出低電平，同時放電，開關管導通；當輸入信號自2腳輸入并低于時，觸發(fā)器置位，555的(3)腳輸出高電平，同時放電，開關管截止。 是復位端，當其為0時，555輸出低電平。平時該端開路或接。 Vco是控制電壓端5

7、腳，平時輸出的電容器到地，起濾波作用，以消除外來的干擾，以確保參考電平的穩(wěn)定。 T為放電管，當T導通時，將給接于腳7的電容器提供低阻放電電路.電壓比擬器的作用是對兩個輸入電壓進行比擬，并根據(jù)比擬結果輸出高、低兩個電平的電壓，以滿足后面連接的數(shù)字電路對1和0兩個邏輯電平的要求。如下圖，為待比擬的輸入信號電壓，為輸入?yún)⒖茧妷?。是比擬的門限電壓。假設集成運放是理想的，那么當通過時，輸出電壓發(fā)生突變，即：由大減小通過時，由低電平值上躍到高電平值，而由小增大通過時，那么由下躍到，相應的比擬特性如下圖。其中，和事集成運放輸出的兩個極限電壓。4利用遲滯比擬器構成方波發(fā)生器如下列圖所示，圖中R和C為定時元件。

8、比擬器的兩個門限電壓分別為=,=.假設t=0時，=，且C上起始電壓為零，這時，通過R向C充電，C上電壓按指數(shù)規(guī)律上升，直到其值等于時，由下躍到。C將通過R放電。C上電壓按指數(shù)規(guī)律下降，直到其值等于時，由上躍到。之后C又充電，如此重復，得到下列圖所示方波?？梢宰C明，振蕩周期為T=2RCln(1+).圖12 遲滯比擬器構成方波發(fā)生器制作調試過程電路板焊接1依照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。電路調試1555定時器實現(xiàn)占空比可調方波電路調試 如電路原理圖所示，電路只要一加上直流電壓VDD，振蕩器便起振。剛通電時，由于C上的電壓不能突變，即

9、2腳點位的起始電平為地電位，使555置位，3腳呈高電平。C通過RA、D1對其充電，充電時間T充。電壓充到閾值電平2/3VDD時，555復位，3腳轉呈低電平，此時C通過D1、RB、555內部的放電管放電，放電時間T放 設占空比為D,那么 D=t充T=RaRa+RbRP1：當其中心頭滑向最上端時，Dmin=t充T=1K1K+50K8.3%RP1中心頭滑向最下端時，Dmax=50K50K+1K91.7%調試結果如下列圖：圖13 555定時器實現(xiàn)占空比可調電路調試結果2遲滯比擬器實現(xiàn)占空比可調方波調試在遲滯比擬器構成的方波函數(shù)發(fā)生器的根底上進行改良，使占空比可調，電路圖如上所示。顯然為了改變輸出方波的

10、占空比，應改變電容器C的充電和放電時間常數(shù)。占空比可調的矩形波電路見上圖。C充電時，充電電流經(jīng)電位器的下半部、二極管D2、R1，輸出為高電平段。C放電時，放電電流經(jīng)R1、二極管D1、電位器的上半部，輸出為低電平段圖14 555定時器實現(xiàn)占空比可調電路波形。圖15 輸出方波信號由原理圖得出如上圖所示波形。占空比為：,為高電平脈寬，為低電平脈寬。, ， T=()C，其中是電位器中點到下端電阻,、是二極管導通電阻。根據(jù)公式、，T=()C可知，高、低電平的脈沖寬度與電容、和電位器的取值有關。進而由可知，改變上述三個參數(shù)，將會改變占空比。遲滯比擬器可以構成方波函數(shù)發(fā)生器，根據(jù)設計要求占空比是可調的，那么

11、需要添加兩個二極管和一個電位器對原始電路進行改良，改良后如原理圖所示。.根據(jù)修改后的電路，C充電時，充電電流經(jīng)電位器的下半部、二極管D2、R1；C放電時，放電電流經(jīng)電位器的上半部、R1、二極管D1。根據(jù)公式、，T=()C可知，高、低電平的脈沖寬度與電容、和電位器的取值有關。進而由可知，改變上述三個參數(shù)，將會改變占空比，實現(xiàn)原理圖功能。在仿真軟件上完成原理圖，并開始仿真。電器的工作電壓為5V15V之間，調整各個元件的參數(shù)，直至在示波器上輸出不失真的方波波形。滿足輸出方波不失真的情況，.繼續(xù)調整各個元件的參數(shù)，使輸出波形滿足輸出方波電壓值：8V|15V；振蕩周期：2msT10ms。由T=()C可知

12、，參數(shù)、C的改變將影響振蕩周期T。完成上述操作后，驗證占空比可調及其正確性，根據(jù)公式、，保持、C值不變，調節(jié)電位器，即改變的值，進而影響，到達占空比可調的目的。C充電時，充電電流經(jīng)電位器的下半部、二極管D2、R1，輸出為高電平段。C放電時，放電電流經(jīng)R1、二極管D1、電位器的上半部，輸出為低電平段。首先，將電位器向下端滑動，減小，結果減小，增加，那么占空比減?。煌?，將電位器向上端滑動，增大，結果增大，減小，那么占空比增大。最后得到的是符合要求的占空比可調的方波函數(shù)發(fā)生器。圖16 遲滯比擬器實現(xiàn)占空比可調的方波電路調試結果圖17 遲滯比擬器實現(xiàn)占空比可調的方波電路波形器件清單器件名稱大小型號數(shù)

13、目電阻2k11k5滑動變阻器2k110k1二極管4電容1uF11F1極性電容1uF1穩(wěn)壓二極管2555定時器1直流電源5V15V1導線，直流電源515V，一個電烙鐵，松香，焊錫，排針假設干，烙鐵架，鉗子，排線，鑷子一個三、實驗設計總結或結論作為整個學習體系的有機組成局部，此次課程設計雖然只安排短短一周時間，但并不具有絕對獨立的意義。它的意義很廣泛可是對于我們而言，其中最重要的一個功能，在于運用學習成果，檢驗學習成果，看一看課堂學習與實際動手到底有多大距離，并通過綜合分析，找出學習中存在的缺乏，以便為完善學習方案，改變學習內容與方法提供實踐依據(jù)。通過此次對占空比可調方波函數(shù)發(fā)生器硬件電路的設計，

14、使我們深刻認識到了“理論聯(lián)系實際的這句話的重要性與真實性。而且通過對此課程的設計，我們不但知道了以前不知道的理論知識，而且也穩(wěn)固了以前知道的知識。最重要的是在實踐中理解了書本上的知識，明白了學以致用的真諦，也明白了老師為什么要求我們做好這個課程設計的原因，他是為了教會我們如何運用所學的知識去解決實際的問題，提高我們的實際操作的能力并且提高同學之間合作的能力。設計中我們覺得驗證了政治學中的一個理論，就是整個過程是一個發(fā)現(xiàn)問題解決問題的過程，而且舊的問題解決之后，可能接著會出現(xiàn)新的問題。但每當問題出現(xiàn)時，我們認為肯定能解決，因為上屆的學姐學哥也做過類似的課程設計，既讓他們都能做出來，那么我們也能做出來，也就是說出現(xiàn)的問題一定有解決的方法。不過，設計中走彎路是再所難免的，我也有過花大半天時間才解決一個小問題的時候，但是有的時候甚至是一點頭緒都沒有。與同組人一起對不了解的知識點劇烈討論的時候也是我們最開心的時候。大家對于知識點都暢所欲言，盡情的討