NE555电子课程设计实习报告

电子技术课程设计说明书 题 目： NE555信号发生器 系 部： 信息和控制工程学院 专 业： 测控技术和仪器 班 级： 一班 学生姓名: 李 学 号: 指导教师: 2016年 6月 24日1 / 191 / 19目 录1 设计任务和要求12 设计方案1 2.1 电源设计1 2.2 信号电路设计2 2.3 555计时器的介绍和使用2 3 硬件电路设计：3 3.1 电源电路设计3 3.2 方波电路设计4 3.3 三角波电路设计5 3.4 正弦波电路设计54 主要参数计算和分析6 4.1 电源电路分析6 4.2 方波产生分析6 4.3 方波输出为三角波分析7 4.4 三角波输出为正弦波分析85 软件设计9 5.1 由555定时器产生方波9 5.2 由方波输出三角波10 5.3 由三角波输出正弦波116 调试过程12 6.1方波-三角波发生电路的安装和调试 12 6.1.1安装方波三角波产生电路 12 6.1.2调试方波三角波产生电路 12 6.2三角波-正弦波转换电路的安装和调试 13 6.2.1安装三角波正弦波变换电路 13 6.2.2调试三角波正弦波变换电路 13 6.3总电路的安装和调试13 6.4调试中遇到的问题及解决的方法 147 结论14参考文献151 设计任务和要求：任务： 用555定时器构成方波、三角波、正弦波发生器。 要求：（1） 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-p1v;（2） 设计以上电路工作电源。 2 设计方案2.1 电源设计三角波方波正弦波555定时器积分网络低通滤波器图2-1 电源设计图此电源电路设计由外部输出的220V交流电压经过电源变电器后，从次级输出10V左右的交流电压，该低电压经过桥式整流、电容滤波后稳压，提供给后面各级电路。2.2 信号电路设计 555正弦波振荡电路路积分电路电压比较器图2-2 信号电路设计框图RC正弦波振荡电路、电压比较器、积分电路共同组成的正弦波方波三角波函数发生器的设计方法，先通过RC正弦波振荡电路产生正弦波，再通过电压比较器产生方波，最后通过积分电路形成三角波。2.3 555定时器的介绍及使用555定时器是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元件就可以构成单稳、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。目前生产的定时器有双极型和CMOS两种类型，其型号分别有NE555(或5G555)和C7555等多种。它们的结构及工作原理基本相同。通常，双极型定时器具有较大的驱动能力，而CMOS定时器具有低功耗、输入阻抗高等优点。555定时器工作的电源电压很宽，并可承受较大的负载电流。双极型定时器电源电压范围为516V，最大负载电流可达200mA；CMOS定时器电源电压范围为318V，最大负载电流在4mA以下。图2-3 555定时器原理图 图2-4 555定时器引脚图3 硬件电路设计3.1 电源电路设计图3-1 电源电路设计图 电源部分是由整流桥和LM7812CT、LM7912CT构成，整流桥部分采用了一体式的整流桥，整流桥的作用就是能够通过二极管的单向导通的特性将电平在零点上下浮动的交流电转换为单向的直流电，通常电源中采用的整流桥。然后通过三端集成稳压电路稳压块LM7812CT、LM7912CT稳定输出正负12V电压。3.2 方波连接线路图设计图3-2 方波线路连接图由555定时器组成占空比可调的多谐振荡器比由555定时器组成的普通多谐振荡器增加了一个电位器和两个二极管。D1、D2用来决定电容充、放电电流流经电阻的途径（充电时D1导通，D2截止；放电时D2导通，D1截止)。3.3 三角波连接线路图设计图3-3 三角波线路连接图由741放大器为运算放大器中最常用的一种，拥有反相和非反相两个输入端，有输入端输入和被放大的电流或电压信号，经放大后由输出端输出。最大特点为需要一对同样大小的正负电源，由正负12V直流电源提供。3.4 正弦波电路设计 图3-4 正弦波电路设计图4 主要参数计算和分析4.1 电源电路分析 桥式整流电路的工作原理：正半周时，对D1、D3和方向电压Dl D3导通对D2、D4加反向电压D2、D4截止。负半周时，对D2、D4加正向电压D2、D4导通对D1、D3加反向电压D1、D3截止。形成上正下负的另外半波的整流电压。 整流电压经过LM7812CT +12V三端稳压器，最大输出电流都是1A和LM7912CT -12V三端稳压器稳定输出12V电源。4.2 方波产生分析 如图3-2，当电容C1被充电时，2和6引脚的电压都上升，接通+12V电源后，电容C1被充电，电容电压Vc上升，当Vc上升到Vcc2/3时，触发器被复位，此时输出电平Vo为低电平，电容C1放电，使VR下降。当VR下降到Vcc/3时，触发器又被置位，Vo翻转为高电平。 控制占空比实际上就是要控制电容C1的充放电时间，依据电路图C1充电由0到2/3VCC 3脚输出高电平，电容放电由2/3VCC降到1/3VCC输出低电平，故只要控制好C1充放电回路就可以控制C1充放电时间进而控制输出波形的占空比。 C1通过R6、D1对其充电，充电时间(C=C1)。压充到阈值电平2/3VDD时，555复位，3脚转呈低电平，此时C通过D2、R12、555内部的放电管放电，放电时间(C=C1)。则振荡周期为=。图4-1 方波产生示意图4.3 方波输出为三角波分析如图3-3，741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则 ，有 即输出电压和输入电压成积分关系。当 为固定值时 上式表明 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。图4-2 方波输出三角波示意图4.4 三角波输出正弦波分析 在三角波电压为固定频率或频率变化范围很小的情况下，要以考虑采用低通滤波的方法将三角波变换为正弦波，电路框图如图（a）所示。输入电压和输出电压的波形如图（b）所示，uO的频率等于uI基波的频率。 ui0t (a)uo0t(b)图4-3三角波输出正弦波示意图利用低通滤波器将三角波变换成正弦波将三角波按傅里叶级数展开 其中Um是三角波的幅值。根据上式可知，低通滤波器的通带截止频率应大于三角波的基波频率且小于三角波的三次谐波频率5 软件设计5.1 由555定时器产生方波 图5-1方波产生电路图5-2方波的仿真图 5.2 由方波产生三角波 图5-3三角波产生的电路图5-4三角波仿真图 5.3 由三角波产生正弦波图5-5正弦波产生电路图图5-6正弦波仿真图 6 调试过程6.1 方波-三角波发生电路的安装和调试6.1.1 安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，用示波器进行双踪观察；（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，各指标达到要求后进行下一部按装。图6-2 方波三角波调试图6.2 三角波-正弦波转换电路的安装和调试6.2.1 安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；18/28页（2）测试V1、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； 图6-3三角波正弦波调试图6.3 总电路的安装和调试（1）把两部分的电路接好，进行整体测试、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。图6-4总电路安装调试图6.4调试中遇到的问题及解决的方法（1）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,是否存在虚焊。（2）调节电位器时，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 为期两个周的课程设计已经结束，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 通过这次设计实验，使我们深入了解了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，锻炼了动手实践能力，理论知识和实践设计相结合，培养了创新开发的思维。在运用学习成果，检验学习成果，看一看课堂学习和实践工作到底有多大距离，并通过综合分析，找出学习中存在的不足，以便为完善学习计划，改变学习内容和方法提供实践依据。数字电子技术的学习比较复杂，有许多芯片的作用都需要记住，通过利用各种芯片进行实验，有助于我们对芯片功能的理解和了解他们在实际中的应用。参考文献1阎石.数字电子技术基础M.北京：高等教育出版社.2006.2康华光.电子技术基础(数字部分)M.北京：高等教育出版社.2000.3任为民.数字电子电路学习和实验指导M.北京:广播电视大学出版社.1992.4赵雅兴.编著.PSpice和电子器件模型M.北京：北京邮电大学出版社.1992.5李源生.数字电子技术M.北京：北京大学出版社.2011.附录（仪器仪表清单）器件名称规格封装数量二极管1N4148直插4整流桥2W10直插1D3稳压芯片LM7812直插1U3稳压芯片LM7912直插1U4电解电容50V/1000uF直插2C9,C13电解电容50V/470uF直插2C10,C15瓷片电容104直插 瓷片7C11,C12,C14,C16，C3，C4，C6瓷片电容103直插 瓷片2C7，C8IC座DIP8DIP82ICNE555DIP81U1运放UA741DIP81U2杜邦插针2.54mm直插10JP1可调电位器20k直插2R17,R9可调电位器50k直插1R81/4W电阻1K直插1R111/4W电阻3K直插1R101/4W电阻8K直插2R6,R121/4W电阻10K直插1R41/4W电阻4.7K直插1R7接线端子3P7.62mm1JPAPCB1潍坊学院信息和控制工程学院电子技术课程设计成绩评定表专业班级： 测控技术和仪器一班 姓名：李淑亭 学号：14031240067 设计项目内容得分备注平时表现工作态度、遵守纪律、独立完成设计任务5分独立查阅文献、收集资料、制定课程设计方案和日程安排5分设计报告电路设计 、程序设计10分测试方案及条件、测试结果完整性、测试结果分析10分摘要、设计报告正文的结构、图表规范性10分仿真和实物制作按照设计任务要求的功能仿真15分按照设计任务要求的实物制作10分按照设计任务要求的实物功能15分设计任务工作量、难度15分设计亮点5分综合成绩指导教师签名指导老师签名： 年 月 日