555定时器构成的方波、三角波、正弦波发生器 设计报告

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1 设计任务与要求12 设计方案12.1 设计思路12.1.1 方案一原理框图12.1.2 方案二原理框图22.2 函数发生器的选择方案22.3 实验器材33 硬件电路设计43.1 555定时器的介绍43.2 电路组成43.3 引脚的作用53.4 基本功能54 主要参数计算与分析74.1 由555定时器产生方波74.2 由方波输出为三角波94.3 由三角波输出正弦波105 软件设计125.1 系统组成框图125.2 元件清单136 调试过程146.1 方波-三角波发生电路的安装与调试146.1.1 按装方波三角波产生电路146.1.2 调试方波三角波产生电路146.2 三角波-正弦波转换电路的安装与调试146.2.1 按装三角波正弦波变换电路146.2.2 调试三角波正弦波变换电路146.2.3 总电路的安装与调试156.2.4 调试中遇到的问题及解决的方法157 结论168 附录178.1 用mulstisim 12设计的方波仿真电路图如图8-1178.2 用mulstisim 12设计的三角波仿真电路图如图8-3188.3 用mulstisim 12设计的正弦波仿真电路图如图8-5198.4 电源参考电路图20参考文献211 设计任务与要求(1) 555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放电结束时，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* 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，单稳态电路即开始一个稳态过程，电容C开始充电，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，暂态结束，恢复稳定，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则 ，有 即输出电压与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。4.3 由三角波输出正弦波图4-5 正弦波的产生电路 分析表明，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微法，滤波电容视输出的波形而定，若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。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；6.2.3 总电路的安装与调试（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。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，而且也巩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。也明白老师为什么要求我们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，我们感觉调试部分是最难的，因为你理论计算的值在实际当中并不一定是最佳参数，我们必须通过观察效果来改变参数的数值以期达到最好。而参数的调试是一个经验的积累过程，没有经验是不可能在短时间内将其完成的，而这个可能也是老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。比如：波形失真，甚至不出波形这样的问题。在老师和同学的帮助下，把问题一一解决，那种心情别提有多高兴啦。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，老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，不让危险事故发生。还有值得我们自豪的就是我们的线路连得横竖分明，简直就是艺术，当然，我们也有很多不足的地方，浪费了很多材料，锡焊还不是很会用，焊接的很粗糙。最后用一句话来结束吧：“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 方波的仿真图8.2 用mulstisim 12设计的三角波仿真电路图如图8-3图8-3 由积分电路将方波转化为三角波三角波仿真结果如图8-4图8-4 三角波的仿真图8.3 用mulstisim 12设计的正弦波仿真电路图如图8-5图8-5 正弦波的仿真 正弦波仿真结果如图8-6图8-6 正弦波的仿真图8.4 电源参考电路图图18 电源电路参考文献1 王传昌.高分子化工的研究对象J.天津大学学报，1997，53（3）：1-7.2 李明.物理学M.北京：科学出版社，1977：58-62.3 Gedye R，Smith F，Westaway K，et al.Use of Microwave Ovens for Rapid Orbanic Synthesis.Tetrahedron Lett，1986，27：279.4 王健.建筑物防火系统可靠性分析D.天津：天津大学，1997.5 姚光起.一种痒化锆材料的制备方法P.中国专利：891056088，1980-07-03.6 GB3100-3102 00011994，中华人民共和国国家标准S.潍坊学院信息与控制工程学院电子技术课程设计成绩评定表专业班级： 姓名： 学号： 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10分独立查阅文献、收集资料、制定课程设计方案和日程安排10分设计报告主要参数计算与分析、电路设计 20分摘要、设计报告正文的结构、图表规范性20分仿真设计按照设计任务要求的功能仿真20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