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I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........................................................43.1555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......................................................126调试过程...........................................................126.1方波---三角波发生电路的安装与调试.............................126.1.1按装方波——三角波产生电路..............................126.1.2调试方波——三角波产生电路..............................126.2三角波---正弦波转换电路的安装与调试............错误!未定义书签。6.2.1按装三角波——正弦波变换电路.............错误!未定义书签。6.2.2调试三角波——正弦波变换电路.............错误!未定义书签。6.2.3总电路的安装与调试.......................错误!未定义书签。6.2.4调试中遇到的问题及解决的方法.............错误!未定义书签。电子技术课程设计说明书II7结论................................................错误!未定义书签。8附录...............................................................138.1用mulstisim12设计的方波仿真电路图如图8-1...................138.2用mulstisim12设计的三角波仿真电路图如图8-3.................148.3用mulstisim12设计的正弦波仿真电路图如图8-5.................148.4电源参考电路图................................................15参考文献...............................................错误!未定义书签。电子技术课程设计说明书11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_p=12v;输出三角波Vp-p0.2v;输出正弦波Vp-p1v;(2)写出详细的电路工作原理、参数计算；(3)画出仿真电路图；(4)仿真测试并记录结果：A.输出方波的仿真结果；B.输出三角波的仿真结果；C.输出正弦波的仿真结果；(5)设计以上电路工作电源：A.画出电源电路图；B.写出电源电路工作原理、参数计算；(6)制作实物；2设计方案2.1设计思路2.1.1方案一原理框图图2-1方波、三角波、正弦波信号发生器的原理框图电子技术课程设计说明书2首先由555定时器组成的多谐振荡器产生方波，然后由积分电路将方波转化为三角波，最后用低通滤波器将方波转化为正弦波，但这样的输出将造成负载的输出正弦波波形变形，因为负载的变动将拉动波形的崎变。2.1.2方案二原理框图图2-2正弦波、方波、三角波信号发生器的原理框图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，电路框图如上。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。此电路具有良好的正弦波和方波信号。但经过积分器电路产生的同步三角波信号，存在难度。原因是积分器电路的积分时间常数是不变的，而随着方波信号频率的改变，积分电路输出的三角波幅度同时改变。若要保持三角波幅度不变，需同时改变积分时间常数的大小。2.2函数发生器的选择方案函数发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等电压波形的电路或仪器。根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，使用的器件可以是分立器件(如低频信号函数发生器S101全部采用晶体管)，也可以采用集成电路(如单片函数发生器模块8038)。为进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术，本课题未采用单片函数发生器模块8038。方案一的电路结构、思路简单，运行时性能稳定且能较好的符合设计要求，且成本低廉、调整方便，关于输出正弦波波形的变形，可以通过可变电阻的调节来正弦波方波三角波积分电路RC正弦波振荡电路路电压比较器电子技术课程设计说明书3调整。而方案二，关于三角波的缺陷，不是能很好的处理，且波形质量不太理想，且频率调节不如方案一简单方便。综上所述，我们选择方案一。2.3实验器材电阻，555定时器，滑动变阻器，电容，电解电容，二极管，晶体管，示波器，741及导线若干。主要芯片的作用：（1）555定时器：产生方波；（2）741：将方波转换成三角波；电子技术课程设计说明书43硬件电路设计3.1555定时器的介绍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、控制与检测。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5～16V，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。3.2电路组成（1）图3-2，图3-3为555集成定时器555定时器的内部逻辑图和引脚图，其由五个组成：（2）由三个阻值为5kΩ的电阻组成的分压器；（3）两个电压比较器C1和C2：图3-1电气原理图v+＞v－，vo=1；v+＜v－，vo=0。（3）基本RS触发器；（4）放电三极管T及缓冲器G电子技术课程设计说明书5图3-2555定时器内部逻辑图图3-3引脚图3.3引脚的作用1引脚：接地端，与地相接；2引脚：触发输入端；3引脚:电压输出端；4引脚：RD复位端：当端接低电平，则时基电路不工作，此时不论、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。5引脚:电压控制端；若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入干扰。6引脚:阈值输入端；7引脚：放电端；8引脚：电源输入端。外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5~16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3~18V。一般用5V。3.4基本功能当5脚悬空时，比较器C1和C2的比较电压分别为ccV32和ccV31电子技术课程设计说明书6（1）当vI1，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，vI2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0～VCC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3-1555定时器功能表清零端高触发端地触发端Q放电管功能0××0导通直接清零101×保持保持1101截止置11001截止置11110导通清零电子技术课程设计说明书74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BJTT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*ln2≈0.7*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*ln2≈0.7*R3*C2；电子技术课程设计说明书8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，V