基于555定时器的信号发生器

1目录一、设计要求..................................................2二、设计方案与论证............................................2三、设计原理及电路图..........................................3五、元器件识别与检测..........................................6六、软件编程与调试...........................................10七、设计心得.................................................11八、参考文献.................................................122一、设计要求1、在给定的±6V直流电源电压条件下，使用555芯片和运算放大器设计并制作一个多波形发生器2、输出电压：方波：3≤Vp-p≤5V三角波：138mv≤Vp-p≤280mv3、方波：上升和下降时间：≤10ms二、设计方案与论证方案一：主要是应用集成运放LM324，其芯片的内部结构是由4个集成运放所组成的,通过RC电桥可产生正弦波，通过滞回比较器能调出方波,并再次通过积分电路就可以调试出三角波，此电路方案能实现基本要求和扩展总分的功能，电路较简单，调试方便，是一个优秀的可实现的方案。方案二：利用ICL8038芯片构成8038集成函数发生器。8038集成函数发生器是一种多用途的波形发生器，可以用来产生正弦波、方波、三角波和锯齿波，其振荡频率可通过外加的直流电压进行调节，所以是压控集成信号产生器。由于外接电容C的充、放电电流由两个电流源控制，所以电容C两端电压uc的变化与时间成线形关系，从而可以获得理想的三角波输出。8038电路中含有正弦波变换器，故可以直接将三角波变成正弦波输出。另外还可以将三角波通过触发器变成方波输出。该方案的特点是十分明显的：、⑴线性良好、稳定性好；⑵频率易调，在几个数量级的频带范围内，可以方便地连续地改变频率，而且频率改变时，幅度恒定不变；⑶不存在如文氏电桥那样的过渡过程，接通电源后会立即产生稳定的波形；⑷三角波和方波在半周期内是时间的线性函数，易于变换其他波形。3方案三：可以按照方波——三角波——正弦波的顺序来设计电路，其中，方波可以通过模电中的方波发生电路来产生，也可以通过数电中的555多谐振荡电路来产生，方波到三角波为积分的过程，三角波到正弦波可以通过低通滤波来实现，也可以利用差分放大器的传输非线性来实现或者通过折现法来实现。可行性分析：纵观以上N种方案，对比如下，首先排除第二种用集成芯片的方法，因为这种方法对设计的要求太低；其次分析方案一可得其RC桥式正弦震荡电路的占空比受R和C共同影响，调节频率时需要调节的元器件参数太多，比较繁琐，并且此震荡电路的频率也不是很好的满足设计的要求。所以综上所述，选择方案三来实现本次的课程设计：555多谐振荡器的频率很好计算和调节，并且输出的波形比较准确；波到三角波的转化可通过简单RC积分电路来实现；角波到正弦波可通过简单RC低通滤波器来实现也可通过折现法或者差分法来实现。三、设计原理及电路图如下图所示电路可产生方波并输出。其中555定时器接成多谐振荡器工作形式，C2为定时电容，C2的充电回路是R2→R3→RP→C2；C2的放电回路是C2→RP→R3→IC的7脚(放电管)。由于R3+RPR2，所以充电时间常数与放电时间常数近似相等，由IC的3脚输出的是近似对称方波。按图所示元件参数，其频率为1kHz左右，调节电位器RP可改变振荡器的频率。4产生方波，如图3.1所示：图3.1方波信号经R4、C5积分网络后，输出三角波，如图3.2所示：图3.25三角波再经R5、C6积分网络，输出近似的正弦波，如图3.3所示：图3.3如图所示电路可同时产生方波、三角波、正弦波并输出，该信号发生器电路简单、成本低廉、调整方便。其产生的波形顺序如图3.4所示：图3.4555定时器形成多谐振荡器方波积分电路三角波积分电路6四、元器件清单元件序号型号主要参数数量备注1发光二极管VD12电阻R1510Ω13电阻R21KΩ14电阻R362KΩ15电阻R410KΩ16电阻R510KΩ17电阻R610KΩ18滑动变阻器RP20KΩ19555芯片ICNE555110瓷片电容C1100μ111瓷片电容C410μ112电解电容C20.01μ113电解电容C30.01μ114电解电容C50.47μ115电解电容C60.1μ116电解电容C70.1μ1表4.1五、元器件识别与检测（一）电阻的识别1、单位：欧姆(Ω)1MΩ=1000kΩ1kΩ=1000Ω2、电阻的种类：贴片电阻金属膜电阻碳膜电阻水泥电阻特殊电阻（1）贴片电阻：符号：“Ｒ”，“ＲＮ”（黑底白字），贴片电阻分为单个贴片电阻和排阻7（2）金属膜电阻：符号：“ＲＪ”，外型小，功率小。（3）碳膜电阻：符号：“ＲＴ”，外型大，功率大一些。（4）水泥电阻：外型更大，功率最大，5W,10W3、读取阻值：贴片电阻上面字如：103、472等，数值的前两位是有效数，第三位是倍数：103有效数是10，3是倍数，它的阻值是10Ω*103=10kΩ472有效数是47，2是倍数，它的阻值是10Ω*102=4.7kΩ四位数电阻：前三位为有效数，第四位为倍数含有字母的电阻：R39、3R3，R在这里是小数点的意思。色环电阻读取阻值：四道色环，一、二道为有效数，三道为倍数，四道为误差值R=AB*10C（二）芯片介绍：本电路采用555定时器，555定时器是一种集模拟、数字于一体的中规模集成电路，其应用极为广泛。它不仅用于信号的产生和变换，还常用于控制和检测电路中。引脚功能：Vi1（TH）：高电平触发端，简称高触发端，又称阈值端，标志为TH。Vi2（TR）：低电平触发端，简称低触发端，标志为TR。VCO：控制电压端。VO：输出端。Dis：放电端。Rd：复位端。555定时器内含一个由三个阻值相同的电阻R组成的分压网络，产生31VCC和32VCC两个基准电压；两个电压比较器C1、C2；一个由与非门G1、G2组成的基本RS触发器（低电平触发）；放电三极管T和输出反相缓冲器G3。Rd是复位端，低电平有效。复位后,基本RS触发器的Q端为1（高电平），经反相缓冲器后，输出为0（低电平）。8分析555定时器的内部电路图可知：在555定时器的VCC端和地之间加上电压，并让VCO悬空，则比较器C1的同相输入端接参考电压32VCC，比较器C2反相输入端接参考电压31VCC，为了学习方便，我们规定：当TH端的电压32VCC时，写为VTH=1，当TH端的电压32VCC时，写为VTH=0。当TR端的电压31VCC时，写为VTR=1，当TR端的电压31VCC时，写为VTR=0。低触发：当输入电压Vi231VCC且Vi132VCC时，VTR=0，VTH=0，比较器C2输出为低电平，C1输出为高电平，基本RS触发器的输入端S=0、R=1，使Q＝1，Q＝0，经输出反相缓冲器后，VO＝1，T截止。这时称555定时器“低触发”；保持：若Vi231VCC且Vi132VCC，则VTR=1，VTH=0，S=R=1，基本RS触发器保持，VO和T状态不变，这时称555定时器“保持”。高触发：若Vi132VCC，则VTH=1，比较器C1输出为低电平，无论C2输出何种电平，基本RS触发器因R=0，使Q＝1，经输出反相缓冲器后，VO＝0；T导通。这时称555定时器“高触发”。VCO为控制电压端，在VCO端加入电压，可改变两比较器C1、C2的参考电压。正常工作时，要在VCO和地之间接0．01μF（电容量标记为103）电容。放电管Tl的输出端Dis为集电极开路输出。555定时器的控制功能说明见表5.1:输入输出THTRdRVODis××LL导通32VCC31VCCHH截止32VCC31VCCH不变不变32VCC×HL导通表5.19555定时器的内部电路由分压器、电压比较器C1和C2、由两个与非门G1和G2组成的基本RS触发器（低电平触发）、放电三极管T以及输出反相缓冲器G3组成，其内部结构如下图5.2所示：图5.2555定时器的内部电路框图及逻辑符号和管脚排列分别如下图5.3所示：图5.310六、软件编程与调试（一）进行MULTISIM电路实验仿真，仿真波形如下图6.1所示:图6.1（二）三角波仿真，如下图6.2所示：、图6.211（三）正弦波仿真，如下图6.3所示：图6.3七、设计心得通过此次课程设计，，我了解了555芯片的工作原理，进一步懂得了用555芯片构成能产生正弦波、方波和三角波函数信号发生器的工作原理，在做实验之前要查阅大量的资料，根据自己所学的知识以及设计的要求设计好电路，写出内部电路和整个电路的运行原理，画出电路结构框图，列出元器件清单，并且学会了用MULTISIM仿真软件对实验电路进行仿真。12八、参考文献康华光等《电子技术基础》模拟部分(第五版)高等教育出版社康华光等《电子技术基础》数字部分(第五版)高等教育出版社黄智伟等《基于NIMultisim的电子电路计算机仿真设计与分析》陈尚松等《电子测量与仪器》（第二版）电子工业出版社其他部分资料来源于互联网