北京交大數(shù)電研究型學(xué)習(xí)報告—頻率可調(diào)方波發(fā)生器

1、自動化1203 xxx數(shù)電綜合設(shè)計簡易方波發(fā)生器班級： 自動化 姓名： 一學(xué)號： 1指導(dǎo)老師： 任希10目錄1.綜述12.電路元件結(jié)構(gòu)及工作原理22.1 555定時器22.2 74ls160同步計數(shù)器32.3 74ls175 4位寄存器43.電路工作原理仿真43.1 頻率可調(diào)方波發(fā)生器43.2可顯示頻率計數(shù)器73.3可顯示頻率的方波發(fā)生器84.誤差分析105. 總結(jié)與體會106.參考文獻10可顯示頻率的簡易方波發(fā)生器摘要：綜述矩形波信號發(fā)生器，設(shè)計可顯示頻率的簡易方波發(fā)生器。通過555定時器進行方波發(fā)生器的設(shè)計,電路簡單,穩(wěn)定性好，精度高。根據(jù)有關(guān)理論原理進行電路參數(shù)的計算和選取,借助Mult

2、isim進行電路創(chuàng)建,波形仿真，設(shè)計頻率可調(diào)，步進10Hz的簡易方波發(fā)生器,并且通過對頻率顯示電路的設(shè)計，能用三位十進制數(shù)顯示頻率。關(guān)鍵詞: 信號發(fā)生器；555定時器；方波 A Simple Square Frequency Wave Generator Which Can Display FrequencyAbstract: A summary of the rectangular wave signal generator, the design can be simplesquare frequency

3、60;wave generator. Design, square wave generator by using 555 timer circuit is simple, good stability, high precision. Calculation and selection ofthe circuit parameters according to the related theories and principles, circuit to crea

4、te, by means of Multisim waveform simulation, the design of adjustable frequency, simple side stepping 10Hz wave generator, and through the circuitdesign frequency display, can use three decimal display frequency.Keywords: Si

5、gnal generator ;555 timer ;Square wave1. 綜述信號發(fā)生器是一種歷史最為悠久的測量儀器。早在二十年代，當(dāng)電子設(shè)備剛開始出現(xiàn)時，它就出現(xiàn)了。隨著通信和雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展，四十年代出現(xiàn)了主要用于測試各種接收機的標(biāo)準(zhǔn)信號發(fā)生器，使信號發(fā)生器從定性分析的測試儀器成為定量分析的測量儀器。同時還出現(xiàn)了可用來測試脈沖電路或用作脈沖調(diào)制器的脈沖信號發(fā)生器。由于早期的信號發(fā)生器機械結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，功率比較大，電路比較簡單 (與數(shù)字儀器、示波器等相比)，因此發(fā)展速度較慢。直到1964年才出現(xiàn)了第一臺全晶體管的信號發(fā)生器。 自六十年代以來，信號發(fā)生器有了迅速的發(fā)展

6、，出現(xiàn)了函數(shù)發(fā)生器、掃頻信號發(fā)生器、合成信號發(fā)生器、程控信號發(fā)生器等新種類。各類信號發(fā)生器的主要性能指標(biāo)也都有了大幅度的提高，同時在簡化機械結(jié)構(gòu)、小型化、多功能等各方面也有了顯著的進展。而矩形波發(fā)生電路在測量、自動控制、通訊、無線電廣播和遙控等許多技術(shù)領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用，甚至在收音機、電視機和電子表等日常生活用品中也離不開它。總之矩形波發(fā)生電路廣泛地用于工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)實驗和日常生活等各個領(lǐng)域中。2.電路元件結(jié)構(gòu)及工作原理2.1 555定時器555 定時器內(nèi)部包括兩個電壓比較器，三個等值串聯(lián)電阻，一個 SR 觸發(fā)器，一個放電管 T 及功率輸出級。它提供兩個基準(zhǔn)電壓VCC /3 和 2VCC /

7、3 。555 定時器的功能主要由兩個比較器決定。兩個比較器的輸出電壓控制 SR 觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當(dāng)5腳懸空時，則電壓比較器C1的同相輸入端的電壓為2VCC /3，C2的反相輸入端的電壓為VCC /3。若觸發(fā)輸入端 TR 的電壓小于VCC /3則比較器C2的輸出為0可使SR觸發(fā)器置1，使輸出端OUT=1。如果閾值輸入端TH的電壓大于2/3VCC，同時TR端的電壓大于VCC /3，則C1的輸出為0，C2的輸出為1，可將SR觸發(fā)器置0，使輸出為0電平。 它的各個引腳功能如下： 1腳：外接電源負(fù)端VSS或接地，一般情況下接地。 8腳：外接電源VCC，雙極型時基電路VCC的

8、范圍是4.5 16V，CMOS型時基電路VCC的范圍為3 18V。一般用5V。 3腳：輸出端Vo2腳：低觸發(fā)端6腳：TH高觸發(fā)端4腳：是直接清零端。當(dāng)端接低電平，則時基電路不工作，此時不論TH處于何電平，時基電路輸出為“0”，該端不用時應(yīng)接高電平。 5腳：VC為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內(nèi)部兩個比較器的基準(zhǔn)電壓，當(dāng)該端不用時，應(yīng)將該端串入一只小電容接地，以防引入干擾。7腳：放電端。該端與放電管集電極相連，用做定時器時電容的放電。 2.2 74ls160同步計數(shù)器 引腳圖如下：74ls160功能表從功能表的第一行可知，當(dāng)0（輸入低電平），則不管其他輸入端（包括CP端）狀態(tài)如何，四個數(shù)據(jù)

9、輸出端QA、QB、QC、QD全部清零。由于這一清零操作不需要時鐘脈沖CP配合（即不管CP是什么狀態(tài)都行），所以為異步清零端，且低電平有效，也可以說該計數(shù)器具有“異步清零”功能。從功能表的第二行可知，當(dāng)1且0時，時鐘脈沖CP上升沿到達(dá)，四個數(shù)據(jù)輸出端QA、QB、QC、QD同時分別接收并行數(shù)據(jù)輸入信號a、b、c、d。由于這個置數(shù)操作必須有CP上升沿配合，并與CP上升沿同步，所以稱那么該芯片具有“同步置數(shù)”功能。從功能表的第三行可知，當(dāng)1，CTrCTp1時，則對計數(shù)脈沖CP實現(xiàn)同步十進制加計數(shù)；而從功能表的第四行又知道，當(dāng)1時，只要CTr和ENP中有一個為0，則不管CP狀態(tài)如何（包括上升沿），計數(shù)器

10、所有數(shù)據(jù)輸出都保持原狀態(tài)不變。因此，CTr和CTp應(yīng)該為計數(shù)控制端，當(dāng)它們同時為1時，計數(shù)器執(zhí)行正常同步計數(shù)功能；而當(dāng)它們有一個為0時，計數(shù)器執(zhí)行保持功能。另外，進位輸出QCC= CTr·Q0·Q1·Q2·Q3表明，進位輸出端僅當(dāng)計數(shù)控制端CTr1且計數(shù)器狀態(tài)為15時它才為1，否則為02.3 74ls175 4位寄存器引腳圖如下：當(dāng)0（輸入低電平）時，輸出端異步清零。當(dāng)1（輸入高電平）時，在CP上升沿作用下，將輸入端D0D3送入觸發(fā)器輸出端鎖存，在CP非上升沿情況下，輸出端與輸入端D0D3無關(guān)3.電路工作原理仿真3.1 頻率可調(diào)方波發(fā)生器 電路圖如下：

11、由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器如圖所示，R1，R2和C（C由C3、C4、C5、C6、C7、C8、C1構(gòu)成）是外接定時元件，電路中將高電平觸發(fā)端（6腳） 和低電平觸發(fā)端（2腳）并接后接到R2和C5的連接處，將放電端（7腳）接到R1，R2的連接處。由于接通電源瞬間，電容C來不及充電，電容器兩端電壓uc為低電平，小于（1/3）Vcc，故高電平觸發(fā)端與低電平觸發(fā)端均為低電平，輸出uo為高電平，放電管VT截止。這時，電源經(jīng)R2，R1對電容C充電，使電壓uc按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)uc上升到（2/3）Vcc時，輸出uo為低電平，放電管VT導(dǎo)通，把uc從（1/3）Vcc 上升到（2/3）Vcc這段時間內(nèi)電路的狀態(tài)

12、稱為第一暫穩(wěn)態(tài)，其維持時間TPH的長短與電容的充電時間有關(guān) 。充電時間常數(shù)T=（R1R2）C。 振蕩頻率為 由上述公式可得，當(dāng)R1=2.34K，R2=10K時，開關(guān)狀態(tài)S6S1用6位二進制數(shù)表示，0代表閉合，1代表斷開。開關(guān)全部閉合，記開關(guān)狀態(tài)為000000，此時C=6.4uF,輸出out頻率為S1斷開，開關(guān)狀態(tài)為000001，此時C=C4/C7=3.2uF,輸出out頻率為S2斷開，開關(guān)狀態(tài)為000010，此時C=C4/C9=uF,輸出out頻率為S1，S2斷開，開關(guān)狀態(tài)為000011，此時C=C4/C7/C9=1.6uF,輸出out頻率為 以此類推，可以通過開關(guān)S6S1不斷調(diào)節(jié)C的大小，開

13、關(guān)從000000111111可使頻率從10Hz到640Hz變化，頻率可調(diào)，步進為10Hz。例：開關(guān)狀態(tài)為000001時，輸出20HZ:開關(guān)狀態(tài)為000011時，輸出為40HZ:開關(guān)狀態(tài)為000100時，輸出為50HZ:3.2可顯示頻率計數(shù)器 電路圖如下：信號發(fā)生器XFG1為頻率0.5Hz的方波，信號發(fā)生器XFG2為需要測試的方波頻率。當(dāng)XFG1輸入高電平1時，持續(xù)1s，計數(shù)器74ls160的CLR=1,在XFG2的時鐘脈沖下降沿實行計數(shù)功能。當(dāng)QA=QD=1（即計數(shù)到9）時，通過與非門反饋至LOAD端和下個74ls160的ENT端，使在下一個CP下降沿的時候該計算器置零并且下個74ls160加

14、一，如此可實現(xiàn)十進制數(shù)的計數(shù)功能。當(dāng)XFG1下降沿的時候（從高電平變?yōu)榈碗娖剑i存器將計數(shù)器的輸出端數(shù)據(jù)送入8段數(shù)碼管并且顯示出來（如圖，從右到左依次為百位、十位、個位），同時通過6個7404N非門使XFG1的低電平到來延時，使數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)后再對計數(shù)器實現(xiàn)清零。在下一次XFG1輸入高電平1時，重新開始計算，下一次下降沿時可再一次顯示頻率，使數(shù)碼管能夠每2秒刷新一次頻率。電路仿真如下（測試頻率為589HZ）：3.3可顯示頻率的方波發(fā)生器將上述的555方波發(fā)生器和頻率計數(shù)器組合起來，用555方波發(fā)生器的輸出端out代替頻率接收器中的XFG1，測試555方波發(fā)生器的頻率。當(dāng)開關(guān)S6S1為0000

15、10是，頻率為30Hz（圖中從右到左）波形如圖：4.誤差分析實驗的實際顯示頻率和理論值有一定的誤差，由式,R1+2*R2=22.34375K,而實際選用的電阻大小有一定偏差，并且該式忽略了放電開關(guān)T的電阻，使得存在誤差。但誤差較小，根據(jù)結(jié)果顯示最終誤差在5hz以內(nèi)。5. 總結(jié)與體會 在這次研究性學(xué)習(xí)中，我選擇了可顯示頻率的簡易方波發(fā)生器，首先在電路設(shè)計過程中就遇到了不少問題。在用555定時器設(shè)計方波發(fā)生器時，仿真過程中，multisim中的頻率計數(shù)器起先一直不能顯示頻率，后查閱資料后發(fā)現(xiàn)其靈敏度（RMS）不能超過輸出電壓的倍，而初始默認(rèn)值過大，在不斷調(diào)低靈敏度電壓后，發(fā)現(xiàn)在500mv時能夠顯示頻率。其次在設(shè)計可顯示頻率計數(shù)器時，仿真開始數(shù)碼管一直不能點亮，多次檢查電路后發(fā)現(xiàn)有幾處電路連接錯誤，及時更改后仿真成功。最后兩個電路連接到一起的時候終于出了比較理想的結(jié)果，雖然部分頻率顯示還是有一定的誤