基于555定時器的波形信號發(fā)生器

1、 新能源與動力工程學院課程設計報告電子器件市場調(diào)研與系統(tǒng)分析設計實踐 專業(yè)電氣工程及其自動化 班級電氣1401 姓名楊文博 學號201411263 指導教師陸興旺2016年 12 月能源與動力工程學院課程設計任務書課程名稱： 電子器件市場調(diào)研與系統(tǒng)分析設計實踐 指導教師（簽名）： 陸興旺班級： 電氣1401班 姓名： 楊文博 學號： 201411263 一、課程設計題目基于555定時器的波形信號發(fā)生器二、課程設計使用的原始資料（數(shù)據(jù)）及設計技術(shù)要求1.設計波形信號發(fā)生電路2.通過555定時器方波電路產(chǎn)生方波信號3.通過積分電路得到三角波4.再通過積分電路得到正弦波三、課程設計的目的1.掌握55

2、5定時器芯片的功能；2.掌握multisim仿真及焊接工具的使用、電子元器件的識別并了解其功能；3.掌握555定時器的方波發(fā)生電路、積分電路。四、課程設計的主要內(nèi)容和要求 1.主要內(nèi)容：利用555定時器設計并制作波形信號發(fā)生器；2.設計要求：設計一個波形信號發(fā)生器，能夠產(chǎn)生方波、三角波，正弦波三種波形。五、工作進度安排時間地點設計內(nèi)容及要求12.26明德樓305分組與任務分配，查閱相關資料12.27-12.28明德樓305設計電路圖并仿真驗證12.29明德樓305焊接電路實物圖并調(diào)試12.30明德樓305撰寫課程設計報告，制作答辯PPT，進行答辯六、主要參考文獻1童詩白、華成英.模擬電子技術(shù)基

3、礎M.4版.北京:高等教育出版社,20062黃智偉.基于NI Multisim 的電子電路計算機仿真設計與分析M.4版.北京：電子工業(yè)出版社，20013閆石.數(shù)字電子技術(shù)基礎M.5版.北京：高等教育出版社，2005審核批準意見系主任（簽字） 年月日指導教師評語及成績評定表指導教師評語成績設計過程（40分）設計報告（50分）小組答辯（10分）總成績（100分）指導教師簽字： 年 月 日基于555定時器的波形發(fā)生器摘 要各種電器設備要正常工作，常常需要各種波形信號的支持。電器設備中常用的信號有正弦波、矩形波、三角波等。在電器設備中，這些信號是由波形產(chǎn)生和變換電路來提供的。這種能夠產(chǎn)生多種波形，如三

4、角波、矩形波（含方波）、正弦波的電路被稱為函數(shù)信號發(fā)生器。函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生的各種波形能滿足現(xiàn)代測量、通信、自動控制和熱加工、音視頻設備及數(shù)字系統(tǒng)等對各種信號源的需求。例如設計和測試、汽車制造、生物醫(yī)藥、傳感器仿真、制造模型等。在生產(chǎn)實踐和科技領域中有著廣泛的應用。關鍵字：正弦波，矩形波，三角波，函數(shù)信號發(fā)生器目 錄一 設計要求- 1 -二 設計方案與論證- 1 -三 設計原理及電路圖- 3 -四 元器件清單- 5 -五 元器件識別與檢測- 6 -5.1 電阻- 6 -5.2 芯片- 7 -六 軟件編程與調(diào)試- 11 -總結(jié)與致謝- 14 -參考文獻- 15 -實物圖- 16 -一 設計要求1

5、、在給定的±6V直流電源電壓條件下，使用555芯片和設計并制作一個波形信號發(fā)生電路。2、可以產(chǎn)生方波、三角波、正弦波三種波形。二 設計方案與論證方案一主要是應用集成運放LM324，其芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是由4個集成運放所組成的,通過RC電橋可產(chǎn)生正弦波，通過滯回比較器能調(diào)出方波,并再次通過積分電路就可以調(diào)試出三角波，此電路方案能實現(xiàn)基本要求和擴展總分的功能，電路較簡單，調(diào)試方便，是一個優(yōu)秀的可實現(xiàn)的方案。方案二利用ICL8038芯片構(gòu)成8038集成函數(shù)發(fā)生器。8038集成函數(shù)發(fā)生器是一種多用途的波形發(fā)生器，可以用來產(chǎn)生正弦波、方波、三角波和鋸齒波，其振蕩頻率可通過外加的直流電壓進行調(diào)節(jié)，所

6、以是壓控集成信號產(chǎn)生器。由于外接電容C的充、放電電流由兩個電流源控制，所以電容C兩端電壓uc的變化與時間成線形關系，從而可以獲得理想的三角波輸出。8038電路中含有正弦波變換器，故可以直接將三角波變成正弦波輸出。另外還可以將三角波通過觸發(fā)器變成方波輸出。該方案的特點是十分明顯的：線性良好、穩(wěn)定性好；頻率易調(diào)，在幾個數(shù)量級的頻帶范圍內(nèi)，可以方便地連續(xù)地改變頻率，而且頻率改變時，幅度恒定不變；不存在如文氏電橋那樣的過渡過程，接通電源后會立即產(chǎn)生穩(wěn)定的波形；三角波和方波在半周期內(nèi)是時間的線性函數(shù)，易于變換其他波形。方案三：可以按照方波三角波正弦波的順序來設計電路，其中，方波可以通過模電中的方波發(fā)生電

7、路來產(chǎn)生，也可以通過數(shù)電中的555多諧振蕩電路來產(chǎn)生，方波到三角波為積分的過程，三角波到正弦波可以通過低通濾波來實現(xiàn)，也可以利用差分放大器的傳輸非線性來實現(xiàn)或者通過折現(xiàn)法來實現(xiàn)?？尚行苑治觯嚎v觀以上N種方案，對比如下，首先排除第二種用集成芯片的方法，因為這種方法對設計的要求太低；其次分析方案一可得其RC橋式正弦震蕩電路的占空比受R和C共同影響，調(diào)節(jié)頻率時需要調(diào)節(jié)的元器件參數(shù)太多，比較繁瑣，并且此震蕩電路的頻率也不是很好的滿足設計的要求。所以綜上所述，選擇方案三來實現(xiàn)本次的課程設計：555多諧振蕩器的頻率很好計算和調(diào)節(jié)，并且輸出的波形比較準確；波到三角波的轉(zhuǎn)化可通過簡單RC積分電路來實現(xiàn)；角波到

8、正弦波可通過簡單RC低通濾波器來實現(xiàn)也可通過折現(xiàn)法或者差分法來實現(xiàn)。三 設計原理及電路圖如下圖所示電路可產(chǎn)生方波并輸出。其中555定時器接成多諧振蕩器工作形式，C2為定時電容，C2的充電回路是R2R3RPC2；C2的放電回路是C2RPR3IC的7腳(放電管)。由于R3+RP>>R2，所以充電時間常數(shù)與放電時間常數(shù)近似相等，由IC的3腳輸出的是近似對稱方波。按圖所示元件參數(shù)，其頻率為1kHz左右，調(diào)節(jié)電位器RP可改變振蕩器的頻率。產(chǎn)生方波，如圖3.1所示：圖3.1方波信號經(jīng)R4、C5積分網(wǎng)絡后，輸出三角波，如圖3.2所示：圖3.2三角波再經(jīng)R5、C6積分網(wǎng)絡，輸出近似的正弦波，如圖3

9、.3所示：圖3.3如圖所示電路可同時產(chǎn)生方波、三角波、正弦波并輸出，該信號發(fā)生器電路簡單、成本低廉、調(diào)整方便。其產(chǎn)生的波形順序如圖3.4所示：555定時 器形成 多諧振蕩 器方波積 分電 路三角波積 分電 路圖3.4四 元器件清單元件序號型號主要參數(shù)數(shù)量備注1發(fā)光二極管VD 12電阻R1510 13電阻R21K 14電阻R362K 15電阻R410K 16電阻R510K 17電阻R610K 18滑動變阻器RP20K 19555芯片ICNE555 110瓷片電容C1100 111瓷片電容C410 112瓷片電容C20.01 113瓷片電容C30.01 114瓷片電容C50.47 115瓷片電容C

10、60.1 116瓷片電容C70.1 1表4.1五 元器件識別與檢測5.1 電阻1.電阻的識別單位：歐姆()1M=1000k1k=10002.電阻的種類：貼片電阻、金屬膜電阻、碳膜電阻、水泥電阻、特殊電阻（1）貼片電阻：符號：“”，“”（黑底白字），貼片電阻分為單個貼片電阻和排阻2）金屬膜電阻：符號：“”，外型小，功率小。（3）碳膜電阻：符號：“”，外型大，功率大一些。（4）水泥電阻：外型更大，功率最大，5W,10W3、讀取阻值：貼片電阻上面字如：103、472等，數(shù)值的前兩位是有效數(shù)，第三位是倍數(shù)：103有效數(shù)是10，3是倍數(shù)，它的阻值是10*103=10k472有效數(shù)是47，2是倍數(shù)，它的阻

11、值是10*102=4.7k四位數(shù)電阻：前三位為有效數(shù)，第四位為倍數(shù) 含有字母的電阻：R39、3R3，R在這里是小數(shù)點的意思。色環(huán)電阻讀取阻值：四道色環(huán)，一、二道為有效數(shù)，三道為倍數(shù)，四道為誤差值R=AB*10C5.2 芯片555定時器的功能：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RS觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)在電源與地之間加上電壓，當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RS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2VCC/3，同時TR

12、端的電壓大于VCC/3，則C1的輸出為0，C2的輸出為1，可將RS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：外接電源負端VSS或接地，一般情況下接地。3腳：輸出端Vo2腳：低觸發(fā)端4腳：是直接清零端。當此端接低電平，則時基電路不工作，此時不論TR、TH處于何電平，時基電路輸出為“0”，該端不用時應接高電平。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電壓，當該端不用時，應將該端串入一只0.01F電容接地，以防引入干擾。6腳：TH高觸發(fā)端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。8腳：外接電源VCC，雙極型時基電路VCC的范圍是4.516

13、V，CMOS型時基電路的范圍為318V。一般用5V。Vi1（TH）：高電平觸發(fā)端，簡稱高觸發(fā)端，又稱閾值端，標志為TH。555定時器內(nèi)含一個由三個阻值相同的電阻R組成的分壓網(wǎng)絡，產(chǎn)生VCC和VCC兩個基準電壓；兩個電壓比較器C1、C2；一個由與非門G1、G2組成的基本RS觸發(fā)器（低電平觸發(fā)）；放電三極管T和輸出反相緩沖器G3。是復位端，低電平有效。復位后, 基本RS觸發(fā)器的端為1（高電平），經(jīng)反相緩沖器后，輸出為0（低電平）。分析555定時器的內(nèi)部電路圖可知：在555定時器的VCC端和地之間加上電壓，并讓VCO懸空，則比較器C1的同相輸入端接參考電壓VCC，比較器C2反相輸入端接參考電壓VCC

14、 ，為了學習方便，我們規(guī)定：當TH端的電壓>VCC時，寫為VTH=1，當TH端的電壓<VCC時，寫為VTH=0。當端的電壓>VCC時，寫為VTR=1，當端的電壓<VCC時，寫為VTR=0。低觸發(fā)：當輸入電壓Vi2<VCC 且Vi1<VCC時，VTR=0，VTH=0，比較器C2輸出為低電平，C1輸出為高電平，基本RS觸發(fā)器的輸入端=0、=1，使Q1，0，經(jīng)輸出反相緩沖器后，VO1，T截止。這時稱555定時器“低觸發(fā)”；保持：若Vi2>VCC 且Vi1<VCC，則VTR=1，VTH=0，=1，基本RS觸發(fā)器保持，VO和T狀態(tài)不變，這時稱555定時器“

15、保持”。高觸發(fā)：若Vi1>VCC，則VTH=1，比較器C1輸出為低電平，無論C2輸出何種電平，基本RS觸發(fā)器因=0，使1，經(jīng)輸出反相緩沖器后，VO0；T導通。這時稱555定時器“高觸發(fā)”。 VCO為控制電壓端，在VCO端加入電壓，可改變兩比較器C1、C2的參考電壓。正常工作時，要在VCO和地之間接001F（電容量標記為103）電容。放電管Tl的輸出端Dis為集電極開路輸出。555定時器的控制功能說明見表5.1:輸 入輸 出THVODis××LL導通<VCC<VCCHH截止<VCC>VCCH不變不變>VCC×HL導通表5.1555

16、定時器的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)如下圖5.2所示：圖5.2555定時器的內(nèi)部電路框圖及邏輯符號和管腳排列分別如下圖5.3所示：圖5.3六 軟件編程與調(diào)試（一）進行MULTISIM電路實驗仿真，仿真波形如下圖6.1所示:圖6.1（二）三角波仿真，如下圖6.2所示： 、圖6.2（三）正弦波仿真，如下圖6.3所示：圖6.3總結(jié)與致謝在這2016年的年末，經(jīng)過我們的努力，我們圓滿的完成了2016-2017學年第一學期的課程設計。此次我們的課程設計是電子器件市場調(diào)研與系統(tǒng)分析設計實踐，而我們小組做的是基于555定時器的波形信號發(fā)生器。波形信號與我們的生活息息相關，但說實話我們對其的產(chǎn)生很不了解。這種很熟悉卻又很遙遠的感覺激發(fā)了我的求知欲望。經(jīng)過我們認真的查閱資料，我們了解了555定時器的原理以及555定時器的方波電路，并基于方波電路得到三角波和正弦波。然后我們開始設計波形信號發(fā)生器，我們通過仿真軟件設計了原理圖，并在網(wǎng)上買到了所需的元器件。本次課程設計主要有軟件部分和硬件部分，即設計原理圖及購買和焊接實物電路并最后調(diào)試。這真正做之前我感覺并不難，但是真正上手之后卻是錯漏百出。比如我們在焊接二極管時，由于不仔細沒有注意到它的極性，最后才發(fā)現(xiàn)焊反了，還有部分地方存在虛焊等問題。雖然最后在大家的努力下一一得以解決，但是這也說明我們還存在很多問題。類似于