555定时器构成的方波三角波正弦波发生器 设计报告.docx
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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定时器构成得方波、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1
2设计方案1
2。
1 设计思路1
2、1。
1方案一原理框图ﻩ1
2、1.2 方案二原理框图ﻩ2
2。
2 函数发生器得选择方案ﻩ2
2、3 实验器材3
3硬件电路设计ﻩ4
3、1 555定时器得介绍4
3。
2电路组成4
3。
3引脚得作用5
3、4基本功能ﻩ5
4 主要参数计算与分析7
4。
1由555定时器产生方波ﻩ7
4、2由方波输出为三角波9
4。
3 由三角波输出正弦波10
5 软件设计12
5、1 系统组成框图ﻩ12
5。
2元件清单13
6调试过程ﻩ14
6.1方波—-—三角波发生电路得安装与调试14
6。
1。
1按装方波——三角波产生电路ﻩ14
6、1。
2调试方波——三角波产生电路14
6.2 三角波-—-正弦波转换电路得安装与调试14
6。
2、1按装三角波——正弦波变换电路14
6、2、2调试三角波——正弦波变换电路ﻩ14
6、2。
3总电路得安装与调试15
6。
2、4调试中遇到得问题及解决得方法ﻩ15
7 结论16
8 附录ﻩ17
8。
1用mulstisim12设计得方波仿真电路图如图8-117
8.2 用mulstisim12设计得三角波仿真电路图如图8-3ﻩ18
8。
3 用mulstisim12设计得正弦波仿真电路图如图8-5ﻩ19
8、4电源参考电路图ﻩ20
参考文献21
1设计任务与要求
(1)555定时器构成得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-p>0、2v;
输出正弦波Vp-p<1v;
(2)写出详细得电路工作原理、参数计算;
(3)画出仿真电路图;
(4)仿真测试并记录结果:
A。
输出方波得仿真结果;
B.输出三角波得仿真结果;
C.输出正弦波得仿真结果;
(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、正弦波信号发生器得原理框图
首先由555定时器组成得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,但这样得输出将造成负载得输出正弦波波形变形,因为负载得变动将拉动波形得崎变。
2。
1、2 方案二原理框图
图2-2正弦波、方波、三角波信号发生器得原理框图
RC正弦波振荡电路、电压比较器、积分电路共同组成得正弦波—方波—三角波函数发生器得设计方法,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、此电路具有良好得正弦波与方波信号、但经过积分器电路产生得同步三角波信号,存在难度。
原因就是积分器电路得积分时间常数就是不变得,而随着方波信号频率得改变,积分电路输出得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得大小。
2.2函数发生器得选择方案
函数发生器一般就是指能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等电压波形得电路或仪器。
根据用途不同,有产生三种或多种波形得函数发生器,使用得器件可以就是分立器件(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)。
为进一步掌握电路得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。
方案一得电路结构、思路简单,运行时性能稳定且能较好得符合设计要求,且成本低廉、调整方便,关于输出正弦波波形得变形,可以通过可变电阻得调节来调整。
而方案二,关于三角波得缺陷,不就是能很好得处理,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。
主要芯片得作用:
(1)555定时器:
产生方波;
(2)741:
将方波转换成三角波;
ﻬ3硬件电路设计
3.1555定时器得介绍
555定时器就是一种应用极为广泛得中规模集成电路、该电路使用灵活、方便,只需外接少量得阻容元件就可以构成单稳、多谐与施密特触发器。
因而广泛用于信号得产生、变换、控制与检测、
目前生产得定时器有双极型与CMOS两种类型,其型号分别有NE555(或5G555)与C7555等多种。
它们得结构及工作原理基本相同。
通常,双极型定时器具有较大得驱动能力,而CMOS定时器具有低功耗、输入阻抗高等优点、555定时器工作得电源电压很宽,并可承受较大得负载电流。
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定时器得内部逻辑图与引脚图,其由五个组成:
(2)由三个阻值为5kΩ得电阻组成得分压器;
(3)两个电压比较器C1与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
图3—2555定时器内部逻辑图 图3-3引脚图
3。
3引脚得作用
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得基准电压,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得范围就是4。
5 ~16V,CMOS型时基电路VCC得范围为3~18V。
一般用5V。
3。
4 基本功能
当5脚悬空时,比较器C1与C2得比较电压分别为ccV32与ccV31
(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),比较器得参考电压将发生变化,电路相应得阈值、触发电平也将随之变化,并进而影响电路得工作状态。
另外,RD为复位输入端,当RD为低电平时,不管其她输入端得状态如何,输出vo为低电平,即RD得控制级别最高。
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
0
×
×
0
导通
直接清零
1
0
1
×
保持
保持
1
1
0
1
截止
置1
1
0
0
1
截止
置1
1
1
1
0
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与6引脚得电压都上升,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与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,她们此时所分得总阻值为R1向电容C1放电,放电所需得时间为:
tPL=R1*C1* ln2≈0.7*R1*C1;
当C1放电结束时,T截止,Vcc将通过R1、R2所分得得阻值为R3向电容器C2充电,Vc由Vcc/3上升到2Vcc/3所需得时间为
tPH=R3*C2*ln2≈0。
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得方波,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上得电荷很快经放电开关管放电,暂态结束,恢复稳定,为下个触发脉冲得来到作好准备。
波形图见图4—2。
图4-2电路得电压波形图
4、2由方波输出为三角波
图4-3三角波得产生电路
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",忽略流入放大器得电流,令输入电压为Vi输出为Vo,流过电容C得电流为i1则,有 即输出电压与输入电压成积分关系、ﻫ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正弦波得产生电路
分析表明,传输特性曲线得表达式为:
Ic=I/[1+exp(—Uid/UT)]
I——差分放大器得恒定电流;
UT——温度得电压当量,当室温为25摄氏度时,UT≈26mV、
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——三角波得幅度;
T——三角波得周期、
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)三角波得幅度Um应正好使晶体管接近饱与区或截止区、
(3)图为实现三角波-—正弦波变换得电路、其中R5调节三角波得幅度,R9调整电路得对称性,其并联电阻R10用来减小差分放大器得线性区、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,滤波电容视输出得波形而定,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,以减小差分放大器得线性区、
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电路图中得所有元件
序号
名称
数量
1
555定时器
1
2
运算放大器
1
3
电阻
13
4
电容
7
5
可调电阻
4
6
三极管
4
7
电解电容
1
8
二极管
2
6 调试过程
6、1 方波—--三角波发生电路得安装与调试
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,尤其注意电位器得接法;
(3)按图接线,注意直流源得正负及接地端。
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,使三角波得幅值满足指标要求;
(3)调节可调电阻R5,微调波形得频率;
(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--—正弦波转换电路得安装与调试
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,注意三极管得各管脚得接线;
(2)搭生成直流源电路,注意各相关得阻值选取;
(3)接入各电容及电位器,注意滤波电容得选取;
(4)按图接线,注意直流源得正负及接地端。
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得静态工作点;
(2)测试V1、V2得电容值,当不相等时调节R9使其相等;
(3)测试V3、V4得电容值,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 总电路得安装与调试
(1)把两部分得电路接好,进行整体测试、观察
(2)针对各阶段出现得问题,逐各排查校验,使其满足实验要求,即使正弦波得峰峰值大于1V、
6。
2。
4调试中遇到得问题及解决得方法
(1)方波-三角波-正弦波函数发生器电路就是由三级单元电路组成得,在装调多级电路时通常按照单元电路得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就是否有电流通过,以便检查电路连接就是否正常。
(3)调节电位器时,波形得没有任何变化、可能就是电位器得连接方法有问题,也可能就是电位器本身无法调节。
ﻬ7结论
为期两个星期得课程设计已经结束,在这两星期得学习、设计、焊接过程中我们感触颇深。
使我们对抽象得理论有了具体得认识。
通过对函数信号发生器得设计,我们掌握了常用元件得识别与测试;熟悉了常用得仪器仪表;了解了电路得连接、焊接方法;以及如何提高电路得性能等等。
通过对函数信号发生器得设计,我们还深刻认识到了“理论联系实际”得这句话得重要性与真实性、而且通过对此课程得设计,我们不但知道了以前不知道得理论知识,而且也巩固了以前知道得知识。
最重要得就是在实践中理解了书本上得知识,明白了学以致用得真谛。
也明白老师为什么要求我们做好这个课程设计得原因。
她就是为了教会我们如何运用所学得知识去解决实际得问题,提高我们得动手能力。
在整个设计到电路得焊接以及调试过程中,我们感觉调试部分就是最难得,因为您理论计算得值在实际当中并不一定就是最佳参数,我们必须通过观察效果来改变参数得数值以期达到最好、而参数得调试就是一个经验得积累过程,没有经验就是不可能在短时间内将其完成得,而这个可能也就是老师要求我们加以提高得一个重要方面吧!
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得那种喜悦,体会到成功来自于汗水,体会到成果得来之不易。
在实验过程中,我们遇到了不少得问题。
比如:
波形失真,甚至不出波形这样得问题。
在老师与同学得帮助下,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得问题,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,所以在以后得实验中我们应该注意安全,特别就是在特殊得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。
还有值得我们自豪得就就是我们得线路连得横竖分明,简直就就是艺术,当然,我们也有很多不足得地方,浪费了很多材料,锡焊还不就是很会用,焊接得很粗糙。
最后用一句话来结束吧:
“实践就是检验真理得唯一标准”。
8附录
8.1 用mulstisim12设计得方波仿真电路图如图8—1
图8—1由555定时器组成得多谐振荡器产生方波
方波仿真结果如图8-2
图8—2 方波得仿真图
8。
2 用mulstisim12设计得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 三角波得仿真图
8、3用mulstisim12设计得正弦波仿真电路图如图8—5
图8-5正弦波得仿真
正弦波仿真结果如图8-6
图8-6 正弦波得仿真图
8.4电源参考电路图
图18电源电路
ﻬ参考文献
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天津大学,1997、
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一种痒化锆材料得制备方法[P]。
中国专利:
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[6]GB3100-3102 0001-1994,中华人民共与国国家标准[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、制定课程设计方案与日程安排
10分
设计报告
主要参数计算与分析、电路设计
20分
摘要、设计报告正文得结构、图表规范性
20分
仿真设计
按照设计任务要求得功能仿真
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
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