NE信号发生器报告.doc

课程设计报告题 目：简易信号发生器 专 业：通信技术 年 级：2010 学 号：1030614016 学生姓名：张威 联系电话指导老师：曾繁政 完成日期： 2012年 12月 22日摘要各种电器设备要正常工作，常常需要各种波形信号的支持。电器设备中常用的信号有正弦波、矩形波、三角波等。在电器设备中，这些信号是由波形产生和变换电路来提供的。这种能够产生多种波形，如三角波、矩形波（含方波）、正弦波的电路被称为函数信号发生器。函数信号发生器产生的各种波形能满足现代 测量、通信、自动控制和热加工、音视频设备及数字系统等对各种信号源的需求。例如设计和测试、汽车制造、生物医药、传感器仿真、制造模型等。在生产实践和科 技领域中有着广泛的应用。关键字：正弦波，矩形波，三角波，函数信号发生器。AbstractA variety of electrical equipment to work properly, which often need the support from a variety of wave form signals. Electrical equipment commonly used in signal sine wave, square wave, triangle wave. In electrical equipment, these signals are generated by the waveform and the conversion circuit to provide. This can produce a variety of waveforms such as triangular wave, rectangular wave (including square), the sine wave signal generator circuit is called a function. Function generator for a variety of waveforms to meet the modern measurement, communications, automatic control and thermal processing, audio and video equipment and digital systems, the demand for a variety of sources, such as design and testing, automotive, biomedical, sensor simulation, manufacturing model. Production practices and technology in the field has a wide range of applications.Key words: Sine wave, Square wave, Triangle wave, The function signal generator.目录摘要IIAbstractII1.课程设计要求及方案选择11.1设计要求11.2课程设计内容11.3设计方案选择12.单元电路设计与分析22.1原理框图与分析：22.2芯片结构与应用33.总体系统电路图与仿真图54.系统调试84.1调试的基本仪器84.2测试结果分析84.3元器件明细表95.设计总结9参考文献11111.课程设计要求及方案选择1.1设计要求（1）制作完成简易的信号发生器，信号发生器可以产生锯齿波，方波。频率范围10Hz2kHz。（2）频率步进1Hz。（3）信号输出幅度可调。 (4) 数字显示输出信号的频率、幅度、信号类型。1.2课程设计内容函数信号发生器是信号源的一种，主要给被测电路提供所需要的己知信号(各种波形)，然后用其它仪表测量感兴趣的参数。可见信号源在各种实验应用和试验测试处理中，它的应用非常广泛。 我们为了方便电子爱好者或学生用示波器来做观察信号波形实验，动手做了该函数 信号发生器。该信号发生器电路简单、成本低廉、调整方便。它是基于 NE555 计时器接 成振荡器工作形式和电容积分而产生的波形。其工作频率为 1010000Hz，调节滑动变阻器可改变振荡器的频率。 波形发生器是信号源的一种，主要给被测电路提供所需要的己知信号(各种波形)， 然后用其它仪表测量感兴趣的参数。可见信号源在各种实验应用和试验测试处理中，它的应用非常广泛。它不是测量仪器，而是根据使用者的要求，作为激励源，仿真各种测试信号，提供给被测电路，以满足测量或各种实际需要。1.3设计方案选择正弦波、方波、三角波，这三种波形都是比较简单且常见的波形，产生的方法由很多种，可以先产生方波，然后得到三角波和正弦波，也可以先得到正弦波， 然后翻过来再输出另外两种波形;可以用集成芯片，同时也可以用运用各种元器件来实现振荡电路。 第一，利用专用直接数字合成芯片的函数发生器。 第二，可以选用专门的函数信号发生器，如 8038。 第三，由NE555定时器所构成的多谐振动器产生方波, 方波经过积分器的作用 产生三角波，三角波在经过差分放大电路的非线性转换为正弦波。 比较以上几种方案 ：第一，方案比较简单同时也能产生任意波形并达到很高的频率。但成本较高。 第二，它们虽然能够甚好的实现波形的产生但是功能较少，太单一。 第三，过程相对来说比较繁琐，但是思路很明亮，同时，NE555 定时器所构成的多谐振动器产生方波是一种和常用的信号产生器，很具有实用价值，同时，也很 容易买到，同时选用改进的 NE555 多谐振荡形式产生方波可以通过调节可调电阻的阻值来调节产生方波的频率，产生的方波经过积分器的作用产生三角波，三角波在经过差分放大电路的非线性转换为正弦波。差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高，抗干扰能力较强，可以有效地抑制零点漂移因此可将频率很低的三角波变换成正弦波。 因此，就我个人而言，选择第三种方案。用改进过的NE555多谐振荡形式产生方波，经过积分器的作用产生三角波，三角波在经过差分放大电路的非线性转换为正弦波。2.单元电路设计与分析2.1原理框图与分析：图2.1信号发生器框图本方案利用脉冲数字电路原理设计了多种波形发生器，该发生器可通过555数字芯片，运放来组成RC积分电路，低通滤波电路来分别实现方波，三角波和正弦波的输出。如下所示：555多谐振荡电路积分电路低通滤波电路图2.2波形转换框图首先由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。 图2.3积分电路产生三角波图图2.4三角波产生正弦波原理图2.2芯片结构与应用1.NE555芯片主要特点（1）只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久。 （2）它的操作电源范围极大，可与TTL，CMOS等逻辑电路配合，也就是它的输出电平及输入触发电平，均能与这些系列逻辑电路的高、低电平匹配。 （3）其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。 （4）它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。2.NE555芯片引脚位配置Pin 1 (接地)- 地线(或共同接地) ，通常被连接到电路共同接地。 Pin 2 (触发点) - 这个脚位是触发NE555使其启动它的时间周期。触发信号上缘电压须大于2/3 VCC，下缘须低于1/3 VCC 。 Pin 3 (输出)- 当时间周期开始555的输出输出脚位，移至比电源电压少1.7伏的高电位。周期的结束输出回到O伏左右的低电位。于高电位时的最大输出电流大约200mA 。 Pin 4 (重置)- 一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器和使输出回到一个低电位。它通常被接到正电源或忽略不用。 Pin 5 (控制)- 这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压。当计时器经营在稳定或振荡的运作方式下,这输入能用来改变或调整输出频率。 Pin 6 (重置锁定)- Pin 6重置锁定并使输出呈低态。当这个接脚的电压从1/3 VCC电压以下移至2/3 VCC以上时启动这个动作。 Pin 7 (放电)- 这个接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出能力，当输出为ON时为LOW，对地为低阻抗，当输出为OFF时为HIGH，对地为高阻抗。 Pin 8 (V +)- 这是555个计时器IC的正电源电压端。供应电压的范围是+4.5伏特(最小值)至+16伏特(最大值)。图2.5 NE555内部功能框图3.UA741芯片主要功能UA741（单运放）是高增益运算放大器，用于军事，工业和商业应用.这类单片硅集成电路器件提供输出短路保护和闭锁自由运作。 这些类型还具有广泛的共同模式，差模信号范围和低失调电压调零能力与使用适当的电位。4.UA741芯片引脚说明1和5为偏置(调零端)，2为正向输入端，3为反向输入端，4接地，6为输出，7接电源 8空脚。图2.6 UA741内部功能框图3.总体系统电路图与仿真图图3.1 电路原理图图3.2 电路PCB图图3.3 电路仿真图图3.4 仿真的方波图图3.5 仿真的三角形波图图3.6 仿真正弦波图4.系统调试4.1调试的基本仪器直流稳压电源、数字示波器、万用表、镊子、电烙铁、剪钳等。4.2测试结果分析通过测试各器件的电压与信号得出的数据中了解实际电路跟原理图电路的数据是有一定误差的、各电容、电阻的数据要跟实物电路的数据还是有区别的，由于实际中器件的特性及差异最后的成品实现功能却不一定与仿真时完全一样，因为，在实际接线中有着各种各样的条件制约着。而且，在仿真中无法成功电路接法，在实际中因为器件本身的特性而能够成功，所以在设计时应该考虑两者的差异，从中找到最合适的设计方法。4.3元器件明细表元件编号元件名称规格数量U1芯片NE555CN1U2芯片UA741CN1R1、R2、R3电阻5103R4、R5、R6、R8电阻1K4R7电阻33K1R9电阻100K1RB2可调电阻10K1RB1可调电阻100K1C3电容0.01uF1C2、C6电容0.1uF2C7电容0.47uF1C5电容10uF1C1、C4电容100uF2J1、J2、J3开关5*5*535.设计总结经过这些天的课程设计，让我明白课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，更是对自己综合实践能力及团队协作能力的一种锻炼。通过这次课程设计让 我明白了自己原来知识还比较欠缺。通过这次课程设计，我才明白学习是一个长 期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和 综合素质。总之，在这次设计中我学到了不少新知识，了解了很多的设计思想与方法， 我也将继续努力，不断地完善和充实自己。 在本次课程设计中，我作为组长，组织并和大家一起努力完成这次设计，让我学会了如何增加团队之间的沟通，如何让大家更紧密的联系在一起。也学习到了怎样调动组 员的积极性。在整个过程中统一调配，也参加了PBC 图的绘制以及电路板的制作。让我 明白自己所学运用到实际当中还比较欠缺。 在这次的设计中虽然遇到了很多的问题，认识了一些以前不了解或者不知道的元件，有些虽然没有用到，但是学习是无限的，虽然做课程设计有很多困难， 但是，当自己完成的时候有无比的喜悦。我感觉设计是对学习知识的运用和个人 自己的能力的全面体现，体现了一个人学以致用的能力。只有在真正的运用中才 能更好的掌握知识，这样的学习才会有效率，才能长久的记 忆。 在设计过程中，我们通过查阅大量有关资料，团队之间交流经验，并向老师 请教。通过对多种方案的分析讨论让我们明白在对于不同的环境和要求相应的要 作出最合适的选择的合理性和重要性。在整个设计中我懂得了许多东西，对自我 水平有了进一步的了解，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。虽然，这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富，使我终身受益。 本论文在老师细心指导下开展的，整个过程中给了我莫大的支持， 关心和指导；在我撰写论文的过程中无论是在论文的选题、构思和资料的收集方面，还 是在论文的研究方法以及成文定稿方面，我都得到了两位老师悉心细致的教诲和无私的 帮助，特别是他们广博的学识、深厚的学术素养、严谨的治学精神和兢兢业业的工作作 风使我受益匪浅，在此表示真诚地感谢。 在论文的写作过