高频课程设计报告.doc

课程设计报告题 目：_ 基于555的信号发生器 专 业：_ 电子信息工程_ 年 级： _ 学 号：_学生姓名：_ 联系电话： _指导老师：_ _完成日期：2011年12月10日555信号发生器 摘 要利用555定时器，制作信号发生器，只需外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器急施密特触发器等脉冲产生信号与变换电路。经测试，接通电源后通过调节电位器既可以调整方波的频率，也可以调整波形的占空比。用555制作信号发生器具有成本低，性能可靠的优点。555时基电路是一种将模拟功能与逻辑功能巧妙地结合在同一硅片上的组合集成电路。该电路可以再最基本的典型应用方式的基础上，根据实际需要，经过参数配置和电路的重新组合，与外接少量的阻容元件就能构成不同的电路，因而555电路在波形的产生与变换、测量与控制、家用电器、电子玩具等许多领域中都得到了广泛的应用。关键词：NE555;信号发生器;方波 ABSTRACTUse 555 timer, making signal generator, need to external several resistor, capacitor, it can achieve more harmonic oscillator, single state trigger urgent Schmitt toggle etc pulse signal and transform circuit. By test, put through power supply by adjusting the potentiometer can adjust the frequency of square wave, also can adjust the waveform v. With 555 production signal generator with low cost and reliable performance advantages. 555 the circuit is a kind of function and the logical function simulation ably combined with the combination of in the same slice of silicon integrated circuits. This circuit can again the most basic way the typical application of foundation, according to the actual need, after parameters of the circuit configuration and new combination, and external a small amount of resistance and capacitance components can constitute a different circuit, and 555 in the produce and waveform circuit transformation, measurement and control, home appliances, electronic toys in many areas have been widely used Key words : NE555; Signal generator; Square wave 目录摘 要IIABSTRACTII1 设计要求及方案选择11.1设计要求11.2设计原理12 理论分析与设计4（1）555信号发生器电路的分析及设计43电路设计5（1）硬件电路的设计54 系统测试54.1调试所用的基本仪器清单54.2调试结果54.3测试结果分析55 总结6参考文献67贺州学院课程设计报告1 设计要求及方案选择1.1设计要求利用555制作信号发生器，要求频率在500HZ-5KHZ可调1.2设计原理（1）555定时器的原理和内部结构：555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为555，用CMOS工艺制作的称为7555，除单定时器外，还有对应的双定时器556/7556。555定时器的电源电压范围宽可在4.5V16V工作，7555可在319V工作，输出驱动电流约为200mA，因而起输出可与TTL、CMOS或者模拟电路电瓶兼容。 555定时器的内部电路框图和外引脚排列如图1.1,所示，它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个RS触发器，一个放电管T及功率输出级。它提供两个基准电压1/3VCC和2/3VCC 555定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器A1的反相输入端的电压为2/3VCC,A2的同相输入端的电压为1/3VCC。若触发输入端TR的电压小于1/3VCC，则比较器A2的输出为1，可使RS触发器置1，使输出端OUT=。如果阈值输入端TH的电压大于2/3VCC，同时TR端的电压大于1/3VCC，则A1的输出为0，可将RS触发器置0，使输出为0电平。 图1.1 555电路组成及其管脚图是复位端（4脚），当=0，555输出低电平。平时端开路或接VCC。 VC是控制端（5脚），平时输出1/3作为比较器C1的参考电平，当5脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制，再不接外加电压时，通常接一个0.01f的电容器到地，滤波作用，以消除外来的干扰，以确保参考电平的稳定。T为放电管，当T道通时，将给接于7脚的电容器提供低阻放电通路。图1.2 555电路的引脚功能图（2）555定时器的典型应用构成单稳态触发器图2.2（a）为由555定时器和外接定时元件R、C构成的单稳态触发器。触发器电路由C1、R1、D构成，其中D为钳位二极管，稳态时555电路输入端处于电源电平，内部放电管T导通，输出端F输出低电平，当有一个外部负脉冲触发信号经C1加到2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暂态过程，电容C开始充电，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V0从高电平返回低电平，放电开关T重新导通，电容C上的电荷很快经放电开关管放电，暂态结束，恢复稳态，为下一个触发脉冲的来到做好准备。波形图如图2.2（b）所示。暂稳态的持续时间tw（即为延时时间）决定于外接元件R、C值的大小。tw=1.1RC通过改变R、C的大小，可使延时时间在几个微秒到几十分钟之间的变化。当这种单稳态电路作为计时器时，可直接驱动小型继电器，并可以使用复位端（4脚）接地的方法来中止暂态，重新计时。此外尚须用一个续流二极管与继电器线圈并接，以防继电器线圈反电势损坏内部功率管。 (a) (b)图2.2 单稳态触发器构成多谐振荡器如图2.3（a），由555定时器和外接元件、构成多谐振荡器，脚2与脚6直接相连。电路没有稳态，仅存在两个暂稳态，电路亦不需要外加触发信号，利用电源通过R1、R2向C充电，以及C通过R2向Ct放电端放电，使电路产生振荡。电容C在1/3VCC和2/3VCC之间充电和放电，其波形如图2.3(b)所示。输出信号的时间参数是T=tW1+tW2,，tW1=0.7(R1+R2)C,tW2=0.7 R2C555电路要求R1与R2均应大于或等于1K，但R1+R2应小于或等于3.3K。外部元件的稳定性决定了多谐振荡器的稳定性，555定时器配以少量元件即可获得高精度的振荡频率和具有较强的功率输出能力。因此这种形式的多谐振荡器应用很广。(a) (b)图2.3 多谐振荡器成占空比可调的多谐振荡器电路如图2.4，它比图2.3所示电路增加了一个电位器和两个导引二极管。D1、D2用来决定电容充、放电电流流经电阻的途径（充电时D1导通，D2截止；放电时D2导通，D1截止）。占空比P=tw1/(tw1+tw2)0.7RAC/0.7C(RA+RB)= RA/RA+RB，可见，若取=电路即可输出占空比位50%的方波信号。图2.4 占空比他可调的多谐振荡器 图2.5 占空比频率均可调的多谐振荡器续可调并能调节振荡器频率的多谐振荡器电路如图2.5所示。对C1充电时，充电电流通过R1、D1、RW2和RW1；放电时通过RW1、RW2、D2、R2。当R1= R2调至中心点，因充放电时间基本相等，其占空比约为50，此时调节RW1仅改变频率，占空比不变。如RW2调至偏离中心点，再调节RW1，不仅振荡频率改变，而且对占空比也有影响。RW1不变，调节RW2，仅改变占空比，对频率无影响。因此，当接通电源后，应首先调节RW1使频率至规定值，再调节RW2，以获得需要的占空比。若频率调节的范围比较大，还可以用波段开关改变C1的值。组成施密特的触发器电路如图2.6只要将脚2、6连在一起作为信号输入端，即得到施密特触发器。图2.7示出了VS,VI和V0的波形器。设被整形变换的电压为正弦波VS，其正半波通过二极管D同时加到555定时器的2脚和6脚，得VI为半波整流波形。当VI上升到时2/3VCC，V0从高电平翻转为低电平；当VI下降到1/3VCC时，V0又从低电平翻转为高电平。电路的电压传输特性曲线如图2.7所示。回差电压 V= 2/3VCC - 1/3VCC = 1/3VCC图2.6 斯密特触发器 图2.7 电压传输特性2 理论分析与设计（1）555信号发生器电路的分析及设计要制作出频率可调的波形发生器，可以由555定时器接成多谐振荡器，把电路图中的R2换成滑动变阻器即可调节频率，由计算公式T=tW1+tW2,tW1=0.7(R1+R2)C,tW2=0.7 R2C T=0.7(R1+2R2)C f=1/T R1取1K，C取0.01U R2取50K，即可调节出5005KHZ的频率范围。3电路设计（1）硬件电路的设计 图3.1 总原理图4 系统测试4.1调试所用的基本仪器清单元件名称型号个数电阻1K1个滑动变阻器50K1个陶瓷电容0.01U2个555集成芯片NE5551个示波器双踪示波器1台电源正5伏稳压电源1个插针若干4.2调试结果按照电路图所示，认真焊接电路板后，仔细对照元件有没有焊错，芯片有没有接反，确认无误后，用万用表检查电路，检查是否有断线、虚焊等现象，检查后，接上正5伏直流电源，用数字示波器CH1接到电路输出端，观察输出波形，可以看到，示波器上显示方波波形，按下自动调节键后，方波波形失真较小，调节滑动变阻器R2，可以调节输出频率，观察输出频率，频率输出范围是158HZ-14KHZ，占空比范围是47%-94.2%，基本达到了设计目的，而且波形在500HZ时的占空比为55%，在5KHZ的占空比为69.4%，这个范围的占空比比较合适，但是把R2调到最大的时候，即频率在14KHZ的是，波形的占空比达到了94.2%，这时的输出波形不是很理想，占空比太小，但整体上符合设计要求。4.3测试结果分析 接通正5V电源后，用示波器接输出端，示波器显示方波波形，调节电位器R2，可以观察输出频率范围158HZ-14KHZ,占空比范围为55%-94.2%，可以看出频率范围比较广，设计目的达到，但不足的是，没有实现占空比的稳定，如果能实现占空比保持在50%，那设计就很完善，要实现占空比恒定在50%，可以在555芯片的2脚和4脚之间加上两个二极管，利用二极管的单向导电性，可以实现。这次的设计没有考虑进去，以后会考虑。 5 总结这次抽到设计课题是“基于555的信号发生器，要求频率在500到5KHZ连续可调”看了一下其他组的题目，都是发射机和接收机，感觉这个课题与高频没有多大联系，后来回去查找高频电子线路这本书的时候，也发现了，有关555的资料确挺少的, 试着在网上找图来画，做出来发现电路很不稳定，根本达不到老师的要求，觉得还是看书上比较精确，想起了上学期学的数字电子技术基础这门课程中有关于555电路的详细讲解，就认真翻阅后，发现其实这个题目并不难，只要用一个555芯片，接上外围电路就可以了，而且要求的频率可调也很容易实现，只要把555芯片的2教和6脚接在一起，加上个滑动变阻器就可以实现了，于是，认真学习着频率的计算，主要是根据R2和C2这两个元件算出要求的滑动变阻器范围后，做出电路板，就可以了，不过这个过程中还有要注意的就是选择元件方面，就是这个电位器的选择，我本来选用的是精密可调电位器，可是在调试过程中就发现，这种滑动变阻器要用螺丝刀调节，很麻烦，而且会出现波形跳动的现象，很不稳定，询问了一下本组其他成员的作品，发现他们的电路不会出现这样的情况，我想应该是我选用滑动变阻器不当的问题，后来重新画封装之后，再接上电源调试，就好调多了，没有出现以前的问题。这次的设计总体来说比较简单，但是任何一个作品的完成都要花费一定的时间