555定时器构成的方波、三角波、正弦波发生器 设计报告

1、 电子技术课程设计说明书 题 目：555定时器构成的方波、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12 设计方案12.1 设计思路12.1.1 方案一原理框图12.1.2 方案二原理框图22.2 函数发生器的选择方案22.3 实验器材33 硬件电路设计43.1 555定时器的介绍43.2 电路组成43.3 引脚的作用53.4 基本功能54 主要参数计算与分析74.1 由555定时器产生方波74.2 由方波输出为三角波94.3 由三角波输出正弦波105 软件设计125.1 系统组成框图1

2、25.2 元件清单136 调试过程146.1 方波-三角波发生电路的安装与调试146.1.1 按装方波三角波产生电路146.1.2 调试方波三角波产生电路146.2 三角波-正弦波转换电路的安装与调试146.2.1 按装三角波正弦波变换电路146.2.2 调试三角波正弦波变换电路146.2.3 总电路的安装与调试156.2.4 调试中遇到的问题及解决的方法157 结论168 附录178.1 用mulstisim 12设计的方波仿真电路图如图8-1178.2 用mulstisim 12设计的三角波仿真电路图如图8-3188.3 用mulstisim 12设计的正弦波仿真电路图如图8-5198.4

3、 电源参考电路图20参考文献211 设计任务与要求(1) 555定时器构成的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_p0.2v;输出正弦波vp-p，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

4、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0vcc之间），比较器的参考电压将发生变化，电路相应的阈值、触发电平也将随之变化，并进而影响电路的工作状态。 另外，rd为复位输入端，当rd为低电平时，不管其他输入端的状态如何，输出vo为低电平，即rd的控制级别最高。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00导通直接清零101保持保持1101截止置11001

5、截止置11110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和6引脚的电压都上升，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和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，他们此时所分的总阻值为r1向电容c1放电,放电所需的时间为： tpl=r1*c1* ln20.7* r1*c1；当c1放电结束时，t截止，vcc将通过r1、r2所分得的阻值为

6、r3向电容器c2充电，vc由vcc/3上升到2vcc/3所需的时间为tph=r3*c2* ln20.7*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的方波，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

7、平返回低电平，放电开关管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，恢复稳定，为下个触发脉冲的来到作好准备。波形图见图4-2。图4-2 电路的电压波形图4.2 由方波输出为三角波图4-3 三角波的产生电路图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，忽略流入放大器的电流，令输入电压为vi输出为vo，流过电容c的电流为i1则 ，有 即输出电压与输入电压成积分关系。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 正弦波的产生电路 分析表明，传输特性曲线的表达式为： ic=i/1

8、+exp(-uid/ut) i 差分放大器的恒定电流； ut 温度的电压当量，当室温为25摄氏度时，ut26mv。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三角波的幅度； t三角波的周期。 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）三角波的幅度um应正好使晶体管接近饱和区或截止区。（3）图为实现三角波正弦波变换的电路。其中r5调节三角波的幅度，r9调整电路的对称性，其并联电阻r10用来减小差分放大器的线性区。电容c5为隔直电容，

9、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，滤波电容视输出的波形而定，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，以减小差分放大器的线性区。 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 电路图中的所有元件序号名 称数量1555定时器12运算放大器13电阻134电容75可调电阻46三极管47电解电容18二极管26 调试过程6.1 方波-三角波发生电路的安装与调试6.1.1 按装方波

10、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，尤其注意电位器的接法；（3）按图接线，注意直流源的正负及接地端。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，使三角波的幅值满足指标要求；（3）调节可调电阻r5，微调波形的频率；（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-正弦波转换电路的安装与调试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，注意三极管的各管脚的接线；（2）搭生成直流源电路，注意各相关的阻值选取；（3）接入各电容及电位器，注意滤波电容的选取；（

11、4）按图接线，注意直流源的正负及接地端。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的静态工作点；（2）测试v1、v2的电容值，当不相等时调节r9使其相等；（3）测试v3、v4的电容值，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 总电路的安装与调试（1）把两部分的电路接好，进行整体测试、观察（2）针对各阶段出现的问题，逐各排查校验，使其满足实验要求，即使正弦波的峰峰值大于1v。6.2.4 调试中遇到的问题及解决的方法（1）方波-三角波-正弦波函数发生器电路

12、是由三级单元电路组成的,在装调多级电路时通常按照单元电路的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 测量各个结点是否有电流通过，以便检查电路连接是否正常。（3）调节电位器时，波形的没有任何变化。可能是电位器的连接方法有问题，也可能是电位器本身无法调节。7 结论为期两个星期的课程设计已经结束，在这两星期的学习、设计、焊接过程中我们感触颇深。使我们对抽象的理论有了具体的认识。通过对函数信号发生器的设计，我们掌握了常用元件的识别和测试；熟悉了常用的仪器仪表；了解了电路的连接、焊接方法；以及如何提高电路的性能等等。通过对函数信号发生器的设计，我们还深刻认识到了“理论联系实际”的这句话

13、的重要性与真实性。而且通过对此课程的设计，我们不但知道了以前不知道的理论知识，而且也巩固了以前知道的知识。最重要的是在实践中理解了书本上的知识，明白了学以致用的真谛。也明白老师为什么要求我们做好这个课程设计的原因。他是为了教会我们如何运用所学的知识去解决实际的问题，提高我们的动手能力。在整个设计到电路的焊接以及调试过程中，我们感觉调试部分是最难的，因为你理论计算的值在实际当中并不一定是最佳参数，我们必须通过观察效果来改变参数的数值以期达到最好。而参数的调试是一个经验的积累过程，没有经验是不可能在短时间内将其完成的，而这个可能也是老师要求我们加以提高的一个重要方面吧！其次，这次课程设计提高了我们

14、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的那种喜悦，体会到成功来自于汗水，体会到成果的来之不易。在实验过程中，我们遇到了不少的问题。比如：波形失真，甚至不出波形这样的问题。在老师和同学的帮助下，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的问题，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，所以在以后的实验中我们应该注意安全，特别是在特殊的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。还有值得我们自豪的就是我们的

15、线路连得横竖分明，简直就是艺术，当然，我们也有很多不足的地方，浪费了很多材料，锡焊还不是很会用，焊接的很粗糙。最后用一句话来结束吧：“实践是检验真理的唯一标准”。8 附录8.1 用mulstisim 12设计的方波仿真电路图如图8-1图8-1 由555定时器组成的多谐振荡器产生方波方波仿真结果如图8-2图8-2 方波的仿真图8.2 用mulstisim 12设计的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 三角波的仿真图8.3 用mulstisim 12设计的正弦波仿真电路图如图8-5图8-5 正弦波的仿真 正弦波仿真结果如图8-6图8-6 正弦波的仿真图8.4 电源参考电路图图18 电源电路参考文献1 王传昌.高分子化工的研究对象j.天津大学学报，1997，53（3）：1-7.2 李明.物理学m.北京：科学出版社，1977：58-62.3 gedye r，smith f，westaway k，et al.use of microwave ovens for rapid orbanic synthesis.tetrahedron lett，1986，27：279.4 王健.建筑物防火系统可靠性分析d.天津：天津大学，1997.5 姚光起.一种痒化锆材料的制备方法p.中国专利：891056088，1980