哈工大電子技術自主設計實驗.docx

姓名 班級 學號 實驗日期 節(jié)次 教師簽字 成績 實驗名稱：定時器的設計及應用1.實驗目的（1）掌握555定時器的工作原理，會計算元件的數(shù)值。（2）會測量脈沖信號周期t和脈沖寬tw。（3）鍛煉自己的自主設計能力和動手能力。2.總體設計方案或技術路線2.1 555電路工作原理 本實驗設計核心為555電路，它含有兩個電壓比較器，一個基本RS觸發(fā)器，一個放電開放管T，比較器的參考電壓由3只5K的電阻器構成的分壓器提供。它們分別使高電平比較器A1的同相輸入端和低電平比較器A2的反相輸入端的參考電平為2/3Vcc和1/3Vcc。A1與A2的輸出端控制RS觸發(fā)器狀態(tài)和放電管開關狀態(tài)。當輸出信號自6腳，即高電平觸發(fā)輸入并超過參考電平2/3Vcc時，觸發(fā)器復位，555的輸出端3腳輸出低電平，同時放電開關管導通；當輸入信號自2腳輸入并低于1/3Vcc時，觸發(fā)器置位，555的3腳輸出高電平，同時放電開關管截止。RD是復位端（4腳），當RD=0時，555輸出低電平。平時RD端開路或接Vcc。Vc是控制電壓端（5腳），平時輸出作為比較器A1的參考電平，當5腳外接一個輸入電壓，即改變了比較器的參考電平，從而實現(xiàn)對輸出的另一種控制，在不接外加電壓時，通常接一個0.01F的電容器到地，起濾波作用，以消除外來的干擾，確保參考電平的穩(wěn)定。T為放電管，當T導通時，將給接于7腳的電容器提供低阻放電通路。555定時器主要是與電阻、電容構成充放電電路，并由2個比較器來檢測電容器上的電壓，以確定輸出電平的高低和放電開關管的通斷。這就很方便地構成從微秒到數(shù)十分鐘的延時電路，可方便的構成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器、施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生或波形變換電路。2.2 構成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器圖2.2為由555定時器和外接定時元件R、C構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。觸發(fā)電路由C1、R1、D構成，其中D為鉗位二極管，穩(wěn)態(tài)時555電路輸入端處于電源電平，內(nèi)部放電開關管T導通，輸出端F輸出低電平，當有一個外部負脈沖觸發(fā)信號經(jīng)C1加到2端并使2端電位瞬間低于1/3Vcc時，低電平比較器動作，單穩(wěn)態(tài)電路即開始一個暫態(tài)過程，電容C開始充電，Vc按指數(shù)規(guī)律增長。當Vc充電到2/3Vcc時，高電平比較器動作，比較器A1翻轉(zhuǎn)，輸出V0從高電平返回低電平，放電管開關T重新導通，電容C上的電荷很快經(jīng)放電開關管放電，暫態(tài)結束，恢復穩(wěn)態(tài)，為下一個觸發(fā)脈沖的到來做好準備。暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間tw決定于外接元件R、C的大小：tw=1.1RC通過改變R、C的大小、可使延時時間變化。當這種單穩(wěn)態(tài)電路作為計時器時，可直接驅(qū)動小型繼電器，并可以使用復位端（4腳）接地的方法來終止暫態(tài)，重新計時。此外尚需用一個續(xù)流二極管與繼電器線圈并接，以防繼電器線圈反電勢損壞內(nèi)部功率管。圖2.22.3 構成多諧振蕩器如圖2.3所示，由555定時器和外接元件R1、R2、c構成多諧振蕩器，2腳與6腳直接相連。電路沒有穩(wěn)態(tài)，僅有兩個暫穩(wěn)態(tài)，也不需要外加觸發(fā)信號，利用電源通過R1、R2向C充電，以及C通過R2放電端放電，使電路產(chǎn)生振蕩。電容C在1/3Vcc和2/3Vcc之間充放電。輸出信號時間參數(shù)：t=tw1+tw2,tw1=0. 7(R1+R2)C,tw2=0.7R2C555電路要求R1、R2均應大于或等于1千歐，但兩者之和應小于或等于3.3兆歐。圖2.32.4 組成1占空比可調(diào)的多諧振蕩器如圖2.4所示，D1、D2用來決定電容充、放電電流流經(jīng)電阻的途徑（充電時D1導通，放電時D2導通）。占空比P= tw1/ tw2RA/(RA+RB)可見，當RA=RB，電路即可輸出占空比為50%的方波信號。圖2.42.5 組成占空比連續(xù)可調(diào)并能調(diào)節(jié)振蕩頻率的多諧振蕩器如圖2.5所示，將多諧振蕩器進行改良，首先調(diào)節(jié)RW1使頻率至規(guī)定值，再調(diào)節(jié)RW2，以獲得需要的占空比。若頻率調(diào)節(jié)的范圍比較大，還可以用波段開關改變C1的值。圖2.52.6 施密特觸發(fā)器如圖2.6所示，只要將2、6腳連在一起作為信號輸入端，即可得到施密特觸發(fā)器。圖2.63.實驗電路圖模擬雙聲報警發(fā)聲器警車發(fā)聲器4. 儀器設備名稱、型號數(shù)字電路實驗箱*1雙蹤示波器*2直流穩(wěn)壓電源*1萬用表*1555定時器*2電阻、電容器若干揚聲器*15.理論分析或仿真分析結果 利用555定時器可以完成多諧振蕩器、模擬雙聲報警發(fā)生器、警車發(fā)生器等設計要求。通過調(diào)節(jié)R、C、U及輸入信號等，配合555電路完成各項設計。詳細理論分析在設計方案及總體路線中已有寫明。6.詳細實驗步驟及實驗結果數(shù)據(jù)記錄（包括各儀器、儀表量程及內(nèi)阻的記錄）6.1 多諧振蕩器任務：利用555集成電路芯片設計一個多諧振蕩器，輸出頻率分別為1kHz,10kHz;占空比分別為50%，80%。操作步驟：1. 如圖連接電路，R1=10k,R2=100k,C1=1F,C2=0.001F。2. 用示波器觀察并記錄觸發(fā)器輸入端TR和輸出端OUT的工作波形，讀出輸出信號的周期t和脈沖寬度tw的值。6.2 模擬雙聲報警發(fā)生器如圖接成模擬雙聲報警發(fā)生器，通過調(diào)節(jié)定時元器件R1、R2、C1及R3、R4和C3使兩個振蕩器處于選定的頻率。由于第一片振蕩器的輸出端接在第二片的控制輸入端Vco（5腳）上，使第二片振蕩器受第一片控制。當?shù)谝黄袷幤鬏敵龈唠娖綍r，第二片的上、下閾值電壓大、充放電時間加長，頻率降低；第一片振蕩器輸出低電平時，第二片的上、下閾值電壓小，充放電時間短，頻率提高。這樣，揚聲器就發(fā)出了高低變化的聲音。測量U1、U2的輸出端波形。改變Vcc的電壓值，Vcc=5V，6V，7V，8V，9V，10V，測量U1的輸出端波形。6.3 警車發(fā)聲器如圖接成警車發(fā)聲器，通過調(diào)節(jié)定時器元器件R1、R2、C1及R3、R4和C3使兩個振蕩器處于選定的頻率。由于第一片振蕩器的輸出端接在第二片的復位端RESET（4腳）上，使第二片振蕩器受第一片的控制。當?shù)谝黄袷幤鬏敵龈唠娖綍r，第二片的上、下閾值電壓大，充放電時間加長，頻率降低；第一片振蕩器輸出低電平時，第二片的上、下閾值電壓小，充放電時間短，頻率提高。這樣，揚聲器就發(fā)出了高低變化的聲音。測量U1、U2的輸出端波形。改變Vcc的電壓值，Vcc=5V，6V，7V，8V，9V，10V，測量U1的輸出端波形。7.實驗結論 利用555定時器裝置可以很方便地構成從微秒到數(shù)十分鐘的延時電路，可方便的構成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器、施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生或波形變換電路。本實驗完成了模擬雙聲報警發(fā)生器和警車發(fā)聲器的應用設計。8.實驗中出現(xiàn)的問題及解決對策1. 在仿真過程中由于初次接觸Multisim 軟件，仿真555電路時誤用了Timer 555,一開仿真按鈕就燒毀元件。最后經(jīng)過查閱資料了解到Multisim11.0中555應使用LM555。2. 第一次連接電路時，連接好后聲音一直不變，未能達到預期。由于電路繁瑣復雜，很不容易檢查，只能拆掉重新連接。最終經(jīng)過反思，我決定分模塊來連接電路，個個擊破，最后再整體連接。3.最后一個電路連接后鈴聲沒有反應，重新連接之后仍然沒有聲音。于是用萬用表檢查導線，果然有一根黑色導線斷路。這告訴我們之后做實驗應先檢查導線，尤其是較長的黑色和藍色導線。9.本次實驗的收獲和體會、對電路實驗室的意見或建議收獲和體會：1. 鞏固了課本中所學的數(shù)電方面知識，更深的理解了所學元件的功能和使用方法。2. 學會了仿真軟件Multisim11.0的使用，懂得了在進行實際電路前仿真的重要性，不僅可以提高工作效率，而且也可以檢查錯誤，減少損失。3. 認識到了連接復雜的電路時一定要分模塊來做，一個模塊一個模塊連接、檢查無誤后再進行下一個，最后整體調(diào)試。這樣不僅可以盡快的發(fā)現(xiàn)錯誤易于改正，而且也使電路模塊化，別人容易看懂。鍛煉了自己的動手實踐能力以及設計與分析電路的綜合能力。4. 激發(fā)了我對電子技術學習的興趣，為以后更好的應用到專業(yè)中打下了堅實的基礎。對實驗室的建議：1. 可以適時舉