哈工大電子技術(shù)自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn).docx

姓名 班級(jí) 學(xué)號(hào) 實(shí)驗(yàn)日期 節(jié)次 教師簽字 成績(jī) 實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)：定時(shí)器的設(shè)計(jì)及應(yīng)用1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）掌握555定時(shí)器的工作原理，會(huì)計(jì)算元件的數(shù)值。（2）會(huì)測(cè)量脈沖信號(hào)周期t和脈沖寬tw。（3）鍛煉自己的自主設(shè)計(jì)能力和動(dòng)手能力。2.總體設(shè)計(jì)方案或技術(shù)路線2.1 555電路工作原理 本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)核心為555電路，它含有兩個(gè)電壓比較器，一個(gè)基本RS觸發(fā)器，一個(gè)放電開(kāi)放管T，比較器的參考電壓由3只5K的電阻器構(gòu)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(kāi)關(guān)狀態(tài)。當(dāng)輸出信號(hào)自6腳，即高電平觸發(fā)輸入并超過(guò)參考電平2/3Vcc時(shí)，觸發(fā)器復(fù)位，555的輸出端3腳輸出低電平，同時(shí)放電開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通；當(dāng)輸入信號(hào)自2腳輸入并低于1/3Vcc時(shí)，觸發(fā)器置位，555的3腳輸出高電平，同時(shí)放電開(kāi)關(guān)管截止。RD是復(fù)位端（4腳），當(dāng)RD=0時(shí)，555輸出低電平。平時(shí)RD端開(kāi)路或接Vcc。Vc是控制電壓端（5腳），平時(shí)輸出作為比較器A1的參考電平，當(dāng)5腳外接一個(gè)輸入電壓，即改變了比較器的參考電平，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出的另一種控制，在不接外加電壓時(shí)，通常接一個(gè)0.01F的電容器到地，起濾波作用，以消除外來(lái)的干擾，確保參考電平的穩(wěn)定。T為放電管，當(dāng)T導(dǎo)通時(shí)，將給接于7腳的電容器提供低阻放電通路。555定時(shí)器主要是與電阻、電容構(gòu)成充放電電路，并由2個(gè)比較器來(lái)檢測(cè)電容器上的電壓，以確定輸出電平的高低和放電開(kāi)關(guān)管的通斷。這就很方便地構(gòu)成從微秒到數(shù)十分鐘的延時(shí)電路，可方便的構(gòu)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(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器圖2.2為由555定時(shí)器和外接定時(shí)元件R、C構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。觸發(fā)電路由C1、R1、D構(gòu)成，其中D為鉗位二極管，穩(wěn)態(tài)時(shí)555電路輸入端處于電源電平，內(nèi)部放電開(kāi)關(guān)管T導(dǎo)通，輸出端F輸出低電平，當(dāng)有一個(gè)外部負(fù)脈沖觸發(fā)信號(hào)經(jīng)C1加到2端并使2端電位瞬間低于1/3Vcc時(shí)，低電平比較器動(dòng)作，單穩(wěn)態(tài)電路即開(kāi)始一個(gè)暫態(tài)過(guò)程，電容C開(kāi)始充電，Vc按指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng)。當(dāng)Vc充電到2/3Vcc時(shí)，高電平比較器動(dòng)作，比較器A1翻轉(zhuǎn)，輸出V0從高電平返回低電平，放電管開(kāi)關(guān)T重新導(dǎo)通，電容C上的電荷很快經(jīng)放電開(kāi)關(guān)管放電，暫態(tài)結(jié)束，恢復(fù)穩(wěn)態(tài)，為下一個(gè)觸發(fā)脈沖的到來(lái)做好準(zhǔn)備。暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時(shí)間tw決定于外接元件R、C的大?。簍w=1.1RC通過(guò)改變R、C的大小、可使延時(shí)時(shí)間變化。當(dāng)這種單穩(wěn)態(tài)電路作為計(jì)時(shí)器時(shí)，可直接驅(qū)動(dòng)小型繼電器，并可以使用復(fù)位端（4腳）接地的方法來(lái)終止暫態(tài)，重新計(jì)時(shí)。此外尚需用一個(gè)續(xù)流二極管與繼電器線圈并接，以防繼電器線圈反電勢(shì)損壞內(nèi)部功率管。圖2.22.3 構(gòu)成多諧振蕩器如圖2.3所示，由555定時(shí)器和外接元件R1、R2、c構(gòu)成多諧振蕩器，2腳與6腳直接相連。電路沒(méi)有穩(wěn)態(tài)，僅有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，也不需要外加觸發(fā)信號(hào)，利用電源通過(guò)R1、R2向C充電，以及C通過(guò)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(hào)時(shí)間參數(shù)：t=tw1+tw2,tw1=0. 7(R1+R2)C,tw2=0.7R2C555電路要求R1、R2均應(yīng)大于或等于1千歐，但兩者之和應(yīng)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(lái)決定電容充、放電電流流經(jīng)電阻的途徑（充電時(shí)D1導(dǎo)通，放電時(shí)D2導(dǎo)通）。占空比P= tw1/ tw2RA/(RA+RB)可見(jiàn)，當(dāng)RA=RB，電路即可輸出占空比為50%的方波信號(hào)。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(jìn)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(kāi)關(guān)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(hào)輸入端，即可得到施密特觸發(fā)器。圖2.63.實(shí)驗(yàn)電路圖模擬雙聲報(bào)警發(fā)聲器警車(chē)發(fā)聲器4. 儀器設(shè)備名稱(chēng)、型號(hào)數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱*1雙蹤示波器*2直流穩(wěn)壓電源*1萬(wàn)用表*1555定時(shí)器*2電阻、電容器若干揚(yáng)聲器*15.理論分析或仿真分析結(jié)果 利用555定時(shí)器可以完成多諧振蕩器、模擬雙聲報(bào)警發(fā)生器、警車(chē)發(fā)生器等設(shè)計(jì)要求。通過(guò)調(diào)節(jié)R、C、U及輸入信號(hào)等，配合555電路完成各項(xiàng)設(shè)計(jì)。詳細(xì)理論分析在設(shè)計(jì)方案及總體路線中已有寫(xiě)明。6.詳細(xì)實(shí)驗(yàn)步驟及實(shí)驗(yàn)結(jié)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(wù)：利用555集成電路芯片設(shè)計(jì)一個(gè)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(hào)的周期t和脈沖寬度tw的值。6.2 模擬雙聲報(bào)警發(fā)生器如圖接成模擬雙聲報(bào)警發(fā)生器，通過(guò)調(diào)節(jié)定時(shí)元器件R1、R2、C1及R3、R4和C3使兩個(gè)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(dāng)?shù)谝黄袷幤鬏敵龈唠娖綍r(shí)，第二片的上、下閾值電壓大、充放電時(shí)間加長(zhǎng)，頻率降低；第一片振蕩器輸出低電平時(shí)，第二片的上、下閾值電壓小，充放電時(shí)間短，頻率提高。這樣，揚(yáng)聲器就發(fā)出了高低變化的聲音。測(cè)量U1、U2的輸出端波形。改變Vcc的電壓值，Vcc=5V，6V，7V，8V，9V，10V，測(cè)量U1的輸出端波形。6.3 警車(chē)發(fā)聲器如圖接成警車(chē)發(fā)聲器，通過(guò)調(diào)節(jié)定時(shí)器元器件R1、R2、C1及R3、R4和C3使兩個(gè)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(fù)位端RESET（4腳）上，使第二片振蕩器受第一片的控制。當(dāng)?shù)谝黄袷幤鬏敵龈唠娖綍r(shí)，第二片的上、下閾值電壓大，充放電時(shí)間加長(zhǎng)，頻率降低；第一片振蕩器輸出低電平時(shí)，第二片的上、下閾值電壓小，充放電時(shí)間短，頻率提高。這樣，揚(yáng)聲器就發(fā)出了高低變化的聲音。測(cè)量U1、U2的輸出端波形。改變Vcc的電壓值，Vcc=5V，6V，7V，8V，9V，10V，測(cè)量U1的輸出端波形。7.實(shí)驗(yàn)結(jié)論 利用555定時(shí)器裝置可以很方便地構(gòu)成從微秒到數(shù)十分鐘的延時(shí)電路，可方便的構(gòu)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(shí)驗(yàn)完成了模擬雙聲報(bào)警發(fā)生器和警車(chē)發(fā)聲器的應(yīng)用設(shè)計(jì)。8.實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題及解決對(duì)策1. 在仿真過(guò)程中由于初次接觸Multisim 軟件，仿真555電路時(shí)誤用了Timer 555,一開(kāi)仿真按鈕就燒毀元件。最后經(jīng)過(guò)查閱資料了解到Multisim11.0中555應(yīng)使用LM555。2. 第一次連接電路時(shí)，連接好后聲音一直不變，未能達(dá)到預(yù)期。由于電路繁瑣復(fù)雜，很不容易檢查，只能拆掉重新連接。最終經(jīng)過(guò)反思，我決定分模塊來(lái)連接電路，個(gè)個(gè)擊破，最后再整體連接。3.最后一個(gè)電路連接后鈴聲沒(méi)有反應(yīng)，重新連接之后仍然沒(méi)有聲音。于是用萬(wàn)用表檢查導(dǎo)線，果然有一根黑色導(dǎo)線斷路。這告訴我們之后做實(shí)驗(yàn)應(yīng)先檢查導(dǎo)線，尤其是較長(zhǎng)的黑色和藍(lán)色導(dǎo)線。9.本次實(shí)驗(yàn)的收獲和體會(huì)、對(duì)電路實(shí)驗(yàn)室的意見(jiàn)或建議收獲和體會(huì)：1. 鞏固了課本中所學(xué)的數(shù)電方面知識(shí)，更深的理解了所學(xué)元件的功能和使用方法。2. 學(xué)會(huì)了仿真軟件Multisim11.0的使用，懂得了在進(jìn)行實(shí)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(cuò)誤，減少損失。3. 認(rèn)識(shí)到了連接復(fù)雜的電路時(shí)一定要分模塊來(lái)做，一個(gè)模塊一個(gè)模塊連接、檢查無(wú)誤后再進(jìn)行下一個(gè)，最后整體調(diào)試。這樣不僅可以盡快的發(fā)現(xiàn)錯(cuò)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(dòng)手實(shí)踐能力以及設(shè)計(jì)與分析電路的綜合能力。4. 激發(fā)了我對(duì)電子技術(shù)學(xué)習(xí)的興趣，為以后更好的應(yīng)用到專(zhuān)業(yè)中打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。對(duì)實(shí)驗(yàn)室的建議：1. 可以適時(shí)舉