占空比可調(diào)的方波函數(shù)發(fā)生器硬件電路設(shè)計(jì)（Word）

1、電氣工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書（2009/2010年第一學(xué)期）課程名稱 ：電子線路課程設(shè)計(jì) 題 目 ：占空比可調(diào)的方波函數(shù)發(fā)生器硬件電路設(shè)計(jì) 專業(yè)班級 ：2010級電子信息工程二班 學(xué) 號 ： 201050200 學(xué)生姓名 ： 王思 指導(dǎo)教師 ： 李懷亮 設(shè)計(jì)周數(shù) ：一周 設(shè)計(jì)成績 ： 2012年 6月 20日0 / 16目錄 一、課程設(shè)計(jì)目的2二、課程設(shè)計(jì)正文22.1 總體論述22.2 設(shè)計(jì)總體框圖22.2.1分析用555定時(shí)器設(shè)計(jì)的方案：22.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)電路原理圖42.3.1利用555定時(shí)器設(shè)計(jì)方波的原理電路42.4 電路仿真及測試52.4.1仿真電路及其運(yùn)行結(jié)果：52.5 電路組裝及測試7

2、2.5.1電路板焊接72.5.2電路調(diào)試72.6 器件清單82.7硬件電路實(shí)物及其調(diào)試波形圖8三、實(shí)驗(yàn)總結(jié)10四、參考文獻(xiàn)10一、課程設(shè)計(jì)目的方波信號在通信專業(yè)及日常生活中無處不在。有很多方法可以實(shí)現(xiàn)方波的產(chǎn)生，在本次課程設(shè)計(jì)中我們用1種方案設(shè)計(jì)出方波產(chǎn)生器，同時(shí)能方便以后實(shí)驗(yàn)和生活中遇到產(chǎn)生方波的情況。通過改變參數(shù)實(shí)現(xiàn)占空比可調(diào)以靈活運(yùn)用方波及親手焊制電路板，深刻體會方波的產(chǎn)生。提高動手能力，為以后設(shè)計(jì)和工作打下堅(jiān)固基礎(chǔ)。二、課程設(shè)計(jì)正文2.1 總體論述本次設(shè)計(jì)題目為占空比可調(diào)方波函數(shù)發(fā)生器硬件電路設(shè)計(jì)。 1 設(shè)計(jì)要求（1）設(shè)計(jì)一方波產(chǎn)生電路要求占空比可調(diào)（2）輸出方波電壓值：3V<|

3、Vo|<15V（3）振蕩周期：2ms<T<10ms 2 設(shè)計(jì)方案使用555定時(shí)器直接產(chǎn)生方波，通過調(diào)節(jié)滑動變阻器，可以調(diào)節(jié)占空比。2.2 設(shè)計(jì)總體框圖 2.2.1分析用555定時(shí)器設(shè)計(jì)的方案：555定時(shí)器是一種應(yīng)用極為廣泛的中規(guī)模集成電路，該電路使用靈活、方便，只需外接少量的阻容原件就可以構(gòu)成單穩(wěn)、多諧和施密特觸發(fā)器。因而廣泛用于信號的產(chǎn)生、變換、控制和檢測。555定時(shí)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部引腳圖如圖1示。由圖知，它由3個(gè)阻值為5K的電阻組成的分壓器、兩個(gè)電壓比較器C1和C2、基本RS觸發(fā)器、放電BJT T以及緩沖器G組成。各引腳功能如下示：1腳：外接電源負(fù)極或接地（GND）。2

4、腳：TR觸發(fā)輸入。3腳：輸出端（OUT或Vo）。4腳：RD復(fù)位端，移步清零且低電平有效，當(dāng)接低電平時(shí)，不管TR、TH輸入什么，電路總是輸出“0”。要想使電路正常工作，則4腳應(yīng)與電源相連。5腳：控制電壓端CO(或VC)。若此端外接電壓，則可改變內(nèi)部兩個(gè)比較器的基準(zhǔn)電壓，當(dāng)該端不用時(shí)，應(yīng)將該端串入一只0.01F電容接地，以防引入干擾。6腳：TH高觸發(fā)端（閾值輸入）。7腳：放電端。8腳：外接電源VCC（VDD）。555定時(shí)器的主要功能取決于比較器，比較器的輸出控制RS觸發(fā)器和放電BJT T的狀態(tài)。當(dāng)1腳接地，5腳未外接電壓，兩個(gè)比較器的基準(zhǔn)電壓分別為2/3Vcc，1/3Vcc的情況下：當(dāng)TH高觸發(fā)端

5、加入的電平小于2/3Vcc，TL低觸發(fā)端的電平大于1/3Vcc時(shí)，比較器C1輸出高電平，比較器C2輸出高電平，基本RS觸發(fā)器R=1、S=1，觸發(fā)器狀態(tài)不變，電路亦保持原狀態(tài)不變。 當(dāng)TH高觸發(fā)端6腳加入的電平小于2/3Vcc，TL低觸發(fā)端的電平小于1/3Vcc時(shí)，比較器C1輸出高電平，比較器C2輸出低電平，基本RS觸發(fā)器置“1”，放電三極管截止，輸出端Vo為高電平。因7腳為集電極開路輸出，所以工作時(shí)應(yīng)有外接上拉電阻，故7腳為高電平。 當(dāng)從功能表的最后一行向倒數(shù)第二行變化時(shí)，電路的輸出將保持最后一行的狀態(tài)，即輸出為高電平，7腳高電平。只有高觸發(fā)端和低觸發(fā)端的電平變化到倒數(shù)第三行的情況時(shí)，電路輸出

6、的狀態(tài)才發(fā)生變化，即輸出為低電平，7腳為低電平。綜合上述分析，可得555定時(shí)器功能表如下表1：表1 .555定時(shí)器功能表輸入輸出閾值輸入(V11)觸發(fā)輸入(V12)復(fù)位(Rd)輸出(Vo)放電管TXX00導(dǎo)通<2/3Vcc<1/3Vcc11截止>2/3Vcc>1/3Vcc10導(dǎo)通<2/3Vcc>1/3Vcc1不變不變根據(jù)555定時(shí)器的這種原理改變閾值電壓的值使之輸出高電平或低電平，就可以產(chǎn)生方波，我們再通過改變電阻的值來控制高低電平的時(shí)間就可以調(diào)占空比了2.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)電路原理圖2.3.1利用555定時(shí)器設(shè)計(jì)方波的原理電路10圖2 利用555定時(shí)器設(shè)計(jì)方波電

7、路原理圖如圖2所示，電路只要一加上電壓VDD，振蕩器便起振。剛通電時(shí)，由于C上的電壓不能突變，即2腳電位的起始電平為低電位，使555置位，3腳呈高電平。C通過、D1對其充電，充電時(shí)間。壓充到閾值電平2/3 VDD時(shí)，555復(fù)位，3腳轉(zhuǎn)呈低電平，此時(shí)C通過Dl、RB、555內(nèi)部的放電管放電，放電時(shí)間。則振蕩周期為。設(shè)占空比為D，則,調(diào)節(jié)RP1，當(dāng)其中心頭滑向最上端時(shí)，。當(dāng)RP1中心頭滑向最下端時(shí)，由技術(shù)要求中振蕩周期2ms<T<10ms及得電容C的取值范圍：0.238uf1.19uF，我們使用的是C=1uF。2.4 電路仿真及測試2.4.1仿真電路及其運(yùn)行結(jié)果：圖3 方案一仿真設(shè)計(jì)電

8、路若沒有接可變電阻R4，接通電源后，電容C被充電，2腳電壓v上升，當(dāng)v上升到（）V時(shí)，觸發(fā)器被復(fù)位，同時(shí)放電BJT T導(dǎo)通，此時(shí)Vo為低電平，電容C通過R3和T放電，使v下降。當(dāng)v下降到（）V時(shí)，觸發(fā)器又被置位，Vo翻轉(zhuǎn)為高電平。電容器C放電所需的時(shí)間為t= RC 20.7 RC,當(dāng)C放電結(jié)束時(shí)，T截止，V將通過R、R向電容器C充電，v由（）V上升到（）V所需要的時(shí)間為t=( R+ R)C20.7( R+ R)C,當(dāng)v上升到（）V時(shí)，觸發(fā)器又發(fā)生翻轉(zhuǎn)，如此周而復(fù)始，在輸出端就得到一個(gè)周期性的方波，其頻率為f=,這樣設(shè)計(jì)出的發(fā)生器的占空比是固定不變的，若想占空比可調(diào)則要將電路改為圖3所示的形式，

9、電路利用D、D單向?qū)щ娞匦詫㈦娙萜鰿充、放電回路分開，再加上電位器調(diào)節(jié)，便構(gòu)成了占空比可調(diào)的多諧振蕩器。圖中，V通過R、D向電容充電，充電時(shí)間為t0.7 RC,電容器C通過D、R及555中的BJT T放電，放電時(shí)間為t0.7RC,因而，振蕩頻率為f=?？梢?，這種振蕩器輸出波形的占空比為q()=()*100。根據(jù)占空比公式可以看出調(diào)節(jié)滑動變阻器改變電阻的值就可以使占空比可調(diào)?？烧{(diào)占空比方波產(chǎn)生器的仿真運(yùn)行波形及電壓表顯示如圖4、圖5、圖6示：圖4 占空比為50%的仿真運(yùn)行波形圖5 占空比為83.3%的仿真運(yùn)行波形圖6 電壓表顯示2.5 電路組裝及測試2.5.1電路板焊接（1）依照原理圖將各個(gè)元器

10、件安放在電路板上并布局。（2）進(jìn)行焊接。焊接過程中要邊焊接邊檢查，防止漏焊、連焊。2.5.2電路調(diào)試檢查電路中各個(gè)元件是否接的可靠、大小是否合理，特別是NE555必須接正確。在一切都正常的情況下，給電路提供+12V電源，此時(shí)立即觸摸NE555是否發(fā)燙，若發(fā)燙應(yīng)立即斷電。若NE555沒有發(fā)燙，則說明NE555工作正常，這時(shí)開始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測試 。通過示波器觀察NE555輸出的方波信號。依據(jù)555定時(shí)器的工作原理調(diào)節(jié)電位器以改變閾值電壓，調(diào)節(jié)充放電的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)在周期不變的情況下，改變占空比。觀察結(jié)束后，斷電。2.6 器件清單 表2 器件清單所用器件名稱型號及大小個(gè)數(shù)電阻1k3個(gè)滑動變阻器10k1個(gè)二極

11、管1N41482個(gè)發(fā)光二極管LED1個(gè)555定時(shí)器NE5551個(gè)電容1uF1個(gè)10uF1個(gè)電源VDD12V1個(gè)導(dǎo)線若干焊接板1個(gè)電烙鐵1個(gè)示波器1個(gè)萬用表1個(gè)2.7硬件電路實(shí)物及其調(diào)試波形圖圖6 硬件實(shí)物圖圖7 示波器顯示占空比為50%的波形圖8 示波器顯示占空比83.3%的波形三、實(shí)驗(yàn)總結(jié)通過這次設(shè)計(jì)，使我深入了解了555定時(shí)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及占空比設(shè)計(jì)方波的工作原理，加深了對課本理論知識的理解，鍛煉了實(shí)踐動手能力，理論知識與實(shí)踐設(shè)計(jì)相結(jié)合，培養(yǎng)了創(chuàng)新開發(fā)的思維以及團(tuán)隊(duì)合作意識。作為整個(gè)學(xué)習(xí)體系的有機(jī)組成部分，此次課程設(shè)計(jì)雖然只安排短短一周時(shí)間，但并不具有絕對獨(dú)立的意義。它的一個(gè)重要功能，在于運(yùn)

12、用學(xué)習(xí)成果，檢驗(yàn)學(xué)習(xí)成果，看一看課堂學(xué)習(xí)與實(shí)際工作到底有多大距離，并通過綜合分析，找出學(xué)習(xí)中存在的不足，以便為完善學(xué)習(xí)計(jì)劃，改變學(xué)習(xí)內(nèi)容與方法提供實(shí)踐依據(jù)。 在此次課程設(shè)計(jì)中，收獲知識的同時(shí)，我還收獲了閱歷。在此過程中，我們通過查找資料，請教老師，以及不懈的努力，不僅培養(yǎng)了獨(dú)立思考、動手操作的能力，在各種其它能力上也都有了提高，比如說，學(xué)習(xí)方法，要有自己合理的見解，然后實(shí)踐出來。在這次課設(shè)中，我感觸最深的是，要想完成一個(gè)設(shè)計(jì)，就必須多動腦，勤動手。同時(shí)我認(rèn)為我們的工作是一個(gè)團(tuán)隊(duì)的工作，團(tuán)隊(duì)需要個(gè)人，個(gè)人也離不開團(tuán)隊(duì)，必須發(fā)揚(yáng)團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神。課設(shè)中只有一個(gè)人知道原理是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須讓每個(gè)人都知道，否則一個(gè)人的錯誤，