基于555定時(shí)器的波形信號(hào)發(fā)生器

實(shí)用文檔學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告電子器件市場(chǎng)調(diào)研與系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)實(shí)踐專業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化班級(jí)姓名學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師2016年12月學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程名稱：電子器件市場(chǎng)調(diào)研與系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)實(shí)踐指導(dǎo)教師（簽名）：班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：一、課程設(shè)計(jì)題目基于555定時(shí)器的波形信號(hào)發(fā)生器二、課程設(shè)計(jì)使用的原始資料（數(shù)據(jù)）及設(shè)計(jì)技術(shù)要求1.設(shè)計(jì)波形信號(hào)發(fā)生電路2.通過555定時(shí)器方波電路產(chǎn)生方波信號(hào)3.通過積分電路得到三角波4.再通過積分電路得到正弦波三、課程設(shè)計(jì)的目的1.掌握555定時(shí)器芯片的功能；2.掌握multisim仿真及焊接工具的使用、電子元器件的識(shí)別并了解其功能；3.掌握555定時(shí)器的方波發(fā)生電路、積分電路。四、課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和要求1.主要內(nèi)容：利用555定時(shí)器設(shè)計(jì)并制作波形信號(hào)發(fā)生器；2.設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)一個(gè)波形信號(hào)發(fā)生器，能夠產(chǎn)生方波、三角波，正弦波三種波形。五、工作進(jìn)度安排時(shí)間地點(diǎn)設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求12.26分組與任務(wù)分配，查閱相關(guān)資料12.27-12.28設(shè)計(jì)電路圖并仿真驗(yàn)證12.29焊接電路實(shí)物圖并調(diào)試12.30撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告，制作答辯PPT，進(jìn)行答辯六、主要參考文獻(xiàn)[1]童詩(shī)白、華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].4版.北京:高等教育出版社,2006[2]黃智偉.基于NIMultisim的電子電路計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)與分析[M].4版.北京：電子工業(yè)出版社，2001[3]閆石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].5版.北京：高等教育出版社，2005審核批準(zhǔn)意見系主任（簽字）年月日指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)及成績(jī)?cè)u(píng)定表指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)成績(jī)?cè)O(shè)計(jì)過程（40分）設(shè)計(jì)報(bào)告（50分）小組答辯（10分）總成績(jī)（100分）指導(dǎo)教師簽字：年月日基于555定時(shí)器的波形發(fā)生器摘要各種電器設(shè)備要正常工作，常常需要各種波形信號(hào)的支持。電器設(shè)備中常用的信號(hào)有正弦波、矩形波、三角波等。在電器設(shè)備中，這些信號(hào)是由波形產(chǎn)生和變換電路來提供的。這種能夠產(chǎn)生多種波形，如三角波、矩形波（含方波）、正弦波的電路被稱為函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。函數(shù)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的各種波形能滿足現(xiàn)代測(cè)量、通信、自動(dòng)控制和熱加工、音視頻設(shè)備及數(shù)字系統(tǒng)等對(duì)各種信號(hào)源的需求。例如設(shè)計(jì)和測(cè)試、汽車制造、生物醫(yī)藥、傳感器仿真、制造模型等。在生產(chǎn)實(shí)踐和科技領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。關(guān)鍵字：正弦波，矩形波，三角波，函數(shù)信號(hào)發(fā)生器目錄TOC\o"1-3"\h\u13741一設(shè)計(jì)要求 一設(shè)計(jì)要求1、在給定的±6V直流電源電壓條件下，使用555芯片和設(shè)計(jì)并制作一個(gè)波形信號(hào)發(fā)生電路。2、可以產(chǎn)生方波、三角波、正弦波三種波形。二設(shè)計(jì)方案與論證方案一主要是應(yīng)用集成運(yùn)放LM324，其芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是由4個(gè)集成運(yùn)放所組成的,通過RC電橋可產(chǎn)生正弦波，通過滯回比較器能調(diào)出方波,并再次通過積分電路就可以調(diào)試出三角波，此電路方案能實(shí)現(xiàn)基本要求和擴(kuò)展總分的功能，電路較簡(jiǎn)單，調(diào)試方便，是一個(gè)優(yōu)秀的可實(shí)現(xiàn)的方案。方案二利用ICL8038芯片構(gòu)成8038集成函數(shù)發(fā)生器。8038集成函數(shù)發(fā)生器是一種多用途的波形發(fā)生器，可以用來產(chǎn)生正弦波、方波、三角波和鋸齒波，其振蕩頻率可通過外加的直流電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，所以是壓控集成信號(hào)產(chǎn)生器。由于外接電容C的充、放電電流由兩個(gè)電流源控制，所以電容C兩端電壓uc的變化與時(shí)間成線形關(guān)系，從而可以獲得理想的三角波輸出。8038電路中含有正弦波變換器，故可以直接將三角波變成正弦波輸出。另外還可以將三角波通過觸發(fā)器變成方波輸出。該方案的特點(diǎn)是十分明顯的：⑴線性良好、穩(wěn)定性好；⑵頻率易調(diào)，在幾個(gè)數(shù)量級(jí)的頻帶范圍內(nèi)，可以方便地連續(xù)地改變頻率，而且頻率改變時(shí)，幅度恒定不變；⑶不存在如文氏電橋那樣的過渡過程，接通電源后會(huì)立即產(chǎn)生穩(wěn)定的波形；⑷三角波和方波在半周期內(nèi)是時(shí)間的線性函數(shù)，易于變換其他波形。方案三：可以按照方波——三角波——正弦波的順序來設(shè)計(jì)電路，其中，方波可以通過模電中的方波發(fā)生電路來產(chǎn)生，也可以通過數(shù)電中的555多諧振蕩電路來產(chǎn)生，方波到三角波為積分的過程，三角波到正弦波可以通過低通濾波來實(shí)現(xiàn)，也可以利用差分放大器的傳輸非線性來實(shí)現(xiàn)或者通過折現(xiàn)法來實(shí)現(xiàn)?？尚行苑治觯嚎v觀以上N種方案，對(duì)比如下，首先排除第二種用集成芯片的方法，因?yàn)檫@種方法對(duì)設(shè)計(jì)的要求太低；其次分析方案一可得其RC橋式正弦震蕩電路的占空比受R和C共同影響，調(diào)節(jié)頻率時(shí)需要調(diào)節(jié)的元器件參數(shù)太多，比較繁瑣，并且此震蕩電路的頻率也不是很好的滿足設(shè)計(jì)的要求。所以綜上所述，選擇方案三來實(shí)現(xiàn)本次的課程設(shè)計(jì)：555多諧振蕩器的頻率很好計(jì)算和調(diào)節(jié)，并且輸出的波形比較準(zhǔn)確；波到三角波的轉(zhuǎn)化可通過簡(jiǎn)單RC積分電路來實(shí)現(xiàn)；角波到正弦波可通過簡(jiǎn)單RC低通濾波器來實(shí)現(xiàn)也可通過折現(xiàn)法或者差分法來實(shí)現(xiàn)。三設(shè)計(jì)原理及電路圖如下圖所示電路可產(chǎn)生方波并輸出。其中555定時(shí)器接成多諧振蕩器工作形式，C2為定時(shí)電容，C2的充電回路是R2→R3→RP→C2；C2的放電回路是C2→RP→R3→IC的7腳(放電管)。由于R3+RP>>R2，所以充電時(shí)間常數(shù)與放電時(shí)間常數(shù)近似相等，由IC的3腳輸出的是近似對(duì)稱方波。按圖所示元件參數(shù)，其頻率為1kHz左右，調(diào)節(jié)電位器RP可改變振蕩器的頻率。產(chǎn)生方波，如圖3.1所示：圖3.1方波信號(hào)經(jīng)R4、C5積分網(wǎng)絡(luò)后，輸出三角波，如圖3.2所示：圖3.2三角波再經(jīng)R5、C6積分網(wǎng)絡(luò)，輸出近似的正弦波，如圖3.3所示：圖3.3如圖所示電路可同時(shí)產(chǎn)生方波、三角波、正弦波并輸出，該信號(hào)發(fā)生器電路簡(jiǎn)單、成本低廉、調(diào)整方便。其產(chǎn)生的波形順序如圖3.4所示：555定時(shí)器555定時(shí)器形成多諧振蕩器方波積分電路三角波積分電路圖3.4四元器件清單元件序號(hào)型號(hào)主要參數(shù)數(shù)量備注1發(fā)光二極管VD12電阻R1510Ω13電阻R21KΩ14電阻R362KΩ15電阻R410KΩ16電阻R510KΩ17電阻R610KΩ18滑動(dòng)變阻器RP20KΩ19555芯片ICNE555110瓷片電容C1100μ111瓷片電容C410μ112瓷片電容C20.01μ113瓷片電容C30.01μ114瓷片電容C50.47μ115瓷片電容C60.1μ116瓷片電容C70.1μ1表4.1五元器件識(shí)別與檢測(cè)5.1電阻1.電阻的識(shí)別單位：歐姆(Ω)1MΩ=1000kΩ1kΩ=1000Ω2.電阻的種類：貼片電阻、金屬膜電阻、碳膜電阻、水泥電阻、特殊電阻（1）貼片電阻：符號(hào)：“Ｒ”，“ＲＮ”（黑底白字），貼片電阻分為單個(gè)貼片電阻和排阻2）金屬膜電阻：符號(hào)：“ＲＪ”，外型小，功率小。（3）碳膜電阻：符號(hào)：“ＲＴ”，外型大，功率大一些。（4）水泥電阻：外型更大，功率最大，5W,10W3、讀取阻值：貼片電阻上面字如：103、472等，數(shù)值的前兩位是有效數(shù)，第三位是倍數(shù)：103有效數(shù)是10，3是倍數(shù)，它的阻值是10Ω*103=10kΩ472有效數(shù)是47，2是倍數(shù)，它的阻值是10Ω*102=4.7kΩ四位數(shù)電阻：前三位為有效數(shù)，第四位為倍數(shù)含有字母的電阻：R39、3R3，R在這里是小數(shù)點(diǎn)的意思。色環(huán)電阻讀取阻值：四道色環(huán)，一、二道為有效數(shù)，三道為倍數(shù)，四道為誤差值R=AB*10C5.2芯片555定時(shí)器的功能：555定時(shí)器的功能主要由兩個(gè)比較器決定。兩個(gè)比較器的輸出電壓控制RS觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)在電源與地之間加上電壓，當(dāng)5腳懸空時(shí)，則電壓比較器C1的同相輸入端的電壓為2VCC/3，C2的反相輸入端的電壓為VCC若觸發(fā)輸入端TR的電壓小于VCC/3，則比較器C2的輸出為0，可使RS觸發(fā)器置1，使輸出端OUT=1。如果閾值輸入端TH的電壓大于2VCC/3，同時(shí)TR端的電壓大于VCC/3，則C1的輸出為0，C2的輸出為1，可將RS觸發(fā)器置0，使輸出為0電平。它的各個(gè)引腳功能如下：1腳：外接電源負(fù)端VSS或接地，一般情況下接地。3腳：輸出端Vo2腳：低觸發(fā)端4腳：是直接清零端。當(dāng)此端接低電平，則時(shí)基電路不工作，此時(shí)不論TR、TH處于何電平，時(shí)基電路輸出為“0”，該端不用時(shí)應(yīng)接高電平。5腳：VC為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內(nèi)部?jī)蓚€(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0.01μF電容接地，以防引入干擾。6腳：TH高觸發(fā)端7腳：放電端。該端與放電管集電極相連，用做定時(shí)器時(shí)電容的放電。8腳：外接電源VCC，雙極型時(shí)基電路VCC的范圍是4.5~16V，CMOS型時(shí)基電路的范圍為3~18V。一般用5V。Vi1（TH）：高電平觸發(fā)端，簡(jiǎn)稱高觸發(fā)端，又稱閾值端，標(biāo)志為TH。555定時(shí)器內(nèi)含一個(gè)由三個(gè)阻值相同的電阻R組成的分壓網(wǎng)絡(luò)，產(chǎn)生VCC和VCC兩個(gè)基準(zhǔn)電壓；兩個(gè)電壓比較器C1、C2；一個(gè)由與非門G1、G2組成的基本RS觸發(fā)器（低電平觸發(fā)）；放電三極管T和輸出反相緩沖器G3。是復(fù)位端，低電平有效。復(fù)位后,基本RS觸發(fā)器的端為1（高電平），經(jīng)反相緩沖器后，輸出為0（低電平）。分析555定時(shí)器的內(nèi)部電路圖可知：在555定時(shí)器的VCC端和地之間加上電壓，并讓VCO懸空，則比較器C1的同相輸入端接參考電壓VCC，比較器C2反相輸入端接參考電壓VCC，為了學(xué)習(xí)方便，我們規(guī)定：當(dāng)TH端的電壓>VCC時(shí)，寫為VTH=1，當(dāng)TH端的電壓<VCC時(shí)，寫為VTH=0。當(dāng)端的電壓>VCC時(shí)，寫為VTR=1，當(dāng)端的電壓<VCC時(shí)，寫為VTR=0。低觸發(fā)：當(dāng)輸入電壓Vi2<VCC且Vi1<VCC時(shí)，VTR=0，VTH=0，比較器C2輸出為低電平，C1輸出為高電平，基本RS觸發(fā)器的輸入端=0、=1，使Q＝1，＝0，經(jīng)輸出反相緩沖器后，VO＝1，T截止。這時(shí)稱555定時(shí)器“低觸發(fā)”；保持：若Vi2>VCC且Vi1<VCC，則VTR=1，VTH=0，==1，基本RS觸發(fā)器保持，VO和T狀態(tài)不變，這時(shí)稱555定時(shí)器“保持”。高觸發(fā)：若Vi1>VCC，則VTH=1，比較器C1輸出為低電平，無論C2輸出何種電平，基本RS觸發(fā)器因=0，使＝1，經(jīng)輸出反相緩沖器后，VO＝0；T導(dǎo)通。這時(shí)稱555定時(shí)器“高觸發(fā)”。VCO為控制電壓端，在VCO端加入電壓，可改變兩比較器C1、C2的參考電壓。正常工作時(shí)，要在VCO和地之間接0．01μF（電容量標(biāo)記為103）電容。放電管Tl的輸出端Dis為集電極開路輸出。555定時(shí)器的控制功能說明見表5.1:輸入輸出THVODis××LL導(dǎo)通<VCC<VCCHH截止<VCC>VCCH不變不變>VCC×HL導(dǎo)通表5.1555定時(shí)器的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)如下圖5.2所示：圖5.2555定時(shí)器的內(nèi)部電路框圖及邏輯符號(hào)和管腳排列分別如下圖5.3所示：圖5.3六