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1、郑 州 师 范 学 院毕 业 论 文题 目: 方波信号发生器的设计姓 名: 学 号: 院 系: 物理与电子工程学院 专 业: 电子信息工程技术 年级班级: 2012级电子二班 指导教师: 2015年 5 月 31 日 目 录摘要 .2引言.21、总体论述.31.1设计要求.31.2设计方案 .32、电路设计总方案.32.1方案设计 .32.2芯片介绍 .32.3芯片引脚图 .42.4工作原理 .43、实验设计电路原理图.53.1电路原理图 .53.2工作状态分析.64、仿真运行详细描述.75、硬件电路设计 .85.1电路板焊接.85.2电路调试 .86、实验总结 .97、参考文献.10致谢 .
2、11 方波信号发生器的设计摘 要：有很多方法可以实现方波的产生，在本次课程设计中我们使用555定时器直接产生方波，通过调节滑动变阻器，可以调节占空比。通过555定时器进行方波信号发生器的设计，电路简单，成本低廉。并通过Multisim10进行电路创建，波形仿真。关键词：555定时器 占空比 仿真Abstract: there are many ways to generate square wave, in the curriculum design we use 555 timer directly produce a square wave, by adjusting the slidin
3、g rheostat can adjust the duty ratio. Through the 555 timer, the square wave signal generator is designed, the circuit is simple and the cost is low. And through the Multisim10 circuit creation, waveform simulation关键词：555定时器 占空比 仿真Key words: 555 timer duty cycle simulation引言当今是科学技术及仪器设备高度智能化飞速发展的信息社
4、会，电子技术的进步，给人们带来了根本性的转变。现代电子领域中，单片机的应用正在不断的走向深入，这必将导致传统控制与检测技术的日益革新。单片机构成的仪器具有高可靠性、高性能价格比，在智能仪表系统和办公自动化等诸多领域得以极为广泛的应用，并走入家庭，从洗衣机、微波炉到音响汽车，处处可见其应用。因此，单片机技术开发和应用水平已逐步成为一个国家工业发展水平的标志之一。信号发生器作为一种常见的应用电子仪器设备，传统的一般可以完全由硬件电路搭接而成，如采用555振荡电路发生正弦波、三角波和方波的电路便是可取的路径之一，不用依靠单片机。但是这种电路存在波形质量差，控制难，可调范围小，电路复杂和体积大等缺点。
5、在科学研究和生产实践中，如工业过程控制，生物医学，地震模拟机械振动等领域常常要用到低频信号源。而借用计算机技术和DDS技术直接产生的各种波形频率高，成本高。 1、总体论述本次设计题目为占空比可调方波函数发生器硬件电路设计。1.1 设计要求（1）设计一方波产生电路要求占空比可调（2）输出方波电压值：3V|Vo|15V（3）振荡周期：2msT10ms1.2 设计方案使用555定时器直接产生方波，通过调节滑动变阻器，可以调节占空比。电路简单，成本低廉。并通过Multisim10进行电路创建，波形仿真。2、电路设计总方案2.1方案分析分析用555定时器设计的方案：图1 555时基电路的电路结构和引脚图
6、2.2芯片介绍555定时器是是美国Signetics公司1972年研制的用于取代机械式定时器的中规模集成电路，因输入端设计有三个5k的电阻而得名。此电路后来竟风靡世界。目前，流行的产品主要有4个：BJT两个：555，556（含有两个555）；CMOS两个：7555，7556（含有两个7555）。555定时器可以说是模拟电路与数字电路结合的典范。两个比较器 C1和 C2各有一个输入端连接到三个电阻R组成的分压器上，比较器的输出接到RS触发器上。此外还有输出级和放电管。输出级的驱动电流可达200mA。比较器C1和C2的参考电压分别为UA和UB，根据C1和C2的另一个输入端触发输入和阈值输入，可判断
7、出RS触发器的输出状态。当复位端为低电平时，RS触发器被强制复位。若无需复位操作，复位端应接高电平。一种应用极为广泛的中规模集成电路，该电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容原件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器。因而广泛用于信号的产生、变换、控制和检测。555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。555的应用： (1）构成施密特触发器，用于TTL系统的接口，整形电路或脉冲鉴幅等 ;（2）构成多谐振荡器，组成信号产生电路； （3）构成单稳态触发器，用于定时延时整形及一些定时开关中。 555应用电路采用这3种方式中的1种或多种组合起来可以组成各种实用的电子电路，如定时器、分频器、元
8、件参数和电路检测电路、电源交换电换电路等等。 2.3芯片引脚各引脚功能如下示：1脚：外接电源负极或接地（GND）。2脚：TR触发输入。3脚：输出端（OUT或Vo）。4脚：RD复位端，移步清零且低电平有效，当接低电平时，不管TR、TH输入什么，电路总是输出“0”。要想使电路正常工作，则4脚应与电源相连。5脚：控制电压端CO(或VC)。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01F电容接地，以防引入干扰。6脚：TH高触发端（阈值输入）。7脚：放电端。8脚：外接电源VCC（VDD）。2.4工作原理555定时器的主要功能取决于比较器，比较器的输出控制RS触发
9、器和放电BJT T的状态。当1脚接地，5脚未外接电压，两个比较器的基准电压分别为2/3Vcc，1/3Vcc的情况下：当TH高触发端加入的电平小于2/3Vcc，TL低触发端的电平大于1/3Vcc时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出高电平，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。 当TH高触发端6脚加入的电平小于2/3Vcc，TL低触发端的电平小于1/3Vcc时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出低电平，基本RS触发器置“1”，放电三极管截止，输出端Vo为高电平。因7脚为集电极开路输出，所以工作时应有外接上拉电阻，故7脚为高电平。 当从功能表的最后一行向倒数第二行
10、变化时，电路的输出将保持最后一行的状态，即输出为高电平，7脚高电平。只有高触发端和低触发端的电平变化到倒数第三行的情况时，电路输出的状态才发生变化，即输出为低电平，7脚为低电平。综合上述分析，可得555定时器功能表如下表1：表1 555定时器功能表输入输出阈值输入(V11)触发输入(V12)复位(Rd)输出(Vo)放电管TXX00导通2/3Vcc2/3Vcc1/3Vcc10导通1/3Vcc1不变不变根据555定时器的这种原理改变阈值电压的值使之输出高电平或低电平，就可以产生方波，我们再通过改变电阻的值来控制高低电平的时间就可以调占空比了。3、实验设计电路原理图3.1电路原理图10图2 利用55
11、5定时器设计方波电路原理图3.2工作状态分析电路只要一加上电压VDD，振荡器便起振。刚通电时，由于C上的电压不能突变，即2脚电位的起始电平为低电位，使555置位，3脚呈高电平。C通过、D1对其充电，充电时间。压充到阈值电平2/3 VDD时，555复位，3脚转呈低电平，此时C通过Dl、RB、555内部的放电管放电，放电时间。则振荡周期为。设占空比为D，则,调节RP1，当其中心头滑向最上端时，。当RP1中心头滑向最下端时，由技术要求中振荡周期2msT10ms及得电容C的取值范围：0.238uf1.19uF，我们使用的是C=1uF。4、仿真运行详细描述若没有接可变电阻R4，接通电源后，电容C被充电，
12、2脚电压v上升，当v上升到（）V时，触发器被复位，同时放电BJT T导通，此时Vo为低电平，电容C通过R3和T放电，使v下降。当v下降到（）V时，触发器又被置位，Vo翻转为高电平。电容器C放电所需的时间为t= RC 20.7 RC,当C放电结束时，T截止，V将通过R、R向电容器C充电，v由（）V上升到（）V所需要的时间为t=( R+ R)C20.7( R+ R)C,当v上升到（）V时，触发器又发生翻转，如此周而复始，在输出端就得到一个周期性的方波，其频率为f=,这样设计出的发生器的占空比是固定不变的，若想占空比可调则要将电路改为图3所示的形式，电路利用D、D单向导电特性将电容器C充、放电回路分
13、开，再加上电位器调节，便构成了占空比可调的多谐振荡器。图中，V通过R、D向电容充电，充电时间为t0.7 RC,电容器C通过D、R及555中的BJT T放电，放电时间为t0.7RC,因而，振荡频率为f=。可见，这种振荡器输出波形的占空比为q()=()*100。根据占空比公式可以看出调节滑动变阻器改变电阻的值就可以使占空比可调。可调占空比方波产生器的仿真运行波形及电压表显示图3、图4示：图3 仿真运行波形图4 电压表显示5、硬件电路设计5.1电路板焊接（1）依照原理图将各个元器件安放在电路板上并布局。（2）进行焊接。焊接过程中要边焊接边检查，防止漏焊、连焊。5.2电路调试（1）检查电路中各个元件是
14、否接的可靠、大小是否合理，特别是NE555必须接正确。（2）在一切都正常的情况下，给电路提供+12V电源，此时立即触摸NE555是否发烫，若发烫应立即断电。（3）若NE555没有发烫，则说明NE555工作正常，这时开始实验数据测试 。（4）通过示波器观察NE555输出的方波信号。（5）依据555定时器的工作原理调节电位器以改变阈值电压，调节充放电的时间，实现在周期不变的情况下，改变占空比。（6）观察结束后，断电。6、实验总结通过这次设计，使我深入了解了555定时器的内部结构及占空比设计方波的工作原理，加深了对课本理论知识的理解，锻炼了实践动手能力，理论知识与实践设计相结合，培养了创新开发的思维
15、以及团队合作意识。在此次课程设计中，收获知识的同时，我还收获了阅历。在此过程中，我们通过查找资料，请教老师，以及不懈的努力，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高，比如说，学习方法，要有自己合理的见解，然后实践出来。在这次课设中，我感触最深的是，要想完成一个设计，就必须多动脑，勤动手。课设中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。 参考文献1 周雪：模拟电子技术，西安电子科技大学出版社，2005.07，23-60.2 李中发：数字电子技术，中国水利水电出版社，2007.
16、02，252-257.3 李银华：电子线路设计指导，航空航天大学出版社，2005.07，60-80.4 周亦武，孙威娜：放大电路指南，科学技术出版社，2004.07，50-65.5 那文鹏，王昊：通用集成电路的选择与使用，人民邮政出版社，2004.07，25-40.6 周仲：国产集成电路应用500例，电子工业出版社，1992.07，200-215. 致谢摘 要：有很多方法可以实现方波的产生，在本次课程设计中我们使用555定时器直接产生方波，通过调节滑动变阻器，可以调节占空比。通过555定时器进行方波信号发生器的设计，电路简单，成本低廉。并通过Multisim10进行电路创建，波形仿真。关键词：555定时器 占空比 仿真经过一个多月的课设，使我们认识到，书本上的知识往往和实际不一样，只有经过自己亲自动手，才能最终的理解理论知识。在此，首先感谢学校给我们这个机会，还有就是感谢电子信息工程系所有指导老师，最后感谢李建国指导老师，是他让我们的设计方案由不完整到完整，直到最后的成功。从论文选题到搜集资料,从开题报告、写初稿到反复修改,期间经历了喜悦、聒噪、痛苦和彷徨,在写作论文的过程中心情是如此复杂.如今,伴随着这篇毕业论文的最终成稿,复杂的心情烟消云散,自己甚至还有一点成就感