畢業(yè)論文--方波信號發(fā)生器的設(shè)計

1、<p><b>　　畢 業(yè) 論 文</b></p><p>　　題 目: 方波信號發(fā)生器的設(shè)計</p><p>　　姓 名: </p><p>　　學(xué) 號: </p><p>　　院 系: 物理與電子工

2、程學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè): 電子信息工程技術(shù) </p><p>　　年級班級: 2012級電子二班 </p><p>　　指導(dǎo)教師: </p><p>　　2015年 5 月 31 日</p><p><b>　　目 錄&

3、lt;/b></p><p>　　摘要 .................................................2</p><p>　　引言..................................................2</p><p>　　1、總體論述..............................

4、.............3</p><p>　　1.1設(shè)計要求.........................................3</p><p>　　1.2設(shè)計方案 ........................................3</p><p>　　2、電路設(shè)計總方案..............................

5、........3</p><p>　　2.1方案設(shè)計 ........................................3</p><p>　　2.2芯片介紹 ........................................3</p><p>　　2.3芯片引腳圖 ................................

6、......4</p><p>　　2.4工作原理 .........................................4</p><p>　　3、實(shí)驗設(shè)計電路原理圖...................................5</p><p>　　3.1電路原理圖 ......................................

7、.5</p><p>　　3.2工作狀態(tài)分析......................................6</p><p>　　4、仿真運(yùn)行詳細(xì)描述.....................................7</p><p>　　5、硬件電路設(shè)計 ........................................8<

8、;/p><p>　　5.1電路板焊接.........................................8</p><p>　　5.2電路調(diào)試 ..........................................8</p><p>　　6、實(shí)驗總結(jié) .............................................9

9、</p><p>　　7、參考文獻(xiàn).............................................10</p><p>　　致謝 ...................................................11</p><p>　　方波信號發(fā)生器的設(shè)計</p><p>　　摘 要：有很多

10、方法可以實(shí)現(xiàn)方波的產(chǎn)生，在本次課程設(shè)計中我們使用555定時器直接產(chǎn)生方波，通過調(diào)節(jié)滑動變阻器，可以調(diào)節(jié)占空比。通過555定時器進(jìn)行方波信號發(fā)生器的設(shè)計，電路簡單，成本低廉。并通過Multisim10進(jìn)行電路創(chuàng)建，波形仿真。</p><p>　　關(guān)鍵詞：555定時器 占空比 仿真</p><p>　　摘 要：有很多方法可以實(shí)現(xiàn)方波的產(chǎn)生，在本次課程設(shè)計中我們使用555定時器直接產(chǎn)生方

11、波，通過調(diào)節(jié)滑動變阻器，可以調(diào)節(jié)占空比。通過555定時器進(jìn)行方波信號發(fā)生器的設(shè)計，電路簡單，成本低廉。并通過Multisim10進(jìn)行電路創(chuàng)建，波形仿真。</p><p>　　Abstract: there are many ways to generate square wave, in the curriculum design we use 555 timer directly produce a squar

12、e wave, by adjusting the sliding 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 cre

13、ation, waveform simulation關(guān)鍵詞：555定時器 占空比 仿真</p><p>　　Key words: 555 timer duty cycle simulation</p><p><b>　　引言</b></p><p>　　當(dāng)今是科學(xué)技術(shù)及儀器設(shè)備高度智能化飛速發(fā)展的信息社會，電子技術(shù)的進(jìn)步，給人們帶來了根本性

14、的轉(zhuǎn)變?，F(xiàn)代電子領(lǐng)域中，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷的走向深入，這必將導(dǎo)致傳統(tǒng)控制與檢測技術(shù)的日益革新。單片機(jī)構(gòu)成的儀器具有高可靠性、高性能價格比，在智能儀表系統(tǒng)和辦公自動化等諸多領(lǐng)域得以極為廣泛的應(yīng)用，并走入家庭，從洗衣機(jī)、微波爐到音響汽車，處處可見其應(yīng)用。因此，單片機(jī)技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用水平已逐步成為一個國家工業(yè)發(fā)展水平的標(biāo)志之一。</p><p>　　信號發(fā)生器作為一種常見的應(yīng)用電子儀器設(shè)備，傳統(tǒng)的一般可以完全由硬件電路

15、搭接而成，如采用555振蕩電路發(fā)生正弦波、三角波和方波的電路便是可取的路徑之一，不用依靠單片機(jī)。但是這種電路存在波形質(zhì)量差，控制難，可調(diào)范圍小，電路復(fù)雜和體積大等缺點(diǎn)。在科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐中，如工業(yè)過程控制，生物醫(yī)學(xué)，地震模擬機(jī)械振動等領(lǐng)域常常要用到低頻信號源。而借用計算機(jī)技術(shù)和DDS技術(shù)直接產(chǎn)生的各種波形頻率高，成本高。 </p><p><b>　　1、總體論述</b></p>

16、;<p>　　本次設(shè)計題目為占空比可調(diào)方波函數(shù)發(fā)生器硬件電路設(shè)計。</p><p><b>　　1.1 設(shè)計要求</b></p><p>　?。?）設(shè)計一方波產(chǎn)生電路要求占空比可調(diào)</p><p>　?。?）輸出方波電壓值：3V<|Vo|<15V</p><p>　?。?）振蕩周期：2ms<

17、;T<10ms</p><p><b>　　1.2 設(shè)計方案</b></p><p>　　使用555定時器直接產(chǎn)生方波，通過調(diào)節(jié)滑動變阻器，可以調(diào)節(jié)占空比。電路簡單，成本低廉。并通過Multisim10進(jìn)行電路創(chuàng)建，波形仿真。</p><p><b>　　2、電路設(shè)計總方案</b></p><p&

18、gt;<b>　　2.1方案分析</b></p><p>　　分析用555定時器設(shè)計的方案：</p><p>　　圖1 555時基電路的電路結(jié)構(gòu)和引腳圖</p><p><b>　　2.2芯片介紹</b></p><p>　　555定時器是是美國Signetics公司1972年研制的用于取代機(jī)械式定

19、時器的中規(guī)模集成電路，因輸入端設(shè)計有三個5kΩ的電阻而得名。此電路后來竟風(fēng)靡世界。目前，流行的產(chǎn)品主要有4個：BJT兩個：555，556（含有兩個555）；CMOS兩個：7555，7556（含有兩個7555）?！　?55定時器可以說是模擬電路與數(shù)字電路結(jié)合的典范。兩個比較器 C1和 C2各有一個輸入端連接到三個電阻R組成的分壓器上，比較器的輸出接到RS觸發(fā)器上。此外還有輸出級和放電管。輸出級的驅(qū)動電流可達(dá)200mA?！　”容^器C1和C2

20、的參考電壓分別為UA和UB，根據(jù)C1和C2的另一個輸入端——觸發(fā)輸入和閾值輸入，可判斷出RS觸發(fā)器的輸出狀態(tài)。當(dāng)復(fù)位端為低電平時，RS觸發(fā)器被強(qiáng)制復(fù)位。若無需復(fù)位操作，復(fù)位端應(yīng)接高電平。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 定時器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。</p><p>

21、;<b>　　555的應(yīng)用： </b></p><p>　　(1）構(gòu)成施密特觸發(fā)器，用于TTL系統(tǒng)的接口，整形電路或脈沖鑒幅等 ;</p><p>　?。?）構(gòu)成多諧振蕩器，組成信號產(chǎn)生電路； </p><p>　?。?）構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，用于定時延時整形及一些定時開關(guān)中。 </p><p>　　555應(yīng)用電路采用這3種

22、方式中的1種或多種組合起來可以組成各種實(shí)用的電子電路，如定時器、分頻器、元件參數(shù)和電路檢測電路、電源交換電換電路等等。 2.3芯片引腳</p><p><b>　　各引腳功能如下示：</b></p><p>　　1腳：外接電源負(fù)極或接地（GND）。</p><p>　　2腳：TR觸發(fā)輸入。</p><p>　　3腳：輸

23、出端（OUT或Vo）。</p><p>　　4腳：RD復(fù)位端，移步清零且低電平有效，當(dāng)接低電平時，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。</p><p>　　5腳：控制電壓端CO(或VC)。若此端外接電壓，則可改變內(nèi)部兩個比較器的基準(zhǔn)電壓，當(dāng)該端不用時，應(yīng)將該端串入一只0.01μF電容接地，以防引入干擾。</p><p>

24、;　　6腳：TH高觸發(fā)端（閾值輸入）。</p><p><b>　　7腳：放電端。</b></p><p>　　8腳：外接電源VCC（VDD）。</p><p><b>　　2.4工作原理</b></p><p>　　555定時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

25、態(tài)。當(dāng)1腳接地，5腳未外接電壓，兩個比較器的基準(zhǔn)電壓分別為2/3Vcc，1/3Vcc的情況下：</p><p>　　當(dāng)TH高觸發(fā)端加入的電平小于2/3Vcc，TL低觸發(fā)端的電平大于1/3Vcc時，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。 </p><p>　　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

26、電平小于1/3Vcc時，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，所以工作時應(yīng)有外接上拉電阻，故7腳為高電平。 </p><p>　　當(dāng)從功能表的最后一行向倒數(shù)第二行變化時，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，電路輸出的狀態(tài)才發(fā)生變化，即輸出為低電平，

27、7腳為低電平。綜合上述分析，可得555定時器功能表如下表1：</p><p>　　表1 555定時器功能表</p><p>　　根據(jù)555定時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間就可以調(diào)占空比了。</p><p>　　3、實(shí)驗設(shè)計電路原理圖</p><p><b&

28、gt;　　3.1電路原理圖</b></p><p>　　圖2 利用555定時器設(shè)計方波電路原理圖</p><p><b>　　3.2工作狀態(tài)分析</b></p><p>　　電路只要一加上電壓VDD，振蕩器便起振。剛通電時，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

29、時間。壓充到閾值電平2/3 VDD時，555復(fù)位，3腳轉(zhuǎn)呈低電平，此時C通過Dl、RB、555內(nèi)部的放電管放電，放電時間。則振蕩周期為。</p><p>　　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，。</p><p>　　當(dāng)RP1中心頭滑向最下端時，</p><p>　　由技術(shù)要求中振蕩周期2ms<T<10ms及得電容C的取值范圍：0.23

30、8uf~1.19uF，我們使用的是C=1uF。</p><p>　　4、仿真運(yùn)行詳細(xì)描述</p><p>　　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，觸發(fā)器被復(fù)位，同時放電BJT T導(dǎo)通，此時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，觸發(fā)器又被置位，Vo翻轉(zhuǎn)為高電平。電容器C放電所需的時間為t= RC ㏑2≈0.7 RC

31、,當(dāng)C放電結(jié)束時，T截止，V將通過R、R向電容器C充電，v由（）V上升到（）V所需要的時間為t=( R+ R)C㏑2≈0.7( R+ R)C,當(dāng)v上升到（）V時，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周期性的方波，其頻率為f=≈,這樣設(shè)計出的發(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，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

32、過R、D向電容充電，充電時間為t≈0.7 RC,電容器C通過D、R及555中的BJT T放電，放電時間為t≈0.7RC,因而，振蕩頻率為f=≈?？梢姡@種振蕩器輸出波形的占空比為q(℅)=()*100％。</p><p>　　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)。</p><p>　　可調(diào)占空比方波產(chǎn)生器的仿真運(yùn)行波形及電壓表顯示圖3、圖4示：</p&g

33、t;<p>　　圖3 仿真運(yùn)行波形</p><p><b>　　圖4 電壓表顯示</b></p><p><b>　　5、硬件電路設(shè)計</b></p><p><b>　　5.1電路板焊接</b></p><p>　?。?）依照原理圖將各個元器件安放在電路板上

34、并布局。</p><p>　　（2）進(jìn)行焊接。焊接過程中要邊焊接邊檢查，防止漏焊、連焊。</p><p><b>　　5.2電路調(diào)試</b></p><p>　?。?）檢查電路中各個元件是否接的可靠、大小是否合理，特別是NE555必須接正確。</p><p>　?。?）在一切都正常的情況下，給電路提供+12V電源，此時立

35、即觸摸NE555是否發(fā)燙，若發(fā)燙應(yīng)立即斷電。</p><p>　　（3）若NE555沒有發(fā)燙，則說明NE555工作正常，這時開始實(shí)驗數(shù)據(jù)測試 。</p><p>　?。?）通過示波器觀察NE555輸出的方波信號。</p><p>　?。?）依據(jù)555定時器的工作原理調(diào)節(jié)電位器以改變閾值電壓，調(diào)節(jié)充放電的時間，實(shí)現(xiàn)在周期不變的情況下，改變占空比。</p>

36、<p>　?。?）觀察結(jié)束后，斷電。</p><p><b>　　6、實(shí)驗總結(jié)</b></p><p>　　通過這次設(shè)計，使我深入了解了555定時器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及占空比設(shè)計方波的工作原理，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)計相結(jié)合，培養(yǎng)了創(chuàng)新開發(fā)的思維以及團(tuán)隊合作意識。</p><p>　　在此次課程設(shè)計

37、中，收獲知識的同時，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。</p><p>　　在這次課設(shè)中，我感觸最深的是，要想完成一個設(shè)計，就必須多動腦，勤動手。課設(shè)中只有一個人知道原理是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須讓每個人都知道，否則一個人的錯誤，就有可能導(dǎo)致整個工作失敗。團(tuán)結(jié)協(xié)作是我

38、們實(shí)習(xí)成功的一項非常重要的保證。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 周雪：《模擬電子技術(shù)》，西安電子科技大學(xué)出版社，2005.07，23-60.</p><p>　　[2] 李中發(fā)：《數(shù)字電子技術(shù)》，中國水利水電出版社，2007.02，252-257.</p><p>　　[3]

39、李銀華：《電子線路設(shè)計指導(dǎo)》，航空航天大學(xué)出版社，2005.07，60-80.</p><p>　　[4] 周亦武，孫威娜：《放大電路指南》，科學(xué)技術(shù)出版社，2004.07，50-65.</p><p>　　[5] 那文鵬，王昊：《通用集成電路的選擇與使用》，人民郵政出版社，2004.07，25-40.</p><p>　　[6] 周仲：《國產(chǎn)集成電路應(yīng)用500例》

40、，電子工業(yè)出版社，1992.07，200-215. </p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　摘 要：有很多方法可以實(shí)現(xiàn)方波的產(chǎn)生，在本次課程設(shè)計中我們使用555定時器直接產(chǎn)生方波，通過調(diào)節(jié)滑動變阻器，可以調(diào)節(jié)占空比。通過555定時器進(jìn)行方波信號發(fā)生器的設(shè)計，電路簡單，成本低廉。并通過Multisim10進(jìn)行電路創(chuàng)建，波形仿真。</p>

41、;<p>　　關(guān)鍵詞：555定時器 占空比 仿真</p><p>　　經(jīng)過一個多月的課設(shè)，使我們認(rèn)識到，書本上的知識往往和實(shí)際不一樣，只有經(jīng)過自己親自動手，才能最終的理解理論知識。在此，首先感謝學(xué)校給我們這個機(jī)會，還有就是感謝電子信息工程系所有指導(dǎo)老師，最后感謝李建國指導(dǎo)老師，是他讓我們的設(shè)計方案由不完整到完整，直到最后的成功。從論文選題到搜集資料,從開題報告、寫初稿到反復(fù)修改,期間經(jīng)歷了喜悅、聒噪