電子課程設(shè)計(jì)--ne555信號(hào)發(fā)生器

1、<p>　　電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)</p><p>　　題 目： NE555信號(hào)發(fā)生器 </p><p>　　系 部： 信息與控制工程學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè)： 測(cè)控技術(shù)與儀器 </p><p>　　班 級(jí)：

2、 </p><p>　　2016年 6月 24日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1</p><p><b>　　2 設(shè)計(jì)方案1</b></p><p>　　2.1 電源設(shè)計(jì)

3、1</p><p>　　2.2 信號(hào)電路設(shè)計(jì)2</p><p>　　2.3 555計(jì)時(shí)器的介紹與使用2</p><p>　　3 硬件電路設(shè)計(jì)：3</p><p>　　3.1 電源電路設(shè)計(jì)3</p><p>　　3.2 方波電路設(shè)計(jì)4</p><p>　　3.3 三角波電路

4、設(shè)計(jì)5</p><p>　　3.4 正弦波電路設(shè)計(jì)5</p><p>　　4 主要參數(shù)計(jì)算與分析6</p><p>　　4.1 電源電路分析6</p><p>　　4.2 方波產(chǎn)生分析6</p><p>　　4.3 方波輸出為三角波分析7</p><p>　　4.4 三角

5、波輸出為正弦波分析8</p><p><b>　　5 軟件設(shè)計(jì)9</b></p><p>　　5.1 由555定時(shí)器產(chǎn)生方波9</p><p>　　5.2 由方波輸出三角波10</p><p>　　5.3 由三角波輸出正弦波11</p><p>　　6 調(diào)試過(guò)程12</

6、p><p>　　6.1 方波---三角波發(fā)生電路的安裝與調(diào)試 12</p><p>　　6.1.1 安裝方波——三角波產(chǎn)生電路 12</p><p>　　6.1.2 調(diào)試方波——三角波產(chǎn)生電路 12</p><p>　　6.2 三角波---正弦波轉(zhuǎn)換電路的安裝與調(diào)試 13</p>&l

7、t;p>　　6.2.1 安裝三角波——正弦波變換電路 13</p><p>　　6.2.2 調(diào)試三角波——正弦波變換電路 13</p><p>　　6.3 總電路的安裝與調(diào)試13</p><p>　　6.4 調(diào)試中遇到的問(wèn)題及解決的方法 14</p><p><b>　　7 結(jié)

8、論14</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)15</b></p><p>　　1 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求：</p><p>　　任務(wù)： 用555定時(shí)器構(gòu)成方波、三角波、正弦波發(fā)生器。</p><p><b>　　要求：</b></p><p>　　方波發(fā)生器

9、電路輸出頻率范圍：10-1KH可調(diào)；占空比0-100%連續(xù)可調(diào)； 輸出方波Vp_p<=12v;輸出三角波Vp-p>0.2v;輸出正弦波Vp-p<1v;</p><p>　　設(shè)計(jì)以上電路工作電源。 </p><p><b>　　2 設(shè)計(jì)方案</b></p><p>&l

10、t;b>　　2.1 電源設(shè)計(jì)</b></p><p>　　圖2-1 電源設(shè)計(jì)圖</p><p>　　此電源電路設(shè)計(jì)由外部輸出的220V交流電壓經(jīng)過(guò)電源變電器后，從次級(jí)輸出10V左右的交流電壓，該低電壓經(jīng)過(guò)橋式整流、電容濾波后穩(wěn)壓，提供給后面各級(jí)電路。</p><p>　　2.2 信號(hào)電路設(shè)計(jì) </p><p>

11、;　　圖2-2 信號(hào)電路設(shè)計(jì)框圖</p><p>　　RC正弦波振蕩電路、電壓比較器、積分電路共同組成的正弦波—方波—三角波函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計(jì)方法，先通過(guò)RC正弦波振蕩電路產(chǎn)生正弦波，再通過(guò)電壓比較器產(chǎn)生方波，最后通過(guò)積分電路形成三角波。</p><p>　　2.3 555定時(shí)器的介紹及使用</p><p>　　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

12、使用靈活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以構(gòu)成單穩(wěn)、多諧和施密特觸發(fā)器。因而廣泛用于信號(hào)的產(chǎn)生、變換、控制與檢測(cè)。</p><p>　　目前生產(chǎn)的定時(shí)器有雙極型和CMOS兩種類型，其型號(hào)分別有NE555(或5G555)和C7555等多種。它們的結(jié)構(gòu)及工作原理基本相同。通常，雙極型定時(shí)器具有較大的驅(qū)動(dòng)能力，而CMOS定時(shí)器具有低功耗、輸入阻抗高等優(yōu)點(diǎn)。555定時(shí)器工作的電源電壓很寬，并可承受較大的負(fù)載電流。雙極型

13、定時(shí)器電源電壓范圍為5～16V，最大負(fù)載電流可達(dá)200mA；CMOS定時(shí)器電源電壓范圍為318V，最大負(fù)載電流在4mA以下。</p><p>　　圖2-3 555定時(shí)器原理圖 圖2-4 555定時(shí)器引腳圖</p><p><b>　　3 硬件電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1 電源電路設(shè)計(jì)</

14、p><p>　　圖3-1 電源電路設(shè)計(jì)圖</p><p>　　電源部分是由整流橋和LM7812CT、LM7912CT構(gòu)成，整流橋部分采用了一體式的整流橋，整流橋的作用就是能夠通過(guò)二極管的單向?qū)ǖ奶匦詫㈦娖皆诹泓c(diǎn)上下浮動(dòng)的交流電轉(zhuǎn)換為單向的直流電，通常電源中采用的整流橋。然后通過(guò)三端集成穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓塊LM7812CT、LM7912CT穩(wěn)定輸出正負(fù)12V電壓。</p><p&

15、gt;　　3.2 方波連接線路圖設(shè)計(jì)</p><p>　　圖3-2 方波線路連接圖</p><p>　　由555定時(shí)器組成占空比可調(diào)的多諧振蕩器比由555定時(shí)器組成的普通多諧振蕩器增加了一個(gè)電位器和兩個(gè)二極管。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，D2截止；放電時(shí)D2導(dǎo)通，D1截止)。</p><p>　　3.3 三角波連接線路圖設(shè)計(jì)

16、</p><p>　　圖3-3 三角波線路連接圖</p><p>　　由741放大器為運(yùn)算放大器中最常用的一種，擁有反相與非反相兩個(gè)輸入端，有輸入端輸入與被放大的電流或電壓信號(hào)，經(jīng)放大后由輸出端輸出。最大特點(diǎn)為需要一對(duì)同樣大小的正負(fù)電源，由正負(fù)12V直流電源提供。</p><p>　　3.4 正弦波電路設(shè)計(jì)</p><p>　　圖3-4 正弦

17、波電路設(shè)計(jì)圖</p><p>　　4 主要參數(shù)計(jì)算與分析</p><p>　　4.1 電源電路分析</p><p>　　橋式整流電路的工作原理：正半周時(shí)，對(duì)D1、D3和方向電壓Dl D3導(dǎo)通對(duì)D2、D4加反向電壓D2、D4截止。負(fù)半周時(shí)，對(duì)D2、D4加正向電壓D2、D4導(dǎo)通對(duì)D1、D3加反向電壓D1、D3截止。形成上正下負(fù)的另外半波的整流電壓。</p

18、><p>　　整流電壓經(jīng)過(guò)LM7812CT +12V三端穩(wěn)壓器，最大輸出電流都是1A和LM7912CT -12V三端穩(wěn)壓器穩(wěn)定輸出12V電源。</p><p>　　4.2 方波產(chǎn)生分析 </p><p>　　如圖3-2，當(dāng)電容C1被充電時(shí)，2和6引腳的電壓都上升，接通+12V電源后，電容C1被充電，電容電壓Vc上升，當(dāng)Vc上升到Vcc2/3時(shí)，觸發(fā)器被復(fù)位，此時(shí)輸出

19、電平Vo為低電平，電容C1放電，使VR下降。當(dāng)VR下降到Vcc/3時(shí)，觸發(fā)器又被置位，Vo翻轉(zhuǎn)為高電平。</p><p>　　控制占空比實(shí)際上就是要控制電容C1的充放電時(shí)間，依據(jù)電路圖C1充電由0到2/3VCC 3腳輸出高電平，電容放電由2/3VCC降到1/3VCC輸出低電平，故只要控制好C1充放電回路就可以控制C1充放電時(shí)間進(jìn)而控制輸出波形的占空比。 </p>&

20、lt;p>　　C1通過(guò)R6、D1對(duì)其充電，充電時(shí)間(C=C1)。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(guò)D2、R12、555內(nèi)部的放電管放電，放電時(shí)間(C=C1)。則振蕩周期為?。</p><p>　　圖4-1 方波產(chǎn)生示意圖</p><p>　　4.3 方波輸出為三角波分析</p><p>　　如圖3-3，741很

21、大時(shí)，運(yùn)放兩輸入端為"虛地"，忽略流入放大器的電流，令輸入電壓為Vi輸出為Vo，流過(guò)電容C的電流為i1則 ，有   即輸出電壓與輸入電壓成積分關(guān)系。當(dāng) 為固定值時(shí) </p><p>　　上式表明 輸出電壓按一定比例隨時(shí)間作直線上升或下降。當(dāng) 為矩形波時(shí)， 便成為三角波。</p><p>　　圖4-2 方波輸出三角波示意圖</p>&l

22、t;p>　　4.4 三角波輸出正弦波分析</p><p>　　在三角波電壓為固定頻率或頻率變化范圍很小的情況下，要以考慮采用低通濾波的方法將三角波變換為正弦波，電路框圖如圖（a）所示。輸入電壓和輸出電壓的波形如圖（b）所示，uO的頻率等于uI基波的頻率。 </p><p><b>　　ui</b></p><p><b>　　

23、0t (a)</b></p><p><b>　　uo</b></p><p><b>　　0t(b)</b></p><p>　　圖4-3三角波輸出正弦波示意圖</p><p>　　利用低通濾波器將三角波變換成正弦波 </p><p>　　將三

24、角波按傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)</p><p>　　其中Um是三角波的幅值。根據(jù)上式可知，低通濾波器的通帶截止頻率應(yīng)大于三角波的基波頻率且小于三角波的三次諧波頻率</p><p><b>　　5 軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　5.1 由555定時(shí)器產(chǎn)生方波</p><p>　　圖5-1方波產(chǎn)生電路</p>

25、<p>　　圖5-2方波的仿真圖</p><p>　　5.2 由方波產(chǎn)生三角波</p><p>　　圖5-3三角波產(chǎn)生的電路</p><p>　　圖5-4三角波仿真圖</p><p>　　5.3 由三角波產(chǎn)生正弦波</p><p>　　圖5-5正弦波產(chǎn)生電路圖</p><p>　

26、　圖5-6正弦波仿真圖</p><p><b>　　6 調(diào)試過(guò)程</b></p><p>　　6.1 方波---三角波發(fā)生電路的安裝與調(diào)試6.1.1 安裝方波——三角波產(chǎn)生電路（1）把741集成塊插入面包板，注意布局；（2）分別把各電阻放入適當(dāng)位置，尤其注意電位器的接法；（3）按圖接線，注意直流源的正負(fù)及接地端。6.1.2 調(diào)試方波——三角波產(chǎn)生電路

27、（1）接入電源后，用示波器進(jìn)行雙蹤觀察；（2）調(diào)節(jié)可調(diào)電阻R8，使三角波的幅值滿足指標(biāo)要求；（3）調(diào)節(jié)可調(diào)電阻R5，微調(diào)波形的頻率；（4）觀察示波器，各指標(biāo)達(dá)到要求后進(jìn)行下一部按裝。</p><p>　　圖6-2 方波——三角波調(diào)試圖</p><p>　　6.2 三角波---正弦波轉(zhuǎn)換電路的安裝與調(diào)試6.2.1 安裝三角波——正弦波變換電路（1）在面包板上接入差分放大電路，注意

28、三極管的各管腳的接線；（2）搭生成直流源電路，注意各相關(guān)的阻值選??；（3）接入各電容及電位器，注意濾波電容的選取；（4）按圖接線，注意直流源的正負(fù)及接地端。6.2.2  調(diào)試三角波——正弦波變換電路（1）接入直流源后，把C5接地，利用萬(wàn)用表測(cè)試差分放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)；18/28頁(yè)（2）測(cè)試V1、V2的電容值，當(dāng)不相等時(shí)調(diào)節(jié)R9使其相等；（3）測(cè)試V3、V4的電容值，使其滿足實(shí)驗(yàn)要求；（4）在C5端接入信號(hào)源

29、，利用示波器觀察，逐漸增大輸入電壓，當(dāng)輸出波形剛好不失真時(shí)記入其最大不失真電壓； </p><p>　　圖6-3三角波——正弦波調(diào)試圖</p><p>　　6.3  總電路的安裝與調(diào)試（1）把兩部分的電路接好，進(jìn)行整體測(cè)試、觀察（2）針對(duì)各階段出現(xiàn)的問(wèn)題，逐各排查校驗(yàn)，使其滿足實(shí)驗(yàn)要求，即使正弦波的峰峰值大于1V。</p><p>　　圖6-4總電

30、路安裝調(diào)試圖</p><p>　　6.4 調(diào)試中遇到的問(wèn)題及解決的方法</p><p>　?。?）調(diào)試時(shí)沒(méi)有波形出現(xiàn)。用萬(wàn)用表 測(cè)量各個(gè)結(jié)點(diǎn)是否有電流通過(guò)，以便檢查電路連接是否正常,是否存在虛焊。（2）調(diào)節(jié)電位器時(shí)，波形的沒(méi)有任何變化。可能是電位器的連接方法有問(wèn)題，也可能是電位器本身無(wú)法調(diào)節(jié)。 </p><p><b>　　7 結(jié)論

31、</b></p><p>　　為期兩個(gè)周的課程設(shè)計(jì)已經(jīng)結(jié)束，在這兩星期的學(xué)習(xí)、設(shè)計(jì)、焊接過(guò)程中我們感觸頗深。使我們對(duì)抽象的理論有了具體的認(rèn)識(shí)。通過(guò)對(duì)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)，我們掌握了常用元件的識(shí)別和測(cè)試；熟悉了常用的儀器儀表；了解了電路的連接、焊接方法；以及如何提高電路的性能等</p><p>　　通過(guò)這次設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，使我們深入了解了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

32、，加深了對(duì)課本理論知識(shí)的理解，鍛煉了動(dòng)手實(shí)踐能力，理論知識(shí)與實(shí)踐設(shè)計(jì)相結(jié)合，培養(yǎng)了創(chuàng)新開(kāi)發(fā)的思維。在運(yùn)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)踐工作到底有多大距離，并通過(guò)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)。</p><p>　　數(shù)字電子技術(shù)的學(xué)習(xí)比較復(fù)雜，有許多芯片的作用都需要記住，通過(guò)利用各種芯片進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，有助于我們對(duì)芯片功能的理解和了解他們?cè)趯?shí)際中的應(yīng)用。&

33、lt;/p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社.2006.</p><p>　　[2]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)(數(shù)字部分)[M].北京：高等教育出版社.2000.</p><p>　　[3]任為民.數(shù)字電子電路學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)[M].北京:廣播電視大學(xué)