多谐振荡方波发生器方波发生电路设计.doc

1、桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸 第 13 页 共 13 页摘 要多谐振荡方波发生器在各理工科实验中具有广泛的应用，同时在生活中的数字设备、家用电器、电子玩具等许多领域也有需求。方波信号是一种应用极为广泛的信号，它在科学研究、工程教育及生产实践中的使用非常普遍。它通常作为为标准信号，应用于电子电路的性能试验或参数测量。另外，在许多测试仪中也需要用标准的方波信号检测一些物理量。所以研究多谐振荡方波发生器具有非常重要的现实意义。基于这种形式下，我用555时基电路设计一个电路，使其产生稳定的方波，这次的设计我是以NE555芯片作为主要部分，同时结合部分外围电路，使用Protel99软件作为辅

2、助，把设计电路焊接在铜板上，得到电路后，输入直流电压VCC为5V，输出为占空比可调和频率可调的多谐振荡方波。设计的电路最后使得输出波形不失真，无杂波干涉，频率可调稳定的占空比可调的方波。 关键字：占空比，频率，NE555,方波。 Abstract Multivibrator square-wave generator in various science and engineering experiments with a wide range of applications, while in life digital devices, home appliances, electronic

3、 toys and many other fields also have needs. Square wave signal is an application extremely wide range of signals, which in scientific research, engineering, education and production practice in the use of very common. He often used as a standard signal, used in electronic circuits or parameters of

4、performance test measurements. In addition, in many testers also need a standard square wave signal detection of some physical quantity. Therefore, square-wave generator Multivibrator study has very important practical significance. Based on this form, I use 555 time-base circuit design a circuit to

5、 produce a stable square wave, the design process was my capacity as the main part of the NE555 chip, combined with part of the peripheral circuits, the use of Protel99 software as a supplement to Design of welded copper on the circuit. Input DC voltage VCC of 5V, the output duty cycle and frequency

6、 adjustable adjustable multi-resonant square wave. The final design of the circuit makes the output waveform distortion, no clutter interference, frequency adjustable adjustable duty cycle square wave stability.Keywords: duty cycle, frequency, NE555, square-wave 目 录引言 1第一章：方波发生设计概述31.1发展趋势3第二章：总体方案设

7、计3第三章：硬件设计43.1工作原理4 3.1.1.555时基电路的电路结构和逻辑功能4.3.1.2 .555时基电路的主要参数.53.2.555构成占空比可调的多谐振荡器63.3 设计的电路图及PCB图7 .第四章：调试和性能分析84.1注意事项84.2方法或步骤94.3参数的测量与分析9第五章：总结11谢 辞12参考文献：.13 引言： 随着社会的发展，各种稳定的波形产生器成为了我们生活中不可或缺的一部分,而方波也是其中比较有代表性的一个波形。方波它在各个行业及日常生活中得到了广泛应用，他能很好的在我们的生活学习中对定时器、分频器、脉冲信号发生器、元件参数和电路检测电路、玩具游戏机电路、音

8、响告警电路、电源交换电路、频率变换电路、自动控制电路等的运用。有了方波发生器，它可给我们提供了很大的便利第一章：方波发生设计概述1.1发展趋势由555时基电路构成常见的最基本的典型应用电路有：单稳态触发电路、双稳态触发电路、无稳态电路，而用这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、脉冲信号发生器、元件参数和电路检测电路、玩具游戏机电路、音响告警电路、电源交换电路、频率变换电路、自动控制电路等第二章：总体方案设计方案一：用UA741放大电路外接若干二极管、电阻电容，这种方案硬件电路复杂，可靠性差， 方案二：用MAX0832集成芯片产生所需方波，可靠性好，稳定性

9、好，但经济价值很贵方案三：用NE555集成芯片外接几个电阻电容，和二极管设计一个发生器。在此我选择了方案三，通过它，产生的方波虽然不是很好看，但经过施密特整形会得到较好的波形，且经济比较为合理，也能达到实验的要求。第三章：硬件设计3.1工作原理 （一）555时基电路的电路结构和逻辑功能 1.电路结构及逻辑功能 图1为555时基电路的电路结构和8脚双列直插式的引脚图，由图可知555电路由电阻分压器、电压比较器、基本RS触发器、放电管和输出缓冲器5个部分组成。它的各个引脚功能如下： 1脚：GND(或Vss)外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。 8脚：VCC(或VDD)外接电源VCC，双极型时

10、基电路VCC的范围是4.516V，CMOS型时基电路VCC的范围为318V。一般情况下选用5V。 3脚：OUT（或Vo）输出端。 2脚：TR低触发端。 6脚：TH高触发端。 4脚：R是直接清零端。当R端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TR、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。 5脚：CO(或VC)为控制电压端。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。 7脚：D放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。电阻分压器由三个5k的等值电阻串联而成。电阻分压器为比较器C1、C2提供参考电压

11、，比较器C1的参考电压为2/3Vcc，加在同相输入端，比较器C2的参考电压为1/3Vcc，加在反相输入端。比较器由两个结构相同的集成运放C1、C2组成。高电平触发信号加在C1的反相输入端，与同相输入端的参考电压比较后，其结果作为基本RS触发器R端的输入信号；低电平触发信号加在C2的同相输入端，与反相输入端的参考电压比较后，其结果作为基本RS触发器S端的输入信号。基本RS触发器的输出状态受比较器C1、C2的输出端控制。 在1脚接地，5脚未外接电压，两个比较器C1、C2基准电压分别为2/3Vcc，1/3Vcc的情况下，555时基电路的功能表如表1示. 2.555时基电路的主要参数 555时基电路的

12、主要参数有电源电压、静态电流、定时精度、阈值电压、阈值电流、触发电压、触发电流、复位电压、复位电流、放电电流、驱动电流及最高工作频率。3. 等效电路 555时基电路内部既有模拟电路，又有数字电路，读图和应用十分不便，为便于一目了然地理解555的功能，可以将555电路的数字与模拟功能合在一起考虑，进行化简。 图2是图1（a）中555电路的内电路方框图简化成为带一个放电开关的特殊的RS触发器，其逻辑功能见表2所示。化简后的特殊RS触发器输出电压Vo与输入电压VTH及VTR的关系见表4所示。3.2.555构成占空比可调的多谐振荡器首先是将555定时器的2脚与6脚接在一起，构成施密特触发器。施密特触发

13、器的电压传输特性是反相的。电阻R5和电容C构成一个RC积分电路，其输入端接施密特触发器的输出端，其输出端接施密特触发器的输入端。除此以外，增加了一个电阻R6，R6与555定时器内部的放电管TD构成了一个反相器。逻辑上，这个反相器的输出与555定时器的输出完全相同。因此，这个施密特触发器有两个输出端，分别为555定时器的3号脚和7号脚。施密特触发器的一个输出端（7号脚）接RC积分电路的输入端，RC积分电路的输出端接施密特触发器的输入端。这就是我用555定时器构成多谐振荡器的思路。 图3 方波发生电路图图中0.01uf电容C、4.7K电阻R5和4.7K电阻R6作为振荡器的定时元件，4.7K电位器R

14、w决定着输出矩形波正、负脉冲的宽度。定时器的触发输入端（2脚）和阀值输入端（6脚）与电容相连；集电极开路输出端（7脚）接R1、R2之间的电位器R7，用以控制电容C的充、放电；外界控制输入端（5脚）通过0.01uF电容Co接地。二极管D3与D4用来决定电容充、放电电流流经电阻的途径（充电时D3导通，D4截止；放电时D4导通，D3截止）。占空比 ： 。 电路开始工作时，先对C4充电，充电电流通过R6,D3,R7和R8；放电时通过R8,R8,D4,R5.当R6=R5时，调至中心点，因充放电的时间基本相等，可使得其的占空比约为50%，此时改变R8仅仅改变频率，占空比不变。如R7调至偏离中心点，再调节R

15、8，不仅频率改变，其的占空比也跟着有影响。R8不变，只调节R7,只改变占空比，对频率没影响。因此，当电路工作时，接通电源，应调节R8使频率到达规定值，再调R7，获得想要的占空比。当想获得不同的频率时，先调R7到要获得的占空比的位置，再调R8到达所要的频率出。3.3.设计的电路图： 图4 原理图 图5 PCB 图 第四章：调试和性能分析4.1注意事项1.NE555集成芯片三脚输出波形需整形2.电阻电容用精密电阻电容为了提高稳定性和精度3调节占空比与频率时注意电位器的调节的先后顺序4.2方法或步骤第一步：检查电路中各个元件是否接的可靠、大小是否合理，特别是NE555必须接正确第二步：在一切都正常的

16、情况下，给电路通电，此时立即触摸NE555是否发烫，若发烫应立即断电第三步：若NE555没有发烫，则说明NE555工作正常，这时开始实验数据测试 。第四步：通过示波器观察NE555输出的方波信号，观察方波的失真情况。第五步：失真的波形通过改良一下，改良后的波形是应该是没有多大失真的方波或者没失真的方波。第六步：通过示波器观察波形的幅值大小第七步：通过改变可调电阻观察占空比的范围。第八步：通过改变可调电阻观察方波的可调频率的范围。第九步：统计实验数据4.3参数的测量与分析：1.占空比的测量：根据上面的步骤：在保证一个电位器不变的情况下，调节R7电位器可以看出其占空比的范围由下图6和图7可知道大概

17、范围在20%80%间，可知也是达到了要的占空比范围。 图6 占空比最小图 图7 占空比最大图2.频率范围的测量：在保持R7电位器不变的情况下，调R8电位器，可知他的可调的频率范围为：89.368HZ272.58HZ。可知其的频率可调也在200HZ左右，在一定的情况下是完全满足要求的。 图8 频率最小图 图9 频率最大图第五章：总结经过几个星期的艰苦奋战，从拿到论文的那一刻起，自己就寻找设计方案，经过不断地仿真论证，最后确定方案，后面进行电路的设计，画图，做板，花了不少的时间，但是还没有得出自己所要的波形，也要不断的进行调试，一遍遍的尝试，最后终于得出了所要的波形。最终也完成了毕业课设，基本上达

18、到了老师的要求，虽然过程看起来是艰苦的，但最后的结果是令人喜悦的。自己用的这方案能有效缩短调节时间，也比较的经济实惠，成本比较低，也能达到自己比较喜欢的波形。这次课设基本上达到了老师要求的任务的各项要求和目标，达到此次涉及内容的预期目的。也从实验中更重的是培养了自己的动手能力，掌握毕业课设的基本知识，综合运用本专业相关知识，对知识有了系统的重新认识。可以说真正的做到了理论与实践相结合。这次课设的顺利完成可以为以后的毕业设计甚至是以后的工作都有了大步的好处吧！随着科学技术的发展，脉冲信号发生器等仪表的数字化、智能化、网络化将是发展方向，加上计算机技术的迅猛发展，它将会具有非常广阔的发展空间。 谢

19、 辞本课设设计在洪莉老师的悉心指导和严格要求下业已完成，从课题选择到具体的写作过程，无不凝聚着洪莉老师的心血和汗水，在我的课设论文写作期间，洪莉老师为我提供了种种专业知识上的指导和一些富于创造性的建议，没有这样的帮助和关怀，我不会这么顺利的完成课程设计。在此向洪莉老师表示深深的感谢和崇高的敬意。感谢学校的安排，是在这样一个学校下，才有机会能做这样的课设机会，在做课设期间，可以说是使自己能真正的做到了理论与实践相结合，自己从中受益匪浅。感谢 过去几年各位任课老师认真负责，在他们的悉心帮助和支持下，使我能够很好的掌握和运用专业知识，并在课设中得以体现，顺利完成课程设计。 同时，在课设与论文的处理过

20、程中，我还参考了有关的书籍和论文，在这里一并向有关的作者表示谢意。 我还要感谢同组的各位同学，在课程设计的这段时间里，你们给了我很多的启发，提出了很多宝贵的意见，对于你们帮助和支持，在此我表示深深地感谢。 参考文献： 【1】王卫东.模拟电子电路基础.西安西安电子科技大学出版社，2003.2 【2】阎石. 数字电子技术基础 北京高等教育出版社，2003【3】.黄智伟.全国大学生电子设计竞赛电路设计.北京：航空航天大学出版社.2006【4】汤元信.电子工艺及电子工程设计. 北京：航空航天大学出版社.2001【5】孙青.电子元器件可靠性工程.北京：电子工业出版社.2002【6】周仲.国产集成电路应用500例.北京：电子工业出版社.1992【7】那文鹏，王昊.通用集成电路的选择与使用.北京：人民邮政出版社.2004【8】周亦武，孙威娜.放大电路指南.福建：科学技术出版社.2004【9】李银华.电子线路设计指导. 北京：航空航天大学出版社.200513