课程设计——基于NE555-函数信号发生器.doc

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1、大学学院系课程设计报告大学学院课程设计基于NE555 函数信号发生器 学生姓名学 号所 在 系专业名称班 级指导教师成 绩 摘要：各种电器设备要正常工作，常常需要各种波形信号的支持。电器设备中常用的信号有正弦波、矩形波、三角波等。在电器设备中，这些信号是由波形产生和变换电路来提供的。这种能够产生多种波形，如三角波、矩形波（含方波）、正弦波的电路被称为函数信号发生器。函数信号发生器产生的各种波形能满足现代测量、通信、自动控制和热加工、音视频设备及数字系统等对各种信号源的需求。例如设计和测试、汽车制造、生物医药、传感器仿真、制造模型等。在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。关键字：正弦波，矩形波，

2、三角波，函数信号发生器Abstract: A variety of electrical equipment to work properly, which often need the support from a variety of wave form signals. Electrical equipment commonly used in signal sine wave, square wave, triangle wave. In electrical equipment, these signals are generated by the waveform and the

3、conversion circuit to provide. This can produce a variety of waveforms such as triangular wave, rectangular wave (including square), the sine wave signal generator circuit is called a function. Function generator for a variety of waveforms to meet the modern measurement, communications, automatic co

4、ntrol and thermal processing, audio and video equipment and digital systems, the demand for a variety of sources, such as design and testing, automotive, biomedical, sensor simulation, manufacturing model. Production practices and technology in the field has a wide range of applications. Key words:

5、Sine wave, Square wave, Triangle wave, The function signal generator 目 录前言1. 总体设计方案12. 电路的基本组成及工作原理12.1 系统组成框图12.2 方波的产生2 2.3 由方波输出为三角波4 2.4 由三角波输出正弦波43. 单元模块设计63.1 电源方框图63.2 单元电路63.2.1 整流电路6 3.2.2 滤波电路8 3.2.3 稳压电路83.2.4 电源电路原理及电路图93.3 555定时器的介绍 10 3.3.1 电路组成10 3.3.2 引脚的作用10 3.3.3 基本功能114. 电路工作原理分析1

6、25. 设计总结136. 参考文献147. 附录15前言函数信号发生器是信号源的一种，主要给被测电路提供所需要的己知信号(各种波形)，然后用其它仪表测量感兴趣的参数。可见信号源在各种实验应用和试验测试处理中，它的应用非常广泛。我们为了方便电子爱好者或学生用示波器来做观察信号波形实验，动手做了该函数信号发生器。该信号发生器电路简单、成本低廉、调整方便。它是基于ne555计时器接成振荡器工作形式和电容积分而产生的波形。其工作频率为1010000Hz，调节滑动变阻器可改变振荡器的频率。波形发生器是信号源的一种，主要给被测电路提供所需要的己知信号(各种波形)，然后用其它仪表测量感兴趣的参数。可见信号源

7、在各种实验应用和试验测试处理中，它的应用非常广泛。它不是测量仪器，而是根据使用者的要求，作为激励源，仿真各种测试信号，提供给被测电路，以满足测量或各种实际需要。 1. 总体设计方案正弦波、方波、三角波，这三种波形都是比较简单且常见的波形，产生的方法由很多种，可以先产生方波，然后得到三角波和正弦波，也可以先得到正弦波，然后翻过来再输出另外两种波形;可以用集成芯片，同时也可以用运用各种元器件来实现振荡电路。第一，利用专用直接数字合成芯片的函数发生器。第二，可以选用专门的函数信号发生器，如8038。 第三，由555定时器所构成的多谐振动器产生方波, 方波经过积分器的作用产生三角波，三角波在经过差分放

8、大电路的非线性转换为正弦波。比较以上几种方案：第一，方案比较简单同时也能产生任意波形并达到很高的频率。但成本较高。第二，它们虽然能够甚好的实现波形的产生但是功能较少，太单一。第三，过程相对来说比较繁琐，但是思路很明亮，同时，555定时器所构成的多谐振动器产生方波是一种和常用的信号产生器，很具有实用价值，同时，也很容易买到，同时选用改进的555多谐振荡形式产生方波可以通过调节可调电阻的阻值来调节产生方波的频率，产生的方波经过积分器的作用产生三角波，三角波在经过差分放大电路的非线性转换为正弦波。差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高，抗干扰能力较强，可以有效地抑制零点漂移因此可将频率很低的三角波变换

9、成正弦波。因此，就我个人而言，选择第三种方案。用改进过的555多谐振荡形式产生方波，经过积分器的作用产生三角波，三角波在经过差分放大电路的非线性转换为正弦波。2. 电路的基本组成及工作原理由原理图可知该店路由三部分组成，555定时器构成多谐振动器、积分器、差分放大电路。2.1 系统组成框图 三角波方波正弦波555定时器积分网络差分放大电路图2.1-1 总体框图2.2 方波的产生有555定时器构成多谐振动器产生方波如下图所示： 图2.2-1 方波产生电路当电容c2被充电时，2和6引脚的电压都上升，此时二极管D1导通，接通+12V电源后，电容C被充电，Vc上升，当Vc上升到2Vcc/3时，触发器被

10、复位，同时放电BJT T导通，此时输出电平Vo为低电平，电容C通过R2和T放电，使Vc下降。当Vc下降到Vcc/3时，触发器又被置位，Vo翻转为高电平。 电容器C经R2，R23，R21他们此时说分的总阻值设为R1放电,放电所需的时间为： tPL=R1C ln20.7 R1C；当C放电结束时，T截止，Vcc将通过R1、R22、R21所分得的阻值为R2向电容器C充电，Vc由Vcc/3上升到2Vcc/3所需的时间为tPH=R2C ln20.7R2C；当Vc上升到2Vcc/3时，触发器又发生翻转，如此周而复始，在输出端就得到了一个周期性的方波，其频率为 f=1 / (tPL+tPH) 1.43 / (

11、R1+R2) C稳态时555电路输入端处于电源电平，内部放电开关管T导通，输出端Vo输出低电平，当有一个外部负脉冲触发信号加到Vi端。并使2端电位瞬时低于1/3Vcc，低电平比较器动作，单稳态电路即开始一个稳态过程，电容C开始充电，Vc按指数规律增长。当Vc充电到2/3Vcc时，高电平比较器动作，比较器A1翻转，输出Vo从高电平返回低电平，放电开关管T重新导通，电容C上的电荷很快经放电开关管放电，暂态结束，恢复稳定，为下个触发脉冲的来到作好准备。波形图见图2.2-2。 图2.2-2 方波产生波形图同时电路的频率可以通过调节电阻R21、R22、R23来改变电路的频率，从而使得电路的频率可以在一定

12、的范围内进行调节。2.3 由方波输出为三角波（利用积分器来实现） 图2.3-1 波形发生器及图形如上图是一个由方波转换为三角波的电路图及其输出波形当A很大时，运放两输入端为虚地，忽略流入放大器的电流，令输入电压为Vi输出为Vo，流过电容C的电流为i1则 ，有 即输出电压与输入电压成积分关系。 当 为固定值时 上式表明 输出电压按一定比例随时间作直线上升或下降。当 为矩形波时， 便成为三角波。此外，由于电容和滑动变阻器的存在，使得输出的三角波在输入矩形波频率一定的时候也能适当调整，同时电容的存在，又滤除了其他波的干扰。提高了系统的抗干扰性。2.4 由三角波输出正弦波 图2.4-1 波形转换分析表

13、明，传输特性曲线的表达式为：iC=aI/1+exp(-Uid/UT) I 差分放大器的恒定电流； UT 温度的电压当量，当室温为25oc时， 26mV。如果Uid为三角波，设表达式为Uid(t)=4*Um*(t-T/4)/T (0=t=T/2)Uid(t)=-4*Um*(t-3*T/4)/T (T/2=t，vI2时，比较器 C1输出低电平，C2输出高电平，基本RS触发器被置0，放电三极管T导通，输出端vO为低电平。第二，当vI1，vI2时，比较器 C1输出高电平，C2输出低电平，基本RS触发器被置1，放电三极管T截止，输出端vO为高电平。第三，当vI1时，比较器 C1输出高电平，C2也输出高电

14、平，即基本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。因为触发输入端(vI2)为低电平（）时，定时器输出高电平，因此也将该端称为低触发端（TL）。如果在电压控制端（5脚）施加一个外加电压（其值在0VCC之间），比较器的参考电压将发生变化，电路相应的阈值、触发电平也将随之变化，并进而影响电路的工作状态。另外，RD为复位输入端，当RD为低电平时，不管其他输入端的状态如何，输出vo为低电平，即RD的控制级别最高。正常工作时，一般应将其接高电平。4. 电路工作原理分析电路图如图4-1所示, NE555与R1、R2、R3组成典型的555多谐振荡电路，由于R1的电阻远小于R2，所以输出

15、的波形基本为方波。该方波信号由3号脚输出，通过分压电阻R7、R8的分压后的输出波形选择开关的a点，经选择开关将方波信号加至射极输出器VT2的基极通过VT2缓冲变换后，由发射极输出，再经C8耦合，加至调节电位器RP,经过调节在输出端得到方波信号.由NE555的3脚输出的方波信号，经过C8的耦合，加至有R4C5组成的第一节积分变换电路经积分变换后将方波变换为钟形波，并加至选择开关的b点，经VT2缓冲后输出钟形波信号。将钟形波信号通过R5、C6组成第二节积分变换电路，变换为三角波并加至选择开关的c点经VT2缓冲输出三角波信号。由R5、R6形成的三角波，经R6耦合至VT1与C2组成的放大电路进行放大和

16、变换，在放大电路中，由于C2的反馈作用，输入的三角波变换为正弦波由VT1的集电极输出正弦波信号。其中，波形的幅度可通过RP调节大至在0-2V之间。频率恒定不可调,在1KHZ左右。图4-1 设计原理图5. 设计总结经过这些天的课程设计，让我明白课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，更是对自己综合实践能力及团队协作能力的一种锻炼。通过这次课程设计让我明白了自己原来知识还比较欠缺。通过这次课程设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。总之，在这次设计中我学到了不少新知识，了解了很多的设计思想与方法，我也将继续努力，不断地完善和充实自己

17、。在本次课程设计中，我作为组长，组织并和大家一起努力完成这次设计，让我学会了如何增加团队之间的沟通，如何让大家更紧密的联系在一起。也学习到了怎样调动组员的积极性。在整个过程中统一调配，也参加了PBC图的绘制以及电路板的制作。让我明白自己所学运用到实际当中还比较欠缺。在这次的设计中虽然遇到了很多的问题，认识了一些以前不了解或者不知道的元件，有些虽然没有用到，但是学习是无限的，虽然做课程设计有很多困难，但是，当自己完成的时候有无比的喜悦。我感觉设计是对学习知识的运用和个人自己的能力的全面体现，体现了一个人学以致用的能力。只有在真正的运用中才能更好的掌握知识，这样的学习才会有效率，才能长久的记忆。在

18、设计过程中，我们通过查阅大量有关资料，团队之间交流经验，并向老师请教。通过对多种方案的分析讨论让我们明白在对于不同的环境和要求相应的要作出最合适的选择的合理性和重要性。在整个设计中我懂得了许多东西，对自我水平有了进一步的了解，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富，使我终身受益。本论文在主任和老师细心指导下开展的，整个过程中给了我莫大的支持，关心和指导；在我撰写论文的过程中无论是在论文的选题、构思和资料的收集方面，还是在论文的研究方法以及成文定稿方面，我都得到了两位老师悉心细致的教诲和无私的帮助，特别是他

19、们广博的学识、深厚的学术素养、严谨的治学精神和兢兢业业的工作作风使我受益匪浅，在此表示真诚地感谢。 在论文的写作过程中，得到了许多同学的金玉良言，同时在制作过程中也得到了许多同学的支持和帮助，在此一并致以诚挚的谢意， 感谢所有关心、支持、帮助过我的良师益友。最后，向在百忙中抽出时间对本文进行评审并提出宝贵意见的各位专家表示衷心地感谢！6. 参考文献1 张晓东、吴有仓.电工实用电子制作M. 国防工业出版社，2005.1.133-1512 康华光.电子技术基础M. 高教出版社，2003.2.81-1253 李银华.电子线路设计指导M. 北京航空航天大学出版社，2005.6.231-2464 王景先.电子设计软件应用M. 清华大学校内出版社，2003.1.56-1585 姚福安.电子电路设计与实践M. 山东科学技术出版社，2001.10.34-796 郑家龙、王小海、章安元.集成电子技术基础教程M. 高等教育出版社2004.7.111-138附录附录一PCB图如下：附录二仿真原理图如下：19