555定时器构成的方波、三角波、正弦波发生器设计报告.doc

电子技术课程设计说明书题 目：555定时器构成的方波、三角波、正弦波发生器 系 部：歌尔科技学院专 业：班 级：2013级1班 学生:学 号:指导教师:年 月 日. z.-目 录1 设计任务与要求12 设计方案12.1 设计思路12.1.1 方案一原理框图12.1.2 方案二原理框图22.2 函数发生器的选择方案22.3 实验器材33 硬件电路设计43.1 555定时器的介绍43.2 电路组成43.3 引脚的作用53.4 根本功能54 主要参数计算与分析74.1 由555定时器产生方波74.2 由方波输出为三角波94.3 由三角波输出正弦波105 软件设计125.1 系统组成框图125.2 元件清单136 调试过程146.1 方波---三角波发生电路的安装与调试146.1.1 按装方波——三角波产生电路146.1.2 调试方波——三角波产生电路146.2 三角波---正弦波转换电路的安装与调试146.2.1 按装三角波——正弦波变换电路146.2.2 调试三角波——正弦波变换电路146.2.3 总电路的安装与调试156.2.4 调试中遇到的问题及解决的方法157 结论168 附录178.1 用mulstisim 12设计的方波仿真电路图如图8-1178.2 用mulstisim 12设计的三角波仿真电路图如图8-3188.3 用mulstisim 12设计的正弦波仿真电路图如图8-5198.4 电源参考电路图20参考文献21. z.-1 设计任务与要求(1) 555定时器构成的方波发生器电路输出频率围：10-1KH可调；占空比0-100%连续可调；输出方波Vp_p<=12v;输出三角波Vp-p>0.2v;输出正弦波Vp-p<1v;(2)写出详细的电路工作原理、参数计算；(3)画出仿真电路图；(4)仿真测试并记录结果：A.输出方波的仿真结果； B.输出三角波的仿真结果； C.输出正弦波的仿真结果；(5)设计以上电路工作电源： A.画出电源电路图； B.写出电源电路工作原理、参数计算；(6)制作实物；2 设计方案2.1 设计思路 方案一原理框图 图2-1 方波、三角波、正弦波信号发生器的原理框图首先由555定时器组成的多谐振荡器产生方波，然后由积分电路将方波转化为三角波，最后用低通滤波器将方波转化为正弦波，但这样的输出将造成负载的输出正弦波波形变形，因为负载的变动将拉动波形的崎变。

方案二原理框图方波三角波正弦波RC正弦波振荡电路路积分电路电压比拟器图2-2 正弦波、方波、三角波信号发生器的原理框图RC正弦波振荡电路、电压比拟器、积分电路共同组成的正弦波—方波—三角波函数发生器的设计方法，电路框图如上先通过RC正弦波振荡电路产生正弦波，再通过电压比拟器产生方波，最后通过积分电路形成三角波此电路具有良好的正弦波和方波信号但经过积分器电路产生的同步三角波信号，存在难度原因是积分器电路的积分时间常数是不变的，而随着方波信号频率的改变，积分电路输出的三角波幅度同时改变假设要保持三角波幅度不变，需同时改变积分时间常数的大小2.2 函数发生器的选择方案函数发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方涉及锯齿波、阶梯波等电压波形的电路或仪器根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，使用的器件可以是分立器件(如低频信号函数发生器S101全部采用晶体管)，也可以采用集成电路(如单片函数发生器模块8038)为进一步掌握电路的根本理论及实验调试技术，本课题未采用单片函数发生器模块8038方案一的电路构造、思路简单，运行时性能稳定且能较好的符合设计要求，且本钱低廉、调整方便，关于输出正弦波波形的变形，可以通过可变电阻的调节来调整。

而方案二，关于三角波的缺陷，不是能很好的处理，且波形质量不太理想，且频率调节不如方案一简单方便综上所述，我们选择方案一2.3 实验器材电阻，555定时器，滑动变阻器，电容，电解电容，二极管，晶体管，示波器，741及导线假设干主要芯片的作用：〔1〕555定时器：产生方波；〔2〕741：将方波转换成三角波；3 硬件电路设计3.1 555定时器的介绍555定时器是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元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器因而广泛用于信号的产生、变换、控制与检测目前生产的定时器有双极型和CMOS两种类型，其型号分别有NE555(或5G555)和C7555等多种它们的构造及工作原理根本一样通常，双极型定时器具有较大的驱动能力，而CMOS定时器具有低功耗、输入阻抗高等优点555定时器工作的电源电压很宽，并可承受较大的负载电流双极型定时器电源电压围为5～16V，最大负载电流可达200mA；CMOS定时器电源电压围为318V，最大负载电流在4mA以下 3.2 电路组成（1） 图3-2，图3-3为555集成定时器555定时器的部逻辑图和引脚图，其由五个组成： （2） 由三个阻值为5kΩ的电阻组成的分压器； （3） 两个电压比拟器C1和C2： 图3-1 电气原理图 v+＞v－，vo=1； v+＜v－，vo=0。

〔3〕根本RS触发器； 〔4〕放电三极管T及缓冲器G 图3-2 555定时器部逻辑图 图3-3引脚图3.3 引脚的作用1引脚：接地端，与地相接； 2引脚：触发输入端； 3引脚: 电压输出端； 4引脚：RD复位端：当 端接低电平，则时基电路不工作，此时不管 、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引脚: 电压控制端；假设此端外接电压，则可改变部两个比拟器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入干扰 6引脚: 阈值输入端； 7引脚：放电端； 8引脚： 电源输入端外接电源VCC，双极型时基电路VCC的围是4.5 ~ 16V，CMOS型时基电路VCC的围为3 ~ 18V一般用5V3.4 根本功能当5脚悬空时，比拟器C1和C2的比拟电压分别为ccV32和ccV31〔1〕当vI1>，vI2>时，比拟器 C1输出低电平，C2输出高电平，根本RS触发器被臵0，放电三极管T导通，输出端vO为低电平 〔2〕当vI1<，vI2<时，比拟器 C1输出高电平，C2输出低电平，根本RS触发器被臵1，放电三极管T截止，输出端vO为高电平。

〔3〕当vI1<，vI2>时，比拟器 C1输出高电平，C2也输出高电平，即根本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 由于阈值输入端(vI1) 为高电平〔>〕时，定时器输出低电平，因此也将该端称为高触发端〔TH〕 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0～VCC之间〕，比拟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 555定时器功能如表3-1表3-1 555定时器功能表清零端高触发端地触发端Q放电管功能0××0导通直接清零101×保持保持1101截止置11001截止置11110导通清零4 主要参数计算与分析4.1 由555定时器产生方波图4-1方波产生电路 当电容C1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C1被充电，Vc上升，当Vc上升到2Vcc/3时，触发器被复位，同时放电BJT T导通，此时输出电平Vo为低电平，电容C1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C1经R2，R3，他们此时所分的总阻值为R1向电容C1放电,放电所需的时间为： tPL=R1*C1* ln2≈0.7* R1*C1；当C1放电完毕时，T截止，Vcc将通过R1、R2所分得的阻值为R3向电容器C2充电，Vc由Vcc/3上升到2Vcc/3所需的时间为tPH=R3*C2* ln2≈0.7*R3*C2；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 /[ (R1+R2) *C1]稳态时555电路输入端处于电源电平，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，低电平比拟器动作，单稳态电路即开场一个稳态过程，电容C开场充电，Vc按指数规律增长当Vc充电到2/3Vcc时，高电平比拟器动作，比拟器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，暂态完毕，恢复稳定，为下个触发脉冲的来到作好准备。

波形图见图4-2图4-2 电路的电压波形图4.2 由方波输出为三角波图4-3 三角波的产生电路图4-4 输入及输出电压波形 当741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 上式说明 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4.3 由三角波输出正弦波图4-5 正弦波的产生电路 分析说明，传输特性曲线的表达式为：Ic=I/[1+e*p(-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25摄氏度时，UT≈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<=T) 式中 Um——三角波的幅度； T——三角波的周期 为使输出波形更接近正弦波， 〔1〕传输特性曲线越对称，线性区越窄越好。

〔2〕三角波的幅度Um应正好使晶体管接近饱和区或截止区〔3〕图为实现三角波——正弦波变换的电路其中R5调节三角波的幅度，R9调整电路的对称性，其并联电阻R10用来减小差分放大器的线性区电容C5为隔直电容，C8为滤波电容，以滤除谐波分量，改善输出波形隔直电容C5要取得较大，因为输出频率很低，取c5=500微法，滤波电容视输出的波形而定，假设含高次斜波成分较多，c6,c7 可取得较小，一般为几十皮法至0.01微法R9=100欧与。