占空比可调的方波函数发生器硬件电路设计电子教案.doc

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1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。占空比可调的方波函数发生器硬件电路设计-电气工程学院课程设计说明书（2009/2010年第一学期）课程名称：电子线路课程设计题目：占空比可调的方波函数发生器硬件电路设计专业班级：2010级电子信息工程二班学号：201050200学生姓名：王思指导教师：李怀亮设计周数：一周设计成绩：2012年6月20日目录一、课程设计目的2二、课程设计正文22.1总体论述22.2设计总体框图22.2.1分析用555定时器设计的方案：22.3实验设计电路原理图42.3.1利用555定时器设计方波的原理电路42.4电路仿真及

2、测试52.4.1仿真电路及其运行结果：52.5电路组装及测试72.5.1电路板焊接72.5.2电路调试72.6器件清单82.7硬件电路实物及其调试波形图8三、实验总结10四、参考文献10一、课程设计目的方波信号在通信专业及日常生活中无处不在。有很多方法可以实现方波的产生，在本次课程设计中我们用1种方案设计出方波产生器，同时能方便以后实验和生活中遇到产生方波的情况。通过改变参数实现占空比可调以灵活运用方波及亲手焊制电路板，深刻体会方波的产生。提高动手能力，为以后设计和工作打下坚固基础。二、课程设计正文2.1总体论述本次设计题目为占空比可调方波函数发生器硬件电路设计。1设计要求（1）设计一方波产生

3、电路要求占空比可调（2）输出方波电压值：3V|Vo|15V（3）振荡周期：2msT10ms2设计方案使用555定时器直接产生方波，通过调节滑动变阻器，可以调节占空比。2.2设计总体框图2.2.1分析用555定时器设计的方案：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原件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器。因而广泛用于信号的产生、变换、控制和检测。555定时器的内部结构和外部引脚图如图1示。由图知，它由3个阻值为5K的电阻组成的分压器、两个电压比较器C1和C2、基本RS触发器、放电BJTT以及缓冲器G组成。各引脚功能如下示：1脚：外接电源负极或接地（

4、GND）。2脚：TR触发输入。3脚：输出端（OUT或Vo）。4脚：RD复位端，移步清零且低电平有效，当接低电平时，不管TR、TH输入什么，电路总是输出“0”。要想使电路正常工作，则4脚应与电源相连。5脚：控制电压端CO(或VC)。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。6脚：TH高触发端（阈值输入）。7脚：放电端。8脚：外接电源VCC（VDD）。555定时器的主要功能取决于比较器，比较器的输出控制RS触发器和放电BJTT的状态。当1脚接地，5脚未外接电压，两个比较器的基准电压分别为2/3Vcc，1/3Vcc的情况下：当T

5、H高触发端加入的电平小于2/3Vcc，TL低触发端的电平大于1/3Vcc时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出高电平，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。当TH高触发端6脚加入的电平小于2/3Vcc，TL低触发端的电平小于1/3Vcc时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出低电平，基本RS触发器置“1”，放电三极管截止，输出端Vo为高电平。因7脚为集电极开路输出，所以工作时应有外接上拉电阻，故7脚为高电平。当从功能表的最后一行向倒数第二行变化时，电路的输出将保持最后一行的状态，即输出为高电平，7脚高电平。只有高触发端和低触发端的电平变化到倒数第三行的情况时，电

6、路输出的状态才发生变化，即输出为低电平，7脚为低电平。综合上述分析，可得555定时器功能表如下表1：表1.555定时器功能表输入输出阈值输入(V11)触发输入(V12)复位(Rd)输出(Vo)放电管TXX00导通2/3Vcc2/3Vcc1/3Vcc10导通1/3Vcc1不变不变根据555定时器的这种原理改变阈值电压的值使之输出高电平或低电平，就可以产生方波，我们再通过改变电阻的值来控制高低电平的时间就可以调占空比了2.3实验设计电路原理图2.3.1利用555定时器设计方波的原理电路10图2利用555定时器设计方波电路原理图如图2所示，电路只要一加上电压VDD，振荡器便起振。刚通电时，由于C上的

7、电压不能突变，即2脚电位的起始电平为低电位，使555置位，3脚呈高电平。C通过、D1对其充电，充电时间。压充到阈值电平2/3VDD时，555复位，3脚转呈低电平，此时C通过Dl、RB、555内部的放电管放电，放电时间。则振荡周期为。设占空比为D，则,调节RP1，当其中心头滑向最上端时，。当RP1中心头滑向最下端时，由技术要求中振荡周期2msT10ms及得电容C的取值范围：0.238uf1.19uF，我们使用的是C=1uF。2.4电路仿真及测试2.4.1仿真电路及其运行结果：图3方案一仿真设计电路若没有接可变电阻R4，接通电源后，电容C被充电，2脚电压v上升，当v上升到（）V时，触发器被复位，同

8、时放电BJTT导通，此时Vo为低电平，电容C通过R3和T放电，使v下降。当v下降到（）V时，触发器又被置位，Vo翻转为高电平。电容器C放电所需的时间为t=RC20.7RC,当C放电结束时，T截止，V将通过R、R向电容器C充电，v由（）V上升到（）V所需要的时间为t=(R+R)C20.7(R+R)C,当v上升到（）V时，触发器又发生翻转，如此周而复始，在输出端就得到一个周期性的方波，其频率为f=,这样设计出的发生器的占空比是固定不变的，若想占空比可调则要将电路改为图3所示的形式，电路利用D、D单向导电特性将电容器C充、放电回路分开，再加上电位器调节，便构成了占空比可调的多谐振荡器。图中，V通过R

9、、D向电容充电，充电时间为t0.7RC,电容器C通过D、R及555中的BJTT放电，放电时间为t0.7RC,因而，振荡频率为f=。可见，这种振荡器输出波形的占空比为q()=()*100。根据占空比公式可以看出调节滑动变阻器改变电阻的值就可以使占空比可调。可调占空比方波产生器的仿真运行波形及电压表显示如图4、图5、图6示：图4占空比为50%的仿真运行波形图5占空比为83.3%的仿真运行波形图6电压表显示2.5电路组装及测试2.5.1电路板焊接（1）依照原理图将各个元器件安放在电路板上并布局。（2）进行焊接。焊接过程中要边焊接边检查，防止漏焊、连焊。2.5.2电路调试检查电路中各个元件是否接的可靠

10、、大小是否合理，特别是NE555必须接正确。在一切都正常的情况下，给电路提供+12V电源，此时立即触摸NE555是否发烫，若发烫应立即断电。若NE555没有发烫，则说明NE555工作正常，这时开始实验数据测试。通过示波器观察NE555输出的方波信号。依据555定时器的工作原理调节电位器以改变阈值电压，调节充放电的时间，实现在周期不变的情况下，改变占空比。观察结束后，断电。2.6器件清单表2器件清单所用器件名称型号及大小个数电阻1k3个滑动变阻器10k1个二极管1N41482个发光二极管LED1个555定时器NE5551个电容1uF1个10uF1个电源VDD12V1个导线若干焊接板1个电烙铁1个

11、示波器1个万用表1个2.7硬件电路实物及其调试波形图图6硬件实物图图7示波器显示占空比为50%的波形图8示波器显示占空比83.3%的波形三、实验总结通过这次设计，使我深入了解了555定时器的内部结构及占空比设计方波的工作原理，加深了对课本理论知识的理解，锻炼了实践动手能力，理论知识与实践设计相结合，培养了创新开发的思维以及团队合作意识。作为整个学习体系的有机组成部分，此次课程设计虽然只安排短短一周时间，但并不具有绝对独立的意义。它的一个重要功能，在于运用学习成果，检验学习成果，看一看课堂学习与实际工作到底有多大距离，并通过综合分析，找出学习中存在的不足，以便为完善学习计划，改变学习内容与方法提

12、供实践依据。在此次课程设计中，收获知识的同时，我还收获了阅历。在此过程中，我们通过查找资料，请教老师，以及不懈的努力，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高，比如说，学习方法，要有自己合理的见解，然后实践出来。在这次课设中，我感触最深的是，要想完成一个设计，就必须多动脑，勤动手。同时我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。课设中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。四、参考文献1周克宁，吴飞飞计量技术2何小艇电子系统设计浙江大学出版社3谢佳奎电子线路(线性部分)4康光华电子技术基础（数字部分）课程设计评语课程设计成绩指导教师（签字）年月日-