基于555定時(shí)器的函數(shù)信號發(fā)生器設(shè)計(jì)

1、2013-2014學(xué)年度第二學(xué)期電子技術(shù)基礎(chǔ)課程調(diào)研報(bào)告 課題名稱： 基于555定時(shí)器的信號發(fā)生器設(shè)計(jì) 專 業(yè)： 物 理 學(xué) 學(xué) 號： * 姓 名： * * * 成 績： 1、調(diào)研任務(wù)與要求設(shè)計(jì)一個(gè)信號發(fā)生器，獨(dú)立完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)，要求能實(shí)現(xiàn)以下功能：（1） 能產(chǎn)生方波、三角波、正弦波2、調(diào)研目的（1）進(jìn)一步鞏固熟悉簡易信號發(fā)生器的電路結(jié)構(gòu)及電路原理并了解波形的轉(zhuǎn)變方法；（2）學(xué)會(huì)用簡單的元器件及芯片制作簡單的函數(shù)信號發(fā)生器，鍛煉動(dòng)手能力；（3）學(xué)會(huì)調(diào)試電路并根據(jù)結(jié)果分析影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的各種可能的因素3、設(shè)計(jì)方案論證信號發(fā)生器一般由一個(gè)電路產(chǎn)生方波或者正弦波，通過波形變換得到其他幾種波形。考慮到RC

2、震蕩產(chǎn)生正弦波的頻率調(diào)節(jié)不方便且可調(diào)頻率范圍較窄，本設(shè)計(jì)采用先產(chǎn)生方波，后變換得到其他幾種波形的設(shè)計(jì)思路。采用555組成的多諧振蕩器可以在接通電源后自行產(chǎn)生矩形波，再通過積分電路將矩形波轉(zhuǎn)變?yōu)槿遣ǎ俳?jīng)積分網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)檎也ā?、555定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)與工作原理555 定時(shí)器的功能主要由兩個(gè)比較器決定。兩個(gè)比較器的輸出電壓控制 RS 觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當(dāng)5腳懸空時(shí)，則電壓比較器 C1 的同相輸入端的電壓為 2VCC /3，C2 的反相輸入端的電壓為VCC若觸發(fā)輸入端TR 的電壓小于VCC /3，則比較器 C2 的輸出為0，可使 RS 觸發(fā)器置1，使輸出端 OUT=1

3、。如果閾值輸入端 TH 的電壓大于2VCC/3，同時(shí)TR 端的電壓大于VCC /3，則 C1 的輸出為 0，C2 的輸出為1，可將 RS 觸發(fā)器置0，使輸出為0電平。 它的各個(gè)引腳功能如下： 1腳：外接電源負(fù)端VSS或接地，一般情況下接地。 8腳：外接電源VCC，雙極型時(shí)基電路VCC的范圍是4.5 16V，CMOS型時(shí)基電路的范圍為3 18V。一般用5V。 3腳：輸出端Vo 2腳：低觸發(fā)端 6腳：TH高觸發(fā)端 4腳：是直接清零端。當(dāng)此端接低電平，則時(shí)基電路不工作，此時(shí)不論TR、TH處于何電平，時(shí)基電路輸出為“0”，該端不用時(shí)應(yīng)接高電平。 5腳：VC為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內(nèi)部兩個(gè)

4、比較器的基準(zhǔn)電壓，當(dāng)該端不用時(shí)，應(yīng)將該端串入一只0.01F電容接地，以防引入干擾。 7腳：放電端。該端與放電管集電極相連，用做定時(shí)器時(shí)電容的放電。 在1腳接地，5腳未外接電壓，兩個(gè)比較器A1、A2基準(zhǔn)電壓分別為的情況下，555時(shí)基電路的功能表如表1示。表 1清零端高觸發(fā)端TH低觸發(fā)端Q放電管T功能0xx0導(dǎo)通直接清零101x保持上一狀態(tài)保持上一狀態(tài)110x保持上一狀態(tài)保持上一狀態(tài)1010110導(dǎo)通截止置1清零5、基于555定時(shí)器的信號發(fā)生器設(shè)計(jì)原理（一）555定時(shí)器接成多諧振蕩器工作形式產(chǎn)生方波電路圖如下接通電源后，電容C2被充電，當(dāng)V c上升到時(shí)，使V0為低電平放電三極管T導(dǎo)通，此時(shí)電容C2

5、通過R3.R7.T放電，V c下降。當(dāng)V c下降到時(shí)，V0翻轉(zhuǎn)為高電平。放電結(jié)束時(shí)，T截止，Vcc通過R2R3RPC2向電容C2充電，當(dāng)V c從上升到時(shí)，電路又翻轉(zhuǎn)為低電平。如此周而復(fù)始，在輸出端得到一個(gè)周期性的矩形波。電容C2放電所需的時(shí)間為：Tpl=(R3+RP)C22 電容C2充電所需的時(shí)間為：Tph=(R3+R2+RP)C22 占空比= 振蕩頻率f= 波形圖大致如下（二）積分電路產(chǎn)生三角波電路的時(shí)間常數(shù)R*C，構(gòu)成積分電路的條件是電路的時(shí)間常數(shù)必須要大于或等于10倍于輸入波形的寬度。Uo=Uc=(1/C)icdt,因Ui=UR+Uo,當(dāng)t=to時(shí)，Uc=Oo.隨后C充電，由于RCTk,

6、充電很慢，所以認(rèn)為Ui=UR=Ric,即ic=Ui/R,故Uo=(1/c)icdt=(1/RC)Uidt這就是輸出Uo正比于輸入U(xiǎn)i的積分（Uidt）RC電路的積分條件：RCTk當(dāng)輸入信號為方波時(shí)，積分電路的輸出為三角波輸入波形為A，輸出波形為B（三）RC低通濾波器1、 電路的組成所謂的低通濾波器就是允許低頻信號通過，而將高頻信號衰減的電路，RC低通濾波器電路的組成如圖所示。三角波可以分解成由無數(shù)不同頻率的正弦波組成的復(fù)合波。當(dāng)輸入信號為三角波時(shí)，用低通濾波器將其高頻成分濾掉后，波形將不再有尖頂部分，波形變得圓滑，從而變成類正弦波。波形大致如下圖中的相位移動(dòng)是由于RC網(wǎng)絡(luò)成感性引起的。C為一次

7、濾波，D為二次濾波一次濾波和二次濾波的輸出均為類正弦波，不考慮干擾情況下，二次輸出的波形由于濾掉了更多的高頻分量，理論上更接近正弦波。6、電路仿真分析Multisim仿真電路圖如下圖中8輸出為方波A，9輸出三角波B，10輸出一次濾波C，12輸出二次濾波D仿真波形圖7、555定時(shí)器在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用實(shí)例 圖 5 門控?zé)糸_關(guān)該控制電路的核心是555定時(shí)器和D型觸發(fā)器。555定時(shí)器接成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,去除觸點(diǎn)跳動(dòng)對電路工作的影響,D型觸發(fā)器接成 T觸發(fā)器形式,利用其輸出去控制可控硅開通和關(guān)閉,從而控制電燈的亮滅。平時(shí)當(dāng)房門關(guān)閉時(shí),安裝在門扇邊緣的小磁鐵正好靠在干簧管旁邊,干簧管的兩常開觸點(diǎn)受外磁力作用

8、吸合,單穩(wěn)態(tài)電路因輸入脈沖為高電平而處于待觸發(fā)狀態(tài),此時(shí)雙穩(wěn)態(tài)電路的輸出為低電平,可控硅因無觸發(fā)電流而阻斷,燈不亮。當(dāng)有人推門時(shí),小磁鐵會(huì)隨門扇離開干簧管一次,干簧管的常開觸點(diǎn)會(huì)因暫時(shí)失去外磁力作用而靠自身彈力張開、吸合一次。實(shí)際上,由于干簧管的觸點(diǎn)的抖動(dòng),要重復(fù)幾次這種張開、吸合的過程.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的 CP 端能夠在干簧管的1觸點(diǎn)第一次張開時(shí)獲得一負(fù)脈沖觸發(fā)信號,使單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)為暫穩(wěn)態(tài),其輸出由低電平變?yōu)楦唠娖酱藭r(shí),電容器 C 經(jīng) R 充電,復(fù)位端 R 電位上升,當(dāng)上升到復(fù)位電平2/3V 時(shí),單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器復(fù)位,Q 恢復(fù)為低電平。單穩(wěn)態(tài)電路的時(shí)間常數(shù) T=1.1R C ,它有效地將干簧管的

9、具有抖動(dòng)信號現(xiàn)象的脈沖信號展寬為單個(gè)脈沖,此正脈沖同時(shí)加至 T觸發(fā)器器的 CP2端,其輸出由低電平變?yōu)楦唠娖?可控硅的控制極獲得正向觸發(fā)電流而導(dǎo)通,電燈通電發(fā)光.當(dāng)進(jìn)來的人離開時(shí),隨著門的再一次打開、關(guān)閉,干簧管重復(fù)同樣的動(dòng)作,單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器同樣輸出一正脈沖信號,于是T觸發(fā)器再次翻轉(zhuǎn)為低電平,可控硅失去觸發(fā)電流并在交流電過零時(shí)關(guān)斷,電燈自動(dòng)熄滅。光敏電阻 R 和可調(diào)電阻 R 構(gòu)成光控電路。在白天 ,光敏電阻受自然光照射阻值很小 ,T觸發(fā)器的置“0”端 R電位 >1/2V ,無論此門被開閉多少次 ,DD電路強(qiáng)制置“0”,Q始終為底電平 ,電燈不會(huì)發(fā)光;夜晚 ,因自然光照減弱 ,T觸發(fā)器的置“

10、0”端 R 電位 <1/2V ,強(qiáng)制復(fù)位自動(dòng)解除。實(shí)際應(yīng)用時(shí),將開關(guān)盒安裝在門框頂上,小磁鐵則正對著盒內(nèi)底側(cè)部放置的干簧管固定在門扇頂沿上。仔細(xì)調(diào)整小磁鐵和干簧管的相對位置,使干簧管能夠隨門扇的開閉而可靠地動(dòng)作。然后,根據(jù)“火線接開關(guān)地線進(jìn)燈頭,接通開關(guān)和燈頭”的照明燈接線原則,將開關(guān)盒內(nèi)樁頭外引線不分順序串入電燈火線回路即可。最后,用小螺絲刀將 R 調(diào)至阻值最小的位置,P在夜晚需要開燈的時(shí)候,打開門扇使燈點(diǎn)亮,然后由小到大調(diào)節(jié)R 阻值,直到電燈剛好熄滅,再將 R 阻值回調(diào)一點(diǎn)即可.反復(fù)細(xì)調(diào),即可獲得最佳光控靈敏度。8、調(diào)研心得體會(huì)本次調(diào)研是在學(xué)習(xí)電子技術(shù)基礎(chǔ)課程后進(jìn)行的自主學(xué)習(xí)，相關(guān)知識(shí)包括了模擬電子線路和數(shù)字電子線路，這次選擇的題目是在老師和同學(xué)的幫助下完成的，555電路是數(shù)字電路中典型電路，而RC低通濾波則是模電中最簡單的電路之一，通過這次實(shí)踐，讓我發(fā)現(xiàn)電路的組合可