占空比可调的方波发生器
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（2）设计方法：使用集成运算放大器555定时器、稳压二极管、二极管、电阻等器件。
2.2方案选型
2.2.1总体方案
图（1） 总体方案
2.2.2各单元电路方案及集成电路
方案一
图（2）555定时器内部结构
图（3） 555定时器的输出波形
接通VCC后瞬间，VCC通过R对C充电，当uc上升到2VCC/3时，将触发器置0，uo＝0，放电管T导通，C通过T放电，电路进入稳态。
2.4 运行详细描述
(1)电路组成及其引脚如图（7）
图（11）555定时器内部结构及引脚图
(2)555的工作原理
它含有两个电压比较器，一个基本RS触发器，一个放电开关T，比较器的参考电压由三只5KΩ的电阻器构成分压，它们分别使高电平比较器C1同相比较端和低电平比较器C2的反相输入端的参考电平为 和 。C1和C2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。当输入信号输入并超过 时，触发器复位，555的输出端3脚输出低电平，同时放电，开关管导通；当输入信号自2脚输入并低于 时，触发器置位，555的(3)脚输出高电平，同时放电，开关管截止。
完成上述操作后，验证占空比可调及其正确性，根据公式 、 ， ，保持 、 、C值不变，调节电位器，即改变 的值，进而影响 ， ，达到占空比可调的目的。C充电时，充电电流经电位器的下半部、二极管D2、R1，输出为高电平段。C放电时，放电电流经R1、二极管D1、电位器的上半部，输出为低电平段。首先，将电位器向下端滑动， 减小，结果 减小， 增加，则占空比减小；同理，将电位器向上端滑动， 增大，结果 增大， 减小，则占空比增大。最后得到的是符合要求的占空比可调的方波函数发生器。
（4）利用迟滞比较器构成方波发生器
如下图所示，图中R和C为定时元件。比较器的两个门限电压分别为 = , = .假设t=0时， = ，且C上起始电压为零，这时， 通过R向C充电，C上电压按指数规律上升，直到其值等于 时， 由 下跃到 。C将通过R放电。C上电压按指数规律下降，直到其值等于 时， 由 上跃到 。之后C又充电，如此重复，得到下图所示方波。可以证明，振荡周期为T=2RCln(1+ ).
迟滞比较器可以构成方波函数发生器，根据设计要求占空比是可调的，则需要添加两个二极管和一个电位器对原始电路进行改进，改进后如原理图所示。.根据修改后的电路，C充电时，充电电流经电位器的下半部、二极管D2、R1；C放电时，放电电流经电位器的上半部、R1、二极管D1。根据公式 、 ，T=( )C可知，高、低电平的脉冲宽度与电容、 和电位器 的取值有关。进而由 可知，改变上述三个参数，将会改变占空比，实现原理图功能。
通过此次对占空比可调方波函数发生器硬件电路的设计，使我们深刻认识到了“理论联系实际”的这句话的重要性与真实性。而且通过对此课程的设计，我们不但知道了以前不知道的理论知识，而且也巩固了以前知道的知识。最重要的是在实践中理解了书本上的知识，明白了学以致用的真谛，也明白了老师为什么要求我们做好这个课程设计的原因，他是为了教会我们如何运用所学的知识去解决实际的问题，提高我们的实际操作的能力并且提高同学之间合作的能力。
图（7）迟滞比较器电路
图（8） 迟滞比较器产生方波的电路
图中，占空比是恒定不变的，不符合占空比可调的设计要求，所以，要对图8进行改进，获得占空比可调的电路。采用图（9）电路进行设计，可以满足占空比可调的方波函数发生器要求。
图（9） 迟滞比较器实现占空比可调的方波电路
图（10）迟滞比较器实现占空比可调的方波电路实物图
图（14） 555定时器实现占空比可调电路波形
。
图（15） 输出方波信号
由原理图得出如上图所示波形。
占空比为： , 为高电平脉宽， 为低电平脉宽。
, ， T=( )C，其中 是电位器中点到下端电阻, 、 是二极管导通电阻。根据公式 、 ，T=( )C可知，高、低电平的脉冲宽度与电容、 和电位器 的取值有关。进而由 可知，改变上述三个参数，将会改变占空比。
图（16） 迟滞比较器实现占空比可调的方波电路调试结果
图（17） 迟滞比较器实现占空比可调的方波电路波形
2.6器件清单
器件名称
大小（型号）
数目
电阻
2k
1
1k
5
滑动变阻器
2k
1
10k
1
二极管
4
电容
1uF
1
1F
1
极性电容
1uF
1
稳压二极管
2
555定时器
1
直流电源
5V～15V
1
导线，直流电源5~15V，一个电烙铁，松香，焊锡，排针若干，烙铁架，钳子，排线，镊子一个
当集成运放用作比较器时，它不施加负反馈，而是开环工作。因此，不需要为保证闭环工作稳定而施加相位补偿电路。这种集成器件可以与各种数字电路要求的逻辑电平相匹配，一般具有迟滞特性和锁定功能。当电压比较器处于锁定状态时，输出电平保持不变，与输入电压大小无关。
图（6） 电压比较器
选择电压比较器构成的迟滞比较器构成方波函数发生器的电路，输出无失真的脉冲波形。
设计中我们觉得验证了政治学中的一个理论，就是整个过程是一个发现问题解决问题的过程，而且旧的问题解决之后，可能接着会出现新的问题。但每当问题出现时，我们认为肯定能解决，因为上届的学姐学哥也做过类似的课程设计，既让他们都能做出来，那么我们也能做出来，也就是说出现的问题一定有解决的办法。不过，设计中走弯路是再所难免的，我也有过花大半天时间才解决一个小问题的时候，但是有的时候甚至是一点头绪都没有。与同组人一起对不了解的知识点激烈讨论的时候也是我们最开心的时候。大家对于知识点都畅所欲言，尽情的讨论。经过这次的课程设计，使同学之间的沟通与对知识的理解都比以前更加深入了解。这对一个学生来说，那或许是更有意义的。
课程设计结束。短短一周，学到的，想到的，远远不止在课堂上能做到的。通过这次课程设计，不仅升华了我们的理论知识，更是加强了我们的实际动手能力。理论结合实际，是永远不变的真理。
三、参考文献
[1]康华光主编，电子技术基础（数字部分），高等教育出版社；
[2]康华光主编，电子技术基础（模拟部分），高等教育出版社；
三、实验设计总结或结论
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。它的意义很广泛可是对于我们而言，其中最重要的一个功能，在于运用学习成果，检验学习成果，看一看课堂学习与实际动手到底有多大距离，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供实践依据。
是复位端，当其为0时，555输出低电平。平时该端开路或接 。
Vco是控制电压端（5脚），平时输出 作为比较器A1的参考电平，当5脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制，在不接外加电压时，通常接一个0.01 的电容器到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，以确保参考电平的稳定。
T为放电管，当T导通时，将给接于脚7的电容器提供低阻放电电路.
电压比较器的作用是对两个输入电压进行比较，并根据比较结果输出高、低两个电平的电压，以满足后面连接的数字电路对1和0两个逻辑电平的要求。如图所示， 为待比较的输入信号电压， 为输入参考电压。 是比较的门限电压。若集成运放是理想的，则当 通过 时，输出电压 发生突变，即： 由大减小通过 时， 由低电平值 上跃到高电平值 ，而 由小增大通过 时， 则由 下跃到 ，相应的比较特性如图所示。其中， 和 事集成运放输出的两个极限电压。
三、实验设计总结或结论…………………………………………..........................................................15
一、课程设计目的
1、掌握电子系统的一般设计方法。
2、理解占空比可调的方波发生器的设计原理，掌握占空比的设计原理和计算。
3、提高综合应用所学只是来指导实践的能力。
设占空比为D,则 D=Ra/(Ra+Rb)=Ra/Rp
RP1：当其中心头滑向最上端时，Dmin=0/Rp=0
RP1中心头滑向最下端时，Dmax=10K/10K=100%
调试结果如下图：
图（13） 555定时器实现占空比可调电路调试结果
（2）迟滞比较器实现占空比可调方波调试
在迟滞比较器构成的方波函数发生器的基础上进行改进，使占空比可调，电路图如上所示。显然为了改变输出方波的占空比，应改变电容器C的充电和放电时间常数。占空比可调的矩形波电路见上图。C充电时，充电电流经电位器的下半部、二极管D2、R1，输出为高电平段。C放电时，放电电流经R1、二极管D1、电位器的上半部，输出为低电平段
uI到来时，因为uI＜VCC/3，使uO又由0变为1，电路进入暂稳态。放电管T截止，VCC经R对C充电。直到uC上升到2VCC/3时，uO＝0，T导通，C放电，电路恢复到稳定状态。
综合上述分析，可得555定时器功能表如表（1）：
输入
输出
阈值输wk.baidu.com(V11)
触发输入(V12)
复位(Rd)
输出(Vo)
放电管T
图（12） 迟滞比较器构成方波发生器
2.5制作调试过程
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
（1）555定时器实现占空比可调方波电路调试
如电路原理图所示，电路只要一加上直流电压VDD，振荡器便起振。刚通电时，由于C上的电压不能突变，即2脚点位的起始电平为地电位，使555置位，3脚呈高电平。C通过RA、D1对其充电，充电时间T充=0.693RaC。电压充到阈值电平2/3VDD时，555复位，3脚转呈低电平，此时C通过D1、RB、555内部的放电管放电，放电时间T放=0.693RbC
X
X
0
0
导通
<2/3Vcc
<1/3Vcc
1
1
截止
>2/3Vcc
>1/3Vcc
1
0
导通
<2/3Vcc
>1/3Vcc
1
不变
不变
表（1）
2.3电路原理图
图（3） 555定时器实现占空比可调的方波发生器电路
图（4） 555定时器占空比可调的方波电路实物图
方案二
图（5）总体方案
（2）本方案采用电压比较器作为基础元件构成电路，完成占空比可调的方波函数发生器电路。
二、课程设计正文
2.1总体论述
2.1.1设计任务
1、根据技术要求和现有开发环境，分析课设题目；
2、设计系统实现方案；
3、设计绘制电路原理图并选择元器件；
4、焊接电路、调试；
5、记录结果、修改并完善设计；
6、编写课程设计报告。
2.1.2、技术要求
（1）设计要求：设计一方波产生电路。输出要求：占空比可调；输出方波电压值：8v<|V0|<15v;振荡周期：2ms<T<10ms。
在仿真软件上完成原理图，并开始仿真。电器的工作电压为5V~15V之间，调整各个元件的参数，直至在示波器上输出不失真的方波波形。满足输出方波不失真的情况，.继续调整各个元件的参数，使输出波形满足输出方波电压值：8V<| |<15V；振荡周期：2ms<T<10ms。由T=( )C可知，参数 、 、C的改变将影响振荡周期T。
2.2方案选型
2.2.1总体方案
图（1） 总体方案
2.2.2各单元电路方案及集成电路
方案一
图（2）555定时器内部结构
图（3） 555定时器的输出波形
接通VCC后瞬间，VCC通过R对C充电，当uc上升到2VCC/3时，将触发器置0，uo＝0，放电管T导通，C通过T放电，电路进入稳态。
2.4 运行详细描述
(1)电路组成及其引脚如图（7）
图（11）555定时器内部结构及引脚图
(2)555的工作原理
它含有两个电压比较器，一个基本RS触发器，一个放电开关T，比较器的参考电压由三只5KΩ的电阻器构成分压，它们分别使高电平比较器C1同相比较端和低电平比较器C2的反相输入端的参考电平为 和 。C1和C2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。当输入信号输入并超过 时，触发器复位，555的输出端3脚输出低电平，同时放电，开关管导通；当输入信号自2脚输入并低于 时，触发器置位，555的(3)脚输出高电平，同时放电，开关管截止。
完成上述操作后，验证占空比可调及其正确性，根据公式 、 ， ，保持 、 、C值不变，调节电位器，即改变 的值，进而影响 ， ，达到占空比可调的目的。C充电时，充电电流经电位器的下半部、二极管D2、R1，输出为高电平段。C放电时，放电电流经R1、二极管D1、电位器的上半部，输出为低电平段。首先，将电位器向下端滑动， 减小，结果 减小， 增加，则占空比减小；同理，将电位器向上端滑动， 增大，结果 增大， 减小，则占空比增大。最后得到的是符合要求的占空比可调的方波函数发生器。
（4）利用迟滞比较器构成方波发生器
如下图所示，图中R和C为定时元件。比较器的两个门限电压分别为 = , = .假设t=0时， = ，且C上起始电压为零，这时， 通过R向C充电，C上电压按指数规律上升，直到其值等于 时， 由 下跃到 。C将通过R放电。C上电压按指数规律下降，直到其值等于 时， 由 上跃到 。之后C又充电，如此重复，得到下图所示方波。可以证明，振荡周期为T=2RCln(1+ ).
迟滞比较器可以构成方波函数发生器，根据设计要求占空比是可调的，则需要添加两个二极管和一个电位器对原始电路进行改进，改进后如原理图所示。.根据修改后的电路，C充电时，充电电流经电位器的下半部、二极管D2、R1；C放电时，放电电流经电位器的上半部、R1、二极管D1。根据公式 、 ，T=( )C可知，高、低电平的脉冲宽度与电容、 和电位器 的取值有关。进而由 可知，改变上述三个参数，将会改变占空比，实现原理图功能。
通过此次对占空比可调方波函数发生器硬件电路的设计，使我们深刻认识到了“理论联系实际”的这句话的重要性与真实性。而且通过对此课程的设计，我们不但知道了以前不知道的理论知识，而且也巩固了以前知道的知识。最重要的是在实践中理解了书本上的知识，明白了学以致用的真谛，也明白了老师为什么要求我们做好这个课程设计的原因，他是为了教会我们如何运用所学的知识去解决实际的问题，提高我们的实际操作的能力并且提高同学之间合作的能力。
图（7）迟滞比较器电路
图（8） 迟滞比较器产生方波的电路
图中，占空比是恒定不变的，不符合占空比可调的设计要求，所以，要对图8进行改进，获得占空比可调的电路。采用图（9）电路进行设计，可以满足占空比可调的方波函数发生器要求。
图（9） 迟滞比较器实现占空比可调的方波电路
图（10）迟滞比较器实现占空比可调的方波电路实物图
图（14） 555定时器实现占空比可调电路波形
。
图（15） 输出方波信号
由原理图得出如上图所示波形。
占空比为： , 为高电平脉宽， 为低电平脉宽。
, ， T=( )C，其中 是电位器中点到下端电阻, 、 是二极管导通电阻。根据公式 、 ，T=( )C可知，高、低电平的脉冲宽度与电容、 和电位器 的取值有关。进而由 可知，改变上述三个参数，将会改变占空比。
图（16） 迟滞比较器实现占空比可调的方波电路调试结果
图（17） 迟滞比较器实现占空比可调的方波电路波形
2.6器件清单
器件名称
大小（型号）
数目
电阻
2k
1
1k
5
滑动变阻器
2k
1
10k
1
二极管
4
电容
1uF
1
1F
1
极性电容
1uF
1
稳压二极管
2
555定时器
1
直流电源
5V～15V
1
导线，直流电源5~15V，一个电烙铁，松香，焊锡，排针若干，烙铁架，钳子，排线，镊子一个
当集成运放用作比较器时，它不施加负反馈，而是开环工作。因此，不需要为保证闭环工作稳定而施加相位补偿电路。这种集成器件可以与各种数字电路要求的逻辑电平相匹配，一般具有迟滞特性和锁定功能。当电压比较器处于锁定状态时，输出电平保持不变，与输入电压大小无关。
图（6） 电压比较器
选择电压比较器构成的迟滞比较器构成方波函数发生器的电路，输出无失真的脉冲波形。
设计中我们觉得验证了政治学中的一个理论，就是整个过程是一个发现问题解决问题的过程，而且旧的问题解决之后，可能接着会出现新的问题。但每当问题出现时，我们认为肯定能解决，因为上届的学姐学哥也做过类似的课程设计，既让他们都能做出来，那么我们也能做出来，也就是说出现的问题一定有解决的办法。不过，设计中走弯路是再所难免的，我也有过花大半天时间才解决一个小问题的时候，但是有的时候甚至是一点头绪都没有。与同组人一起对不了解的知识点激烈讨论的时候也是我们最开心的时候。大家对于知识点都畅所欲言，尽情的讨论。经过这次的课程设计，使同学之间的沟通与对知识的理解都比以前更加深入了解。这对一个学生来说，那或许是更有意义的。
课程设计结束。短短一周，学到的，想到的，远远不止在课堂上能做到的。通过这次课程设计，不仅升华了我们的理论知识，更是加强了我们的实际动手能力。理论结合实际，是永远不变的真理。
三、参考文献
[1]康华光主编，电子技术基础（数字部分），高等教育出版社；
[2]康华光主编，电子技术基础（模拟部分），高等教育出版社；
三、实验设计总结或结论
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。它的意义很广泛可是对于我们而言，其中最重要的一个功能，在于运用学习成果，检验学习成果，看一看课堂学习与实际动手到底有多大距离，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供实践依据。
是复位端，当其为0时，555输出低电平。平时该端开路或接 。
Vco是控制电压端（5脚），平时输出 作为比较器A1的参考电平，当5脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制，在不接外加电压时，通常接一个0.01 的电容器到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，以确保参考电平的稳定。
T为放电管，当T导通时，将给接于脚7的电容器提供低阻放电电路.
电压比较器的作用是对两个输入电压进行比较，并根据比较结果输出高、低两个电平的电压，以满足后面连接的数字电路对1和0两个逻辑电平的要求。如图所示， 为待比较的输入信号电压， 为输入参考电压。 是比较的门限电压。若集成运放是理想的，则当 通过 时，输出电压 发生突变，即： 由大减小通过 时， 由低电平值 上跃到高电平值 ，而 由小增大通过 时， 则由 下跃到 ，相应的比较特性如图所示。其中， 和 事集成运放输出的两个极限电压。
三、实验设计总结或结论…………………………………………..........................................................15
一、课程设计目的
1、掌握电子系统的一般设计方法。
2、理解占空比可调的方波发生器的设计原理，掌握占空比的设计原理和计算。
3、提高综合应用所学只是来指导实践的能力。
设占空比为D,则 D=Ra/(Ra+Rb)=Ra/Rp
RP1：当其中心头滑向最上端时，Dmin=0/Rp=0
RP1中心头滑向最下端时，Dmax=10K/10K=100%
调试结果如下图：
图（13） 555定时器实现占空比可调电路调试结果
（2）迟滞比较器实现占空比可调方波调试
在迟滞比较器构成的方波函数发生器的基础上进行改进，使占空比可调，电路图如上所示。显然为了改变输出方波的占空比，应改变电容器C的充电和放电时间常数。占空比可调的矩形波电路见上图。C充电时，充电电流经电位器的下半部、二极管D2、R1，输出为高电平段。C放电时，放电电流经R1、二极管D1、电位器的上半部，输出为低电平段
uI到来时，因为uI＜VCC/3，使uO又由0变为1，电路进入暂稳态。放电管T截止，VCC经R对C充电。直到uC上升到2VCC/3时，uO＝0，T导通，C放电，电路恢复到稳定状态。
综合上述分析，可得555定时器功能表如表（1）：
输入
输出
阈值输wk.baidu.com(V11)
触发输入(V12)
复位(Rd)
输出(Vo)
放电管T
图（12） 迟滞比较器构成方波发生器
2.5制作调试过程
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
（1）555定时器实现占空比可调方波电路调试
如电路原理图所示，电路只要一加上直流电压VDD，振荡器便起振。刚通电时，由于C上的电压不能突变，即2脚点位的起始电平为地电位，使555置位，3脚呈高电平。C通过RA、D1对其充电，充电时间T充=0.693RaC。电压充到阈值电平2/3VDD时，555复位，3脚转呈低电平，此时C通过D1、RB、555内部的放电管放电，放电时间T放=0.693RbC
X
X
0
0
导通
<2/3Vcc
<1/3Vcc
1
1
截止
>2/3Vcc
>1/3Vcc
1
0
导通
<2/3Vcc
>1/3Vcc
1
不变
不变
表（1）
2.3电路原理图
图（3） 555定时器实现占空比可调的方波发生器电路
图（4） 555定时器占空比可调的方波电路实物图
方案二
图（5）总体方案
（2）本方案采用电压比较器作为基础元件构成电路，完成占空比可调的方波函数发生器电路。
二、课程设计正文
2.1总体论述
2.1.1设计任务
1、根据技术要求和现有开发环境，分析课设题目；
2、设计系统实现方案；
3、设计绘制电路原理图并选择元器件；
4、焊接电路、调试；
5、记录结果、修改并完善设计；
6、编写课程设计报告。
2.1.2、技术要求
（1）设计要求：设计一方波产生电路。输出要求：占空比可调；输出方波电压值：8v<|V0|<15v;振荡周期：2ms<T<10ms。
在仿真软件上完成原理图，并开始仿真。电器的工作电压为5V~15V之间，调整各个元件的参数，直至在示波器上输出不失真的方波波形。满足输出方波不失真的情况，.继续调整各个元件的参数，使输出波形满足输出方波电压值：8V<| |<15V；振荡周期：2ms<T<10ms。由T=( )C可知，参数 、 、C的改变将影响振荡周期T。