方波发生电路课程设计报告

目录

设计要求 (3)

方案选择 (3)

555的基本功能 (4)

电路仿真 (6)

PCB原理图 (7)

实验总结 (8)

设计要求

1 设计一个方波信号发生器

2 频率为1000HZ

3 要求占空比为60%

（一）方波、三角波、正弦波发生器方案

方案一原理框图

图1 方波、三角波、正弦波信号发生器原理框图

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

图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、电压比较器、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，再通过电压比较器产生方波，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。若要保持三角波幅度不变，需同时改变积分时间常数的大小。

思路简单，运行时性能稳定且能较好的符合设计要求，且成本低廉、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。

（二）555时基电路的电路结构和逻辑功能

1.电路结构及逻辑功能

图1为555时基电路的电路结构和8脚双列直插式的引脚图，由图可知555电路由电阻分压器、电压比较器、基本RS触发器、放电管和输出缓冲器5个部

分组成。它的各个引脚功能如下：

1脚：GND(或Vss)外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。

8脚：VCC(或VDD)外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5～16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3～18V。一般情况下选用5V。

3脚：OUT（或Vo）输出端。

2脚：TR低触发端。

6脚：TH高触发端。

4脚：R是直接清零端。当R端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TR、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脚：CO(或VC)为控制电压端。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0.01μF电容接地，以防引入干扰。

7脚：D放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。电阻分压器由三个5kΩ的等值电阻串联而成。电阻分压器为比较器C1、C2提供参考电压，比较器C1的参考电压为2/3Vcc，加在同相输入端，比较器C2的参考电压为1/3Vcc，加在反相输入端。比较器由两个结构相同的集成运放C1、C2组成。高电平触发信号加在C1的反相输入端，与同相输入端的参考电压比较后，其结果作为基本RS触发器R端的输入信号；低电平触发信号加在C2的同相输入端，与反相输入端的参考电压比较后，其结果作为基本RS触发器S 端的输入信号。基本RS触发器的输出状态受比较器C1、C2的输出端控制。

在1脚接地，5脚未外接电压，两个比较器C1、C2基准电压分别为2/3Vcc，1/3Vcc的情况下，555时基电路的功能表如表1示.

（三）利用555与外围元件构成多谐振荡器，来产生方波的原理。

用555定时器组成的多谐振荡器如图3所示。接通电源后，电容C1被充电，当电容C1上端

电压Vc升到2Vcc/3时使555第3脚V0为低电平，同时555内放电三极管T导通，此时电

容C1通过R3、Rp放电，Vc下降。当Vc下降到Vcc/3时，V0翻转为高电平。电容器C1放电

所需的时间为

t pL=R2C1ln2 (1-1) 当放电结束时，T截止，Vcc将通过R1、R3、Rp 向电容器C1充电，Vc由Vcc/3 上升

到2Vcc/3所需的时间为

t pH= (R1+R2)C2ln2=0.7( R1+R2)C1 (1-2)

当Vc上升到2Vcc/3时，电路又翻转为低电平。如此周而复始，于是，在电路的输出端就得到一个周期性的矩形波。电路的工作波形如图4，其震荡频率为

f=1/（t pL+t pH）=1.43/(R1+2R2)C1 (1-3)

（四）电路仿真

用Proteus电路仿真软件进行仿真。从Proteus仿真元件库中调出所需元件，

按电路图接好线路，方波输出端接一个虚拟的示波器，接通电源后，可得如

图下图所示的输出方波仿真图。

仿真结果完全符合设计要求，说明电路图可行，接下来就是PCB制图、制板、焊接、调试。

（五）PCB原理图

利用Altium Designer制图软件进行制图。打开Altium Designer制图软件，创建一个项目：PCB项目，然后在这个PCB项目里创建一个原理图和一个PCB 文件。在原理图上，从软件的元件库里调出所需元件，按电路图接好线，可得如图下所示的正弦波、三角波、方波原理图。

将将Altium Designer制图软件中的PCB原理图封装，布线。点击软件菜单栏中“设计”按钮，然后点击其下的“update PCB Document.PCB2PcbDoc”按钮，就将PCB原理图封装，布线到创建的PCB文件上，如图12所示的PCB 布线图.

制图软件中的PCB原理图封装，布线。点击软件菜单栏中“设计”按钮，然后点击其下的“update PCB Document.PCB2PcbDoc”按钮，就将PCB原理图封装，布线到创建的PCB文件上，如图下所示的PCB布线图.

在PCB布线图的视图中，点击菜单栏中的“查看”按钮，然后点击其下的“显示三维PCB板”按钮，就得到如图13所示的PCB板三维图。