基于555定时器的波形信号发生器

学院

课程设计报告

电子器件市场调研与系统分析设计实践

专业电气工程及其自动化

班级

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学号

指导教师

2016年12 月

学院课程设计任务书

课程名称：电子器件市场调研与系统分析设计实践指导教师（签名）：班级：姓名：学号：

指导教师评语及成绩评定表

指导教师签字：

年月日

基于555定时器的波形发生器

摘要

各种电器设备要正常工作，常常需要各种波形信号的支持。电器设备中常

用的信号有正弦波、矩形波、三角波等。在电器设备中，这些信号是由波形产生和变换电路来提供的。这种能够产生多种波形，如三角波、矩形波（含方波）、正弦波的电路被称为函数信号发生器。函数信号发生器产生的各种波形能满足现代测量、通信、自动控制和热加工、音视频设备及数字系统等对各种信号源的需求。例如设计和测试、汽车制造、生物医药、传感器仿真、制造模型等。在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。

关键字：正弦波，矩形波，三角波，函数信号发生器

目录

一设计要求.............................................. - 1 - 二设计方案与论证......................................... - 1 - 三设计原理及电路图....................................... - 3 - 四元器件清单............................................ - 5 - 五元器件识别与检测....................................... - 6 -

5.1 电阻.............................................. - 6 -

5.2 芯片.............................................. - 7 - 六软件编程与调试....................................... - 10 - 总结与致谢.............................................. - 14 - 参考文献................................................ - 14 - 实物图.................................................. - 15 -

一设计要求

1、在给定的±6V直流电源电压条件下，使用555芯片和设计并制作一个波形信号发生电路。

2、可以产生方波、三角波、正弦波三种波形。

二设计方案与论证

方案一

主要是应用集成运放LM324，其芯片的内部结构是由4个集成运放所组成的,通过RC电桥可产生正弦波，通过滞回比较器能调出方波,并再次通过积分电路就可以调试出三角波，此电路方案能实现基本要求和扩展总分的功能，电路较简单，调试方便，是一个优秀的可实现的方案。

方案二

利用ICL8038芯片构成8038集成函数发生器。

8038集成函数发生器是一种多用途的波形发生器，可以用来产生正弦波、方波、三角波和锯齿波，其振荡频率可通过外加的直流电压进行调节，所以是压控集成信号产生器。由于外接电容C的充、放电电流由两个电流源控制，所以电容C两端电压uc的变化与时间成线形关系，从而可以获得理想的三角波输出。8038电路中含有正弦波变换器，故可以直接将三角波变成正弦波输出。另外还可以将三角波通过触发器变成方波输出。该方案的特点是十分明显的：

⑴线性良好、稳定性好；

⑵频率易调，在几个数量级的频带范围内，可以方便地连续地改变

频率，而且频率改变时，幅度恒定不变；

⑶不存在如文氏电桥那样的过渡过程，接通电源后会立即产生稳定的波形；

⑷三角波和方波在半周期内是时间的线性函数，易于变换其他波形。

方案三：

可以按照方波——三角波——正弦波的顺序来设计电路，其中，方波可以通过模电中的方波发生电路来产生，也可以通过数电中的555多谐振荡电路来产生，方波到三角波为积分的过程，三角波到正弦波可以通过低通滤波来实现，也可以利用差分放大器的传输非线性来实现或者通过折现法来实现。

可行性分析：

纵观以上N种方案，对比如下，首先排除第二种用集成芯片的方法，因为这种方法对设计的要求太低；其次分析方案一可得其RC桥式正弦震荡电路的占空比受R和C共同影响，调节频率时需要调节的元器件参数太多，比较繁琐，并且此震荡电路的频率也不是很好的满足设计的要求。所以综上所述，选择方案三来实现本次的课程设计：555多谐振荡器的频率很好计算和调节，并且输出的波形比较准确；波到三角波的转化可通过简单RC积分电路来实现；角波到正弦波可通过简单RC低通滤波器来实现也可通过折现法或者差分法来实现。

三设计原理及电路图

如下图所示电路可产生方波并输出。其中555定时器接成多谐振荡器工作形式，C2为定时电容，C2的充电回路是R2→R3→RP→C2；C2的放电回路是C2→RP→R3→IC的7脚(放电管)。由于R3+RP>>R2，所以充电时间常数与放电时间常数近似相等，由IC的3脚输出的是近似对称方波。按图所示元件参数，其频率为1kHz左右，调节电位器RP可改变振荡器的频率。

产生方波，如图3.1所示：

图3.1

方波信号经R4、C5积分网络后，输出三角波，如图3.2所示：

图3.2

三角波再经R5、C6积分网络，输出近似的正弦波，如图3.3所示：

图3.3

如图所示电路可同时产生方波、三角波、正弦波并输出，该信号发生器电路简单、成本低廉、调整方便。其产生的波形顺序如图3.4所示：

图3.4

四 元器件清单

表4.1

五元器件识别与检测

5.1 电阻

1.电阻的识别

单位：欧姆(Ω)

1MΩ=1000kΩ1kΩ=1000Ω

2.电阻的种类：

贴片电阻、金属膜电阻、碳膜电阻、水泥电阻、特殊电阻

（1）贴片电阻：

符号：“Ｒ”，“ＲＮ”（黑底白字），贴片电阻分为单个贴片电阻和排阻

2）金属膜电阻：

符号：“ＲＪ”，外型小，功率小。

（3）碳膜电阻：

符号：“ＲＴ”，外型大，功率大一些。

（4）水泥电阻：外型更大，功率最大，5W,10W

3、读取阻值：

贴片电阻上面字如：103、472等，数值的前两位是有效数，第三位是倍数：

103有效数是10，3是倍数，它的阻值是10Ω*103=10kΩ

472有效数是47，2是倍数，它的阻值是10Ω*102=4.7kΩ

四位数电阻：前三位为有效数，第四位为倍数

含有字母的电阻：R39、3R3，R在这里是小数点的意思。

色环电阻读取阻值：

四道色环，一、二道为有效数，三道为倍数，四道为误差值R=AB*10C 5.2 芯片

555定时器的功能：

555定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器C1的同相输入端的电压为2VCC/3，C2的反相输入端的电压为VCC若触发输入端TR的电压小于VCC/3，则比较器C2的输出为0，可使RS触发器置1，使输出端OUT=1。如果阈值输入端TH的电压大于2VCC/3，同时TR端的电压大于VCC/3，则C1的输出为0，C2的输出为1，可将RS触发器置0，使输出为0电平。

它的各个引脚功能如下：

1脚：外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。

3脚：输出端Vo2脚：低触发端

4脚：是直接清零端。当此端接低电平，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：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。

6脚：TH高触发端

7脚：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。

8脚：外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5~16V，CMOS

型时基电路的范围为3~18V。一般用5V。Vi1（TH）：高电平触发端，简称高触发端，又称阈值端，标志为TH。

555定时器内含一个由三个阻值相同的电阻R组成的分压网络，产生

1VCC和32VCC两个基准电压；两个电压比较器C1、C2；一个由与非门G1、3

G2组成的基本RS触发器（低电平触发）；放电三极管T和输出反相缓冲器G3。

Rd是复位端，低电平有效。复位后, 基本RS触发器的Q端为1（高电平），经反相缓冲器后，输出为0（低电平）。

分析555定时器的内部电路图可知：在555定时器的VCC端和地之间加上电压，并让VCO悬空，则比较器C1的同相输入端接参考电压32VCC，比较器C2反相输入端接参考电压31VCC ，为了学习方便，我们规定：当TH端的电压>32VCC时，写为VTH=1，当TH端的电压<32VCC时，写为VTH=0。

当TR端的电压>31VCC时，写为VTR=1，当TR端的电压<31VCC时，写为VTR=0。

低触发：当输入电压Vi2<31VCC 且Vi1<32VCC时，VTR=0，VTH=0，比较器C2输出为低电平，C1输出为高电平，基本RS触发器的输入端S=0、R=1，使Q＝1，Q＝0，经输出反相缓冲器后，VO＝1，T截止。这时称555定时器“低触发”；

保持：若Vi2>31VCC 且Vi1<32VCC，则VTR=1，VTH=0，S=R=1，基本RS触发器保持，VO和T状态不变，这时称555定时器“保持”。

高触发：若Vi1>32VCC，则VTH=1，比较器C1输出为低电平，无论C2输出何种电平，基本RS触发器因R=0，使Q＝1，经输出反相缓冲器后，VO＝0；T导通。这时称555定时器“高触发”。

VCO为控制电压端，在VCO端加入电压，可改变两比较器C1、C2的参考电压。正常工作时，要在VCO和地之间接0．01μF（电容量标记为103）电容。放电管Tl的输出端Dis为集电极开路输出。555定时器的控制功能说明见表5.1:

表5.1

555定时器的内部电路结构如下图5.2所示：

图5.2

555定时器的内部电路框图及逻辑符号和管脚排列分别如下图5.3所示：

图5.3

六软件编程与调试

（一）进行MULTISIM电路实验仿真，仿真波形如下图6.1所示:

图6.1 （二）三角波仿真，如下图6.2所示：

、

图6.2

（三）正弦波仿真，如下图6.3所示：

图6.3

总结与致谢

参考文献

[1]童诗白、华成英.模拟电子技术基础[M].4版.北京:高等教育出版社,2006

[2]黄智伟.基于NI Multisim 的电子电路计算机仿真设计与分析[M].4版.北京：电子工业出版社，2001

[3]闫石.数字电子技术基础[M].5版.北京：高等教育出版社，2005

实物图