第1章引言1.1本课题的研究现状信号源作为一种基本电子设备无论是在教学、科研还是在军事技术中，都有着广泛的使用。
因此，从理论到工程对信号的发生进行深入研究，不论是从教学科研角度，还是从社会实际应用角度出发都有着积极的意义。
随着科学技术的发展和测量技术的进步，对信号源的要求越来越高，普通的信号发生器已无法满足目前日益发展的数字技术领域科研和教学的需要信号发生器既可以构成独立的信号源，也可以是高性能网络分析仪、频谱仪及其它自动测试设备的组成部分。
信号发生器的关键技术是多种高性能仪器的支撑技术，因为它能够提供高质量的精密信号源及扫频源，可使相应系统的检测过程大大简化，降低检测费用并极大地提高检测精度。
美国安捷伦生产的33250A 型函数/任意波形发生器可以产生稳定、精确和低失真的任意波形，其输出频率范围为1μHz～80MHz，而输出幅度为10mVpp～10Vpp；该公司生产的8648D射频信号发生器的频率覆盖范围更可高达9kHz～4GHz。
国产SG1060数字合成信号发生器能双通道同时输出高分辨率、高精度、高可靠性的各种波形，频率覆盖范围为1μHz～60MHz；国产S1000型数字合成扫频信号发生器通过采用新技术、新器件实现高精度、宽频带的扫频源，同时应用DDS和锁相技术，使频率范围从1MHz～1024MHz能精确地分辨到100Hz，它既是一台高精度的扫频源，同时也是一台高精度的标准信号发生器。
还有很多其它类型的信号发生器，他们各有各的优点，但是信号发生器总的趋势将向着宽频率覆盖、高频率精度、多功能、多用途、自动化和智能化方向发展。
1.2选题目的及意义信号发生器是一种经常使用的设备，由纯粹物理器件构成的传统的设计方法存在许多弊端，如：体积较大、重量较沉、移动不够方便、信号失真较大、波形种类过于单一、波形形状调节过于死板，无法满足用户对精度、便携性、稳定性等的要求，研究设计出一种具有频率稳定、准确、波形质量好、输出频率范围宽、便携性好等特点的波形发生器具有较好的市场前景，以满足军事和民用领域对信号源的要求。
波形发生器是一种数据信号发生器，在调试硬件时，常常需要加入一些信号，以观察电路工作是否正常。
用一般的信号发生器，不但笨重，而且只能发出一些简单的波形，不能满足需要。
本课题设计一个以555定时器为核心系统的多波形发生器，产生方波、锯齿波、三角波三种波形信号。
通过该课题的设计掌握555定时器的开发过程和基本信号的产生原理、测量及误差分析方法，同时掌握嵌入式系统的设计流程；培养自身综合运用所学的基本知识、基本理论和基本技能的能力，学习解决一般工程技术和有关专业问题的能力，学习工程设计和科学研究的基本方法。
1.3本文的主要工作本文将介绍波形发生器设计的方案选择与软硬件的设计、调试。
全文共分为六章，本章介绍本课题的研究现状和选题目的意义等；第二章介绍555时基集成电路原理与工作模式；第三章介绍波形发生器各个单元模块电路的设计与实现；第四章介绍波形发生器的总体电路设计；第五章介绍了电路的仿真。
第六章介绍了系统的调试过程和调试结果，并对系统调试过程中出现的问题进行了分析，给出了相应的解决方案。
1.4波形发生器的发展前景波形发生器是电子系统的心脏，随着科学技术的发展，现代雷达系统和电子对抗系统对信号源的要求越来越高，提高信号源性能已经成为国内和国外工程师的主要方向。
555时基电路是一种将模拟功能与逻辑功能巧妙结合在同一硅片上的组合集成电路。
它设计新颖，构思奇巧，用途广泛，备受电子专业设计人员和电子爱好者的青睐，人们将其戏称为伟大的小IC。
本文在研究555时基电路基本原理的基础上，利用其完成了多波形发生器的电路设计。
1972年，美国西格尼蒂克斯公司(Signetics)研制出Tmer NE555双极型时基电路，设计原意是用来取代体积大,定时精度差的热延迟继电器等机械式延迟器。
但该器件投放市场后，人们发现这种电路的应用远远超出原设计的使用范围，用途之广几乎遍及电子应用的各个领域，需求量极大。
限于本毕业设计课题，本文将着重讲解将555时基电路应用于波形发生器。
第2章 555时基集成电路原理与工作模式2.1最终波形发生器的设计方法通过使用555定时器能构成施密特触发器和多谐振荡器的功能来进行波形信号产生的设计，通过改变其外围电路的参数来改变波形与频率。
由于本次设计所选用的555定时器芯片来进行简单的多波形信号发生器的设计，以及其较低的花费成本是本次设计选择用这个方案的原因，根据改变555定时器外围电路的参数来产生方波、锯齿波、三角波等规律的波形或改变输出信号的频率，且该种电路的设计对目标信号进行数字化操作比较方便，所以综合考虑各方面的因素，最终选择本方案来进行本次设计。
2.2 555定时器基本结构及封装形式555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。
一般用双极性工艺制作的称为 555，用 CMOS 工艺制作的称为 7555，除单定时器外，还有对应的双定时器 556/7556。
555 定时器的电源电压范围宽，可在 4.5V~16V 工作，7555 可在 3~18V 工作，输出驱动电流约为 200mA，因而其输出可与 TTL、CMOS 或者模拟电路电平兼容。
555定时器是一种多用途的数字—模拟混合集成电路，能很方便地构成施密特触发器，单稳态触发器和多谐振荡器等多功能电路的实现。
555 定时器成本低，性能可靠，用它来构成多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。
它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。
555 定时器的内部电路框图和外引脚排列图分别如图 2.1 和图2.2所示。
它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率输出级。
它提供两个基准电压1/3V CC和 2/3V CC。
其内部电路结构图如下所示。
图2.1 555定时器内部电路结构图C1和C2的参考电压VR1和VR2由VCC经过三个分压电阻给出。
在控制电压VCO 悬空时，VR1＝2/3V CC，VR2＝1/3V CC。
如果V CO外接固定电压，则VR1=V CO，VR2＝1/3V CO。
555定时器内部有二个比较器C1和C2，有一个RS触发器，R和S高电平有效。
VI1是比较器C1的输入端（也成为阀值端，用TH标注），VI2是比较器C2的输是入端（也称触发端）。
三极管VT1对清零起跟随作用，起缓冲作用。
三极管TD放电管，将对外电路的元件提供放电通路。
比较器的输入端有一个由三个5kW电阻组成的分压器，由此可以获得2/3V CC和1/3V CC两个分压值，一般称为阈值。
图2.2双列直插式封装图2.3 圆形封装我国目前广泛使用的555时基电路的统一型号是：双极型为CB555，CMOS型为CB7555。
这两种电路每个集成片内只有一个时基电路，称为单时基电路。
此外还有一种双时基电路，在一个集成片内包含有两个完全相同、又各自独立的时基电路。
它们的型号分别是CB556和CB7556。
555单时基电路的封装有8脚双列直插型（如图2.2所示）和8脚圆形（如图2.3所示）两种。
圆形集成电路引脚的编号方法是把引脚朝下，带标志的引脚置于上倒，从带标志的引脚左边开始按逆时针方向顺序编号。
双列直插型单时基电路的引脚编号方法是把集成片平放，从带标志的引脚开始按逆时针方向顺序编号。
556双时基电路的封装只有14脚双列直插型一种。
引脚按双列直插型集成电路的统一方法编号。
CB555（CB7555）单时基电路各引脚的作用如下，555定时器的1脚是接地端GND，2脚是低触发端TL，3脚是输出端OUT，4脚是清除端R d，5脚是电压控制端CV，6脚是高触发端TH，7脚是放电端DIS，8脚是电源端V CC。
555定时器的输出端电流可以达到200mA，因此可以直接驱动与这个电流数值相当的负载，如继电器、扬声器、发光二极管等。
对双时基电路CB556（CB7556)来讲，两个时基电路共用一个电源端（14）一个地端（7），其余12个脚按左右分开，各为一个独立的时基电路。
为了便于应用，用圆圈内的数码表示出单时基电路的引脚号。
在小方框内用斜线隔开的2个数码表示出双时基电路左右两个时基电路的引脚号。
例如 5／9表示左边时基电路输出端V01的引脚号是5，右边时基电路输出端V02的引脚号是9。
为防止干扰，控制电压端悬空时，应接一滤波电容到地。
555定时器的逻辑功能如下表所示。
表2.1 555定时器功能表当TH高触发端6脚加入的电平大于2/3V CC，TL低触发端2脚的电平大于1/3V CC时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出高电平，触发器置“0”，放电管饱和，7脚为低电平。
当TH高触发端加入的电平小于2/3V CC，TL低触发端的电平大于1/3V CC时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出高电平，触发器状态不变，仍维持前一行的电路状态，输出低电平，放电管饱和，7脚为低电平。
当TH高触发端6脚加入的电平小于2/3V CC，TL低触发端的电平小于1/3V CC时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出低电平，触发器置“1”，输出高电平，放电管截止，7脚为高电平。
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，电路输出的状态才发生变化，即输出为低电平，7脚为低电平。
2.3 555定时器的基本工作原理555电路的内部电路方框图如图2.1所示。
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2/3V和1/3V CC。
C1和C2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关CC状态。
当输入信号输入并超过2/3V CC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1/3V CC时，触发器置位，555的3脚输出高电平，同时放电，开关管截止。
是复位端，当其为0时，555输出低电平。
平时该端开路或接VCC Vc是控制电压端（5脚），平时输出2/3V作为比较器C1的参考电平，当5CC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0.01uf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。
