555信号发生器课程设计解析

西北农林科技大学电子技术课程设计课题名称班级姓名学号电话指导教师日期6月17日—6月28日目录第一章、设计任务及要求.......................................................................................................... - 1 - 第二章、信号发生器设计方案.................................................................................................. - 1 -2.1 总体设计方案论证及选择：....................................................................................... - 1 -2.2函数信号发生器总体方案框图.................................................................................... - 1 - 第三章、单元电路原理与电路.................................................................................................. - 2 -3.1方波发生电路................................................................................................................ - 2 -3.1.1方案选择............................................................................................................. - 2 -3.2方波——三角波转换电路原理图................................................................................ - 4 -3.3三角波——正弦波转换电路原理图............................................................................ - 5 - 第四章电路的安装与调试........................................................................................................ - 8 - 第五章设计总结...................................................................................................................... - 12 -5.1经验：.......................................................................................................................... - 12 -5.2不足：.......................................................................................................................... - 12 -5.3感想：.......................................................................................................................... - 12 - 附录 ........................................................................................................................................... - 12 - 元件清单列表.................................................................................................................... - 12 - 参考文献.................................................................................................................................... - 13 - 鸣谢 ........................................................................................................................................... - 13 -第一章、设计任务及要求设计要求：用555定时器设计一个信号发生器，要求输出方波、三角波、正弦波并，设计输出电压及频率第二章、信号发生器设计方案2.1 总体设计方案论证及选择：方案一：通过RC震荡电路产生正弦波，然后经过过零比较器，产生三角波，在通过积分电路产生方波。

其中，RC震荡电路为RC桥式正弦振荡电路，然后通过放大器构成过零比较器来实现方波的转换，在通过反向积分电路来实现方波到三角波的转化。

方案二：可以由晶体管、运放IC等通用器件制作，更多的则是用专门的函数信号发生器IC产生。

早期的函数信号发生器IC，如L8038、BA205、XR2207/2209等，它们的功能较少，精度不高，频率上限只有300kHz，无法产生更高频率的信号，调节方式也不够灵活，频率和占空比不能独立调节，二者互相影响。

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，本着自己动手的观念，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。

分析方案得：各个不分的实现有多种办法，但也许理论上比较好的方法在实践中由于环境的种种原因可能并不是最好的，所以最终的方案的细节有待在试验仿真中作进一步的确定。

2.2函数信号发生器总体方案框图首先，将555定时器接成多谐震荡电路，多谐震荡电路的输出便是方波，接着接一个RC积分电路，从而产生三角波，最后接一个无源低通滤波器，从而产生正弦波。

如框图2.2-1所示。

图2.2-1第三章、单元电路原理与电路3.1方波发生电路 3.1.1方案选择方案一：占空比可调的矩形波放声，电路占空比的改变方法：使电容的正向和反向充电时间常数不同。

利用二极管的单向导电性可以引导电流流经不同的通路。

方案二：改进型555多谐振荡器电路，接法：先将555定时器接成施密特触发器，再将输出经RC 积分电路接回输入端即可。

对比如上两个方案，方案一的频率性较差，并且输出电压受到稳压二极管的影响，输出电压幅值不能改变；而方案二频率调节理与方案一很是相似，但是方案二的频率表达式比较简洁，容易计算，而且方案二的输出电压幅值的改变可通过对555定时器的供电的改变来实现，对于占空比，已对原始的多谐振荡器做了些许改动，能达到1/2的要求。

综上，选择方案二。

555定时器的工作原理：555定时器是一种功能强大的模拟数字混合集成电路，其组成电路框图如图22.32所示。

555定时器有二个比较器A1和A2，有一个RS 触发器，R 和S 高电平有效。

三极管VT1对清零起跟随作用，起缓冲作用。

三极管VT2是放电管，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 和 两个分压值，一般称为阈值。

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Rd ，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VCC 。

555引脚如图3.1-1，引脚功能如表3.1-1。

表3.1-1图3.1-1方波三角波 正弦波555定时器功能如表3.1-2，用555定时器接成多谐震荡电路如图3.1-2。

表3.1-2 555定时器功能表清零端高触发端地触发端Q 放电管功能0 ××0 导通直接清零1 0 1 ×保持保持1 1 0 1 截止置11 0 0 1 截止置11 1 1 0 导通清零图3.1-2参数计算：改进型多谐振荡电路主要改进了电容充电和放电的回路，使得回路的时间常数相同即可，再此引入二极管来分开充电和放电回路。

高电平，充电时间RRRC==（公式3-1）+RT+3(7.0)512ln(1C3)5低电平，放电时间RCRR=1=（公式3-2）+RT+22C)52(7.0)5(ln2占空比R=R+R=q（公式3-3）+TTTR)5)5/(25.03(1=/(1)2+方波周期T+TR+=)1=（公式3-4）+RT32R)5((27.021C振荡频率TRRf++=（公式3-5）R=)522/1C31.144/((经过计算，对应到电路的仿真图，选取C6为10uF，R4 = R5 =47K欧姆。

当RV1=1K 欧姆最大时，频率即为1HZ（如图3.3-5)。

3.2方波——三角波转换电路原理图由积分电路构成方波—三角波产生电路，方波经反向积分电路积得到三角波。