占空比可调的方波发生器.docx

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1、目录 一、课程设计目的2二、课程设计正文2总体论述2方案选型2总体方案2各单元电路方案及集成电路2电路原理图4运行详细描述8制作调试过程9器件清单14三、实验设计总结或结论.15四、参考文献.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。二、 课程设计正文总体论述 .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、

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：2msT10ms。 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。方案选型总体方案直流电源 电压控制 555 置 位 555充 电 555复位 555放 电图1 总体方案各单元电路方案及集成电路方案一图2555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，uo0，放电管T导通，C通过T放电，电路进入稳态。uI到来时，因为uIVCC/3，使uO又由0变为1，电路进入暂稳态。放电

3、管T截止，VCC经R对C充电。直到uC上升到2VCC/3时，uO0，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：输入输出阈值输入(V11)触发输入(V12)复位(Rd)输出(Vo)放电管TXX00导通2/3Vcc2/3Vcc1/3Vcc10导通1/3Vcc1不变不变表1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本方案采用电压比拟器作为根底元件构成电路，完成占空比可调的方波函数发生器电路。 当集成运放用作比拟器时，它不施加负反应，而是开环工作。因此，不需要为保证闭环工作稳定而施加

4、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。当电压比拟器处于锁定状态时，输出电平保持不变，与输入电压大小无关。图6 电压比拟器选择电压比拟器构成的迟滞比拟器构成方波函数发生器的电路，输出无失真的脉冲波形。图7迟滞比拟器电路图8 迟滞比拟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进行改良，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 迟滞比拟器实现占空比可调的方波电路图10迟滞比拟器实现占空比可调的方波电路实物图2.4 运行详细描述(1)电路组成及其引脚如图7图

5、11555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拟器，一个根本RS触发器，一个放电开关T，比拟器的参考电压由三只5K的电阻器构成分压，它们分别使高电平比拟器C1同相比拟端和低电平比拟器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。 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，平时输出的电容器到地，起滤波作用，以消除

6、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.电压比拟器的作用是对两个输入电压进行比拟，并根据比拟结果输出高、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。如下图，为待比拟的输入信号电压，为输入参考电压。是比拟的门限电压。假设集成运放是理想的，那么当通过时，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，那么由下跃到，相应的比拟特性如下图。其中，和事集成运放输出的两个极限电压。4利用迟滞比拟器构成方波发生器如下列图所示，图中R和C为定时元件。比拟器的两个门限电压分别为=,=.假设t=0

7、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，得到下列图所示方波。可以证明，振荡周期为T=2RCln(1+).图12 迟滞比拟器构成方波发生器制作调试过程电路板焊接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。电路调试1555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

8、脚呈高电平。C通过RA、D1对其充电，充电时间T充。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 设占空比为D,那么 D=t充T=RaRa+RbRP1：当其中心头滑向最上端时，Dmin=t充T=1K1K+50K8.3%RP1中心头滑向最下端时，Dmax=50K50K+1K91.7%调试结果如下列图：图13 555定时器实现占空比可调电路调试结果2迟滞比拟器实现占空比可调方波调试在迟滞比拟器构成的方波函数发生器的根底上进行改良，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。

9、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。迟滞比拟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，那么需要添加两个二极管和一个电位器对原始电路进行

10、改良，改良后如原理图所示。.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。在仿真软件上完成原理图，并开始仿真。电器的工作电压为5V15V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：2msT10ms。由T=()C可知，参数、C的改变将影响振荡周期T。完成上述操

11、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，到达占空比可调的目的。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，那么占空比减小；同理，将电位器向上端滑动，增大，结果增大，减小，那么占空比增大。最后得到的是符合要求的占空比可调的方波函数发生器。图16 迟滞比拟器实现占空比可调的方波电路调试结果图17 迟滞比拟器实现占空比可调的方波电路波形器件清单器件名称大小型号数目电阻2k11k5滑动变阻器2k110k1二

12、极管4电容1uF11F1极性电容1uF1稳压二极管2555定时器1直流电源5V15V1导线，直流电源515V，一个电烙铁，松香，焊锡，排针假设干，烙铁架，钳子，排线，镊子一个三、实验设计总结或结论作为整个学习体系的有机组成局部，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，找出学习中存在的缺乏，以便为完善学习方案，改变学习内容与方法提供实践依据。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

13、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，而且也稳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。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方法。不

14、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剧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，电子技术根底数字局部，高等教育出版社；2 康华光主编，电子技术根底模拟局部，高等教育出版社；课程设计评 语课程设计成 绩指导教师签字 年 月 日