基于NE555信号发生器的设计.doc

1、毕业设计说明书题目基于NE555信号发生器的设计院（系）专业学号姓名指导教师完成日期1信号发生器的设计目录摘要ABSTRACT第1章前言3第2章信号发生器的发展现状421信号发生器的分类422信号发生器的发展现状及趋势4第3章方案的设计531设计方案的选择532电路工作原理以及器件选择5第4章电路的完善与改进741电路仿真7411波形信号失真分析7412波形信号输出频率的调整8413波形信号输出幅度的调整10第5章电路的安装调试1151PROTEL制板1152电路安装调试12第6章结束语13参考文献2摘要信号发生器是一种能够产生多种波形，如锯齿波、三角波、方波、正弦波的电路。信号发生器在电路实

2、验和设备检测中具有十分广泛的用途。本设计通过对信号发生器的原理以及构成进行分析，设计了信号发生器，能够输出稳定的正弦波和方波，实现占空比50，并且能够实现频率和输出幅度可调。设计中采用常用器件NE555为核心，通过比较获得最佳电路方案，并对电路各部分工作原理进行了分析，确定其能够稳定工作，利用相关仪器多次试验，测试达到了设计要求。关键词直流稳压电源电路；振荡器；RC电路；射极输出器。ABSTRACTSIGNALGENERATORISAKINDOFCANPRODUCEAVARIETYOFWAVEFORMS,SUCHASSINEWAVE,TRIANGULARWAVECIRCUIT,THEFANGB

3、OTHESIGNALGENERATORHASAVERYWIDERANGEOFUSESINCIRCUITEXPERIMENTANDTESTEQUIPMENTINTHEDESIGNONTHEPRINCIPLEOFSIGNALGENERATORANDITSSTRUCTUREWASANALYZED,THEDESIGNOFSQUAREWAVESIGNALGENERATOR,CANOUTPUTSTABLEFANGBO,ANDCANREALIZETHEFREQUENCYANDADJUSTABLEOUTPUTAMPLITUDE,FOREASEOFUSE,THISDESIGNALSOCANGENERATETRI

4、ANGLEWAVEANDSINEWAVEUSEDINTHEDESIGNOFCOMMONNE555DEVICEASTHECORE,THROUGHTHECOMPARISONOFBESTCIRCUITSCHEME,ANDTHEWORKINGPRINCIPLEOFEVERYPARTOFTHECIRCUITISANALYZED,DETERMINEITSCANWORKSTEADILY,BYUSINGRELEVANTINSTRUMENTS,MANYTESTS,THETESTHASACHIEVEDTHEDESIGNREQUIREMENTSKEYWORDSDCSTABILIZEDPOWERSUPPLYCIRCU

5、ITOSCILLATORRCCIRCUITANEMITTERFOLLOWER3第1章前言为了能够更加直观的观测到电路中信号变化，在电子学中常用到的仪器是示波器，它能够像医疗设备一样检测到电路中的各种“病变”，与之相配合使用的通常还有信号发生器，它能产生多种波形，如三角波、方波、正弦波，这是信号发生器基本用途。在实际应用中，信号发生器成为了比较广义的名词，应用也越来越广，由于其能够产生信号，因此常常把它作为信号源使用，比如单片机、计算机中产生的时钟脉冲实际也是信号发生器；各种广播、视频信号、无线电信号的来源都是信号发生器。有的信号发生器频率特别高的可达到数百MHZ,也有频率特别低的只有几HZ。信

6、号发生器的实现方法通常有（1）用分立元件组成的信号发生器，（2）采用专门的信号发生器集成电路产生。早期的函数信号发生器IC，如L8038、BA205等，它们的功能较少，精度不高，频率上限低，无法产生更高频率的信号，调节方式也不够灵活。（3）利用单片内部时钟震荡能产生多种波形，并且可以达到较高的频率，调试方式也较为灵活。（4）用专用直接数字合成DDS芯片的信号发生器能产生任意波形并达到很高的频率。但成本较高。在本设计中，采用分立元件巧妙组合，产生方波，然后对信号进行一系列处理，输出较为完美的波形。4第2章信号发生器的发展现状21信号发生器的分类信号发生器应用广泛，种类繁多，性能各异，分类也不尽一

7、致。按照频率范围分类可以分为超低频信号发生器、低频信号发生器、视频信号发生器、高频波形发生器、甚高频波形发生器和超高频信号发生器。按照输出波形分类可以分为正弦信号发生器和非正弦信号发生器，非正弦信号发生器又包括脉冲信号发生器，信号发生器、扫频信号发生器、数字序列波形发生器、图形信号发生器、噪声信号发生器等。按照信号发生器性能指标可以分为一般信号发生器和标准信号发生器。前者指对输出信号的频率、幅度的准确度和稳定度以及波形失真等要求不高的一类信号发生器。后者是指其输出信号的频率、幅度、调制系数等在一定范围内连续可调，并且读数准确、稳定、屏蔽良好的中、高档信号发生器。22信号发生器的发展现状及趋势信

8、号发生器具有连续的相位变换、和频率稳定性等优点，不仅可以模拟各种复杂信号，还可对频率、幅值、相移、波形进行动态、及时的控制，并能够与其它仪器进行通讯，组成自动测试系统，因此被广泛用于自动控制系统、震动激励、通讯和仪器仪表领域。近几年，数字化仪器在迅速发展，我国也在不断研究推出各种新型数字化仪器。随着电子技术的快速发展，新材料新器件层出不穷，开发新款式信号发生器，器件的可选择性大幅增加，例如ICL8038就是一种技术上很成熟的可以产生正弦波、方波、三角波的主芯片，利用单片机制作智能仪表也成为一种趋势。5第3章方案的设计31设计方案的选择综上所述，在本次设计中可采用以下几种方案（1）采用专用信号发

9、生器集成电路，功能比较齐全，效果较好。（2）用分立元件组成的简易信号发生器价格比芯片实惠，结构简单，容易实现。3采用单片机内部时钟产生脉冲，利用软件编程来实现信号发生器功能。在这三种方案中，第一种虽然比较完美，并且便于实现，但是专用集成电路市场难以采购，价格昂贵，更重要的是，集成电路设计太过专业，几乎加上几个外围器件即可使用，这样的设计没有实际意义；第二种方案中，波形的产生依赖于单片机，设计几乎都是建立在单片机编程上面，无法体现电子技术的应用技巧。由以上分析，最终确定采用方案2。32核心元件分析及电路工作原理1、NE555功能分析NE555是电子设计中常用元器件，在这个元件中既有模拟电路电压渐

10、变、电位比较的特点，又具有数字电路中输出高电平或低电平的特点。在右图功能表中“L”表示低电平，“H”表示高电平，“X”可以理解为不管是什么状态。在555中复位管脚4决定了555输入和输出的关系，复位管脚是低电平时，不管2、6管脚如何变化都不会影响输出状态，此时3管脚保持低电平。只有复位4为高电平时，2、6管脚才会决定输出状态。通用NE555的管脚图如右图所示。62电路工作原理根据对NE555的分析，设计如下初图，工作过程为4管脚一直接高电平，因此2、6管脚电平会直接影响输出管脚3的电平。首先电源通过R1、R8对C3充电，2、6管脚电位随着时间逐渐升高，达到阈值后，管脚3输出低电平，7管脚放电端

11、开启，此时C3通过R8经7管脚放电，2、6管脚电位逐渐降低，低至阈值后，管脚3由低电平变为高电平，7脚放电端截止。再次重复初始过程，即电源通过R1、R8对C3充电，如此周而复始，管脚3即可输出方波。7第4章电路的完善与改进41电路仿真按照电路原理图画出仿真电路，采用仿真电路可以很容易发现设计中存在的缺陷。411波形信号失真分析电路输出波形如图所示，可以发现波形占空比未达到50的要求，即每个周期内高电平要稍长一些，分析其原因在于虽然工作过程一直是C3处于充放电，但是由于电路原因，充电和放电电阻分别是2K和1K，所以导致高电平几乎是低8电平双倍时间，解决的方法增大电阻R8的值，使其远远大于1K，将

12、其改为20K，输出波形大大改善,基本达到了50占空比的要求。412波形信号输出频率的调整要达到输出波形信号频率在100HZ10KHZ之间可调，可将电路中的R8换成20K的电位器即可实现频率调整，同时要使电路能够输出正弦波可在后面加上积分电路，改进后的电路如下图，增加二极管D1的作用是防止电源接错烧坏元件，电路能否正常工作，还需要仿真电路来验证。9仿真电路如图下图，由于仿真条件的限制某些参数稍作修改，通过示波器观察波形比较理想，调整电位器，波形频率会随之变化，基本实现了设计要求。10413波形信号输出幅度的调整考虑到设计的最后一个要求，是波形幅度要在05V可调，仍然可采用电位器来实现，但在这里要

13、注意2个问题，第一接入积分电路后，积分电路对前级存在一定影响，因此后级将信号分为2部分；第二由于后级电路的衰减后导致输出信号比较弱，因此在最后引入射极输出器，以便于信号发生器具有带负载的能力。改进后的电路图如下11第5章电路的安装调试51PROTEL制板1、首先用软件PROTEL画出原理图，通过PCB布局、自动布线，生成线路板图。2、打印后，在覆铜板上面刻蚀出电路。51电路的安装调试电路的安装调试，是本设计至关重要的一个环节，首先采购元件，要确保元件的质量，在安装前可用万用表检查元件是否合格。对照电路图插好元件并焊接，焊接完毕要进行仔细的检查，观察是否存在虚焊、元件焊倒等情况，确认无误后，可开

14、始通电调试。将输出端接上示波器，调整电位器，使输出波形为方波，慢慢调整频率电位12器，观察方波频率的变化，然后调整方波幅度电位器，观察输出波形是否在05V之间变化，若输出太低，可增加电源电压，但不可超过18伏。改接短路线，使输出波形为正弦波，重复上述过程，可以注意到正弦波的幅度会低一些，这是正常情况，是由于积分电路中电容充放电削减幅度造成的。13第6章结束语经过这段时间的不懈努力，完成了信号发生器的设计。通过这次设计，我了解了信号发生器的用途及工作原理，熟悉了信号发生器的设计步骤，锻炼了自己实践能力，培养了独立设计能力。同时，学会了查找相关资料相关标准，分析数据，提高了自己的绘图能力，磨炼了自

15、己的心理素质。此业设计是对我专业知识和专业基础知识一次实际检验和巩固，同时也是走向工作岗位前的一次热身。在设计的过程中遇到很多问题，但都通过努力解决了，在这个过程中，我不仅巩固了以前的知识，而且学到了很多新的技能和技巧。这次毕业设计能够顺利完成，也缺少不了老师和同学的帮助，在此对给过我帮助指导老师和同学们再次表示忠心的感谢14参考文献1谢自美电子线路设计、实验、测试，第二版华中科技大学出版社，2000年2郑应光模拟电子线路（一），东南大学出版社，2000年3陈梓城实用电子电路设计与调试，中国电力出版社，2006年4李万臣模拟电子技术基础实验与课程设计，哈尔滨工程大学出版社，2001年5郑应光模拟电子线路（二），东南大学出版社，2000年6张树江王成安模拟电子技术基础篇，第二版大连理工大学出版社，2001年