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方波发生电路设计与ne555相关资料


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摘 要
多谐振荡方波发生器在各理工科实验中具有广泛的应用, 同时在生活中的数 字设备、家用电器、电子玩具等许多领域也有需求。方波信号是一种应用极为广 泛的信号,它在科学研究、工程教育及生产实践中的使用非常普遍。它通常作为 为标准信号,应用于电子电路的性能试验或

参数测量。另外,在许多测试仪中也 需要用标准的方波信号检测一些物理量。 所以研究多谐振荡方波发生器具有非常 重要的现实意义。 基于这种形式下,我用 555 时基电路设计一个电路,使其产生稳定的方波, 这次的设计我是以 NE555 芯片作为主要部分,同时结合部分外围电路,使用 Protel99 软件作为辅助,把设计电路焊接在铜板上,得到电路后,输入直流电 压 VCC 为 5V,输出为占空比可调和频率可调的多谐振荡方波。设计的电路最后 使得输出波形不失真,无杂波干涉,频率可调稳定的占空比可调的方波。 关键字: 关键字:占空比,频率,NE555,方波。

Abstract
Multivibrator square-wave generator in various science and engineering experiments with a wide range of applications, while in life digital devices, home appliances, electronic toys and many other fields also have needs. Square wave signal is an application extremely wide range of signals, which in scientific research, engineering, education and production practice in the use of very common. He often used as a standard signal, used in electronic circuits or parameters of performance test measurements. In addition, in many testers also need a standard square wave signal detection of some physical quantity. Therefore, square-wave generator Multivibrator study has very important practical significance. Based on this form, I use 555 time-base circuit design a circuit to produce a stable square wave, the design process was my capacity as the main part of the NE555 chip, combined with part of the peripheral circuits, the use of Protel99 software as a supplement to Design of welded copper on the circuit. Input DC voltage VCC of 5V, the output duty cycle and frequency adjustable adjustable multi-resonant square wave. The final design of the circuit makes the output waveform distortion, no clutter interference, frequency adjustable adjustable duty cycle square wave stability. Keywords: duty cycle, frequency, NE555, square-wave

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引言



……………………………………1

第一章:方波发生设计概述 ......................................... 3
1.1 发展趋势 .......................................................................................................... 3

第二章: 第二章:总体方案设计 ................................................ 3 第三章: 第三章:硬件设计 ............................................................................................................... 4
3.1 工作原理 .......................................................................................................... 4 3.1.1.555 时基电路的电路结构和逻辑功能 时基电路的电路结构和逻辑功能…………………………………4. 3.1.2 .555 时基电路的主要参数 时基电路的主要参数……………………………………………..5 构成占空比可调的多谐振荡器………………………………………… …………………………………………6 3.2.555 构成占空比可调的多谐振荡器…………………………………………6 ……………………………………………………7 3.3 设计的电路图及 PCB 图 …………………………………………………… 7 … … . .

第四章: 第四章:调试和性能分析 .................................................................................... 8
4.1 注意事项 .......................................................................................................... 8 4.2 方法或步骤 ...................................................................................................... 9 4.3 参数的测量与分析 参数的测量与分析…………………………………………………………9

第五章: 第五章:总结 .......................................................................................... 11



辞 ……………………………………………………… 12

参考文献: 参考文献:

…………………………………...13

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引言: 引言:
随着社会的发展, 各种稳定的波形产生器成为了我们生活中不可或缺的一 部分,而方波也是其中比较有代表性的一个波形。方波它在各个行业及日常生活 中得到了广泛应用,他能很好的在我们的生活学习中对定时器、分频器、脉冲信 号发生器、元件参数和电路检测电路、玩具游戏机电路、音响告警电路、电源交 换电路、频率变换电路、自动控制电路等的运用。有了方波发生器,它可给我们 提供了很大的便利

第一章: 第一章:方波发生设计概述
1.1 发展趋势 由 555 时基电路构成常见的最基本的典型应用电路有:单稳态触发电路、双 稳态触发电路、无稳态电路,而用这 3 种方式中的 1 种或多种组合起来可以组成 各种实用的电子电路,如定时器、分频器、脉冲信号发生器、元件参数和电路检 测电路、玩具游戏机电路、音响告警电路、电源交换电路、频率变换电路、自动 控制电路等

第二章: 第二章:总体方案设计
方案一:用 UA741 放大电路外接若干二极管、电阻电容,这种方案硬件电路复 杂,可靠性差, 方案二:用 MAX0832 集成芯片产生所需方波,可靠性好,稳定性好,但经济价 值很贵 方案三:用 NE555 集成芯片外接几个电阻电容,和二极管设计一个发生器。 在此我选择了方案三,通过它,产生的方波虽然不是很好看,但经过施密特 整形会得到较好的波形,且经济比较为合理,也能达到实验的要求。

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第三章: 第三章:硬件设计

3.1 工作原理

(一)555 时基电路的电路结构和逻辑功能 1.电路结构及逻辑功能

图 1 为 555 时基电路的电路结构和 8 脚双列直插式的引脚图, 由图可知 555 电 路由电阻分压器、电压比较器、基本 RS 触发器、放电管和输出缓冲器 5 个部分 组成。它的各个引脚功能如下: 1 脚:GND(或 Vss)外接电源负端 VSS 或接地,一般情况下接地。 8 脚:VCC(或 VDD)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 VCC 的范围为 3~18V。一般情况下选用 5V。 3 脚:OUT(或 Vo)输出端。 2 脚:TR 低触发端。 6 脚:TH 高触发端。 4 脚:R 是直接清零端。当 R 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:CO(或 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 0.01?F 电容接地,以防引入 干扰。 7 脚:D 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。 电阻分压器由三个 5k 的等值电阻串联而成。电阻分压器为比较器 C1、C2 提 供参考电压,比较器 C1 的参考电压为 2/3Vcc,加在同相输入端,比较器 C2 的 参考电压为 1/3Vcc,加在反相输入端。比较器由两个结构相同的集成运放 C1、
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C2 组成。高电平触发信号加在 C1 的反相输入端,与同相输入端的参考电压比 较后,其结果作为基本 RS 触发器 R 端的输入信号;低电平触发信号加在 C2 的 同相输入端, 与反相输入端的参考电压比较后, 其结果作为基本 RS 触发器 S 端 的输入信号。基本 RS 触发器的输出状态受比较器 C1、C2 的输出端控制。 在 1 脚接地, 脚未外接电压, 5 两个比较器 C1、 基准电压分别为 2/3Vcc, C2 1/3Vcc 的情况下,555 时基电路的功能表如表 1 示.

2.555 时基电路的主要参数 555 时基电路的主要参数有电源电压、静态电流、定时精度、阈值电压、阈 值电流、触发电压、触发电流、复位电压、复位电流、放电电流、驱动电流及最 高工作频率。 3.等效电路 555 时基电路内部既有模拟电路,又有数字电路,读图和应用十分不便,为便 于一目了然地理解 555 的功能,可以将 555 电路的数字与模拟功能合在一起考 虑,进行化简。 图 2 是图 1 (a) 555 电路的内电路方框图简化成为带一个放电开关的特殊 中 的 RS 触 发 器 , 其 逻 辑 功 能 见 表 2 所 示 。

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化简后的特殊 RS 触发器输出电压 Vo 与输入电压 VTH 及 VTR 的关 系见表 4 所示。

3.2.555 构成占空比可调的多谐振荡器 首先是将 555 定时器的 2 脚与 6 脚接在一起,构成施密特触发器。施密特触 发器的电压传输特性是反相的。电阻 R5 和电容 C 构成一个 RC 积分电路,其输入
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端接施密特触发器的输出端,其输出端接施密特触发器的输入端。除此以外,增 加了一个电阻 R6, 与 555 定时器内部的放电管 TD 构成了一个反相器。 R6 逻辑上, 这个反相器的输出与 555 定时器的输出完全相同。因此,这个施密特触发器有两 个输出端, 分别为 555 定时器的 3 号脚和 7 号脚。 施密特触发器的一个输出端 (7 号脚) RC 积分电路的输入端, 积分电路的输出端接施密特触发器的输入端。 接 RC 这就是我用 555 定时器构成多谐振荡器的思路。

图 3 方波发生电路图

图中 0.01uf 电容 C、4.7KΩ电阻 R5 和 4.7KΩ电阻 R6 作为振荡器的定时元 件,4.7KΩ电位器 Rw 决定着输出矩形波正、负脉冲的宽度。定时器的触发输入 端(2 脚)和阀值输入端(6 脚)与电容相连;集电极开路输出端(7 脚)接 R1、 R2 之间的电位器 R7,用以控制电容 C 的充、放电;外界控制输入端(5 脚)通 过 0.01uF 电容 Co 接地。二极管 D3 与 D4 用来决定电容充、放电电流流经电阻的 途 径 ( 充 电 时 D3 导 通 , D4 截 止 ; 放 电 时 D4 导 通 , D3 截 止 ) 占 空 。 比 : 。

电路开始工作时,先对 C4 充电,充电电流通过 R6,D3,R7 和 R8;放电时通 过 R8,R8,D4,R5.当 R6=R5 时,调至中心点,因充放电的时间基本相等,可使得 其的占空比约为 50%,此时改变 R8 仅仅改变频率, ,占空比不变。如 R7 调至偏 离中心点,再调节 R8,不仅频率改变,其 的占空比也跟着有影响。R8 不变, 只调节 R7,只改变占空比,对频率没影响。因此,当电路工作时,接通电源,应 调节 R8 使频率到达规定值,再调 R7,获得想要的占空比。当想获得不同的频率 时,先调 R7 到要获得的占空比的位置,再调 R8 到达所要的频率出。 3.3.设计的电路图: 设计的电路图: 设计的电路图

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图 4 原理图

图 5 PCB 图

第四章: 第四章:调试和性能分析

4.1 注意事项

1.NE555 集成芯片三脚输出波形需整形 2.电阻电容用精密电阻电容为了提高稳定性和精度 3.调节占空比与频率时注意电位器的调节的先后顺序

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4.2 方法或步骤 第一步:检查电路中各个元件是否接的可靠、大小是否合理,特别是 NE555 必 须接正确 第二步:在一切都正常的情况下,给电路通电,此时立即触摸 NE555 是否发烫,若发烫应立即断电 第三步: NE555 没有发烫, 若 则说明 NE555 工作正常, 这时开始实验数据测试 。 第四步:通过示波器观察 NE555 输出的方波信号,观察方波的失真情况。 第五步:失真的波形通过改良一下,改良后的波形是应该是没有多大失真的方波 或者没失真的方波。 第六步:通过示波器观察波形的幅值大小 第七步:通过改变可调电阻观察占空比的范围。 第八步:通过改变可调电阻观察方波的可调频率的范围。 第九步:统计实验数据

4.3 参数的测量与分析: 参数的测量与分析:
1.占空比的测量: 根据上面的步骤: 在保证一个电位器不变的情况下, 调节 R7 电位器可以看出其占空比的范围由下图 6 和图 7 可知道大概 范围在 20%—80%间,可知也是达到了要的占空比范围。

图 6 占空比最小图
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图 7 占空比最大图

2.频率范围的测量:在保持 R7 电位器不变的情况下,调 R8 电位器, 可知他的可调的频率范围为: 89.368HZ—272.58HZ。 可知其的频率可 调也在 200HZ 左右,在一定的情况下是完全满足要求的。

图 8 频率最小图

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图 9 频率最大图

第五章: 第五章:总结 经过几个星期的艰苦奋战,从拿到论文的那一刻起,自己就寻找 设计方案,经过不断地仿真论证,最后确定方案,后面进行电路的设 计, 画图, 做板, 花了不少的时间, 但是还没有得出自己所要的波形, 也要不断的进行调试,一遍遍的尝试,最后终于得出了所要的波形。 最终也完成了毕业课设,基本上达到了老师的要求,虽然过程看起来 是艰苦的,但最后的结果是令人喜悦的。 自己用的这方案能有效缩短调节时间,也比较的经济实惠,成本 比较低,也能达到自己比较喜欢的波形。 这次课设基本上达到了老师要求的任务的各项要求和目标, 达到 此次涉及内容的预期目的。 也从实验中更重的是培养了自己的动手能 力,掌握毕业课设的基本知识,综合运用本专业相关知识,对知识有 了系统的重新认识。可以说真正的做到了理论与实践相结合。这次课 设的顺利完成可以为以后的毕业设计甚至是以后的工作都有了大步 的好处吧! 随着科学技术的发展,脉冲信号发生器等仪表的数字化、智能化、 网络化将是发展方向,加上计算机技术的迅猛发展,它将会具有非常 广阔的发展空间。

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谢 辞 本课设设计在洪莉老师的悉心指导和严格要求下业已完成,从 课题选择到具体的写作过程,无不凝聚着洪莉老师的心血和汗水,在 我的课设论文写作期间, 洪莉老师为我提供了种种专业知识上的指导 和一些富于创造性的建议,没有这样的帮助和关怀,我不会这么顺利 的完成课程设计。在此向洪莉老师表示深深的感谢和崇高的敬意。 感谢学校的安排,是在这样一个学校下,才有机会能做这样的课 设机会,在做课设期间,可以说是使自己能真正的做到了理论与实践 相结合,自己从中受益匪浅。感谢 过去几年各位任课老师认真负责, 在他们的悉心帮助和支持下,使我能够很好的掌握和运用专业知识, 并在课设中得以体现,顺利完成课程设计。 同时,在课设与论文的处理过程中,我还参考了有关的书籍和论 文,在这里一并向有关的作者表示谢意。 我还要感谢同组的各位同学,在课程设计的这段时间里,你们给 了我很多的启发,提出了很多宝贵的意见,对于你们帮助和支持,在 此我表示深深地感谢。

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参考文献: 参考文献:
【1】王卫东 模拟电子电路基础 西安—西安电子科技大学 王卫东.模拟电子电路基础 西安— 王卫东 模拟电子电路基础.西安 出版社, 出版社,2003.2 北京—高等教育出版社, 【 2】阎石 数字电子技术基础 北京 — 高等教育出版社, 】 阎石. 2003 黄智伟.全国大学生电子设计竞赛电路设计 北京: 【3】.黄智伟 全国大学生电子设计竞赛电路设计 北京:航空 】 黄智伟 全国大学生电子设计竞赛电路设计.北京 航天大学出版社.2006 航天大学出版社 电子工艺及电子工程设计. 【4】汤元信 电子工艺及电子工程设计 北京:航空航天大 】汤元信.电子工艺及电子工程设计 北京: 学出版社.2001 学出版社 电子元器件可靠性工程.北京 【 5】 孙青 电子元器件可靠性工程 北京 : 电子工业出版 】 孙青.电子元器件可靠性工程 北京: 社.2002 北京: 【6】周仲 国产集成电路应用 500 例.北京:电子工业出版 】周仲.国产集成电路应用 北京 社.1992 通用集成电路的选择与使用.北京 【7】那文鹏,王昊 通用集成电路的选择与使用 北京:人民 】那文鹏,王昊.通用集成电路的选择与使用 北京: 邮政出版社.2004 邮政出版社 放大电路指南.福建 【 8】周亦武 , 孙威娜 放大电路指南 福建 : 科学技术出版 】 周亦武,孙威娜.放大电路指南 福建: 社.2004 电子线路设计指导. 【9】李银华 电子线路设计指导 北京:航空航天大学出版 】李银华.电子线路设计指导 北京: 社.2005
NE555 绍 NE555 (Timer IC)大约在 1971 的 Timer IC,在往后的 30 ? 由 Signetics Corporation 发布,在当时是唯一非常快速且商业化 非常普遍被使用,且延伸出许多的应用电 ,尽管近 CMOS

技术版本的 Timer IC 如 MOTOROLA 的 MC1455 已被大 的使用, 但原规格的 NE555 依然正常 的在市场上供应,尽管新版 IC 在功能上有部份的改善,但其脚位劲能并没变化,所以到目前? 可直接的代用。

NE555 是属于 555 系列的计时 IC 的其中的一种型号, 系列 IC 的接脚功能及运用 555 都是相容的,只是型号不同的因其价格不同其稳定度、省电、可产生的振荡频率也 不大相同;而 555 是一个用途很广且相当普遍的计时 IC,只需少数的电阻和电容, 便可产生数位电路所需的各种不同频率之脉冲信号。 a. NE555 的特点有: 1.只需简单的电阻器、电容器,即可完成特定的振荡延时作用。其延时范围极广,
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可由几微秒至几小时之久。 2.它的操作电源电压范围极大,可与 TTL,CMOS 等逻辑电路配合,也就是它的输出 准位及输入触发准位,均能与这些逻辑系列的高、低态组合。 3.其输出端的供给电流大,可直接推动多种自动控制的负载。 4.它的计时精确度高、温度稳定度佳,且价格便宜。 5.静态电流 最大值 VCC = 5 V, RL = ∞ =6mA VCC =15 V, RL = ∞ =15mA b. NE555 引脚位功能配置说明下:

图 1-2 NE555 各脚功能-管脚图 Pin 1 (接地) -地线(或共同接地) ,通常被连接到电路共同接地。 Pin 2 (触发点) -这个脚位是触发 NE555 使其启动它的时间周期。触发信号上缘电 压须大于 2/3 VCC,下缘须低于 1/3 VCC 。 Pin 3 (输出) -当时间周期开始 555 的输出输出脚位,移至比电源电压少 1.7 伏的 高电位。周期的结束输出回到 O 伏左右的低电位。于高电位时的最大输出电流大约 200 mA 。 Pin 4 (重置) -一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器和使输出回到一个低 电位。它通常被接到正电源或忽略不用。 Pin 5 (控制) -这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压。当计时器经营在稳 定或振荡的运作方式下,这输入能用来改变或调整输出频率。 Pin 6 (重置锁定) - Pin 6 重置锁定并使输出呈低态。当这个接脚的电压从 1/3 VCC 电压以下移至 2/3 VCC 以上时启动这个动作。 Pin 7 (放电) -这个接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出能力,当输出为 ON 时为 LOW,对地为低阻抗,当输出为 OFF 时为 HIGH,对地为高阻抗。 Pin 8 (V +) -这是 555 个计时器 IC 的正电源电压端。供应电压的范围是+4.5 伏特

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(最小值)至+16 伏特(最大值)。
参数功能特性: ?供应电压 4.5-18V ?供应电 ?输出电 3-6 mA 225mA (max)

?上升/下 时间 100 ns .NE555 的相关应用: NE555 的作用范围很广,但一般多应用于单稳态多谐振荡器(Monostable Mutlivibrator)及无稳 态多谐振荡器(Astable Multivibrator)。 NE555 在线计算器 555 集成电路参数应用计算

NE555 时基电路封装形式有两种,一是 DIP 双列直插 8 脚封装,另一种是 SOP-8 小 型(SMD)封装形式。其他 HA17555、LM555、CA555 分属不同的公司生产的产品。内 部结构和工作原理都相同。NE555 属于 CMOS 工艺制造,下面我们将对其进行介绍。 图 1 是 NE555 的外形图, 2 是它的内部功能原理框图, 3 是它的内部等效 图 图 电路。NE555 的内部中心电路是三极管 Q15 和 Q17 加正反馈组成的 RS 触发器。输入

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控制端有直接复位 Reset 端,通过比较器 A1,复位控制端的 TH、比较器 A2 置位控 制的 T。 输出端为 F, 另外还有集电极开路的放电管 DIS。 它们控制的优先权是 R、 T、 TH。 NE555 的封装形式

图一

图二

图三 表 1 是 NE555 的极限参数, 不同的封装形式及不同的生产厂商的器件这些参数 不尽相同,极限参数是指在不损坏器件的情况下,厂商保证的界限,并非可以工作 的条件,如果超过某一环境下使用,其间的安全性将不会得到保证,这使用中应加 以注意。
NE555 的极限参数 电源电压 允许功耗 工作温度 储藏温度 最高结温

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-10—+70℃ +18V 600mW 军用-55—+125℃ -65—+150℃ 300℃

利用 NE555 可以组成相当多的应用电路, 甚至多达数百种应用电路, 在各类书 刊中均有介绍,例如家用电器控制装置、门铃、报警器、信号发生器、电路检测仪 器、元器件测量仪、定时器、压频转换电路、电源应用电路、自动控制装置及其它 应用电路都有着广泛的应用,这是因为 NE555 巧妙地将模拟电路和数字电路结合在 一起的缘故。

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