555说明书.docx
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555说明书
课程设计说明书
设计题目：
多种波形发生器
系别：
应用电子与通信技术系
班级：
0792113
学生姓名：
指导教师：
成绩：
2010年4月15日
课程设计任务书
课程设计题目
多种波形发生器
功能
技术指标
主要功能：
设计制作波形发生器，可同时产生方波、三角波和正弦波等多种波形信号输出的波形发生器
技术指标：
1、输出：
正弦波、方波及三角波
2、电压幅值：
5V连续可调
3、输出频率范围：
1HZ～100KHZ连续
工作量
工作计划
3月29日开题
3月30日查找和分析参考资料
3月31日确定方案，画出电路并分析原理图
4月1日列元器件表，购买原器件
4月2日—4月11日安装并调试电路
4月12日结题验收
4月12日—4月14日撰写课程设计说明书
4月15日准备答辩
4月16日答辩
指导教师评语
指导教师：
2010年4月15日
目录
第1章绪论1
1.1课题背景1
1.2设计题目1
1.3设计要求1
1.4设计技术指标1
第2章电路的设计方案2
2.1方案设计2
2.2确定电路的设计方案2
第3章单元电路设计、参数计算和器件的选择3
3.1555多谐振荡器3
3.2积分电路4
3.3输出信号幅度放大电路5
3.4参数计算及元器件选择6
第4章整机电路的工作原理7
4.1整机电路原理图7
4.2整机电路工作原理7
第5章电路的组装调试9
5.1电路的组装9
5.2整机的布线原则9
5.3电路调试9
5.4故障分析及解决办法10
结论11
收获和体会12
致谢13
参考文献14
附录元器件清单15
第1章绪论
1.1课题背景
由于科技的发展和现代生活水平的需要，电子产品已经成为生活中不可缺少的一部分，同时在教育领域方面也有它的地位，在学校作为学生和需要节省消费的群体想拥有自己555函数发生器不再是梦想，与此同时也为今后的学习和实践提供了方便。
拿出自己的实物更是知识和实践的证明。
所以制作函数信号发生器是应用电子系学生的必要。
1.2设计题目
本次电子线路课程设计的设计题目是：
函数信号发生器。
1.3设计要求
设计一个能输出三种波形分别为正弦波、三角波、方波且频率和幅度可调的函数信号发生器。
1.4设计技术指标
1．可输出正弦波、方波及三角波电压；
2．它们的输出频率范围：
1HZ～100KHZ；
3．输出波形具有0V～5V的可调直流电压范围；
第2章电路的设计方案
2.1方案设计
方案一：
采用电路结构简单，价格低廉，易于实现的NE555集成电路。
和集成运算放大器构成。
方案二：
采用集成芯片较昂贵、精度高、波形失真较小，抗干扰能力强的ICL8038作为核心元件来实现电路。
方案三：
利用价格一般，同时需要硬件较少的单片机51系列，但需要设计者具有一定编程能力。
2.2确定电路的设计方案
考虑到成本和集成芯片的应用问题以及单片机的编程实现又限制了设计者的能力。
最后决定采用NE555芯片其主要特点是价格优廉、成本低，电路易于实现，结构简单，其方框图如图2-1所示。
图2-1多种波形发生器
其工作原理为：
通过6V电源给电路供电，集成芯片555与外围电路构成多谐振荡器输出方波脉冲，方波信号经RC积分电路后输出三角波，三角波再经滤波电路输出正弦波，选定的波形输出经集成运放进行幅度放大（±15V供电），输出即可达到所需要的波形输出。
第3章单元电路设计、参数计算和器件的选择
3.1555多谐振荡器
用555定时器构成多谐振荡器电路如图3-1所示。
电路没有稳态,只有两个暂稳态,也不需要外加触发信号,利用电源VCC通过R1和R2及Rp1向电容器C充电,使uC逐渐升高,升到2VCC/3时,uO跳变到低电平,放电端D导通,这时,电容器C通过电阻R2及Rp1和D端放电,使uC下降,降到VCC/3时,uO跳变到高电平,D端截止,电源VCC又通过R1和R2向电容器C充电。
如此循环,振荡不停,电容器C在VCC/3和2VCC/3之间充电和放电,输出连续的矩形脉冲,其多谐振荡器工作波形及外部引脚定义如图3-2所示。
图3-3为555内部原理图
图3-1555多谐振荡器
图3-2多谐振荡器工作波形及外部引脚图
图3-3555内部原理图
输出信号uO的脉宽tW1、tW2、周期T的计算公式如下：
tW1＝0.7（R1＋R2+RP1）C（3-1）
tW2＝0.7（R2+RP1）C（3-2）
T＝tW1＋tW2＝0.7（R1＋2R2+2RP1）（3-3）
3.2积分电路
输出信号与输入信号的积分成正比的电路，称为积分电路。
积分电路主要有电阻和电容构成如图，其输出波如图3-4，RC的值越大幅值越小，波形失真也越小。
反之R1C1的值越小幅值越大，波形失真也越大。
在RC电路中，T＝R1C1是电路的时间常数，它由电路的本身参数R和C决定的，反映电路本身固有的性质。
图3-4RC的充放电电路
延时时间的计算
由公式T＝R1C1可计算出电路的延时时间，当将随时间向负方向增长，增长速度与输入电压的幅值成正比，与积分时间常数R1C1成反比。
3.3输出信号幅度放大电路
本电路的结构如图3-6,主要由集成芯片UA741及其外围元件电阻R7、R8、R9及滑动变阻器R10构成幅度放大电路。
当外部信号输入时经集成运放后即可放大十倍，调节R9和R7即可改变输出的放大倍数，Uo=（1+R7/R9）Ui,同时改变滑动变阻R10输出幅度即可连续可调。
图3-6输出信号幅度放大电路
3.4参数计算及元器件选择
3.4.1参数计算
1、振荡频率的估算
T=tw1+tw2=0.7（R1+2R2+2RP1）*C（3-4）
f=1/T=1/0.7（R1+2R2+2RP1）*C（3-5）
2、放大倍数Av
Av=Uo/Ui=1+R7/R9（3-6）
3、积分电路的放电时间
时间常数T＝RC
4、输出幅值调整
输出电压=（RV4下/RV4）*Uo（3-7）
3.4.2元器件的选择
1．Rl-R10选用1/4W碳膜电阻器或金属膜电阻器
2．C11、C12选用独石电容器或涤纶电容器
3．C7和C9均选用耐压值为25V的铝电解电容器
4．集成运放选用UA741作为幅度放大电路
5．脉冲产生电路选用常用的NE555芯片及Φ5的绿色发光二极管；又因为输出三种波形故采用了单刀3掷的开关。
第4章整机电路的工作原理
4.1整机电路原理图
整机电路原理图如图4-1所示
图4-1整机原理图
4.2整机电路工作原理
该电路可同时产生方波、三角波、正弦波信号，本多路信号发生器电路简单、成本低廉、调整方便。
555定时器接成多谐振荡器工作形式，C1为定时电容，C1的充电回路是R2→R1→RP1→C1；C1的放电回路是C1→RP→R2→IC的7脚（放电管）。
由于R2+RP1》R1，所以充电时间常数与放电时间常数近似相等，由IC的3脚输出的是近似对称方波。
按图所示元件参数，其频率为1KHZ左右，调节电位器RP1可改变振荡器的频率。
方波信号经R4、C5积分网络后，输出三角波。
三角波再经C6、R7、C7滤波网络，输出近似的正弦波。
C3是电源偶合电容。
发光二极管VD用作电源指示。
然后利用单刀三掷开关选择要放大的波形，经集成运放电路（UA741及其外围元件电阻R8、R9、R10及滑动变阻器R11构成幅度放大电路）。
当外部信号输入时经集成运放后即可放大十倍，调节R9和R10的比值即可改变输出的放大倍数，Uo=（1+R10/R9）Ui,同时改变滑动变阻R10输出幅度即可连续可调。
同时改变积分电路中的电容C5和电阻R4值，即可调整三角波输出的失真度，而改变电容C6、C7和电阻R7可改变正弦波输出的失真程度，而改变Rp1的阻值和瓷片电容C1的容量可以改变输出振荡的频率以及占空比。
其中UA741供电±15V，NE555供电+5V。
第5章电路的组装调试
5.1电路的组装
电路组装调试之前首先要对所用元器件进行检测，判断元器件的好坏和确定元器件的引脚及极性。
下面将分别介绍电路中所用到的元器件的检测方法。
1.二极管引脚极性的检测
判别正、负电极
（1）观察外壳上的的符号标记。
通常在二极管的外壳上标有二极管的符号，带有三角形箭头的一端为正极，另一端是负极。
印有色环的一端为负。
（2）观察外壳上的色点。
在点接触二极管的外壳上，通常标有极性色点（白色或红色）。
一般标有色点的一端即为正极。
还有的二极管上标有色环，带色环的一端则为负极。
检测完元器件的好坏及引脚极性后便可以进行电路的组装了，根据电路原理图首先在面包板上搭接电路。
搭接电路时要注意集成芯片和发光二极管的引脚不要接错，二极管的引脚极性不要弄反。
在面包板上搭接好电路后就可以进行电路的调试了。
5.2整机的布线原则
在布线过程中导线应横平竖直，拐角处尽量为九十度，同时也不能存在跳线，交叉线，应减少在板底布线保证整体美观，整个电路围绕这个原则进行布线。
5.3电路调试
1．电路组装完毕之后开始对其进行调试，首先将示波器进行通电并将利用示波器探头测试示波器是否良好。
2．检查电路是否有错误，如果检查无误并且无短路情况下，开始对电路进行通电。
3．将探头与被测波形输出连接，观测示波器波形是否失真；
4．调整电路使示波器输出波形失真做小；
5．改变积分电路中的电容C12和电阻R13值，即可调整三角波输出的失真度，而改变电容C10和电阻R14可改变正弦波输出的失真程度；
6．调整放大电路及其频率可调元件观察波形是否满足技术指标；7.改变RV1的阻值和瓷片电容C1的容量可以改变输出振荡的频率以及占空比；
8．输出的幅度的调整是改变集成运放中的输入电阻R17和反馈电阻R18之间的比值即可实现放大幅度的倍数；
9．实现指标电路则调试完毕（如果输出达不到要求，继续调试进行第10部）；
10．检查电路焊接是否有错，并查看个个元器件管脚有无接错；
11．计算电路中的电阻及其电容的值是否合适，直到实现指标为止
符合设计要求便可以在万能板上焊接了，在焊接过程中和焊接好后调试过程中需要注意以下事项。
（1）要注意电烙铁的绝缘性能
不允许带电使用烙铁焊接，要确认烙铁不带电，最好把烙铁的外壳接地，对MOS电路更应小心。
以免击穿芯片；
（2）要保证焊接质量
焊接时确实焊牢，焊锡的堆积、气孔容易造成虚焊。
焊接时间一般不超过3秒钟，烙铁的功率应用内热式25W左右；
5.4故障分析及解决办法
1．故障现象：
发光二极管不亮
检查原因：
电路供电线路断路
解决方法：
通过对电路各个部分的认真检查找出断路点并重新进行连接。
2．故障现象：
电路工作但是波形无输出
检查原因：
电容可能损坏后失容
解决方法：
替换新电容
结论
多路波形信号发生器是学生在制作其它电路时常用的外部信号源，所以为我们的制作提供了很大的方便，同时也是实践模电和数电理论知识的奠基，深刻体会到了制作的内在含义。
经过几周的设计体会，理解到在电路的设计之前一定要收集好资料，做好一定的准备后在开始进行电路的设计。
制作电路的过程中应当需要一定的耐心和细心，更需要一定的理论知识作为基础，同时设计的过程中要感谢老师认真的指导和组员团结一致的支持，这些才是成功最好的支柱，由于我们电路的简单化使得产生了很多的问题，比如说电路不稳定、容易受到干扰等问题，这些只有使电路更加的完善才能达到指标。
经过一段时间耐心调试，最后完成了设计任务。
收获和体会
在本次的课程设计中通过自己选题、收集材料、分析、设计等，再一次的加深了一些软件的操作方法，这为以后的学习做了铺垫。
整个设计实现了从单一的理论学习到解决实际问题的转变。
通过本次的课程设计，我最大的收获就是提高了自身的动手能力，培养了我的寻求解决问题的能力和团队精神也增强了我其它方面的能力。
在设计中，我充分应用我们所学数字电路和模拟电路的知识，UA741及555等元件的应用。
这次实践使我受益匪浅。
也增强了我的实际操作能力。
在让我体会到设计电路艰辛的同时，更让我体会到成功的喜悦和快乐。
这次设计所用的的工具是protel99由于接触过这个软件，所以画图就比较方便，同时也应用了现在比较好的仿真软件proteus。
使设计的质量得到了保证。
在整个设计过程中让我懂得了许多东西，进一步培养了独立思考和设计的能力，树立了对知识应用的信心，相信会对今后的学习工作和生活有非常大的帮助，并且提高了自己的动手实践操作能力，使自己充分体会到了在设计过程中的成功喜悦。
虽然这个设计做的不怎么好，但是在设计过程中所学到的东西就是这次课程设计的最大收获和财富，以及设计过程中收获的浓厚友谊和师生情感。
同时从不知道从何入手到如何搜集资料，再到学会如何利用与整合资料才是知识成长的见证。
致谢
经过三个星期的忙碌的设计工作，本次课程设计结束了，任务也顺立的完成，这些的成果离不开各位老师以及同学的关心和支持。
这次课程设计中，同学之间互相帮助，互相探讨，相互学习。
发现我们所学的知识实在是有限，不过我们能够充分利用网络的优势去查阅资料。
最后还是园满的完成了制作。
我很感谢同学们和我的通力合作，这次设计课程不仅让我们深刻地体会了“团结合作”的含义，也让我们有机会彼此之间更进一步的了解。
在整个设计任务的过程中，老师对学生的那种细心指导和耐心的支持精神，更是值得我们学习。
最后要感谢学院感谢教务处制定这项教学计划，感谢系里提供了良好的硬件设备和元器件的提供，感谢我的指导教师耐心的支持。
参考文献
[1]余孟尝.数字电子技术基础简明教程.北京高等教育出版社
[2]彭铭泉.通用集成电路速查手册.山东科学技术出版社
[3]杨素行.模拟电子技术基础简明教程.北京高等教育出版社
[4]苏文平、任力颖、何希才.电子技术实践与制作教程.国防工业出版社.
附录元器件清单
器件名
规格（型号）
数量
备注
电阻
10k
4个
1/4W
33k
1个
68k
1个
1k
1个
可调电阻
1k
1个
10k
1个
瓷片电容
104
2个
103
2个
电解电容
4.7uF
1个
耐压25V
10uF
1个
单刀三掷开关
WH7-A
2个
集成运算放大器
UA741
1片
供电电源±15V
集成芯片
NE555
1片
供电电源+5V
发光二极管
Φ5
1个
绿色
独石电容
474
1个
475
1个
集成芯片插座
DIP8
2个
8脚
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