占空比可调的方波产生器设计
姓 名
学 号 院、系、部 班 号 完成时间
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2013级
模拟电子技术课程设计
摘要
本实验就是运用555定时器的波形产生与转换功能，与占空比可调的方波产生电路相组合，简单而方便的制成了占空比可调的方波产生器。此占空比可调的方波产生器，结构简单，电路清晰，功能一目了然，符合制作的要求，完全达到了理论到实践的过度。是我的实践动手能力得到了加强，同样使我的理论知识更加扎实和牢固。
在电气专业及日常生活中，常常会用到方波信号。有很多方法可以实现方波的产生，为方便以后实验和生活中遇到产生方波的情况，需要设计出通过改变参数以实现占空比可调的方波产生器。利用到模拟电子技术和数字电子技术的相关知识，如波形发生器原理、555定时器原理以及更多的扩展。将理论运用于实践，设计出切实可行的电路来，并用Multisim仿真软件进行电路的模拟运行。这就要求我们也必须熟练地掌握Multisim的运用，用它来仿真出各种电路。
关键字：占空比频率NE555方波
目录
第1章设计任务与要求 (1)
第2章设计方案及原理框图 (1)
2.1 分析用555定时器设计的方案 (1)
2.2 利用555定时器设计方波的原理电路 (2)
第3章单元电路设计与参数计算 (3)
第4章电路图及波形图 (4)
第5章仿真与调试 (6)
第6章结论与心得 (7)
参考文献 (7)
第1章 设计任务与要求
深刻体会方波的产生；掌握方波函数发生器的设计原则；掌握电子系统的一般设计方法；掌握方波函数发生器的设计原理；理解555定时器的工作原理；掌握多谐振荡器的设计原理；熟练运用Multisim 仿真软件和仿真电路；利用555定时器的波形的产生与变换的功能，与占空比可调的方波产生电路相组合，制成占空比可调的方波产生器，完成学习要求。提高综合运用所学的模电数电知识指导动手实践能力，为以后设计和工作打下坚实的基础。对于设计要求是设计一个占空比可调的方波发生器；其占空比调节范围为：min D =%3.8；max D =%7.91。方波频率约为1KHz 。
第2章 设计方案及原理框图
2.1 分析用555定时器设计的方案：
555定时器是一种多用途的单片中规模集成电路。该电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器。因而在波形的产生与变换、测量与控制、家用电器和电子玩具等许多领域中都得到了广泛的应用。目前生产的定时器有双极型和CMOS 两种类型，其型号分别有NE555（或5G555）和C7555等多种。通常，双极型产品型号最后的三位数码都是555，CMOS 产品型号的最后四位数码都是7555，它们的结构、工作原理以及外部引脚排列基本相同。一般双极型定时器具有较大的驱动能力，而CMOS 定时电路具有低功耗、输入阻抗高等优点。555定时器工作的电源电压很宽，并可承受较大的负载电流。双极型定时器电源电压范围为5～16V ，最大负载电流可达200mA ；CMOS 定时器电源电压变化范围为3～18V ，最大负载电流在4mA 以下。
图2-1为555集成电路内部结构框图:
其中由三个5KΩ的电阻1R 、2R 和3R 组成分压器，为两个比较器C 1和C 2提供参考电压，当控制端M V 悬空时（为避免干扰M V 端与地之间接一0.01μF 左右的电容），
3/2CC A V V =，3/CC B V V =，当控制端加电压时M A V V =，2/M B V V =。
放电管TD 的输出端Q'为集电极开路输出，其集电极最大电流可达50mA ，因此具有较大的带灌电流负载的能力。555集成电路的输出级为推拉式结构。
D R 是置零输入端，若复位端D R 加低电平或接地，不管其他输入状态如何，均
可使它的输出O V 为“０”电平。正常工作时必须使D R 处于高电平。
555定时器的功能主要是由两个比较器1C 和2C 的工作状况决定的。由图1可知，当A V V >6、B V V >2时，比较器1C 的输出01=C V 、比较器2C 的输出12=C V ，基本RS 触发器被置0，TD 导通，同时O V 为低电平。
当A V V <6、B V V >2时，11=C V 、12=C V ，触发器的状态保持不变，因而TD 和输出的状态也维持不变。
当A V V <6、B V V <2时，11=C V 、02=C V ，故触发器被置1，O V 为高电平，同时TD 截止。
2.2 利用555定时器设计方波的原理电路
如图2-2所示：
T D
C 2
Q ˉ Q
C 1
8
7
6
5 4
3
2
1 图2-1 555定时器结构框
+
5K Ω
+
-
-
5K Ω
5K Ω
V C1
V C2
V O
GND
Q'
V M TH
V CC
R D
─ TR
─
&
&
1
V A
V B
阈值 触发 复位 控制 放电 输出
图2-2 利用555定时器设计方波电路原理图
电路只要一加上电压DD V ，振荡器便起振。刚通电时，由于C 上的电压不能突变，即2脚电位的起始电平为低电位，使555置位，3脚呈高电平。C 通过A R 、1D 对其充电，充电时间C R t A 7.0=充。压充到阈值电平DD V 3/2时，555复位，3脚转呈低电平，此时C 通过1D 、B R 、555内部的放电管放电，放电时间C R t B 7.0=放。则振荡周期为放充t t T +=。
第3章 单元电路设计及主要元器件参数计算
电路加电压DD V 。起始时C 处电压不发生突变，2引脚呈低电平, 3引脚呈高电平，555定时器置位，电容C 通过1R 、1D 充电，充电时间C R C R t 117.02ln ≈=充
；当
C 上电压加到CC V 3/2达到阈值电压时， 3引脚呈低电平，555定时器复位，C 通过2R 、
2D 放电，放电时间C R C R t 227.02ln ≈=放
。所以振荡总周期为放充t t T +=，占空比
211R R R T
t D +=
=
充,调节3R ，当3R 滑向最上端时，%3.81111min ≈+==
k
k k
T t D 充；当Rp 滑向最下端时，%7.9111111max ≈+=
=
k
k k
T
t D 充。所以，可赋值V V DD 12=
Ω==K R R 121Ω=K R P 10，由于要求方波频率约为1KHz ，所以振荡周期T 约为1ms 即()C
R R T f 214.11+≈=
得电容uF C 1=。 第4章 电路图及波形图
占空比可调的方波产生器仿真设计电路图如下：
图4-1 占空比可调方波产生器仿真电路原理图
从上图可以看出根据占空比公式可以看出调节滑动变阻器改变电阻的值就可以使占空比可调。接通电源后，电容C 被充电，2脚电压v C 上升，当v C 上升到CC V 3/2时，触发器被复位，此时O V 为低电平，电容C 通过3R 和T 放电，使v C 下降。当v C 下降到CC V 3/1时，触发器又被置位，O V 翻转为高电平。
当%50)/(=+=B A A R R R D 时，得出的仿真波形图如下：
图4-2 %50=D 仿真运行波
同理,当%3.8)/(=+=B A A R R R D 时，得出的仿真波形图如下图：
图4-3 %3.8min =D 仿真运行波形
当%7.91)/(=+=B A A R R R D 时，得出的仿真图如下图：
图4-4 %7.91max =D 仿真运行波形
第5章 仿真与调试
(1)电路连接好后，检查电路中各个元件接的是否可靠、大小是否合理，尤其是555定时器的连接必须正确。
(2)在一切都正常的情况下，给电路提供+12V 电源，如果555定时器开始发烫，则应该立即断开电源。
(3)通过示波器观察555定时器输出的方波信号。
(4)根据555定时器的工作原理操作，调节电位器以改变阈值电压，调节充放电的时间，实现在频率周期不变的情况下，改变占空比。
(5)观察方波分别达到占空比为8.3%和91.7%的波形后记录，完成调试、实验后断电。
第6章结论与心得
555定时器可与占空比可调的方波产生电路连接构成占空比可调的方波长生器，通过调节3R的触头来实现调节占空比从8.3%到91.7%的的目的,555定时器能改变阈值电压的值，输出高电平或低电平，就可以产生方波。利用改变电阻的值来控制高低电平的时间就可以调占空比（正脉冲的持续时间与脉冲总周期的比值）。利用半导体二极管的单向导电特性，把电容充电和放电回路隔离开来，再加上一个电位器（滑动变阻器），便可得到占空比可以调节的多谐振荡器。
本学期通过做占空比可调的方波发生器，让我对模拟电子技术有了更深的认识。使我对课本上的知识不再纸上谈兵，在实践中将知识灵活应用，在实践中使自己的综合能力有所提高。通过使用仿真软件让我用一种新的方式对模拟电子技术有了更深，更新的认识。在小学期期间用实际行动去验证课本上的知识。在过程中有过困惑，有过难关，在指导老师的悉心教导下，我度过了那些难关，完成本次小学期的任务。但这不是结束，我应该更加努力的去学习以后的专业知识。将课本上的知识和实际相结合，学以致用，成为合格的大学生。
参考文献
[1]杨素行. 模拟电子技术基础简明教程—9.6波形发生电路Multisim仿真实例[M].
[2]余孟尝. 数字电子技术基础简明教程—第六章脉冲产生与整形电路[M].
[3]兰吉昌. 运算放大器集成电路手册[M].化学工业出版社, 2008年8月.
[4]孙秀婷. 模拟电子技术实验指导书[M].铁道大学出版社.
模拟电子技术课程设计任务书 一、设计题目：波形发生器的设计（二） 方波/三角波/正弦波/锯齿波函数发生器 二、设计目的 1、研究正弦波等振荡电路的振荡条件。 2、学习波形产生、变换电路的应用及设计方法以及主要技术指标的测试方法。 三、设计要求及主要技术指标 设计要求：设计并仿真能产生方波、三角波及正弦波等多种波形信号输出的波形发生器。 1、方案论证，确定总体电路原理方框图。 2、单元电路设计，元器件选择。 3、仿真调试及测量结果。 主要技术指标 1、正弦波信号源：信号频率范围20Hz～20kHz 连续可调；频率稳定度较高。信号幅度可以 在一定范围内连续可调； 2、各种输出波形幅值均连续可调，方波占空比可调； 3、设计完成后可以利用示波器测量出其输出频率的上限和下限，还可以进一步测出其输出 电压的范围。 四、仿真需要的主要电子元器件 1、运算放大电路 2、滑线变阻器 3、电阻器、电容器等 五、设计报告总结（要求自己独立完成，不允许抄袭）。 1、对所测结果（如：输出频率的上限和下限，输出电压的范围等）进行全面分析，总结振荡电路的振荡条件、波形稳定等的条件。 2、分析讨论仿真测试中出现的故障及其排除方法。 3、给出完整的电路仿真图。 4、体会与收获。
1．正弦波输出电路 ，方波输出电路
，在正弦波的基础上通过LM339AD比较器稳定输出方波，可通过R15小幅调节占空比，但方波幅值不可调。R15调节范围0/100~~2/100，占空比约为0/100~~50/100之间，通过正弦波发生器中的R13可大幅度调节占空比。
3．三角波和锯齿波发生器 通过LM741CN运放，且由R18和C3组成积分电路，在方波基础上输出三角波，通过调节方波占空比可以产生锯齿波，当方波占空比为50/100时，输出三波。 4．三种波形的综合输出 一．正弦波输出波形
西北民族大学电气工程学院课程设计说明书（2011/2012学年第二学期） 课程名称：模电课程设计 题目：正弦波发生器设计 专业班级：10级自动化一班 学生姓名：杨香林 学号：P101813404 指导教师：刘明华 设计成绩： 二〇一二年六月二十三日
目录 1.课程设计的目的 2.课程设计内容 2.1总体概述 2.11 设计任务 2.12 设计要求 2.2系统方案分析 2.3系统设计及仿真 2.4硬件设计 3.课程设计总结 4.参考文献
1、课程设计目的 1．掌握电子系统的一般设计方法。 2．理解迟滞比较器的设计原理，掌握方波函数发生器的设计原理。 3．理解555定时器的工作原理，掌握多谐振荡器的设计原理。 4．熟练运用multisim仿真软件设计和仿真电路。 5．提高综合应用所学知识来指导实践的能力。 2、课程设计总文 2.1总体概述 2.11 设计任务 使用集成运算放大器、稳压二极管、二极管、电阻等器件设计方波函数发生器。 2.12 设计要求 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、要求占空比可调；输出电压：8V<|Vo|<15V；周期：2ms 2.2系统方案分析 迟滞比较器，是将集成运放比较器的输出电压通过反馈网络加到同相端，形成正反 馈，如图2.21（a ）所示，待比较电压I 加在反相输入端。在理想情况下，它的比较特性 如图2.11（b ）所示。由图可见，它有两个门限电压，分别称为上门限电压OH U 和下门限 电压 OL U ，两者的差值称为门限宽度。 图2.2(a ） 图2.2（b ） 设比较器输出高电平 OH U ，则 OH U 和 ref U 共同加到同相输入端的合成电压为 课程设计报告 题目电子技术课程设计 专业、学号 授课班号 学生姓名 指导教师 完成时间 稳压器部分 关键字： 12V稳压器的基本原理原理图及PCB板图焊接与调试心得体会 摘要： 这篇报告的主要内容是关于12V稳压器的设计。首先通过老师给的原理图设计出自己的原理图，再通过仿真软件看电路是否正确有那些地方需要改进，从而确定最终的原理图。然后用PROTEL软件画出PCB板图，通过打印和泡板得到板子最后的。最后正确焊接各元器件及调试观察结果是否与预期一样。报告的其他内容还有通过这次的课程设计自己的收获及心得体会，还有元件清单等。 目录 1 设计目的要求与指标--------------------------------------------------------------------------1 1.1设计目的------------------------------------------------------------------------------------------1 1.2 设计要求与指标--------------------------------------------------------------------------------1 2 总体设计框图---------------------------------------------------------------------------------------1 2.1总体模块简述----------------------------------------------------------------------------------- 1 2.2三端稳压器模块------------------------------------------------------------2 2.3电压比较器模块----------------------------------------------2 2.4继电器模块----------------------------------------------------2 3 各模块功能的实现------------------------------------------------------------------------------2 3.1 三端稳压器模块的实现-------------------------------------------------------------------------2 3.2 电压比较器模块的实现-------------------------------------------------------------------------3 占空比可调的方波振荡电路工作原理及案例分析 参考电路图5.12所示，测试电路，计算波形出差频率。 电容 图5.12 方波发生电路(multisim) 通过上述电路调试，发现为方波发生器。 一、电路组成 如图5.13，运算放大器按照滞回比较器电路进行链接，其输出只有两种可能的状态：高电平或低电平，所以电压比较器是它的重要组成部分；因为产生振荡，就是要求输出的两种状态自动的产生相互变换，所以电路中必须引入反馈；因为输出状态应按一定的时间，间隔交替变化，即产生周期性的变化，所以电路中要有延迟环节来确定每种状态维持的时间。 电路组成：如图所示为矩形波发生电路，它由反相输入的滞回比较器和RC 电路组成。RC 回路既作为延迟环节，又作为反馈网络，通过RC 充、放电实现输出状态的自动转换。电压传输特性如图6.8所示： U 0 U N U P U z U c R 3 R 2 R 1 R 图5.13方波发生电路 二、工作原理 从图5.13可知，设某一时刻输出电压U O =+U Z ，则同相输入端电位U P =+U T 。U O 通过R 对电容C 正向充电。反相输入端电位U N 随时间t 增长而逐渐升高，当t 趋近于无穷时，U N 趋于+U z ; 当U N =+U T ，再稍增大，U O 就从+U Z 越变为-U Z ，与此同时U p 从+U T 越变为-U T 。随后，U O 又通过R 对电容C 放电。 反相输入端电位U N 随时间t 增长而逐渐降低，当t 趋近于无穷时，U N 趋于-U Z ；当U N =-U T ，稍减小，U O 就从-U Z ，于此同时，U p 从-U T 跃变为+U T ,电容又开始正向充电。 上述过程周而复始，电路产生了自激振荡。 三、波形分析及主要参数 由于矩形波发生电路中电容正向充电与反向充电的时间常数均等于R3C,而且充电的总幅值也相等因而在一个周期内U O =+U Z 的时间与U O =-U Z 的时间相等，U O 对称的方波，所以也称该电路为对称方波发生电路。电容上电压U C 和电路输出电压U O 波形如图所示。矩形波的宽度T k 与周期T 之比称为占空比，因此U O 是占空比为1/2的矩形波。 利用一阶RC 电路的三要素法可列出方程，求出振荡周期。 3122(12/)T R C R R =+ 振荡频率为： 1/f T = 调整电压比较器的电路参数R 1，R 2和U Z 可以改变方波发生电路的振荡幅值，调整电阻R 1，R 2，R 3和电容C 的数值可以改变电路的振荡频率。 四、占空比可调电路 占空比的改变方法:使电容的反向和正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，占空比可调的矩形波发生电路如图2-5所示，电容上电压和输出波形的如图 6.19 Z U ±O 图 5.14占空比可调电路 电路工作原理：当U O =+U Z 时，通过RW1，D1，和R3对电容C 正向充电，若忽略二极管导通时的等效电阻，则时间常数为： 频率可调的方波信号发生器设计 用单片机产生频率可调的方波信号。输出方波的频率范围为1Hz-200Hz， 频率误差比小于0.5%。要求用增加、减小2 个按钮改变方波给定频率，按钮每按下一次，给定频率改变的步进步长为1Hz,当按钮持续按下的时间超过2 秒后，给定频率以10 次/秒的速度连续增加（减少），输出方波的频率要求在数码管上显示。用输出方波控制一个发光二极管的显示，用示波器观察方波波形。开机 默认输出频率为5Hz。3.5.1 模块1：系统设计（1）分析任务要求，写出系统整体设计思路任务分析：方波信号的产生实质上就是在定时器溢出中断次数达到规定次数时，将输出I/O 管脚的状态取反。由于频率范围最高为200Hz,即每 个周期为5ms（占空比1:1，即高电平2.5ms,低电平2.5 ms），因此，定时器可以工作在8 位自动装载的工作模式。涉及以下几个方面的问题：按键的扫描、功能键的处理、计时功能以及数码管动态扫描显示等。问题的难点在按键连续按下超过2S 的计时问题，如何实现计时功能。系统的整体思路：主程序在初始化变量和寄存器之后，扫描按键，根据按键的情况执行相应的功能，然后 在数码显示频率的值，显示完成后再回到按键扫描，如此反复执行。中断程序 负责方波的产生、按键连续按下超过2S 后频率值以10Hz/s 递增（递减）。（2）选择单片机型号和所需外围器件型号，设计单片机硬件电路原理图采用MCS51 系列单片机At89S51 作为主控制器，外围电路器件包括数码管驱动、独立式键盘、方波脉冲输出以及发光二极管的显示等。数码管驱动采用2 个四联共阴极 数码管显示，由于单片机驱动能力有限，采用74HC244 作为数码管的驱动。在74HC244 的7 段码输出线上串联100 欧姆电阻起限流作用。独立式按键使用上提拉电路与电源连接，在没有键按下时，输出高电平。发光二极管串联500 欧 姆电阻再接到电源上，当输入为低电平时，发光二极管导通发光。 直流稳压电源课程设计报告 设计任务及要求 1．设计任务 设计一直流稳压电源，满足： （1）当输入电压在220V交流时，输出直流电压为6－９V； （2）输出纹波电压不于5mv （3），稳压系数<=0.01； （4）具有短路保护功能； （5）最大输出电流为：Imax=0.8A 2．要求通过设计学会； （1）如何选择变压器、整流二极管、滤波电容及调整三极管或集成稳压块；（2）合理选择电路结构，并完成全电路元器件参数设计、绘制电路图；（3）短路保护实现方法 （4）掌握直流稳压电源的调试及主要技术指标的测试方法 （5）撰写设计报告。 3．设计注意： （1）电源变压器、整流二极管、滤波电容、调整三极管或集成稳压块等元件只做选择性设计； （2）完成全电路元器件参数设计、绘制出整体电路图； （3）撰写设计报告要符合下列格式并按时上交，逾期将延与下届。 一、书写要求 二、上交时间要求 上交书面及电子稿发至邮箱： 撰写设计报告格式：（仅供参考，不要全部抄龚） 见附录一 集成直流稳压电源的设计与制作 姓名 1 绪言 随着半导体工艺的发展，稳压电路也制成了集成器件。由于集成稳压器具有体积小，外接线路简单、使用方便、工作可靠和通用性等优点，因此在各种电子设备中应用十分普遍，基本上取代了由分立元件构成的稳压电路。集成稳压器的种类很多，应根据设备对直流电源的要求来进行选择。对于大多数电子仪器、设备和电子电路来说，通常是选用串联线性集成稳压器。而在这种类型的器件中，又以三端式稳压器应用最为广泛。 2 设计要求 1.初始条件： （1）集成稳压器选用LM317与LM337或其他芯片，性能参数和引脚排列请查阅集成稳压器手册。 （2）电源变压器为双15Ｖ／25Ｗ。 （3）其参考电路之一如图1所示 图1 ±1.25V-±15V连续可调直流稳压器参考电路原理图 2.主要性能指标：（1）输出电压Vo：±1.25 - ±12V连续可调。 （2）最大输出电流Iomax=800mA （3）纹波电压ΔVop-p≤5mV （4）稳压系数Sv≥3X10-3 3.设计要求：（1）依据已知设计条件确定电路形式。 （2）计算电源变压器的效率和功率。 （3）选择整流二极管及计算滤波电容 （4）安装调试与测量电路性能，画出实际电路原理图。 （5）按规定的格式，写出课程设计报告。 3 总体设计思路 在本次课程设计中我准备采用串联型稳压电路，集成稳压器选用LM317与LM337，电源变压器选用双15Ｖ／25Ｗ。 由于输入电压u1发生波动、负载和温度发生变化时，滤波电路输出的直流电压U I会随着变化。因此，为了维持输出电压U I稳定不变，还需加一级稳压电路。 基于MC51单片机的频率可调的方波信号发生器 用单片机产生频率可调的方波信号。输出方波的频率范围为1Hz-200Hz，频率误差比小于0.5%。要求用“增加”、“减小”2 个按钮改变方波给定频率，按钮每按下一次，给定频率改变的步进步长为1Hz,当按钮持续按下的时间超过2 秒后，给定频率以10 次/秒的速度连续增加（减少），输出方波的频率要求在数码管上显示。用输出方波控制一个发光二极管的显示，用示波器观察方波波形。开机默认输出频率为5Hz。 1：系统设计 （1）分析任务要求，写出系统整体设计思路 任务分析：方波信号的产生实质上就是在定时器溢出中断次数达到规定次数时，将输出I/O 管脚的状态取反。由于频率范围最高为200Hz,即每个周期为5ms（占空比1:1，即高电平2.5ms,低电平2.5 ms），因此，定时器可以工作在8 位自动装载的工作模式。涉及以下几个方面的问题：按键的扫描、功能键的处理、计时功能以及数码管动态扫描显示等。 问题的难点在按键连续按下超过2S 的计时问题，如何实现计时功能。 系统的整体思路： 主程序在初始化变量和寄存器之后，扫描按键，根据按键的情况执行相应的功能，然后在数码显示频率的值，显示完成后再回到按键扫描，如此反复执行。中断程序负责方波的产生、按键连续按下超过2S 后频率值以10Hz/s 递增（递减）。 （2）选择单片机型号和所需外围器件型号，设计单片机硬件电路原理图 采用MCS51 系列单片机At89S51 作为主控制器，外围电路器件包括数码管驱动、独立式键盘、方波脉冲输出以及发光二极管的显示等。数码管驱动采用2 个四联共阴极数码管显示，由于单片机驱动能力有限，采用74HC244 作为数码管的驱动。在74HC244 的7 段码输出线上串联100 欧姆电阻起限流作用。独立式按键使用上提拉电路与电源连接，在没有键按下时，输出高电平。发光二极管串联500欧姆电阻再接到电源上，当输入为低电平时，发光二极管导通发光。 图1 方波信号发生器的硬件电路原理图 （3）分析软件任务要求，写出程序设计思路，分配单片机内部资源，画出程序流程图 软件任务要求包括按键扫描、定时器的控制、按键连续按下的判断和计时、数码管的动态显示。 程序设计思路：根据定时器溢出的时间，将频率值换算为定时器溢出的次数（T1_over_num）。使用变量（T1_cnt）暂存定时器T1 的溢出次数，当达到规定的次数（T1_over_num）时，将输出管脚的状态取反达到方波的产生。主程序采用查询的方式实现按键的扫描和数码管的显示，中断服务程序实现方波的产生和连续按键的计时功能。单片机内部资源分配：定时器T1 用来实现方波的产生和连续按键的计时功能，内部变量的定义： hz_shu:设定的频率数； 目录 一、课程设计目的 (2) 二、课程设计正文 (2) 2.1总体论述 (2) 2.2方案选型 (2) 2.2.1总体方案 (2) 2.2.2各单元电路方案及集成电路 (2) 2.3电路原理图 (4) 2.4运行详细描述 (8) 2.5制作调试过程 (9) 2.6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 2.1总体论述 2.1.1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。 2.1.2、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：2ms 图（2）555定时器内部结构 图（3）555定时器的输出波形 接通V CC后瞬间，V CC通过R 对C充电，当u c上升到2V CC/3时，将触发器置0，u o＝0，放电管T导通，C通过T放电，电路进入稳态。 u I到来时，因为u I＜V CC/3，使u O又由0变为1，电路进入暂稳态。放电管T截止，V CC经R对C充电。直到u C上升到2V CC/3时，u O＝0，T导通，C放电，电路恢复到稳定 高速信号在提升电子设备性能的的同时，也为检定和调试的设计工程师带来了很多问题。在这些问题中，一类典型的例子是偶发性或间歇性的事件以及一些低占空比的信号，如激光脉冲或亚稳定性，低占空比雷达脉冲等等。这些事件很难识别和检定，要求测试设备同时提供高采样率和超强的数据捕获能力。这对示波器性能提出了极高的要求。在过去，要对这些信号的测试不得不在分辨率和捕获长度之间进行取舍：所有示波器的存储长度都是有限的；在示波器中，采样率×采集时间＝采集内存，以使用示波器的所有采集内存为例，采样率越高，则数据采集的时间窗口越小；另一方面，若需要加长采集时间窗口，则需要以降低水平分辨率(降低采样率)为代价。 当前的高性能示波器提供了高采样率和高带宽，因此现在的关键问题是优化示波器捕获的信号质量，其中包括：怎样以足够高的水平分辨率捕获多个事件，以有效地进行分析；怎样只存储和显示必要的数据，优化存储器的使用。 对于这两个关键问题，泰克的高性能示波器采用FastFrame分段存储技术，改善了存储使用效率和数据采集质量，消除了采集时间窗口和水平分辨率不可兼得的矛盾。 本文将分别介绍传统方法和FastFrame分段存储技术测试偶发性或间歇性的事件以及一些低占空比的信号，从而分析FastFrame分段存储技术在实际测试带来好处。 1. 传统测试方法 传统测试低占空比脉冲等间歇性的信号，通常利用数字示波器。为了提高测试精度，通常使用示波器的最高采样率来采集波形数据。通常在高采样率的支持下，可以看到大部分波形细节，见图1。 但是，如果想查看多个连续脉冲，那么必须提高采集的时间窗口。要让多个脉冲落在示波器提供的有限存储器内，很多时候必须通过降低采样率来达到。显而易见地，降低采样率本身会降低水平分辨率，使得时间测试精度大大下降。当然，用户也可以扩展示波器的存储器的长度，在不降低采样率的情况下提高采集时间窗口。但是，这种方法有其局限性。尽管存储技术不断进步，高速采集存储器仍是一种昂贵的资源，而且很难判断多少存储容量才足够。即使拥有被认为很长的存储器长度，但可能仍不能捕获最后的、可能是最关键的事件。 图2是在长记录长度时以高分辨率捕获的多个脉冲。从图2中可以看出，时间窗口扩展了10倍，可以捕获更多的间歇性脉冲。其实现方式：通常是提高采集数据的时间长度，并提高记录长度，同时保持采样率不变。这种采集方法带来了以下这些缺点： 1.更大的采集数据提高了存储器和硬盘的存储要求。 2.更大的采集数据影响着I/O传送速率。 3.更高的记录长度提高了用户承担的成本。 4.由于示波器要处理更多的信息，因此前后两次采集之间的不活动时间或“死区时间”提高了，导致更新速率下降。 考虑到这些矛盾，必须不断地在高采样率与每条通道提供的存储长度中间做出平衡，并且还是很难达到测试更多个脉冲的需求。 如何发现稳压器电路仿真电路设计问题 每个新的电子设备都需要某种程度的功率调节。无论新产品是依靠电池，外部电源还是交流电源运行，都需要为新系统设计一种调节策略。这可能涉及多个功率调节电路，通常带有反馈以提供高效功率转换。您可能需要各种支持组件和功能，以帮助您调节功率输出，尤其是在系统以高功率运行时。 从用于CPU和GPU的VRM到简单的线性DC稳压器的所有内容都需要在布局之前进行一定程度的评估。在创建布局之前，应对稳压器电路执行一些基本仿真。这是在稳压器电路仿真步骤中要注意的内容，以及如何发现电路设计问题。 稳压器电路拓扑将确定设备的功能并定义组件在系统中的放置位置。每种类型的稳压器电路类型和拓扑结构都有不同的优点和缺点。在开始模拟稳压器电路之前，您需要确定所需的稳压器类型，拓扑以及保持高转换效率的稳定电源所需的任何其他功能。 稳压器类型 在电子系统中可以找到两种基本类型的稳压器： 线性稳压器。这些调节器使用线性电阻元件（例如电位计）或以线性方式工作的非线性元件（例如MOSFET）来提供稳定的电压输出。线性稳压器的常见类型是串联，并联和低压降（LDO）。这些调节器的效率可能在60％至80％之间。 开关稳压器。这些稳压器使用带有放电电抗元件的开关FET，以根据特定应用的需要对输出电压进行升压（升压转换器）或降压（降压转换器）。这些稳压器提供高效的DC-DC电源转换，效率轻松超过90％。用于GPU或CPU 的VRM是开关调节器的一种常见类型。 尽管这些不同类型的稳压器电路设计提供不同的效率并需要不同的组件，但它们可以一起用于多级稳压器策略中。与单独使用线性稳压器电路时相比，这种类型的布置可以提供更高的效率电源转换，并且允许设计人员为以不同电压运行的多个电路块提供电源。 线性稳压器与开关稳压器 线性稳压器 简单的类型是并联稳压器。该稳压器电路使用齐纳二极管在负载的低端和输出的高端之间提供反馈，从而提供稳定的功率输出。尽管在稳压器的高端使用了双极型晶体管或MOSFET来提供稳定的输出，但是串联稳压器是这种情况的变体。晶体管的基极/栅极在反馈环路中连接至齐纳二极管，然后将基极/栅极电流调制为稳定值。 三种常见的线性电压电路图：（左）并联，（中心）系列和（右）LDO 开关稳压器设计具有降压，升压或降压-升压拓扑。这些电路的共同主题是使用开关晶体管将输出电压和电流调节到特定水平。这需要为晶体管提供PWM信号以调制输出电流。 开关稳压器和复杂的线性稳压器通常将反馈回路作为调节策略的一部分。对于LDO，反馈环路由一个硅带隙基准电压源和一个运算放大器（在LDO电路图中称为误差放大器）组成。对于开关稳压器，反馈环路和控制策略可以像 如何用LM358做可调方波发生器 阅读： 10260 | 回复： 5 六 2008/11/17 22:16:29 1 ywshgyw LV1 士兵 因为需要,想用LM358做一个28-400Hz 可调的,占空比为50%的方波发生器,网上找了点资料,搭了一下最后只调出一个50Hz 的方波 (是不是市电干扰 的缘故),想请教大家一下这个电路用LM358可行吗?有没有更好的办法?(原理图上是用双电源,我用单电源可行吗?) 另外有刚刚找了两张图,还没实验过,不知道可行否 先谢大家了! 标签LM 回复1帖 复制地址 收藏该帖 五2008/11/18 18:36:26 2 ywshgyw LV1 士兵 试过可以了回复2帖 四2008/12/02 20:40:14 3 xuetu LV2 班长 用图一好些 回复3帖 三2011/09/01 13:47:47 4 ouyjangxi LV2 班长 请教该电路计算公式望推荐 回复4帖 二2012/04/19 20:20:29 5 jzyhappy LV2 班长 500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt=这是一张缩略图，点击可放大。 \n 按住CTRL ，滚动鼠标滚轮可自由缩放;this.style.cursor=hand}" height=169 jQuery1334838395859="19"> 这一款的频率 应该怎么计算呢？ 或是： 正比于 输入电压信号（V+） ？ 谢谢！ 回复5帖 一2013/10/23 15:31:46 6 火云鞋刷 LV1 士兵 偶而看到这个帖子,试了一下,频率和电容成反比 回复6帖 电工与电子技术课程设计直流稳压电源设计 专业 班级 姓名 指导教师 日期_ __ 前言 主要内容: 课题名称与技术要求： 设计课题：串联型晶体管稳压电源 <1>输出直流电压Uo=12V,且连续可调，调节范围±2V <2>最大输出电流Ilm≤200mA <3>稳压系数Sr<10% <4>具有过流保护功能 资料收集与工作过程简介: 在这次课程设计的过程中，我仔细看了课程设计的要求，去逸夫图书馆借了相关的资料，查阅了设计论文的格式样本，比较了各种设计方案的优劣，最终把自己觉得最好的方案的相关参数计算出来。自从上个学期开始，我们就开始学电工，这学期的模电在实际生活中十分有用，在设计过程中我也发现了许多问题，正如参加飞思卡尔设计电路焊板子一样，我还有很多不足之处。通过了对该电路的设计，调试，我学会了用整流变压器，整流二极管，滤波电容以及集成稳压器等元件设计直流稳压电源。 这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。 目录 摘要---------------------------------------------------------------------4 设计要求---------------------------------------------------------------6 主要器件选择---------------------------------------------------------9 单元电路设计原理，参数计算------------------------------------12 结论与心得体会-----------------------------------------------------17 参考文献--------------------------------------------------------------18 元器件明细表--------------------------------------------------------19 单片机课程设计报告 设计题目：频率可调方波发生器 专业班级：生物医学工程09班 组长：李建华 组员：梁国锋，赖水兵，郭万劲，李建华2010 年 06 月 16日 摘要 本实验是基于PHILIPS AT89C51 单片机所设计的，可以实现键位与数字动态显示的一种频率可调方波发生器。通过键盘键入(10HZ-9999HZ)随机频率，使用七段数码管显示，每一个数码管对应一个键位。单片机对各个键位进行扫描，确定键位的输入，然后数码管显示输入的数值，方波发生器输出以数码管显示的数值为频率的方波。 关键词：单片机七段数码管键盘电路频率可调方波发生器 一、目的和功能 1.1 目的： 设计一种频率范围限定且可调的方波发生器，志在产生特定频率的方波。 1.2功能： 假设键盘是4*4的键盘，当键盘输入范围在10hz-9999hz的数字，单片机控制数码管显示该数值，并把该数值当做方波发生器的输入频率，单片机控制该方波发生器以该数值作为频率显示方波，从而得到我们想要频率的方波。 二、硬件设计 2.1 硬件设计思想 键盘的数字和键位关系固定，通过键盘输入产生频率，通过LED数码管显示出来，每一个数码管对应一个键位。基本设备是基于PHILIPS AT89C51单片机，外围设备采用的是4个七段数码管，PHILIPS A T89C51单片机，1个OSCILLOSCOPE 方波发生器，16个Button，若干电阻，电源电池。 2.2 部分硬件方案论述 2.2.1 七段数码管扫描显示方式的方案比较 方案一：静态显示方式：静态显示方式是指当显示器显示某一字符时，七段数码管的每段发光二极管的位选始终被选中。在这种显示方式下，每一个LED数码管显示器都需要一个8位的输出口进行控制。静态显示主要的优点是显示稳定，在发光二极管导通电流一定的情况下显示器的亮度大，系统运行过程中，在需要更新显示内容时，CPU才去执行显示更新子程序，这样既节约了CPU的时间，又提高了CPU的工作效率。其不足之处是占用硬件资源较多，每个LED数码管需要独占8条输出线。随着显示器位数的增加，需要的I/O口线也将增加。 1.项目的目的 电子电路仿真项目是通信工程专业教学体系中一个实践性很强的环节。它将模拟电子线路（低频部分和高频部分）、数字逻辑电路等课程的理论与实践有机结合起来，加强我们实验基本技能的训练，培养我们的实际动手能力、理论联系实践的能力。通过这次课程设计让我们掌握电子电路系统的设计、制作、调试、仿真的方法。 2.项目设计正文 2.1原始数据及主要任务 1、根据技术要求和现有开发环境，分析项目题目； 2、设计项目实现方案； 3、设计绘制电路原理图并选择元器件； 4、使用ewb软件进行仿真； 5、记录仿真结果、修改并完善设计； 6、设计实现电路功能； 7、编写项目设计报告。 2.2技术要求： （1）设计要求：设计一方波产生电路。要求占空比可调；输出方波电压值：8V<|V o|<15V；振荡周期：2ms 绪论 电源技术是一门实践性很强的技术，服务于各行各业之中。当今电源技术融合了电器、电子、系统集成、控制理论、材料等诸多科学领域。随着计算机和通信技术发展而带来现代信息技术革命，给电力电子技术提供了广阔的发展前景，同时也给电源技术提出了更高的要求！ 电源可分为交流电源和直流电源。前者在此不做介绍。而直流电源又可分为两类：一类是能直接提供给直流电流或电压的，如电池、太阳能电池、硅光电池等。另一类就是将交流电变换成所需的稳定的直流电流或电压的。这就是我们本次实习所需要的设计。当今的大多数电子设备中，几乎都必须用到直流稳压电源来使其正常工作。而最常用的就是能将交流电网电压转换为稳定直流电压的直流电源，可见集成直流稳压电源在电子设备中起到的重要作用。集成稳压器在近十多年发展很快，目前国内外已发展到几百个品种。按电路的工作方式分，有线性集成稳压器和开关式集成稳压器。按电路的结构形式分，有单片式集成稳压器和组合式集成稳压器。按管脚的连接方式分，有三端式集成稳压器和多端式集成稳压器。按制造工艺分，有半导体集成稳压器、薄膜混合集成稳压器和厚膜混合集成稳压器。 集成稳压器的稳压电源电路一般由四部分组成，他们分别是电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路。 总体设计 一、设计目的 认识要求 1）认识变压器、二极管、电阻、电容等基本元件； 2）理解桥式整流，滤波，稳压的作用； 3）明确桥式稳压电源的设计方法，能根据稳压电源的输出要求，选择适当的电源变压器，二极管。 功能要求 1）设计：集成稳压器的稳压电源电路 2）功能：能将输入的交流电压运用本身稳压功能输出+5V直流电压 二、性能指标 1、使用集成稳压器的直流稳压电源电路指标要求： (1)输入电压为：220V，频率50Hz (2)输出电压为：+5V (3)稳压部分：采用三端集成稳压器 (4)电路采用全波桥式整流滤波电路 (5)负载：一个1K电阻。 占空比可调的方波信号发生器 三、实验原理： 1、555电路的工作原理 （1）555芯片引脚介绍 图1 555电路芯片结构和引脚图 555定时器是一种应用极为广泛的中规模集成电路，该电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容原件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器。因而广泛用于信号的产生、变换、控制和检测。 1脚：外接电源负极或接地（GND）。 2脚：TR触发输入。 3脚：输出端（OUT或Vo）。 4脚：RD复位端，移步清零且低电平有效，当接低电平时，不管TR、TH输 入什么，电路总是输出“0”。要想使电路正常工作，则4脚应与电源相连。 5脚：控制电压端CO(或VC)。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0.01μF 电容接地，以防引入干扰。 6脚：TH 高触发端（阈值输入）。 7脚：放电端。 8脚：外接电源VCC （VDD ）。 （2）555功能介绍 555定时器的功能主要是由两个比较器C1和C2的工作状况决定的。由图1可知，当V6>VA 、V2>VB 时，比较器C1的输出VC1=0、比较器C2的输出VC2=1，基本RS 触发器被置0，TD 导通，同时VO 为低电平。 当V6 基于LM2596-ADJ DC/DC稳压器的高效率恒流稳压电源设计 开关恒流稳压电源LED DC/DC 当前全球能源紧缺日益加剧，制约着经济的发展，节能成为人类面临的重要课题。在照明领域，被称为第4 代照明光源或绿色光源的LED 照明产品以节能、环保、寿命长、体积小、坚固耐用等特点吸引着世人的目光。 由于LED 的伏安特性呈现非线性且伏安特性具有负温度系数的特点，以及生产工艺和生产水平的差异，不同生产厂家生产的同样功率等级的大功率LED 伏安特性存在差异，即使是同一厂家生产的同一批次的LED，个体间的正向压降也存在一定差异等原因，为了减少LED 的光衰，延长LED 的使用寿命，LED 的驱动电源采用低压直流恒流电源。目前，安森美、TI 等世界知名半导体器件公司均推出了适合LED 驱动的DC/DC 专用恒流控制集成电路，如NCP3066、TPS40211DG 等，该类集成电路具有较高的转换效率，但该类集成电路价格相对较高，市面上不易购买。针对该问题，本文阐述了基于市面常用的DC/DC 开关稳压器的恒流稳压电源的通用设计方法，并给出相关设计实例以及相关测试数据。 1 基于DC/DC 稳压器的恒流稳压电源设计 DC/DC 开关稳压器自问世以来，广泛应用于各种电子设备中，用作恒压源，当负载电流在额定范围内变化时，其输出电压保持不变。DC/DC 开关稳压器的原理框图如图1 所示。 图1 DC/DC 开关稳压器原理框图 DC/DC 开关稳压器输出电压： 其中Vref为DC/DC 开关稳压器内部自带的基准电压或者用户外接的基准电压，R1、R2构成输出电压采样电路，用于设置输出电压的大小。当输出电压Vout因负载变化而变化时，反馈电压Vf也随着变化，DC/DC 稳压 占空比可调的矩形波发生电路实验二占空比可调的矩形波发生器实验 一、实验目的 1.掌握Im741芯片的使用方法； 2.了解占空比可调的矩形波发生器的设计方法。 二、实验原理 1」m741介绍 LM741系列是通用型运算放大器.其目的是为广泛的模拟应用高增益和宽工作电压范围在积分器，求和放大器，和一般反馈应用提供卓越的性能。其特点有：短路保护，出色的温度稳定性，内部频率补偿，高输入电压范围，空偏移。 图1丄M741应用电路图 LM741,LM741（芯片引脚和工作说明1和5为偏置（调零端）,为正向 输入端，3为反向输入端，4接地，6为输出，7接电源，8空脚 1输出端A 2反向输入端A 3正向输入端A 4接地5正向输入端B 6 反向输入端B 7输出端B 8电源+ 741运算放大器使用时需于7、4脚位供应一对同等大小的正负电 源电压+ Vdc 与—Vdc , —旦于2、3脚位即两输入端间有电压差存在， 压差即会被放大于输出端，唯 Op 放大器具有一特色，其输出电压值 决不会大于正电源电压+ Vdc 或小于负电源电压一Vdc ,输入电压差 经放大后若大于外接电源电压+ Vdc 至-Vdc 之范围，其值会等于+ Vdc 或—Vdc,故一般运算放大器输出电压均具有如图 3之特性曲线, 输出电压于到达+ Vdc 和—Vdc 后会呈现饱和现象。 Balance \ 1 __ 1 8 Input — a 1 \ 7 Input + □ 八 4 5 NC Output Balance -15V 图3.放大器输出入电压关系图 741运算放大器之基本动作如图4所示，若在非反相输入端输入电压，会于输出端得到被放大的同极性输出；若以相同电压信号在反相输入端输入，则会在输出端获得放大相同倍率后但呈逆极性之信号输出。而当对放大器两输入端同时输入电压时，则是以非反相输入端电压值(V1)减去反相输入端电压值(V2)，可于输出端得到(V1 —V2) 经过倍率放大后之输出。 用单片机产生频率可调的方波信号。输出方波的频率范围为1Hz-200Hz，频率误差比小于0.5%。要求用“增加”、“减小”2个按钮改变方波给定频率，按钮每按下一次，给定频率改变的步进步长为1Hz,当按钮持续按下的时间超过2秒后，给定频率以10次/秒的速度连续增加（减少），输出方波的频率要求在数码管上显示。用输出方波控制一个发光二极管的显示，用示波器观察方波波形。开机默认输出频率为5Hz。 3.5.1模块1：系统设计 （1）分析任务要求，写出系统整体设计思路 任务分析：方波信号的产生实质上就是在定时器溢出中断次数达到规定次数时，将输出I/O管脚的状态取反。由于频率范围最高为200Hz,即每个周期为5ms（占空比1:1，即高电平2.5ms,低电平2.5 ms），因此，定时器可以工作在8位自动装载的工作模式。 涉及以下几个方面的问题：按键的扫描、功能键的处理、计时功能以及数码管动态扫描显示等。问题的难点在按键连续按下超过2S的计时问题，如何实现计时功能。 系统的整体思路：主程序在初始化变量和寄存器之后，扫描按键，根据按键的情况执行相应的功能，然后在数码显示频率的值，显示完成后再回到按键扫描，如此反复执行。中断程序负责方波的产生、按键连续按下超过2S后频率值以10Hz/s递增（递减）。 （2）选择单片机型号和所需外围器件型号，设计单片机硬件电路原理图 采用MCS51系列单片机At89S51作为主控制器，外围电路器件包括数码管驱动、独立式键盘、方波脉冲输出以及发光二极管的显示等。 数码管驱动采用2个四联共阴极数码管显示，由于单片机驱动能力有限，采用74HC244作为数码管的驱动。在74HC244的7段码输出线上串联100欧姆电阻起限流作用。 独立式按键使用上提拉电路与电源连接，在没有键按下时，输出高电平。发光二极管串联500欧姆电阻再接到电源上，当输入为低电平时，发光二极管导通发光。 图3-14 方波信号发生器的硬件电路原理图 （3）分析软件任务要求，写出程序设计思路，分配单片机内部资源，画出程序流程图软件任务要求包括按键扫描、定时器的控制、按键连续按下的判断和计时、数码管的动态显示。 程序设计思路：根据定时器溢出的时间，将频率值换算为定时器溢出的次数（T1_over_num）。使用变量（T1_cnt）暂存定时器T1的溢出次数，当达到规定的次数（T1_over_num）时，将输出管脚的状态取反达到方波的产生。主程序采用查询的方式实现按键的扫描和数码管的显示，中断服务程序实现方波的产生和连续按键的计时功能。稳压器课程设计
占空比可调的方波振荡电路工作原理及案例分析
频率可调的方波信号发生器设计
直流稳压电源课程设计报告.
基于MCS-51单片机的频率可调的方波发生器设计
占空比可调的方波发生器
如何利用示波器测试低占空比脉冲信号
如何发现稳压器电路仿真电路设计问题
LM358做可调方波发生器
±12V简易直流稳压电源课程设计设计
基于MCS-51单片机的可调频率方波发生器课程设计报告[1]
占空比可调的方波函数发生器设计
集成稳压器的稳压电源电路设计
555芯片设计占空比可调的方波信号发生器
基于LM2596-ADJ DCDC稳压器的高效率恒流稳压电源设计
占空比可调的矩形波发生电路
频率可调的方波信号发生器设计及电路
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