基于555定时器的函数信号发生器设计.docx

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基于555定时器的函数信号发生器设计

基于555定时器的函数信号发生器设计

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555定时器的功能主要由两个比较器决定。

两个比较器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。

在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器C1的同相输入端的电压为2VCC/3，C2的反相输入端的电压为VCC若触发输入端TR的电压小于VCC/3，则比较器C2的输出为0，可使RS触发器置1，使输出端OUT=1。

如果阈值输入端TH的电压大于2VCC/3，同时TR端的电压大于VCC/3，则C1的输出为0，C2的输出为1，可将RS触发器置0，使输出为0电平。

它的各个引脚功能如下：

1脚：

外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。

8脚：

外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5~16V，CMOS型时基电路的范围为3~18V。

一般用5V。

3脚：

输出端Vo

2脚：

低触发端

6脚：

TH高触发端

4脚：

是直接清零端。

当此端接低电平，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：

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0.01μF电容接地，以防引入干扰。

7脚：

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。

在1脚接地，5脚未外接电压，两个比较器A1、A2基准电压分别为的情况下，555时基电路的功能表如表1示。

表1

清零端

高触发端TH

低触发端

Q

放电管T

功能

0

x

x

0

导通

直接清零

1

0

1

x

保持上一状态

保持上一状态

1

1

0

x

保持上一状态

保持上一状态

1

0

1

0

1

1

0

导通截止

置1

清零

5、基于555定时器的信号发生器设计原理

（一）555定时器接成多谐振荡器工作形式产生方波

电路图如下

接通电源后，电容C2被充电，当Vc上升到2Vcc3时，使V0为低电平放电三极管T导通，此时电容C2通过R3.R7.T放电，Vc下降。

当Vc下降到Vcc3时，V0翻转为高电平。

放电结束时，T截止，Vcc通过R2→R3→RP→C2向电容C2充电，当Vc从Vcc3上升到2Vcc3时，电路又翻转为低电平。

如此周而复始，在输出端得到一个周期性的矩形波。

电容C2放电所需的时间为：

Tpl=（R3+RP’）C2㏑2

电容C2充电所需的时间为：

Tph=（R3+R2+RP’）C2㏑2

占空比=TphTpl+Tph

振荡频率f=1（Tpl+Tph）

波形图大致如下

（二）积分电路产生三角波

电路的时间常数R*C，构成积分电路的条件是电路的时间常数必须要大于或等于10倍于输入波形的宽度。

Uo=Uc=（1/C）∫icdt,因Ui=UR+Uo,当t=to时，Uc=Oo.随后C充电，由于RC≥Tk,充电很慢，

所以认为Ui=UR=Ric,即ic=Ui/R,故

　　Uo=（1/c）∫icdt=（1/RC）∫Uidt

　　这就是输出Uo正比于输入Ui的积分（∫Uidt）

RC电路的积分条件：

RC≥Tk

当输入信号为方波时，积分电路的输出为三角波

输入波形为A，输出波形为B

（三）RC低通滤波器

1、电路的组成

所谓的低通滤波器就是允许低频信号通过，而将高频信号衰减的电路，RC低通滤波器电路的组成如图所示。

三角波可以分解成由无数不同频率的正弦波组成的复合波。

当输入信号为三角波时，用低通滤波器将其高频成分滤掉后，波形将不再有尖顶部分，波形变得圆滑，从而变成类正弦波。

波形大致如下

图中的相位移动是由于RC网络成感性引起的。

C为一次滤波，D为二次滤波

一次滤波和二次滤波的输出均为类正弦波，不考虑干扰情况下，二次输出的波形由于滤掉了更多的高频分量，理论上更接近正弦波。

6、电路仿真分析

Multisim仿真电路图如下

图中8输出为方波A，9输出三角波B，10输出一次滤波C，12输出二次滤波D

仿真波形图

7、555定时器在现实生活中的应用实例

图5门控灯开关

该控制电路的核心是555定时器和D型触发器。

555定时器接成单稳态触发器,去除触点跳动对电路工作的影响,D型触发器接成T′触发器形式,利用其输出去控制可控硅开通和关闭,从而控制电灯的亮灭。

平时当房门关闭时,安装在门扇边缘的小磁铁正好靠在干簧管旁边,干簧管的两常开触点受外磁力作用吸合,单稳态电路因输入脉冲为高电平而处于待触发状态,此时双稳态电路的输出为低电平,可控硅因无触发电流而阻断,灯不亮。

当有人推门时,小磁铁会随门扇离开干簧管一次,干簧管的常开触点会因暂时失去外磁力作用而靠自身弹力张开、吸合一次。

实际上,由于干簧管的触点的抖动,要重复几次这种张开、吸合的过程.单稳态触发器的CP端能够在干簧管的1触点第一次张开时获得一负脉冲触发信号,使单稳态触发器翻转为暂稳态,其输出由低电平变为高电平此时,电容器C经R充电,复位端R电位上升,当上升到复位电平2/3V时,单稳态触发器复位,Q恢复为低电平。

单稳态电路的时间常数T=1.1RC,它有效地将干簧管的具有抖动信号现象的脉冲信号展宽为单个脉冲,此正脉冲同时加至T′触发器器的CP2端,其输出由低电平变为高电平,可控硅的控制极获得正向触发电流而导通,电灯通电发光.当进来的人离开时,随着门的再一次打开、关闭,干簧管重复同样的动作,单稳态触发器同样输出一正脉冲信号,于是T′触发器再次翻转为低电平,可控硅失去触发电流并在交流电过零时关断,电灯自动熄灭。

光敏电阻R和可调电阻R构成光控电路。

在白天,光敏电阻受自然光照射阻值很小,T′触发器的置“0”端R电位>1/2V,无论此门被开闭多少次,DD电路强制置“0”,Q始终为底电平,电灯不会发光;夜晚,因自然光照减弱,T′触发器的置“0”端R电位<1/2V,强制复位自动解除。

实际应用时,将开关盒安装在门框顶上,小磁铁则正对着盒内底侧部放置的干簧管固定在门扇顶沿上。

仔细调整小磁铁和干簧管的相对位置,使干簧管能够随门扇的开闭而可靠地动作。

然后,根据“火线接开关地线进灯头,接通开关和灯头”的照明灯接线原则,将开关盒内桩头外引线不分顺序串入电灯火线回路即可。

最后,用小螺丝刀将R调至阻值最小的位置,P在夜晚需要开灯的时候,打开门扇使灯点亮,然后由小到大调节R阻值,直到电灯刚好熄灭,再将R阻值回调一点即可.反复细调,即可获得最佳光控灵敏度。

8、调研心得体会

本次调研是在学习电子技术基础课程后进行的自主学习，相关知识包括了模拟电子线路和数字电子线路，这次选择的题目是在老师和同学的帮助下完成的，555电路是数字电路中典型电路，而RC低通滤波则是模电中最简单的电路之一，通过这次实践，让我发现电路的组合可以有很多种，其中的任何一个元件发生变化都可能会影响输出。

实践中用到的电路仿真软件Multisim，我也是第一次接触这种软件，它强大的功能让我产生强烈的好奇感。

不但可以模拟大部分电路，也有常用芯片，运行还可以用示波器输出波形。

虽然结束了这门课程，但是在以后的学习中，如果有机会我还是希望更多的了解电子专业相关的学科。