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1、1频率可调的方波发生器及频率显示器设计 学院：电子信息工程学院专业：通信工程指导老师： 学生姓名：学号： 2目录1.引言 .32.电路元件结构及工作原理 .32.1 555 定时器 .32.2 74ls160 同步计数器 .52.3 74ls175 4 位寄存器 .63.电路工作原理仿真 .63.1 频率可调 555 方波发生器 .63.2 频率计数器 .83.3 可显示频率的方波发生器 .94.电路的测试结果误差分析 .105.其它类型的方波发生器 .106.课程设计设计总结 .127.参考文献 .133频率可调的方波发生器及频率显示器设计摘要：通过 555 定时器进行函数发生器的设计,电路
2、简单,成本低廉，稳定性好，精度高。根据有关理论原理进行电路参数的计算和选取,借助 Multisim 进行电路创建,波形仿真，设计频率可调，步进 10Hz 的简易方波发生器,并且能用三位十进制数显示频率。对有关问题进行了分析讨论。关键词: 555 定时器 函数发生器 波形仿真The adjustable frequency square wave generator and frequency display designAbstract:Using the 555 timer to design function generator , the circuit is simple,the co
3、st is low, the function generator combines good stability and high precision. According to the principle of the theory of circuit parameter calculation and selection, use Multisim to create circuit, waveform simulation, design of adjustable frequency, simple step 10 hz square-wave generator, and can
4、 use the three decimal number to display frequency. Analyses the related problems are discussed.Keywords: 555 timer;function generator;waveform simulation1.引言基本的函数发生器用来产生正弦波、方波、三角波三种电压波形,其电路构成形式多种多样,有全部采用分立元件的（非门振荡),也可由运放级联构成,也有专用的集成电路直接得到(如片集成电路函数发生器 ICL8038),或通过单片机串口输出方波。本文通过 555 定时器,外加一些 RC 电路,设计
5、得到能直接产生频率可调的方波发生器。2.电路元件结构及工作原理2.1 555 定时器555 定时器内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 SR 触发器，一个放电管 T 及功率输出级。它提供两个基准电压 VCC /3 和 2VCC /3 4。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 SR 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 /3。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 SR 触发器置1，使输出端 OU
6、T=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2/3VCC，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 SR 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 VCC 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。当端接低电平，则时基电路不工作，此时不论 TH 处于何电平，时基电路输出为“0” ，该端不用时应接高电
7、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 0.01F 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。 52.2 74ls160 同步计数器74ls161 功能表从功能表的第一行可知，当 0（输入低电平） ，则不管其他输入端（包CR括 CP 端）状态如何，四个数据输出端 QA、Q B、Q C、Q D全部清零。由于这一清零操作不需要时钟脉冲 CP 配合（即不管 CP 是什么状态都行） ，所以 为异步清CR零端，且低电平有效，也可以说该计数器具有“异步清零”功能。6从功能表的第二行可知
8、，当 1 且 0 时，时钟脉冲 CP 上升沿到达，CRLD四个数据输出端 QA、Q B、Q C、Q D同时分别接收并行数据输入信号 a、b、c、d。由于这个置数操作必须有 CP 上升沿配合，并与 CP 上升沿同步，所以称那么该芯片具有“同步置数”功能。从功能表的第三行可知，当 1，CTrCTp1 时，则对计数脉冲LCP 实现同步十进制加计数；而从功能表的第四行又知道，当 1 时，CRLD只要 CTr 和 ENP 中有一个为 0，则不管 CP 状态如何（包括上升沿） ，计数器所有数据输出都保持原状态不变。因此，CTr 和 CTp 应该为计数控制端，当它们同时为 1 时，计数器执行正常同步计数功能
9、；而当它们有一个为 0 时，计数器执行保持功能。另外，进位输出 QCC= CTrQ0Q1Q2Q3表明，进位输出端仅当计数控制端 CTr1 且计数器状态为 15 时它才为 1，否则为 02.3 74ls175 4 位寄存器当 0（输入低电平）时，输出端异步清零。CR当 1（输入高电平）时，在 CP 上升沿作用下，将输入端 D0D3送入触发器输出端锁存，在 CP 非上升沿情况下，输出端与输入端 D0D3无关73.电路工作原理仿真3.1 频率可调 555 方波发生器由555定时器构成的多谐振荡器如图1所示，R3，R4和 C（C 由C4、C7、C8、C9、C10、C11、C12构成）是外接定时元件，电
10、路中将高电平触发端（6脚） 和低电平触发端（2脚）并接后接到 R3和 C4的连接处，将放电端（7脚）接到 R1，R2的连接处。由于接通电源瞬间，电容 C 来不及充电，电容器两端电压 uc 为低电平，小于（1/3）Vcc，故高电平触发端与低电平触发端均为低电平，输出 uo 为高电平，放电管 VT 截止。这时，电源经 R3，R4对电容 C 充电，使电压 uc 按指数规律上升，当 uc 上升到（2/3）Vcc 时，输出 uo 为低电平，放电管 VT 导通，把 uc 从（1/3）Vcc 上升到（2/3）Vcc 这段时间内电路的状态称为第一暂稳态，其维持时间 TPH 的长短与电容的充电时间有关 。充电时
11、间常数 T 充=（R3R4）C。振荡频率为 CRf)2(43.1有上述公式可得，当 R4=2.34K，R3=10K 时，开关状态 J6J1用6位二进制数表示，0代表闭合，1代表断开。开关全部闭合，记开关状态为000000，此时 C=6.4uF,输出 out 频率为 Hzf10J1断开，开关状态为000001，此时 C=C4/C7=3.2uF,输出 out 频率为 28J2断开，开关状态为000010，此时 C=C4/C9= uF,输出 out 频率为2.3*Hzf30J1，J2断开，开关状态为000011，此时 C=C4/C7/C9=1.6uF,输出 out 频率为zf4以此类推，可以通过开关
12、 J6J1不断调节 C 的大小，开关从000000111111可使频率从10Hz 到640Hz 变化，频率可调，步进为10Hz。3.2 频率计数器9信号发生器 XFG2 为频率 0.5Hz 的方波，信号发生器 XFG2 为需要测试的方波频率。当 XFG2 输入高电平 1 时，持续 1s，计数器 74ls160 的 CLR=1,在 XFG2 的时钟脉冲下降沿实行计数功能。当 QA=QD=1（即计数到 9）时，通过与非门反馈至LOAD 端和下个 74ls160 的 ENT 端，使在下一个 CP 下降沿的时候该计算器置零并且下个 74ls160 加一，如此可实现十进制数的计数功能。当 XFG2 下降沿的时候（从高电平变为低电平） ，锁存器将计数器的输出端数据送入 8 段数码管并且显示出来（如图，从右到左依次为百位、十
