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1、毕业设计说明书毕业设计说明书题目：题目： 基于基于 NE555NE555 信号发生器的设计信号发生器的设计 院院 （系）：（系）： 专专 业：业： 学学 号：号： 姓姓 名：名： 指导教师：指导教师： 完成日期：完成日期： 0信号发生器的设计信号发生器的设计目录目录摘要摘要Abstract第第 1 章章前言前言3第第 2 章章信号发生器的发展现状信号发生器的发展现状42.1 信号发生器的分类.42.2 信号发生器的发展现状及趋势.4第第 3 章章方案的设计方案的设计53.1 设计方案的选择.53.2 电路工作原理以及器件选择 5第第 4 章章电路的完善与改进电路的完善与改进.74.1 电路仿真
2、.74.1.1 波形信号失真分析.74.1.2 波形信号输出频率的调整 .84.1.3 波形信号输出幅度的调整 .10第第 5 章章电路的安装调试电路的安装调试.115.1 PROTEL 制板115.2 电路安装调试.12第第 6 章章结束语结束语.13参考文献参考文献1摘摘 要要信号发生器是一种能够产生多种波形，如锯齿波、三角波、方波、正弦波的电路。信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。本设计通过对信号发生器的原理以及构成进行分析，设计了信号发生器，能够输出稳定的正弦波和方波，实现占空比 50%，并且能够实现频率和输出幅度可调。设计中采用常用器件 NE555 为核心，通过比较获
3、得最佳电路方案，并对电路各部分工作原理进行了分析，确定其能够稳定工作，利用相关仪器多次试验，测试达到了设计要求。关键词：关键词：直流稳压电源电路；振荡器；RC 电路；射极输出器。AbstractSignal generator is a kind of can produce a variety of waveforms, such as sine wave, triangular wave circuit, the Fang Bo. The signal generator has a very wide range of uses in circuit experiment and tes
4、t equipment in. The design on the principle of signal generator and its structure was analyzed, the design of square wave signal generator, can output stable Fang Bo, and can realize the frequency and adjustable output amplitude, for ease of use, this design also can generate triangle wave and sine
5、wave. Used in the design of common NE555 device as the core, through the comparison of best circuit scheme, and the working principle of every part of the circuit is analyzed, determine its can work steadily, by using relevant instruments, many tests, the test has achieved the design requirements.Ke
6、ywords: DC stabilized power supply circuit; oscillator; RC circuit; an emitter follower.2第第 1 1 章章 前言前言为了能够更加直观的观测到电路中信号变化，在电子学中常用到的仪器是示波器，它能够像医疗设备一样检测到电路中的各种“病变”，与之相配合使用的通常还有信号发生器，它能产生多种波形，如三角波、方波、正弦波，这是信号发生器基本用途。在实际应用中，信号发生器成为了比较广义的名词，应用也越来越广，由于其能够产生信号，因此常常把它作为信号源使用，比如单片机、计算机中产生的时钟脉冲实际也是信号发生器；各种广播
7、、视频信号、无线电信号的来源都是信号发生器。有的信号发生器频率特别高的可达到数百 MHZ,也有频率特别低的只有几 HZ。信号发生器的实现方法通常有:（1）用分立元件组成的信号发生器，（2）采用专门的信号发生器集成电路产生。早期的函数信号发生器 IC，如L8038、BA205 等，它们的功能较少，精度不高，频率上限低，无法产生更高频率的信号，调节方式也不够灵活。（3）利用单片内部时钟震荡能产生多种波形，并且可以达到较高的频率，调试方式也较为灵活。（4）用专用直接数字合成DDS 芯片的信号发生器：能产生任意波形并达到很高的频率。但成本较高。在本设计中，采用分立元件巧妙组合，产生方波，然后对信号进行
8、一系列处理，输出较为完美的波形。3第第 2 2 章章 信号发生器的发展现状信号发生器的发展现状2.12.1 信号发生器的分类信号发生器的分类信号发生器应用广泛，种类繁多，性能各异，分类也不尽一致。按照频率范围分类可以分为：超低频信号发生器、低频信号发生器、视频信号发生器、高频波形发生器、甚高频波形发生器和超高频信号发生器。按照输出波形分类可以分为：正弦信号发生器和非正弦信号发生器，非正弦信号发生器又包括：脉冲信号发生器，信号发生器、扫频信号发生器、数字序列波形发生器、图形信号发生器、噪声信号发生器等。按照信号发生器性能指标可以分为一般信号发生器和标准信号发生器。前者指对输出信号的频率、幅度的准
9、确度和稳定度以及波形失真等要求不高的一类信号发生器。后者是指其输出信号的频率、幅度、调制系数等在一定范围内连续可调，并且读数准确、稳定、屏蔽良好的中、高档信号发生器。2.22.2 信号发生器的发展现状及趋势信号发生器的发展现状及趋势信号发生器具有连续的相位变换、和频率稳定性等优点，不仅可以模拟各种复杂信号，还可对频率、幅值、相移、波形进行动态、及时的控制，并能够与其它仪器进行通讯，组成自动测试系统，因此被广泛用于自动控制系统、震动激励、通讯和仪器仪表领域。近几年，数字化仪器在迅速发展，我国也在不断研究推出各种新型数字化仪器。随着电子技术的快速发展，新材料新器件层出不穷，开发新款式信号发生器，器
10、件的可选择性大幅增加，例如 ICL8038 就是一种技术上很成熟的可以产生正弦波、方波、三角波的主芯片，利用单片机制作智能仪表也成为一种趋势。4第第 3 章章 方案的设计方案的设计3.13.1 设计方案的选择设计方案的选择综上所述，在本次设计中可采用以下几种方案：（1）采用专用信号发生器集成电路，功能比较齐全，效果较好。（2）用分立元件组成的简易信号发生器：价格比芯片实惠，结构简单，容易实现。(3) 采用单片机内部时钟产生脉冲，利用软件编程来实现信号发生器功能。在这三种方案中，第一种虽然比较完美，并且便于实现，但是专用集成电路市场难以采购，价格昂贵，更重要的是，集成电路设计太过专业，几乎加上几
11、个外围器件即可使用，这样的设计没有实际意义；第二种方案中，波形的产生依赖于单片机，设计几乎都是建立在单片机编程上面，无法体现电子技术的应用技巧。由以上分析，最终确定采用方案 2。3.23.2 核心元件分析及电路工作原理核心元件分析及电路工作原理1、NE555 功能分析NE555 是电子设计中常用元器件，在这个元件中既有模拟电路电压渐变、电位比较的特点，又具有数字电路中输出高电平或低电平的特点。在右图功能表中“L”表示低电平，“H”表示高电平，“x”可以理解为不管是什么状态。在 555中复位管脚 4 决定了 555 输入和输出的关系，复位管脚是低电平时，不管 2、6管脚如何变化都不会影响输出状态
12、，此5时 3 管脚保持低电平。只有复位 4 为高电平时，2、6 管脚才会决定输出状态。通用 NE555 的管脚图如右图所示。2电路工作原理根据对 NE555 的分析，设计如下初图，工作过程为：4 管脚一直接高电平，因此 2、6 管脚电平会直接影响输出管脚 3 的电平。首先电源通过 R1、R8 对C3 充电，2、6 管脚电位随着时间逐渐升高，达到阈值后，管脚 3 输出低电平，7 管脚放电端开启，此时 C3 通过 R8 经 7 管脚放电，2、6 管脚电位逐渐降低，低至阈值后，管脚 3 由低电平变为高电平，7 脚放电端截止。再次重复初始过程，即电源通过 R1、R8 对 C3 充电，如此周而复始，管脚
13、 3 即可输出方波。6第第 4 4 章章 电路的完善与改进电路的完善与改进 4.14.1 电路仿真电路仿真按照电路原理图画出仿真电路，采用仿真电路可以很容易发现设计中存在的缺陷。4.1.14.1.1 波形信号失真分析波形信号失真分析电路输出波形如图所示，可以发现波形占空比未达到 50%的要求，即每个周期内高电平要稍长一些，分析其原因在于：虽然工作过程一直是 C3 处于充放电，7但是由于电路原因，充电和放电电阻分别是 2k 和 1k，所以导致高电平几乎是低电平双倍时间，解决的方法增大电阻 R8 的值，使其远远大于 1k，将其改为20k，输出波形大大改善,基本达到了 50%占空比的要求。4.1.2
14、4.1.2 波形信号输出频率的调整波形信号输出频率的调整要达到输出波形信号频率在 100Hz-10KHz 之间可调，可将电路中的 R8 换成 20K 的电位器即可实现频率调整，同时要使电路能够输出正弦波可在后面加上积分电路，改进后的电路如下图，增加二极管 D1 的作用是防止电源接错烧坏元件，电路能否正常工作，还需要仿真电路来验证。8仿真电路如图下图，由于仿真条件的限制某些参数稍作修改，通过示波器观察9波形比较理想，调整电位器，波形频率会随之变化，基本实现了设计要求。4.1.34.1.3 波形信号输出幅度的调整波形信号输出幅度的调整考虑到设计的最后一个要求，是波形幅度要在 0-5v 可调，仍然可采用电位器来实现，但在这里要注意 2 个问题，第一：接入积分电路后，积分电路对前级存在一定影响，因此后级将信
