標(biāo)題: 基于555的波形發(fā)生器設(shè)計 可在四個通道輸出4種波形 [打印本頁]
作者: nirvanana258079 時間: 2019-12-9 09:55
標(biāo)題: 基于555的波形發(fā)生器設(shè)計 可在四個通道輸出4種波形
設(shè)計制作要求使用 555 時基電路產(chǎn)生頻率為 20kHz-50kHz 的方波Ⅰ作為信號源； 利用此方波Ⅰ，可在四個通道輸出 4 種波形：每通道輸出方波Ⅱ、三角波、正弦波每通道輸出的負(fù)載電阻均為 600 歐姆。
五種波形的設(shè)計要求（1）使用 555 時基電路產(chǎn)生頻率 20kHz-50kHz 連續(xù)可調(diào)，輸出電壓幅度為1V 的方波Ⅰ；
（2）使用數(shù)字電路 74LS74，產(chǎn)生頻率 5kHz-10kHz 連續(xù)可調(diào)，輸出電壓幅度為 1V 的方波Ⅱ；
（3）使用數(shù)字電路 74LS74，產(chǎn)生頻率 5kHz-10kHz 連續(xù)可調(diào)，輸出電壓幅度峰峰值為 3V 的三角波；
（4）產(chǎn)生輸出頻率為 20kHz-30kHz 連續(xù)可調(diào)，輸出電壓幅度峰峰值為 3V 的正弦波Ⅰ
電源只能選用+10V 單電源，由穩(wěn)壓電源供給，不得使用額外電源。
第2章 方案選擇
2.1 有源積分方案由一片NE555產(chǎn)生20-50khz的方波再經(jīng)過通道1輸出，由于74ls74內(nèi)涵兩個D觸發(fā)器，每個可以實現(xiàn)二分頻，將兩個D觸發(fā)器串聯(lián)即可實現(xiàn)四分頻。四分頻得到5-10KHZ的方波二，再有源積分得到三角波，由于峰峰值得要求所以對波形適當(dāng)?shù)姆糯蟮玫?V的三角波，20-50KHZ的方波由基波和多次諧波疊加而成，使用低通濾波得到基波即可，這樣放大得到3V的正弦波。
2.2 無源積分方案由一片NE555產(chǎn)生20-50khz的方波再經(jīng)過通道1輸出，由于74ls74內(nèi)涵兩個D觸發(fā)器，每個可以實現(xiàn)二分頻，將兩個D觸發(fā)器串聯(lián)即可實現(xiàn)四分頻。四分頻得到5-10KHZ的方波二，再無源積分得到三角波，由于峰峰值得要求所以對波形適當(dāng)?shù)姆糯蟮玫?V的三角波，方波可以根據(jù)傅里葉函數(shù)分解成許多正弦波，然后利用低通濾波器將其他頻率的波濾除，即可得到正弦波，本級只需要20-30KHZ的基波，所以使用低通濾波即可，經(jīng)過實驗測試，兩級低通無源濾波可以得到良好的正弦波這樣放大得到3V的正弦波。
由于題目客觀要求底加上運放的數(shù)量控制，最終選擇無源積分方案
2.3 工程實踐問題的思路在這里要注意利用74ls74分頻的時候，因為74ls74對電源電壓的要求，所以不能直接給74ls74采用10v供電，必須將電源經(jīng)過電阻分壓再給74ls74供電，在這里我們采用470Ω和510歐姆的電阻用來給電阻分壓。分壓得到的電壓滿足74ls74的電源要求。由于74芯片對電源電壓的要求高，這里使用一個恒流源，得到一個滿足要求的供電電壓，無源濾波后一定要加直流耦合電容，不然無法得到正弦波，這里和仿真時恰恰相反。在濾波電路設(shè)計時應(yīng)還要注意一點，電阻的阻值不應(yīng)該太小，最好不要低于150，因為在濾波時其實也有個電容充電的過程，如果電阻太小的話，電流將會很大，而555的輸出電流是比較小的，如果電流太大，方波輸出將會變形失真。
設(shè)計pcb時一點要注意幾點：電源端口，測試端口一定要加，濾波電容靠近芯片電源引腳，布線要粗一點，線也要隔開一點，不然之間會有寄生耦合現(xiàn)象，對信號的干擾也是相當(dāng)可觀的
第3章 電路設(shè)計與仿真
3.1 系統(tǒng)設(shè)計由一片NE555產(chǎn)生20-50khz的方波再經(jīng)過通道1輸出，由于74ls74內(nèi)涵兩個D觸發(fā)器，每個可以實現(xiàn)二分頻，將兩個D觸發(fā)器串聯(lián)即可實現(xiàn)四分頻。四分頻得到5-10KHZ的方波二，再有源積分得到三角波，由于峰峰值得要求所以對波形適當(dāng)?shù)姆糯蟮玫?V的三角波，20-50KHZ的方波由基波和多次諧波疊加而成，使用低通濾波得到基波即可，這樣放大得到3V的正弦波。
3.2 555時基電路產(chǎn)生基本方波I基于555的方波電路，由于頻率要求不高，選擇R1=R2=1KΩ，和一個10k的精密可調(diào)電阻和一個103的電容控制頻率即可，用二極管整流控制充放電回路。
基于555的基本方波產(chǎn)生電路
3.3 分頻電路產(chǎn)生方波II由于74ls74內(nèi)涵兩個D觸發(fā)器，每個可以實現(xiàn)二分頻，將兩個D觸發(fā)器串聯(lián)即可實現(xiàn)四分頻
分頻電路
3.4 積分電路產(chǎn)生三角波積分電路要求不高，使用RC無源積分即可，然后適當(dāng)放大。
三角波產(chǎn)生電路
3.5 濾波電路產(chǎn)生正弦波本級采用二級RC低通濾波電路，可以的到良好的正弦波，然后放大即可。
正弦波產(chǎn)生電路
3.6 總的仿真電路總仿真電路圖
第4章 電路安裝調(diào)試和測試4.1 實驗儀器1、低頻信號發(fā)生器EE1641B（一臺）可以不用；
2、雙蹤示波器COS5020或TDS210（一臺）；
3、直流穩(wěn)壓電源（雙路輸出）（一臺）；
4、數(shù)字萬用表UT2003（一只）；
5、實驗面包板（一塊）；
6、元器件及工具（一盒）；
7、電烙鐵。
4.2 安裝調(diào)試板子焊好之后，開始測試，可以得到良好的方波1頻率幅度全部達(dá)到要求并且有很多盈余，接著測試二級方波和三角波結(jié)果發(fā)現(xiàn)什么也沒有，我又測了正弦波，發(fā)現(xiàn)正弦波效果很好，這下奇怪了有頭有尾，怎么中間沒有，由于調(diào)試經(jīng)驗不足我也不知從何說起，于是QQ問了鄧?yán)蠋煟嚴(yán)蠋熃形覝y試一下芯片電源是否工作正常，我測了電源引腳的電壓，果不其然74ls74由于達(dá)不到工作電壓沒有工作，我仔細(xì)檢查了pcb的連線，按照鄧?yán)辖涛业恼{(diào)試思路，先測電壓是否正常，再檢查電路是否有斷裂現(xiàn)象，在測試分壓電路正常并沒有什么錯誤，我心想電路都是親手調(diào)試過的，波形都十分好，出現(xiàn)這種情況一定是連接問題，其實測試到分壓正常，問題點已經(jīng)很明確了，范圍縮小到了74電源與分壓電路的連接問題上，用萬用表測試74只得到了3.3V的電壓而分壓確是4.9v，中間只有一根導(dǎo)線和幾個焊盤，應(yīng)該電壓是要相等的，我用萬用表測試電阻，結(jié)果有1.3kΩ，這是介于短路與斷路之間的問題，這可能就是虛焊造成的寄生阻抗吧，我又重新把那條線焊接了一下，在銅線上鋪了一層焊錫，一測試方波2正常了，再測試三角波，發(fā)現(xiàn)三角波波形很好，只是幅度只有十幾毫伏，顯然324沒有正常放大，按照之前的調(diào)試思路324工作正常，接著測試運算放大器的輸入輸出電壓，發(fā)現(xiàn)同相輸入端電壓為0v，偏置出現(xiàn)了問題，檢查偏置發(fā)現(xiàn)無論那個點電壓都是0v，這下問題就很明了，電源沒有接進來，查看pcb圖發(fā)現(xiàn)很短的有一根很短的線漏了，沒有連接起來，連接起來后電路都正常了。經(jīng)過對電路的調(diào)試，我也發(fā)現(xiàn)自己的某些不足，完整的把所有的過程都經(jīng)歷了一遍以后，發(fā)現(xiàn)自己突然間什么都明白了，尤其是操作這一塊，柳暗花明。理論也有不足點，解決理論題的解題經(jīng)驗不足。
，于是我決定以后要更加努力學(xué)習(xí)理論知識。
這次課程設(shè)計我們注意到各個細(xì)節(jié)，并達(dá)到了相關(guān)要求，但從這次設(shè)計過程中也讓我們學(xué)到了很多平時沒有接觸過的知識，收獲還是頗多的，更加了解了放大器的使用與性能，將理論知識理解的更加透徹！再者，我們在這次設(shè)計中也明白不管做什么事都必須要仔細(xì)，冷靜，要始終保持一顆堅持不懈的心完成好任務(wù)，體會這個過程帶給我們的快樂和知識，結(jié)果固然重要，過程也同樣精彩！總之無論做什么事情都要有一個清晰的思路。
4.3 基波方波測試結(jié)果1.基準(zhǔn)方波
圖1 10kHz-50kHz-1V方波
表1 基本方波測試結(jié)果對比
隨著頻率增加，時間常數(shù)減小，由電容放電不均勻造成的尖峰變大。
4.4 方波II測試結(jié)果圖2 5-10KHZ方波2-1V方波
表2 基本方波測試結(jié)果對比
這里74ls74濾波效果很好，我加了三級濾波。方波最大可以達(dá)到4.1V的峰峰值，經(jīng)過74略有衰減。這里就為積分電路埋下伏筆，使得積分電路的三角波幅度只有很多盈余。解決了不少問題。
4.5 三角波測試結(jié)果圖* 7kHz-1V三角波
表3 基本方波測試結(jié)果對比
調(diào)節(jié)積分電阻可以改善波形的失真使三角波好看
4.6 正弦波測試結(jié)果圖4 20-30Khz-1V正弦波
表4 基本方波測試結(jié)果對比
這是兩級濾波的效果，顯然正弦波已經(jīng)很正了，沒必要三級濾波，三級濾波衰減將變大，使用100Ω和1KΩ減小衰減，電阻越大衰減越大
附錄原理圖PCB圖
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波形發(fā)生器資料.doc
(2.82 MB, 下載次數(shù): 194)
2019-12-9 09:55 上傳
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下載積分: 黑幣 -5
原理圖: 無
仿真: 無
作者: 哇塞通 時間: 2020-3-11 08:43
正籌備做一個基于555的波形發(fā)生器，資料對我非常有用。
作者: qzuse1 時間: 2022-8-7 20:35
這太感謝了
作者: coody_sz 時間: 2022-8-12 14:14
555在上世紀(jì)80、90年代我用得很多，2000年之后基本不用了（功能都由MCU代替了）。最近用了一次555，做一個50KHzPWM發(fā)生器。
作者: SKW5656 時間: 2023-8-21 21:10
proteus仿真作波形發(fā)生器與multisim電路布局一樣為啥得不到相同得結(jié)果
作者: kkkkk12138 時間: 2023-8-30 18:26
樓主有源文件嗎
作者: 人問寒山道 時間: 2023-10-21 22:02
嗯，有點模糊
作者: chxelc 時間: 2023-11-7 19:01
模擬電路不需要源碼。
作者: code002 時間: 2023-12-9 17:02
這是2015年的電賽綜合測評題，還有一個波形是產(chǎn)生一個250khz的正弦波，請問樓主有去設(shè)計這個波形嗎，希望得到回復(fù)，希望能有multisim仿真供參考，謝謝樓主
作者: code002 時間: 2023-12-9 17:03
這是15年電賽題，請教一下最后一個波形如何產(chǎn)生250kHZ vpp8V的正弦波
作者: LhUpBJT 時間: 2023-12-20 00:11
是的，不過，就如集成跟分立，縱然能搭建出一樣的電路，但始終不是一個味道。
作者: LhUpBJT 時間: 2023-12-20 00:22
喔，對吶，555是集成電路，面向的是實用領(lǐng)域，可以用在產(chǎn)品中，
而MCU 本身就是一臺設(shè)備，是給那些搞技術(shù)矸發(fā)的大師們當(dāng)仿真工具的吧？！
作者: psh0203 時間: 2024-5-16 10:09
您好，我急需您做的波形發(fā)生器的原理圖和pcb文件，求分享，謝謝
作者: ai3211192980 時間: 2024-5-23 16:09
能發(fā)資料？
作者: 何弼學(xué) 時間: 2025-3-10 11:29
謝謝樓主，正在學(xué)習(xí)制作，對我?guī)椭艽?
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