频率可调方波发生器

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.........................................................................................32.1555定时器........................................................................................................32.274ls160同步计数器.........................................................................................52.374ls1754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TheadjustablefrequencysquarewavegeneratorandfrequencydisplaydesignAbstract:Usingthe555timertodesignfunctiongenerator,thecircuitissimple,thecostislow,thefunctiongeneratorcombinesgoodstabilityandhighprecision.Accordingtotheprincipleofthetheoryofcircuitparametercalculationandselection,useMultisimtocreatecircuit,waveformsimulation,designofadjustablefrequency,simplestep10hzsquare-wavegenerator,andcanusethethreedecimalnumbertodisplayfrequency.Analysestherelatedproblemsarediscussed.Keywords:555timer;functiongenerator;waveformsimulation1.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2.1555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。5554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OUT=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Vo2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。52.274ls160同步计数器74ls161功能表从功能表的第一行可知，当CR＝0（输入低电平），则不管其他输入端（包括CP端）状态如何，四个数据输出端QA、QB、QC、QD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CR为异步清零端，且低电平有效，也可以说该计数器具有“异步清零”功能。从功能表的第二行可知，当CR＝1且LD＝0时，时钟脉冲CP上升沿到达，四个数据输出端QA、QB、QC、QD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LD＝CR＝1，CTr＝CTp＝1时，则对计数脉冲6CP实现同步十进制加计数；而从功能表的第四行又知道，当CR＝LD＝1时，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；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=CTr·Q0·Q1·Q2·Q3表明，进位输出端仅当计数控制端CTr＝1且计数器状态为15时它才为1，否则为02.374ls1754位寄存器当CR＝0（输入低电平）时，输出端异步清零。当CR＝1（输入高电平）时，在CP上升沿作用下，将输入端D0~D3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D0~D3无关3.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7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。充电时间常数T充=（R3＋R4）C。振荡频率为CRRf)2(43.134有上述公式可得，当R4=2.34KΩ，R3=10KΩ时，开关状态J6~J1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Hzf10J1断开，开关状态为000001，此时C=C4//C7=3.2uF,输出out频率为Hzf20J2断开，开关状态为000010，此时C=C4//C9=2.3*32uF,输出out频率为Hzf30J1，J2断开，开关状态为000011，此时C=C4//C7//C9=1.6uF,输出out频率为Hzf40以此类推，可以通过开关J6~J1不断调节C的大小，开关从000000~111111可使频率从10Hz到640Hz变化，频率可调，步进为10Hz。83.2频率计数器信号发生器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、十位、个位），同时通过6个7404N非门使XFG2的低电平到来延时，使数码管显示数据后再对计数器实现清零。9在下一次XFG2输入高电平1时，重新开始计算，下一次下降沿时可再一次显示频率，使数码管能够每2秒刷新一次频率。3.3可显示频率的方波发生器将上述的555方波发生器和频率计数器组合起来，用555方波发生器的输出端out代替频率接收器中的XFG1，测试555方波发生器的频率。当开关J6~J1为010010是，频率为190Hz（图中从右到左）当开关J6~J1为101010是，频率为430Hz（图中从右到左）104.电路的测试结果误差分析实验的实际显示频率和理论值有一定的误差，由式CRRf)2(43.134,R4+2*R3=22.34375KΩ,而实际选用的电阻大小有一定偏差，并且该式忽略了放电开关T的电阻，使得存在误差。但误差较小，根据结果显示最终误差在1hz以内。5.其它类型的方波发生器方案一：用非门产生振荡回路，实验证明，无论怎样改变R,C的值，方波