一、項目簡介

1. 研究背景、意義

各種電器設備要正常工作，常常需要各種波形信號的支持。電器設備中常用的信號有正弦波、矩形波、三角波等。在電器設備中，這些信號是由波形產生和變換電路來提供的。這種能夠產生多種波形,如三角波、矩形波(含方波)、正弦波的電路被稱為函數信號發生器。函數信號發生器產生的各種波形能滿足現代測量、通信及數字系統等對各種信號源的需求。例如設計和測試、汽車制造、生物醫藥、傳感器仿真、制造模型等。在生產實踐和科技領域中有著廣泛的應用。

二．設計要求

1．基本要求

（1）產生頻率5kHz-10kHz連續可調，輸出峰峰值為1V的方波；

（2）產生頻率5kHz-10kHz連續可調，輸出峰峰值為1V的三角波；

（3）產生頻率5kHz-10kHz連續可調，輸出峰峰值為1V的正弦波；

（4）方波、三角波、正弦的波形無明顯失真。

2．發揮部分

（1）產生輸出頻率為15kHz-30kHz連續可調，輸出幅度峰峰值為3V的正弦波Ⅱ；

（2）頻率誤差不大于10%；通帶內輸出幅度峰峰值誤差不大于5%。

（3）矩形波占空比可調整。

三．設計方案論證

信號發生器一般由一個電路產生方波或者正弦波，通過波形變換得到其他幾種波形。考慮到RC震蕩產生正弦波的頻率調節不方便且可調頻率范圍較窄，本設計采用先產生方波，后變換得到其他幾種波形的設計思路。采用555組成的多諧振蕩器可以在接通電源后自行產生矩形波，再通過積分電路將矩形波轉變為三角波，再經積分網絡轉變為正弦波。如圖所示電路可同時產生方波、三角波、正弦波并輸出，該信號發生器電路簡單、成本低廉、調整方便。其產生的波形順序如圖1所示。

四．設計原理及電路圖

1. 產生方波

555定時器是一種應用極為廣泛的中規模集成電路。該電路使用靈活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以構成單穩、多諧和施密特觸發器。因而廣泛用于信號的產生、變換、控制與檢測。

555定時器的工作原理:555定時器是--種功能強大的模擬數字混合集成電路，其組成電路框圖如圖所示。555定時器有二個比較器A1和A2，有一個RS觸發器，R和S高電平有效。三極管VT1對清零起跟隨作用，起緩沖作用。三極管VT2是放電管，將對外電路的元件提供放電通路。比較器的輸入端有一個由三個5kW電阻組成的分壓器，由此可以獲得和兩個分壓值，一般稱為閾值。555定時器的1腳是接地端GND, 2腳是低觸發端IL，3腳是輸出端OUT,4腳是清除端Rd, 5腳是電壓控制端CV，6腳是高觸發端H，7腳是放電端DIS,  8腳是電源端VCC。555引腳如圖， 引腳功能如表。

555定時器接成多諧振蕩器工作形式，C1 為定時電容，C1的充電回路是R1→R3→D2→C2， C2的放電回路是R2→D1→R3→放電管。R1=R2，所以充電時間常數與放電時間常數近似相等，按圖所示元件參數，其頻率為5-10KHZ左右，調節滑動變阻器可改變振蕩器的頻率，產生頻率可調的方波。

電容C1的充電時間為：T1=R1×C1×Ln2

電容C1的放電時間為：T2=R2×C1×Ln2

故得輸出脈沖的占空比為：q=R1/(R1+R2)

電路的振蕩周期也相應地變為T=T1+T2=（R1+R2）×Ln2

若R1=R2，則q=50%，

2. 產生三角波

方波信號經R5、C6積分網絡后，輸出三角波。電路的時間常數R×C，構成積分電路的條件是電路的時間常數必須要大于或等于10倍于輸入波形的寬度。

3. 產生正弦波

三角波再經R6、C7積分網絡，輸出近似的正弦波。

3. 總電路

  經過這次課程設計，使我明白課程設計不僅是對前面所學知識的一種檢驗和綜合，而且也是對自己能力的一種提高。通過這次課程設計使我明白了自己原來知識還比較欠缺。自己要學習的東西還很多，以前老是覺得自己什么東西都會，什么東西都容易懂，有點眼高手低。通過這次課程設計，我才明白學習是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應該不斷的學習，努力提高自己知識和綜合素質。在這次的設計中雖然遇到了很多的問題，認識了一些以前不了解或者不知道的元件，有些雖然沒有用到，但是學習是無限的，當自己搞成的時候有無比的喜悅，一種很自豪的感覺。我感覺設計是對學習知識的運用和個人自己的能力的全面體現，體現了一個人學以致用的能力。只有在真正的運用中才能更好的掌握知識，這樣的學習才會有效率，才能長久的記憶。在設計過程中，我通過查閱大量有關資料，與同學交流經驗和自學，并向老師請教等方式，使自己學到了不少知識，也經歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個設計中我懂得了許多東西，也培養了我獨立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學習工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動手的能力，使我充分體會到了在創造過程中探索的艱難和成功時的喜悅。雖然這個設計做的也不太好，但是在設計過程中所學到的東西是這次課程設計的最大收獲和財富，使我終身受益。同時，通過對多種方案的分析討論讓我們明白在對于不同的環境和要求相應的要作出最合適的選擇的合理性和重要性。

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2018-7-18 17:43 上傳

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