目录一、课程设计目的 (2)二、课程设计正文 (2)2.1总体论述 (2)2.2方案选型 (2)2.2.1总体方案 (2)2.2.2各单元电路方案及集成电路 (2)2.3电路原理图 (4)2.4运行详细描述 (8)2.5制作调试过程 (9)2.6器件清单 (14)三、实验设计总结或结论 (15)四、参考文献 (15)一、课程设计目的1、掌握电子系统的一般设计方法。

2、理解占空比可调的方波发生器的设计原理，掌握占空比的设计原理和计算。

3、提高综合应用所学只是来指导实践的能力。

二、课程设计正文2.1总体论述2.1.1设计任务1、根据技术要求和现有开发环境，分析课设题目；2、设计系统实现方案；3、设计绘制电路原理图并选择元器件；4、焊接电路、调试；5、记录结果、修改并完善设计；6、编写课程设计报告。

2.1.2、技术要求（1）设计要求：设计一方波产生电路。

输出要求：占空比可调；输出方波电压值：8v<|V0|<15v;振荡周期：2ms<T<10ms。

（2）设计方法：使用集成运算放大器555定时器、稳压二极管、二极管、电阻等器件。

2.2方案选型2.2.1总体方案图（1）总体方案2.2.2各单元电路方案及集成电路图（2）555定时器内部结构图（3）555定时器的输出波形接通V CC后瞬间，V CC通过R 对C充电，当u c上升到2V CC/3时，将触发器置0，u o＝0，放电管T导通，C通过T放电，电路进入稳态。

u I到来时，因为u I＜V CC/3，使u O又由0变为1，电路进入暂稳态。

放电管T截止，V CC经R对C充电。

直到u C上升到2V CC/3时，u O＝0，T导通，C放电，电路恢复到稳定综合上述分析，可得555定时器功能表如表（1）：输入输出阈值输入(V11) 触发输入(V12) 复位(Rd) 输出(Vo) 放电管T X X 0 0 导通<2/3Vcc <1/3Vcc 1 1 截止>2/3Vcc >1/3Vcc 1 0 导通<2/3Vcc >1/3Vcc 1 不变不变表（1）2.3电路原理图图（3）555定时器实现占空比可调的方波发生器电路图（4）555定时器占空比可调的方波电路实物图方案二图（5）总体方案（2）本方案采用电压比较器作为基础元件构成电路，完成占空比可调的方波函数发生器电路。

当集成运放用作比较器时，它不施加负反馈，而是开环工作。

因此，不需要为保证闭环工作稳定而施加相位补偿电路。

这种集成器件可以与各种数字电路要求的逻辑电平相匹配，一般具有迟滞特性和锁定功能。

当电压比较器处于锁定状态时，输出电平保持不变，与输入电压大小无关。

图（6）电压比较器选择电压比较器构成的迟滞比较器构成方波函数发生器的电路，输出无失真的脉冲波形。

图（7）迟滞比较器电路图（8）迟滞比较器产生方波的电路图中，占空比是恒定不变的，不符合占空比可调的设计要求，所以，要对图8进行改进，获得占空比可调的电路。

采用图（9）电路进行设计，可以满足占空比可调的方波函数发生器要求。

图（9）迟滞比较器实现占空比可调的方波电路图（10）迟滞比较器实现占空比可调的方波电路实物图2.4 运行详细描述(1)电路组成及其引脚如图（7）图（11）555定时器内部结构及引脚图(2)555的工作原理它含有两个电压比较器，一个基本RS触发器，一个放电开关T，比较器的参考电压由三只5KΩ的电阻器构成分压，它们分别使高电平比较器C1同相比较端和低电平比较器C2的反相输入端的参考电平为Vcc 32和Vcc 31。

C1和C2的输出端控制RS 触发器状态和放电管开关状态。

当输入信号输入并超过Vcc 32时，触发器复位，555的输出端3脚输出低电平，同时放电，开关管导通；当输入信号自2脚输入并低于Vcc 31时，触发器置位，555的(3)脚输出高电平，同时放电，开关管截止。

D R 是复位端，当其为0时，555输出低电平。

平时该端开路或接Vcc 。

Vco 是控制电压端（5脚），平时输出Vcc 32作为比较器A1的参考电平，当5脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制，在不接外加电压时，通常接一个0.01F μ的电容器到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，以确保参考电平的稳定。

T 为放电管，当T 导通时，将给接于脚7的电容器提供低阻放电电路.电压比较器的作用是对两个输入电压进行比较，并根据比较结果输出高、低两个电平的电压，以满足后面连接的数字电路对1和0两个逻辑电平的要求。

如图所示，I V 为待比较的输入信号电压，REF V 为输入参考电压。

REF V 是比较的门限电压。

若集成运放是理想的，则当I V 通过REF V 时，输出电压O V 发生突变，即：I V 由大减小通过REF V 时，O V 由低电平值m in O V 上跃到高电平值m ax O V ，而I V 由小增大通过REF V 时，O V 则由m ax O V 下跃到m in O V ，相应的比较特性如图所示。

其中，m ax O V 和m in O V 事集成运放输出的两个极限电压。

（4）利用迟滞比较器构成方波发生器如下图所示，图中R 和C 为定时元件。

比较器的两个门限电压分别为IH V =OHV 212R R R +,IL V =OL V 212R R R +.假设t=0时，O V =OH V ，且C 上起始电压为零，这时，OH V 通过R 向C 充电，C 上电压按指数规律上升，直到其值等于IH V 时，O V 由OH V 下跃到OL V 。

C 将通过R 放电。

C 上电压按指数规律下降，直到其值等于IL V 时，O V 由OL V 上跃到OH V 。

之后C 又充电，如此重复，得到下图所示方波。

可以证明，振荡周期为T=2RCln(1+12R R 2).图（12）迟滞比较器构成方波发生器2.5制作调试过程2.5.1电路板焊接（1）依照原理图将各个元器件安放在电路板上并布局。

（2）进行焊接。

焊接过程中要边焊接边检查，防止漏焊、连焊。

2.5.2电路调试（1）555定时器实现占空比可调方波电路调试如电路原理图所示，电路只要一加上直流电压V DD，振荡器便起振。

刚通电时，由于C上的电压不能突变，即2脚点位的起始电平为地电位，使555置位，3脚呈高电平。

C通过RA、D1对其充电，充电时间T充=0.693RaC。

电压充到阈值电平2/3V DD时，555复位，3脚转呈低电平，此时C通过D1、RB、555内部的放电管放电，放电时间T放=0.693RbC设占空比为D,则D=Ra/(Ra+Rb)=Ra/RpRP1：当其中心头滑向最上端时，Dmin=0/Rp=0RP1中心头滑向最下端时，Dmax=10K/10K=100%调试结果如下图：图（13）555定时器实现占空比可调电路调试结果（2）迟滞比较器实现占空比可调方波调试在迟滞比较器构成的方波函数发生器的基础上进行改进，使占空比可调，电路图如上所示。

显然为了改变输出方波的占空比，应改变电容器C的充电和放电时间常数。

占空比可调的矩形波电路见上图。

C充电时，充电电流经电位器的下半部、二极管D2、R1，输出为高电平段。

C放电时，放电电流经R1、二极管D1、电位器的上半部，输出为低电平段图（14）555定时器实现占空比可调电路波形。

图（15） 输出方波信号由原理图得出如上图所示波形。

占空比为：2111T T τττ+=,1τ为高电平脉宽，2τ为低电平脉宽。

)C R R (R 1D2'61++=τ, )C R R R -(R 1D1'662++=τ， T=(16R 2R +)C ，其中'6R 是电位器中点到下端电阻,D1R 、D2R 是二极管导通电阻。

根据公式)C R R (R 1D2'61++=τ、)C R R R -(R 1D1'662++=τ，T=(16R 2R +)C 可知，高、低电平的脉冲宽度与电容、1R 和电位器6R 的取值有关。

进而由2111T T τττ+=可知，改变上述三个参数，将会改变占空比。

迟滞比较器可以构成方波函数发生器，根据设计要求占空比是可调的，则需要添加两个二极管和一个电位器对原始电路进行改进，改进后如原理图所示。

.根据修改后的电路，C 充电时，充电电流经电位器的下半部、二极管D2、R1；C 放电时，放电电流经电位器的上半部、R1、二极管D1。

根据公式)C R R (R 1D2'61++=τ、)C R R R -(R 1D1'662++=τ，T=(16R 2R +)C 可知，高、低电平的脉冲宽度与电容、1R 和电位器6R 的取值有关。

进而由2111T T τττ+=可知，改变上述三个参数，将会改变占空比，实现原理图功能。

在仿真软件上完成原理图，并开始仿真。

电器的工作电压为5V~15V 之间，调整各个元件的参数，直至在示波器上输出不失真的方波波形。

满足输出方波不失真的情况，.继续调整各个元件的参数，使输出波形满足输出方波电压值：8V<|o V |<15V ；振荡周期：2ms<T<10ms 。

由T=(16R 2R +)C 可知，参数1R 、6R 、C 的改变将影响振荡周期T 。

完成上述操作后，验证占空比可调及其正确性，根据公式)C R R (R 1D2'61++=τ、)C R R R -(R 1D1'662++=τ，2111T T τττ+=，保持1R 、6R 、C 值不变，调节电位器，即改变'6R 的值，进而影响1τ，2τ，达到占空比可调的目的。

C 充电时，充电电流经电位器的下半部、二极管D2、R1，输出为高电平段。

C 放电时，放电电流经R1、二极管D1、电位器的上半部，输出为低电平段。

首先，将电位器向下端滑动，'6R 减小，结果1τ减小，2τ增加，则占空比减小；同理，将电位器向上端滑动，'6R 增大，结果1τ增大，2τ减小，则占空比增大。

最后得到的是符合要求的占空比可调的方波函数发生器。

图（16） 迟滞比较器实现占空比可调的方波电路调试结果图（17）迟滞比较器实现占空比可调的方波电路波形2.6器件清单器件名称大小（型号）数目电阻2k 11k 5 滑动变阻器2k 110k 1二极管 4电容1uF 11F 1 极性电容1uF 1稳压二极管 2555定时器 1直流电源5V～15V 1导线，直流电源5~15V，一个电烙铁，松香，焊锡，排针若干，烙铁架，钳子，排线，镊子一个三、实验设计总结或结论作为整个学习体系的有机组成部分，此次课程设计虽然只安排短短一周时间，但并不具有绝对独立的意义。

它的意义很广泛可是对于我们而言，其中最重要的一个功能，在于运用学习成果，检验学习成果，看一看课堂学习与实际动手到底有多大距离，并通过综合分析，找出学习中存在的不足，以便为完善学习计划，改变学习内容与方法提供实践依据。