555定时器构成的方波三角波正弦波发生器设计报告.docx

毕业设计（论文）

PAGE

1-

毕业设计（论文）报告

题目：

555定时器构成的方波三角波正弦波发生器设计报告

学号：

姓名：

学院：

专业：

指导教师：

起止日期：

555定时器构成的方波三角波正弦波发生器设计报告

摘要：本文主要介绍了基于555定时器的方波、三角波和正弦波发生器的设计。首先，对555定时器的原理和特性进行了详细阐述，分析了其在波形发生器中的应用。然后，针对方波、三角波和正弦波发生器的具体设计方法进行了深入探讨，包括电路设计、参数计算和仿真验证。最后，对实验结果进行了分析，验证了所设计发生器的性能。本文的研究成果为555定时器在波形发生器中的应用提供了有益的参考。

随着电子技术的快速发展，信号发生器在各个领域都发挥着重要作用。555定时器作为一种常用的时基电路，具有结构简单、工作稳定、成本低廉等优点，被广泛应用于波形发生器的设计中。本文旨在研究基于555定时器的方波、三角波和正弦波发生器的设计，以提高信号发生器的性能和稳定性。

一、555定时器原理及特性

1.555定时器的基本结构

555定时器，作为一款经典的集成电路，其基本结构主要由五个电阻、两个比较器、一个晶体管和若干的连接引脚组成。其中，五个电阻构成了一个分压器，用于提供两个比较器所需的参考电压。这两个比较器分别称为高电平比较器（TH）和低电平比较器（TL），它们分别与电阻分压网络相连接，并通过各自的输入端对电压进行检测。当输入电压超过高电平比较器的阈值电压（约2/3的电源电压）时，高电平比较器输出高电平，而当输入电压低于低电平比较器的阈值电压（约1/3的电源电压）时，低电平比较器输出高电平。

晶体管在555定时器中扮演着开关的角色，其基极与高电平比较器的输出端相连，发射极与低电平比较器的输出端相连。当高电平比较器输出高电平时，晶体管导通，电流从电源经过晶体管流入地，此时输出端（OUT）为低电平。相反，当低电平比较器输出高电平时，晶体管截止，电流无法流通，输出端为高电平。这种工作模式使得555定时器能够产生方波信号。

在实际应用中，555定时器的引脚配置如下：引脚1为接地端（GND），引脚2为控制端（CTRL），引脚3为输出端（OUT），引脚4为复位端（RESET），引脚5为电源端（VCC），引脚6为触发端（TRIGGER），引脚7为放电端（DISCHARGE）。控制端用于调节输出信号的占空比，当控制端接地时，占空比为50%；当控制端接电源时，占空比可调。复位端和触发端用于产生单次脉冲或周期性脉冲，放电端则用于将放电电容放电。

以一个典型的555定时器电路为例，假设电源电压为5V，则高电平比较器的阈值电压约为3.3V，低电平比较器的阈值电压约为1.7V。当输入电压从0V逐渐升高至1.7V时，低电平比较器输出高电平，晶体管导通，输出端为低电平。当输入电压继续升高至3.3V时，高电平比较器输出高电平，晶体管截止，输出端变为高电平。此时，放电端开始放电，电容上的电压逐渐降低，当电压降至1.7V以下时，低电平比较器输出低电平，晶体管导通，输出端再次变为低电平，从而形成方波信号。通过调整电阻和电容的值，可以改变输出信号的频率和占空比。

2.555定时器的工作原理

(1)555定时器的工作原理基于其内部比较器和阈值电压的设定。当输入电压施加到555定时器的非反相输入端（即阈值电压输入端）和反相输入端（即触发电压输入端）时，两个比较器分别对这两个输入端的电压进行比较。当非反相输入端的电压超过2/3的电源电压时，高电平比较器输出高电平，晶体管导通，导致输出端变为低电平。相反，当反相输入端的电压低于1/3的电源电压时，低电平比较器输出高电平，晶体管截止，输出端变为高电平。

(2)在555定时器的典型应用中，如产生方波信号，一个电阻和电容组成的RC电路连接到触发端和放电端。当RC电路的电容充电至高于1/3电源电压时，触发端电压超过低电平比较器的阈值，导致输出端变为低电平。随后，放电端开始放电，电容电压下降，当电压低于2/3电源电压时，高电平比较器输出高电平，晶体管导通，输出端变为高电平。这个过程重复进行，从而在输出端产生方波信号。

(3)在设计555定时器产生三角波信号时，RC电路的电容充电和放电速度会影响三角波的幅度和频率。例如，假设电源电压为5V，电容充电至2/3电源电压（即3.3V）所需时间为0.7RC，其中R为电阻值，C为电容值。如果R=1kΩ，C=1μF，则充电时间为0.7×1kΩ×1μF=0.7ms。通过调整R和C的值，可以改变三角波的频率。在放电过程中，放电端通过晶体管直接连接到地，使得放电时间远短于充电时间，从而形成斜率不同的三角波。

3.555定时器的特性分析

(1)555定时器以其高