基于定时器的脉宽调制电路.doc

引言 方波是一种非正弦曲线的波形，通常会于电子和讯号处理时出现。理想方波只有“高”和“低”这两个值。电流的波形为矩形的电流即为方波电流。因为方波可以快速从一个值转至另一个(即0→1或1→0)，所以方波就用作时钟讯号来准确地触发同步电路，此外方波信号在电子技术上具有较大应用，通过设计一个方波脉宽调制电路对研究方波产生的原理，加深方波基本参数的理解具有重大意义。 设计任务及要求 设计任务 利用电路分析基础、模拟电路、数字逻辑等专业基础课程所学知识，设计一个脉宽调制电路。 设计要求 电路输出矩形波； （1）输出频率范围：100Hz-5KHz； （2）脉冲宽度可调范围：1%-99%；间隔：1%； （3）输出幅度：1-5V。 电路特点 由于电路要求不高，功能简单，设计的电路在满足设计要求的条件下具有结构简单，性能可靠，经济实用等特点。 电路功能介绍及设计方案论证 电路功能介绍 根据设计任务及要求，电路主要功能为产生一个可以调节幅度、频率、占空比，输出稳定的方波信号，并且在调节方波的幅度、频率、占空比等参数时，不改变其他参数。 电路工作原理 获取矩形脉冲波形的途径一般有两种：一种利用各种形式的多谐振荡器电路直接产生所需要的矩形脉冲，另一种通过各种整形电路将已有的周期性变化波形变换为符合要求的矩形脉冲。根据设计任务及要求，采用第二种途径获取幅度、频率、占空比均可调的矩形脉冲波。 电路主要由多谐振荡器、微分电路、单稳态触发器三部分组成，电路利用多谐振荡器产生频率可调的矩形脉冲，利用单稳态触发器对产生的矩形脉进行整形，调节占空比。由于单稳态触发器要求输入脉冲宽度小于输出脉冲宽度，故在多谐振荡器和单稳态触发器之间加入微分电路，使多谐振荡器产生的脉冲宽度变窄。 总体设计方案及论证 总体设计方案 由前文分析电路工作原理可知，电路主要由多谐振荡器、单稳态触发器、微分电路三部分组成。由数字逻辑课程所学知识知，有多种方法组成多谐振荡器或单稳态触发器，考虑到电路的可靠性及成本因素，设计的电路主要使用555定时器与外加元件接成多谐振荡器和单稳态触发器，通过理论计算设置外加元件的电阻值、电容值，以满足设计要求，调节外接于555定时器的电阻来实现矩形脉冲的频率及占空比。同时在构成的多谐振荡器和单稳态触发器之间加上合适的微分电路，以满足单稳态触发器的工作条件。在输出端采用串联方式外接电阻箱，通过改变电阻箱阻值实现调节输出方波的幅度。 设计方案论证 （1）555定时器 555定时器是一种多用途的数字—模拟混合集成电路，利用555定时器能方便地构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。555定时器成本低廉，性能可靠，在构成单稳态触发器和多谐振荡器时仅需外接少量电阻、电容，电路结构简单，方便制作。由于555定时器使用灵活、方便，其在测量与控制、家用电器等许多领域得到广泛应用，属于常用芯片，方便获得。 （2）用555定时器接成的多谐振荡器 由图1所示，555定时器和外接元件R1、R2、C构成了多谐振荡器，555触发器的2脚与6脚直接相连，电路没有稳态，仅存在两个暂稳态。电源通过R1、R2向C充电以及C通过R2向放电端C1放电，电路产生振荡。电容C在1/3VCC到2/3VCC之间充电和放电，其波形如图2所示。输出信号的时间参数与外接的元件有关，如式（2. 1）、（2. 2）、（2. 3）所示 (2.1) (2.2) (2.3)  图1 多谐振荡器原理图 图2 多谐振荡器波形图 由式（2. 1）、（2.2）、（2.3）知，可通过改变电阻R1、R2的阻值改变矩形脉冲的周期。 （3）用555定时器接成的单稳态触发器 如图3所示为由555定时器和外接元件R、C构成的单稳态触发器，稳态时555电路输入端出院电源点评，内部放电开关管T导通，输出端输出为低电平，当有一个外部负脉冲触发信号输入，并使2脚点位瞬时低于1/3VCC时，低电平比较器动作，单稳态电路开始一个暂缓过程，电容C开始充电，VC按指数规律增长。VC充电到2/3VCC是，高电平比较器动作，输出电压从高电平返回低电平，放电开关管T重新导通，电容很快经放电开关管放电，暂态结束，恢复稳态。 图3 单稳态触发器原理图 暂稳态的持续时间tw由外接元件R、C的值决定，得到式（2. 4）。 (2.4) 由式（2. 4）知，通过调节外接元