基于555定時器的示波器通道擴(kuò)展器的實(shí)現(xiàn)

潘迪+楊啟強(qiáng)

摘要：設(shè)計將普通雙蹤示波器改裝成為多蹤示波器的電路，包括多蹤示波器的時鐘電路、位移電路、衰減和放大電路，實(shí)現(xiàn)用示波器一路探頭輸入穩(wěn)定顯示四路被測信號波形。向連接好的電路輸入四路不同的信號，可同時將其互不重疊地顯示出來，并可以通過改變波段開關(guān)的閉合狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)對輸出信號波形幅值的改變。

關(guān)鍵詞：555定時器；示波器；通道擴(kuò)展器

1設(shè)計要求

1.1基本要求

設(shè)計一個將普通雙蹤示波器改裝成為多蹤示波器的電路，包括多蹤示波器的時鐘電路、位移電路、衰減和放大電路。能夠?qū)崿F(xiàn)用示波器一路探頭輸入穩(wěn)定顯示四路被測信號波形。輸入信號幅度為0~10V，頻率不低于500Hz，系統(tǒng)電源DC±5V。一路顯示四個信號，峰峰值小于5V，單路直流電流，帶有自檢功能并且能夠調(diào)節(jié)。

1.2提高要求

自制電源，提供9V的電壓；四路被測信號波形的大小可以分別調(diào)整。

2方案與設(shè)計思路

（1）利用LMC555時基振蕩器作為時鐘電路，產(chǎn)生23kHz的方波作為進(jìn)制計數(shù)器74LS169的時鐘信號。（2）74LS169可以通過四位二進(jìn)制輸出來計時鐘沿的個數(shù)，利用其兩位輸出Qa、Qb作為多路模擬開關(guān)CD4052的地址。（3）CD4052為雙回路模擬開關(guān)芯片，一路為直流通道，另一路為信號通道。（4）被測信號經(jīng)CD4052的信號選通后由LF353雙運(yùn)放之一進(jìn)行放大或衰減處理，信號通過改變反饋電阻進(jìn)行放大或衰減。另一運(yùn)放組成加法器電路，將放大或衰減后的被測信號與不同的直流量疊加，以顯示在示波器熒光屏不同的位置。

3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

4主要電路和設(shè)計參數(shù)

總電路：主要由以下四個小電路模塊組成：（1）時鐘信號產(chǎn)生電路（555振蕩電路）；（2）地址信號產(chǎn)生電路（二進(jìn)制計數(shù)器）；（3）模擬開關(guān)電路（階梯波產(chǎn)生電路和信號輸入電路）；（4）放大電路（加權(quán)衰減放大）。

5實(shí)現(xiàn)功能

5.1分塊電路功能說明

LMC555構(gòu)成多諧振蕩器。用示波器觀察LMC555的3號管腳輸出，可觀察到方波。通過調(diào)節(jié)電位器，可改變波形的占空比和頻率（占空比D=（R1+R2）/（R1+2R2），振蕩頻率f=1.443/（R1+2R2）C）。調(diào)節(jié)方波占空比為50%，頻率約為23KHz。

74F169為計數(shù)器。用示波器觀察74F169的13、14號管腳輸出，可觀察到方波，其頻率分別為LMC555時基信號的四分頻、二分頻。

CD4052作為多路模擬開關(guān)，能夠?qū)⒅绷餍盘柵c交流信號疊加。當(dāng)沒有交流信號輸入時，用示波器觀察CD4052的13號管腳輸出，可觀察到階數(shù)為4的階梯波信號，其值分別為0V、-0.77V、-1.46V、-2.23V。

LF353為雙運(yùn)算放大器。在沒有交流信號輸入時，用示波器觀察LF353的7號管腳輸出，也可觀察到階數(shù)為4的階梯波信號，其值分別為0V、0.77V、1.46V、2.23V，頻率為LMC555時基信號的四分頻。

5.2總體電路功能說明

當(dāng)Vi1、Vi2、Vi3、Vi4四個端口分別接入四路不同的信號（幅度0-10V，頻率不低于500Hz，也不要太高），并閉合其中的一個開關(guān)時，可在輸出端口觀察到四路彼此分開的波形。輸入正弦波則輸出正弦波，輸入方波則輸出方波。若四個端口輸入相同的信號，則可觀察到四路幅值完全相當(dāng)?shù)妮敵鲂盘枴ｉ]合不同的開關(guān)，則四路輸出波形幅值大小同時變化。

6問題分析及解決

6.1對于LMC555的輸出方波頻率，最低還是不能和后面的器件頻率相匹配，因此我們用晶振來替代LMC555做方波的輸出，但是使用晶振之后，后面的衰減放大等電路參數(shù)極難控制；而一開始連接時采用的電容C1值為10pF，通過調(diào)節(jié)電位器來改變LMC555的輸出方波頻率，最低只能將其調(diào)至58KHz左右。由f=1.443/（R1+2R2）C可知，改變電容C1值，使其為1000pF，則頻率變?yōu)?3KHz左右，剛好達(dá)到了我們需要的頻率范圍內(nèi)。

6.2無輸入信號前提下，觀察雙運(yùn)放7號管腳輸出的階梯波，發(fā)現(xiàn)兩階梯之間的差小于1V。將電阻R6的阻值由最初的3KΩ改為2KΩ，則可滿足要求。

6.3在階梯波的產(chǎn)生和信號輸入的電路設(shè)計中，開始時階梯波的產(chǎn)生做一個電路，信號輸入做一個電路，但是經(jīng)過改良，一片CD4052就可以解決這樣的問題了，既產(chǎn)生了階梯波又作為信號的輸入，還能節(jié)省器件。

6.4關(guān)于放大電路的探討中，LF353可以實(shí)現(xiàn)放大的功能，LM324N也能夠?qū)崿F(xiàn)放大的功能。相對于LM324N來說，只需要一片就可以解決問題了，但是用了LM324N會出現(xiàn)加權(quán)和衰減放大時的波形失真，器件本身不合適，故而可以采用兩片LF353來實(shí)現(xiàn)放大，解決了放大電路的這一環(huán)節(jié)。

6.5自制9V的電壓源的電路中，開始時沒有用L7805CV和L7905CV的組合，電路的電壓輸出不是想要得到的參數(shù)，經(jīng)過分析和計算得到，只有在兩片芯片的組合之下才會更加的穩(wěn)定。

基金項(xiàng)目：課題名稱：示波器功能擴(kuò)展電路的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)。

摘要：設(shè)計將普通雙蹤示波器改裝成為多蹤示波器的電路，包括多蹤示波器的時鐘電路、位移電路、衰減和放大電路，實(shí)現(xiàn)用示波器一路探頭輸入穩(wěn)定顯示四路被測信號波形。向連接好的電路輸入四路不同的信號，可同時將其互不重疊地顯示出來，并可以通過改變波段開關(guān)的閉合狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)對輸出信號波形幅值的改變。

關(guān)鍵詞：555定時器；示波器；通道擴(kuò)展器

1設(shè)計要求

1.1基本要求

設(shè)計一個將普通雙蹤示波器改裝成為多蹤示波器的電路，包括多蹤示波器的時鐘電路、位移電路、衰減和放大電路。能夠?qū)崿F(xiàn)用示波器一路探頭輸入穩(wěn)定顯示四路被測信號波形。輸入信號幅度為0~10V，頻率不低于500Hz，系統(tǒng)電源DC±5V。一路顯示四個信號，峰峰值小于5V，單路直流電流，帶有自檢功能并且能夠調(diào)節(jié)。

1.2提高要求

自制電源，提供9V的電壓；四路被測信號波形的大小可以分別調(diào)整。

2方案與設(shè)計思路

（1）利用LMC555時基振蕩器作為時鐘電路，產(chǎn)生23kHz的方波作為進(jìn)制計數(shù)器74LS169的時鐘信號。（2）74LS169可以通過四位二進(jìn)制輸出來計時鐘沿的個數(shù)，利用其兩位輸出Qa、Qb作為多路模擬開關(guān)CD4052的地址。（3）CD4052為雙回路模擬開關(guān)芯片，一路為直流通道，另一路為信號通道。（4）被測信號經(jīng)CD4052的信號選通后由LF353雙運(yùn)放之一進(jìn)行放大或衰減處理，信號通過改變反饋電阻進(jìn)行放大或衰減。另一運(yùn)放組成加法器電路，將放大或衰減后的被測信號與不同的直流量疊加，以顯示在示波器熒光屏不同的位置。

3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

4主要電路和設(shè)計參數(shù)

總電路：主要由以下四個小電路模塊組成：（1）時鐘信號產(chǎn)生電路（555振蕩電路）；（2）地址信號產(chǎn)生電路（二進(jìn)制計數(shù)器）；（3）模擬開關(guān)電路（階梯波產(chǎn)生電路和信號輸入電路）；（4）放大電路（加權(quán)衰減放大）。

5實(shí)現(xiàn)功能

5.1分塊電路功能說明

LMC555構(gòu)成多諧振蕩器。用示波器觀察LMC555的3號管腳輸出，可觀察到方波。通過調(diào)節(jié)電位器，可改變波形的占空比和頻率（占空比D=（R1+R2）/（R1+2R2），振蕩頻率f=1.443/（R1+2R2）C）。調(diào)節(jié)方波占空比為50%，頻率約為23KHz。

74F169為計數(shù)器。用示波器觀察74F169的13、14號管腳輸出，可觀察到方波，其頻率分別為LMC555時基信號的四分頻、二分頻。

CD4052作為多路模擬開關(guān)，能夠?qū)⒅绷餍盘柵c交流信號疊加。當(dāng)沒有交流信號輸入時，用示波器觀察CD4052的13號管腳輸出，可觀察到階數(shù)為4的階梯波信號，其值分別為0V、-0.77V、-1.46V、-2.23V。

LF353為雙運(yùn)算放大器。在沒有交流信號輸入時，用示波器觀察LF353的7號管腳輸出，也可觀察到階數(shù)為4的階梯波信號，其值分別為0V、0.77V、1.46V、2.23V，頻率為LMC555時基信號的四分頻。

5.2總體電路功能說明

當(dāng)Vi1、Vi2、Vi3、Vi4四個端口分別接入四路不同的信號（幅度0-10V，頻率不低于500Hz，也不要太高），并閉合其中的一個開關(guān)時，可在輸出端口觀察到四路彼此分開的波形。輸入正弦波則輸出正弦波，輸入方波則輸出方波。若四個端口輸入相同的信號，則可觀察到四路幅值完全相當(dāng)?shù)妮敵鲂盘?。閉合不同的開關(guān)，則四路輸出波形幅值大小同時變化。

6問題分析及解決

6.1對于LMC555的輸出方波頻率，最低還是不能和后面的器件頻率相匹配，因此我們用晶振來替代LMC555做方波的輸出，但是使用晶振之后，后面的衰減放大等電路參數(shù)極難控制；而一開始連接時采用的電容C1值為10pF，通過調(diào)節(jié)電位器來改變LMC555的輸出方波頻率，最低只能將其調(diào)至58KHz左右。由f=1.443/（R1+2R2）C可知，改變電容C1值，使其為1000pF，則頻率變?yōu)?3KHz左右，剛好達(dá)到了我們需要的頻率范圍內(nèi)。

6.2無輸入信號前提下，觀察雙運(yùn)放7號管腳輸出的階梯波，發(fā)現(xiàn)兩階梯之間的差小于1V。將電阻R6的阻值由最初的3KΩ改為2KΩ，則可滿足要求。

6.3在階梯波的產(chǎn)生和信號輸入的電路設(shè)計中，開始時階梯波的產(chǎn)生做一個電路，信號輸入做一個電路，但是經(jīng)過改良，一片CD4052就可以解決這樣的問題了，既產(chǎn)生了階梯波又作為信號的輸入，還能節(jié)省器件。

6.4關(guān)于放大電路的探討中，LF353可以實(shí)現(xiàn)放大的功能，LM324N也能夠?qū)崿F(xiàn)放大的功能。相對于LM324N來說，只需要一片就可以解決問題了，但是用了LM324N會出現(xiàn)加權(quán)和衰減放大時的波形失真，器件本身不合適，故而可以采用兩片LF353來實(shí)現(xiàn)放大，解決了放大電路的這一環(huán)節(jié)。

6.5自制9V的電壓源的電路中，開始時沒有用L7805CV和L7905CV的組合，電路的電壓輸出不是想要得到的參數(shù)，經(jīng)過分析和計算得到，只有在兩片芯片的組合之下才會更加的穩(wěn)定。

基金項(xiàng)目：課題名稱：示波器功能擴(kuò)展電路的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)。

摘要：設(shè)計將普通雙蹤示波器改裝成為多蹤示波器的電路，包括多蹤示波器的時鐘電路、位移電路、衰減和放大電路，實(shí)現(xiàn)用示波器一路探頭輸入穩(wěn)定顯示四路被測信號波形。向連接好的電路輸入四路不同的信號，可同時將其互不重疊地顯示出來，并可以通過改變波段開關(guān)的閉合狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)對輸出信號波形幅值的改變。

關(guān)鍵詞：555定時器；示波器；通道擴(kuò)展器

1設(shè)計要求

1.1基本要求

設(shè)計一個將普通雙蹤示波器改裝成為多蹤示波器的電路，包括多蹤示波器的時鐘電路、位移電路、衰減和放大電路。能夠?qū)崿F(xiàn)用示波器一路探頭輸入穩(wěn)定顯示四路被測信號波形。輸入信號幅度為0~10V，頻率不低于500Hz，系統(tǒng)電源DC±5V。一路顯示四個信號，峰峰值小于5V，單路直流電流，帶有自檢功能并且能夠調(diào)節(jié)。

1.2提高要求

自制電源，提供9V的電壓；四路被測信號波形的大小可以分別調(diào)整。

2方案與設(shè)計思路

（1）利用LMC555時基振蕩器作為時鐘電路，產(chǎn)生23kHz的方波作為進(jìn)制計數(shù)器74LS169的時鐘信號。（2）74LS169可以通過四位二進(jìn)制輸出來計時鐘沿的個數(shù)，利用其兩位輸出Qa、Qb作為多路模擬開關(guān)CD4052的地址。（3）CD4052為雙回路模擬開關(guān)芯片，一路為直流通道，另一路為信號通道。（4）被測信號經(jīng)CD4052的信號選通后由LF353雙運(yùn)放之一進(jìn)行放大或衰減處理，信號通過改變反饋電阻進(jìn)行放大或衰減。另一運(yùn)放組成加法器電路，將放大或衰減后的被測信號與不同的直流量疊加，以顯示在示波器熒光屏不同的位置。

3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

4主要電路和設(shè)計參數(shù)

總電路：主要由以下四個小電路模塊組成：（1）時鐘信號產(chǎn)生電路（555振蕩電路）；（2）地址信號產(chǎn)生電路（二進(jìn)制計數(shù)器）；（3）模擬開關(guān)電路（階梯波產(chǎn)生電路和信號輸入電路）；（4）放大電路（加權(quán)衰減放大）。

5實(shí)現(xiàn)功能

5.1分塊電路功能說明

LMC555構(gòu)成多諧振蕩器。用示波器觀察LMC555的3號管腳輸出，可觀察到方波。通過調(diào)節(jié)電位器，可改變波形的占空比和頻率（占空比D=（R1+R2）/（R1+2R2），振蕩頻率f=1.443/（R1+2R2）C）。調(diào)節(jié)方波占空比為50%，頻率約為23KHz。

74F169為計數(shù)器。用示波器觀察74F169的13、14號管腳輸出，可觀察到方波，其頻率分別為LMC555時基信號的四分頻、二分頻。

CD4052作為多路模擬開關(guān)，能夠?qū)⒅绷餍盘柵c交流信號疊加。當(dāng)沒有交流信號輸入時，用示波器觀察CD4052的13號管腳輸出，可觀察到階數(shù)為4的階梯波信號，其值分別為0V、-0.77V、-1.46V、-2.23V。

LF353為雙運(yùn)算放大器。在沒有交流信號輸入時，用示波器觀察LF353的7號管腳輸出，也可觀察到階數(shù)為4的階梯波信號，其值分別為0V、0.77V、1.46V、2.23V，頻率為LMC555時基信號的四分頻。

5.2總體電路功能說明

當(dāng)Vi1、Vi2、Vi3、Vi4四個端口分別接入四路不同的信號（幅度0-10V，頻率不低于500Hz，也不要太高），并閉合其中的一個開關(guān)時，可在輸出端口觀察到四路彼此分開的波形。輸入正弦波則輸出正弦波，輸入方波則輸出方波。若四個端口輸入相同的信號，則可觀察到四路幅值完全相當(dāng)?shù)妮敵鲂盘?。閉合不同的開關(guān)，則四路輸出波形幅值大小同時變化。

6問題分析及解決

6.1對于LMC555的輸出方波頻率，最低還是不能和后面的器件頻率相匹配，因此我們用晶振來替代LMC555做方波的輸出，但是使用晶振之后，后面的衰減放大等電路參數(shù)極難控制；而一開始連接時采用的電容C1值為10pF，通過調(diào)節(jié)電位器來改變LMC555的輸出方波頻率，最低只能將其調(diào)至58KHz左右。由f=1.443/（R1+2R2）C可知，改變電容C1值，使其為1000pF，則頻率變?yōu)?3KHz左右，剛好達(dá)到了我們需要的頻率范圍內(nèi)。

6.2無輸入信號前提下，觀察雙運(yùn)放7號管腳輸出的階梯波，發(fā)現(xiàn)兩階梯之間的差小于1V。將電阻R6的阻值由最初的3KΩ改為2KΩ，則可滿足要求。

6.3在階梯波的產(chǎn)生和信號輸入的電路設(shè)計中，開始時階梯波的產(chǎn)生做一個電路，信號輸入做一個電路，但是經(jīng)過改良，一片CD4052就可以解決這樣的問題了，既產(chǎn)生了階梯波又作為信號的輸入，還能節(jié)省器件。

6.4關(guān)于放大電路的探討中，LF353可以實(shí)現(xiàn)放大的功能，LM324N也能夠?qū)崿F(xiàn)放大的功能。相對于LM324N來說，只需要一片就可以解決問題了，但是用了LM324N會出現(xiàn)加權(quán)和衰減放大時的波形失真，器件本身不合適，故而可以采用兩片LF353來實(shí)現(xiàn)放大，解決了放大電路的這一環(huán)節(jié)。

6.5自制9V的電壓源的電路中，開始時沒有用L7805CV和L7905CV的組合，電路的電壓輸出不是想要得到的參數(shù)，經(jīng)過分析和計算得到，只有在兩片芯片的組合之下才會更加的穩(wěn)定。

基金項(xiàng)目：課題名稱：示波器功能擴(kuò)展電路的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)。