基于555定時器的示波器通道擴展器的實現

潘迪+楊啟強

摘要：設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，實現用示波器一路探頭輸入穩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的閉合狀態來實現對輸出信號波形幅值的改變。

關鍵詞：555定時器；示波器；通道擴展器

1設計要求

1.1基本要求

設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。能夠實現用示波器一路探頭輸入穩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節。

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整。

2方案與設計思路

（1）利用LMC555時基振蕩器作為時鐘電路，產生23kHz的方波作為進制計數器74LS169的時鐘信號。（2）74LS169可以通過四位二進制輸出來計時鐘沿的個數，利用其兩位輸出Qa、Qb作為多路模擬開關CD4052的地址。（3）CD4052為雙回路模擬開關芯片，一路為直流通道，另一路為信號通道。（4）被測信號經CD4052的信號選通后由LF353雙運放之一進行放大或衰減處理，信號通過改變反饋電阻進行放大或衰減。另一運放組成加法器電路，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系統結構框圖

4主要電路和設計參數

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

5實現功能

5.1分塊電路功能說明

LMC555構成多諧振蕩器。用示波器觀察LMC555的3號管腳輸出，可觀察到方波。通過調節電位器，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）。調節方波占空比為50%，頻率約為23KHz。

74F169為計數器。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，能夠將直流信號與交流信號疊加。當沒有交流信號輸入時，用示波器觀察CD4052的13號管腳輸出，可觀察到階數為4的階梯波信號，其值分別為0V、-0.77V、-1.46V、-2.23V。

LF353為雙運算放大器。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的輸出信號。閉合不同的開關，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極難控制；而一開始連接時采用的電容C1值為10pF，通過調節電位器來改變LMC555的輸出方波頻率，最低只能將其調至58KHz左右。由f=1.443/（R1+2R2）C可知，改變電容C1值，使其為1000pF，則頻率變為23KHz左右，剛好達到了我們需要的頻率范圍內。

6.2無輸入信號前提下，觀察雙運放7號管腳輸出的階梯波，發現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在階梯波的產生和信號輸入的電路設計中，開始時階梯波的產生做一個電路，信號輸入做一個電路，但是經過改良，一片CD4052就可以解決這樣的問題了，既產生了階梯波又作為信號的輸入，還能節省器件。

6.4關于放大電路的探討中，LF353可以實現放大的功能，LM324N也能夠實現放大的功能。相對于LM324N來說，只需要一片就可以解決問題了，但是用了LM324N會出現加權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來實現放大，解決了放大電路的這一環節。

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，經過分析和計算得到，只有在兩片芯片的組合之下才會更加的穩定。

基金項目：課題名稱：示波器功能擴展電路的設計與實現。

摘要：設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，實現用示波器一路探頭輸入穩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的閉合狀態來實現對輸出信號波形幅值的改變。

關鍵詞：555定時器；示波器；通道擴展器

1設計要求

1.1基本要求

設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。能夠實現用示波器一路探頭輸入穩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節。

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整。

2方案與設計思路

（1）利用LMC555時基振蕩器作為時鐘電路，產生23kHz的方波作為進制計數器74LS169的時鐘信號。（2）74LS169可以通過四位二進制輸出來計時鐘沿的個數，利用其兩位輸出Qa、Qb作為多路模擬開關CD4052的地址。（3）CD4052為雙回路模擬開關芯片，一路為直流通道，另一路為信號通道。（4）被測信號經CD4052的信號選通后由LF353雙運放之一進行放大或衰減處理，信號通過改變反饋電阻進行放大或衰減。另一運放組成加法器電路，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系統結構框圖

4主要電路和設計參數

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

5實現功能

5.1分塊電路功能說明

LMC555構成多諧振蕩器。用示波器觀察LMC555的3號管腳輸出，可觀察到方波。通過調節電位器，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）。調節方波占空比為50%，頻率約為23KHz。

74F169為計數器。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，能夠將直流信號與交流信號疊加。當沒有交流信號輸入時，用示波器觀察CD4052的13號管腳輸出，可觀察到階數為4的階梯波信號，其值分別為0V、-0.77V、-1.46V、-2.23V。

LF353為雙運算放大器。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的輸出信號。閉合不同的開關，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極難控制；而一開始連接時采用的電容C1值為10pF，通過調節電位器來改變LMC555的輸出方波頻率，最低只能將其調至58KHz左右。由f=1.443/（R1+2R2）C可知，改變電容C1值，使其為1000pF，則頻率變為23KHz左右，剛好達到了我們需要的頻率范圍內。

6.2無輸入信號前提下，觀察雙運放7號管腳輸出的階梯波，發現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在階梯波的產生和信號輸入的電路設計中，開始時階梯波的產生做一個電路，信號輸入做一個電路，但是經過改良，一片CD4052就可以解決這樣的問題了，既產生了階梯波又作為信號的輸入，還能節省器件。

6.4關于放大電路的探討中，LF353可以實現放大的功能，LM324N也能夠實現放大的功能。相對于LM324N來說，只需要一片就可以解決問題了，但是用了LM324N會出現加權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來實現放大，解決了放大電路的這一環節。

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，經過分析和計算得到，只有在兩片芯片的組合之下才會更加的穩定。

基金項目：課題名稱：示波器功能擴展電路的設計與實現。

摘要：設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，實現用示波器一路探頭輸入穩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的閉合狀態來實現對輸出信號波形幅值的改變。

關鍵詞：555定時器；示波器；通道擴展器

1設計要求

1.1基本要求

設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。能夠實現用示波器一路探頭輸入穩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節。

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整。

2方案與設計思路

（1）利用LMC555時基振蕩器作為時鐘電路，產生23kHz的方波作為進制計數器74LS169的時鐘信號。（2）74LS169可以通過四位二進制輸出來計時鐘沿的個數，利用其兩位輸出Qa、Qb作為多路模擬開關CD4052的地址。（3）CD4052為雙回路模擬開關芯片，一路為直流通道，另一路為信號通道。（4）被測信號經CD4052的信號選通后由LF353雙運放之一進行放大或衰減處理，信號通過改變反饋電阻進行放大或衰減。另一運放組成加法器電路，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系統結構框圖

4主要電路和設計參數

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

5實現功能

5.1分塊電路功能說明

LMC555構成多諧振蕩器。用示波器觀察LMC555的3號管腳輸出，可觀察到方波。通過調節電位器，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）。調節方波占空比為50%，頻率約為23KHz。

74F169為計數器。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，能夠將直流信號與交流信號疊加。當沒有交流信號輸入時，用示波器觀察CD4052的13號管腳輸出，可觀察到階數為4的階梯波信號，其值分別為0V、-0.77V、-1.46V、-2.23V。

LF353為雙運算放大器。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的輸出信號。閉合不同的開關，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極難控制；而一開始連接時采用的電容C1值為10pF，通過調節電位器來改變LMC555的輸出方波頻率，最低只能將其調至58KHz左右。由f=1.443/（R1+2R2）C可知，改變電容C1值，使其為1000pF，則頻率變為23KHz左右，剛好達到了我們需要的頻率范圍內。

6.2無輸入信號前提下，觀察雙運放7號管腳輸出的階梯波，發現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在階梯波的產生和信號輸入的電路設計中，開始時階梯波的產生做一個電路，信號輸入做一個電路，但是經過改良，一片CD4052就可以解決這樣的問題了，既產生了階梯波又作為信號的輸入，還能節省器件。

6.4關于放大電路的探討中，LF353可以實現放大的功能，LM324N也能夠實現放大的功能。相對于LM324N來說，只需要一片就可以解決問題了，但是用了LM324N會出現加權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來實現放大，解決了放大電路的這一環節。

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，經過分析和計算得到，只有在兩片芯片的組合之下才會更加的穩定。

基金項目：課題名稱：示波器功能擴展電路的設計與實現。