基于555时基集成芯片压控振荡器
简 介: 对于555振荡器压控端(PIN5)对于输出信号的占空比 以及频率进行分析和实际测试e.bjdj.gov.cn发现在PIN5电压比较低的时候,会出现频率与理论上计算不同。使用超声波接受传感器以及普通的驻极体MIC接收超声波, 它们均会产生相应。 由于非线性,可以在普通MIC输出的信号中解调出低频信号。
关键词
: 超声波,555
Contents
§01 555振荡器
555定时器在用在很多电子线路中。 博文 超声波定向传送:驱动功率电路制作 中利用了555定时器完成信号调制。 本文对于这个调制过程的理论进行分析。
▲ 图1.1 555定时电路
1.1 555多谐振荡电路
下图是基于555时基集成芯片组成多谐振荡电路的典型电路。
▲ 图1.1.1 555多谐振荡器
1.1.1 基本振荡频率
当PIN5(对应的VCNT)通过电容对地时, PIN5对应的电压为VCC的 2/3, 此时对应的充放电的时间分别为:
- 高电平时间: ln2⋅(R1+R2)⋅C\ln 2 \cdot \left( {R_1 + R_2 } \right) \cdot Cln2⋅(R1+R2)⋅C
- 低电平时间: ln2⋅R2⋅C\ln 2 \cdot R_2 \cdot Cln2⋅R2⋅C
▲ 图1.1.2 555振荡信号以及计算公式
(1)测量实际电路
实验电路中的器件参数:
- 电路元器件参数:
-
R1
:1kΩ
R2
:100kΩ
C
:222.1pF
U1
:NE555
根据前面计算公式,可以知道对应的频率为:
f=1ln2(R1+2R2)C=1ln2×201k×222.1p=32.316kHzf = {1 \over {\ln 2\left( {R_1 + 2R_2 } \right)C}} = {1 \over {\ln 2 \times 201k \times 222.1p}} = 32.316kHzf=ln2(R1+2R2)C1=ln2×201k×222.1p1=32.316kHz
▲ 图1.1.3 面包板上的实验电路板
测量NE555 管脚5 对于PIN1(GND), PIN8 (VCC)之间的电阻。
- NE555管脚5电阻:
-
对PIN1电阻
:10.53kΩ
对PIN8电阻
:5.38kΩ
工作电压为+9V时,测量PIN5 的电压。
- NE555管脚电压:
-
PIN8(VCC)
:8.99V
PIN5(VCTR)
:5.99V
通过上面测量可以看到, NE555的PIN5实现VCC对地之间的三分之二还是非常精确的。
(2)555工作波形
下面是测量555的PIN3(OUT),PIN2管脚的波形。
▲ 图1.1.4 测量555的PIN3(蓝色),PIN2(青色)波形
对比前面通过理论计算的频率,实测频率相差 11.91%。
1.1.2 PIN5电压控制
如果NE555的工作电压为 VCCV_{CC}VCC , 管脚5 对应的电压为 VPin5V_{Pin5}VPin5 。
多谐振荡器的高低电平时间分别为: TUP=ln(23VCCVCC−VPin5)⋅(R1+R2)⋅CT_{UP} = \ln \left( {{{{2 \over 3}V_{CC} } \over {V_{CC} - V_{Pin5} }}} \right) \cdot \left( {R_1 + R_2 } \right) \cdot CTUP=ln(VCC−VPin532VCC)⋅(R1+R2)⋅C TDN=ln2⋅R2CT_{DN} = \ln 2 \cdot R_2 CTDN=ln2⋅R2C
▲ 图1.1.5 NE555内部功能结构图
所以,PIN5电压改变,只是改变了高电平时长。
(1)测量实际电路
利用FLUKE45的双参数测量功能(VOLTAGE, FREQUENCY), 每2秒采集一个数字, 输出数字如下图所示。
▲ 图1.1.6 测量PIN5电源对输出电压与频率影响
下面是每个5秒钟采集一个数字所获得的数据。验证了,上面2秒中测量得到的曲线出现的抖动完全是由于FLUKE45数字万用表在转换电压和频率的时候所需要的时间比较多引起的。
▲ 图1.1.7 测量PIN5电源对输出电压与频率影响
▲ 图1.1.8 重新测量的结果
v5=[1.00000,1.06061,1.12121,1.18182,1.24242,1.30303,1.36364,1.42424,1.48485,1.54545,1.60606,1.66667,1.72727,1.78788,1.84848,1.90909,1.96970,2.03030,2.09091,2.15152,2.21212,2.27273,2.33333,2.39394,2.45455,2.51515,2.57576,2.63636,2.69697,2.75758,2.81818,2.87879,2.93939,3.00000,3.06061,3.12121,3.18182,3.24242,3.30303,3.36364,3.42424,3.48485,3.54545,3.60606,3.66667,3.72727,3.78788,3.84848,3.90909,3.96970,4.03030,4.09091,4.15152,4.21212,4.27273,4.33333,4.39394,4.45455,4.51515,4.57576,4.63636,4.69697,4.75758,4.81818,4.87879,4.93939,5.00000,5.06061,5.12121,5.18182,5.24242,5.30303,5.36364,5.42424,5.48485,5.54545,5.60606,5.66667,5.72727,5.78788,5.84848,5.90909,5.96970,6.03030,6.09091,6.15152,6.21212,6.27273,6.33333,6.39394,6.45455,6.51515,6.57576,6.63636,6.69697,6.75758,6.81818,6.87879,6.93939,7.00000]
vdim=[0.75023,0.78360,0.81874,0.85515,0.89246,0.93040,0.96877,1.00910,1.04760,1.08660,1.12610,1.16560,1.20510,1.24490,1.28470,1.32500,1.36490,1.40500,1.44510,1.48540,1.52560,1.56600,1.60690,1.64740,1.68800,1.72860,1.76940,1.81030,1.85100,1.89220,1.93320,1.97430,2.01530,2.05660,2.09780,2.13890,2.18020,2.22200,2.26340,2.30470,2.34630,2.38780,2.42940,2.47100,2.51300,2.55480,2.59670,2.63850,2.68040,2.72240,2.76450,2.80710,2.84920,2.89160,2.93390,2.97650,3.01920,3.06190,3.10480,3.14810,3.19120,3.23440,3.27760,3.32090,3.36430,3.40790,3.45200,3.49560,3.53930,3.58320,3.62720,3.67130,3.71550,3.75970,3.80450,3.84880,3.89350,3.93820,3.98320,4.02810,4.07340,4.11900,4.16460,4.21040,4.25620,4.30230,4.34850,4.39480,4.44190,4.48860,4.53570,4.58290,4.63030,4.67800,4.72600,4.77440,4.82320,4.87200,4.92130,4.97080]
fdim=[40141.99609,41910.00000,43321.99609,44431.00000,45290.00000,45950.00000,46451.99609,46843.00000,47122.00000,47320.00000,47454.00000,47535.99609,47573.00391,47571.99609,47541.00000,47481.00000,47400.00000,47300.00000,47179.00000,47045.00000,46895.00000,46734.00391,46563.00000,46380.00000,46187.00000,45989.00000,45782.00000,45569.00000,45350.00000,45124.00000,44896.00000,44664.00391,44425.99609,44183.99219,43939.00000,43690.00000,43439.00000,43183.99219,42929.00000,42671.00000,42409.00000,42147.00000,41881.00000,41613.00000,41343.00000,41071.99609,40801.00000,40527.00000,40252.00000,39975.00000,39696.00000,39413.00000,39131.00000,38846.00000,38562.00000,38276.00000,37987.00000,37698.00000,37406.00000,37110.00000,36814.00000,36520.00000,36222.00000,35925.00000,35625.00000,35324.00000,35021.00000,34719.00000,34416.99609,34114.00000,33808.99609,33503.00000,33196.99609,32891.99609,32580.00195,32270.00000,31959.99805,31650.00000,31338.00000,31024.00000,30709.00000,30389.00195,30073.00000,29754.00195,29434.00000,29112.00000,28788.00000,28463.00000,28132.99805,27805.00000,27476.00000,27145.00000,26812.00000,26477.00000,26140.00000,25802.00000,25457.00195,25115.00000,24769.00000,24420.00000]
(2)测量程序和数据
from headm import *
from tsmodule.tsvisa import *
from tsmodule.tsstm32 import *v5 = linspace(1, 7, 100)vdim = []
fdim = []for v in v5:dh1766volt(v)time.sleep(5)meter = meterval()vdim.append(meter[0])fdim.append(meter[1])printff(v, meter)tspsave('measure', v5=v5, vdim=vdim, fdim=fdim)plt.subplot(1,2,1)
plt.plot(v5, vdim, label='Voltage(V)')
plt.xlabel("V5(V)")
plt.ylabel("Voltage(V)")
plt.grid(True)
plt.tight_layout()plt.subplot(1,2,2)
plt.plot(v5, fdim, label='Frequency(Hz)')
plt.xlabel("V5(V)")
plt.ylabel("Frequency(Hz)")
plt.grid(True)
plt.tight_layout()plt.show()
v5=[1.00000,1.06061,1.12121,1.18182,1.24242,1.30303,1.36364,1.42424,1.48485,1.54545,1.60606,1.66667,1.72727,1.78788,1.84848,1.90909,1.96970,2.03030,2.09091,2.15152,2.21212,2.27273,2.33333,2.39394,2.45455,2.51515,2.57576,2.63636,2.69697,2.75758,2.81818,2.87879,2.93939,3.00000,3.06061,3.12121,3.18182,3.24242,3.30303,3.36364,3.42424,3.48485,3.54545,3.60606,3.66667,3.72727,3.78788,3.84848,3.90909,3.96970,4.03030,4.09091,4.15152,4.21212,4.27273,4.33333,4.39394,4.45455,4.51515,4.57576,4.63636,4.69697,4.75758,4.81818,4.87879,4.93939,5.00000,5.06061,5.12121,5.18182,5.24242,5.30303,5.36364,5.42424,5.48485,5.54545,5.60606,5.66667,5.72727,5.78788,5.84848,5.90909,5.96970,6.03030,6.09091,6.15152,6.21212,6.27273,6.33333,6.39394,6.45455,6.51515,6.57576,6.63636,6.69697,6.75758,6.81818,6.87879,6.93939,7.00000]
vdim=[0.75404,0.78795,0.82359,0.86051,0.89833,0.93677,0.97563,1.01650,1.05550,1.09520,1.13500,1.17480,1.21500,1.25510,1.29540,1.33620,1.37660,1.41720,1.45770,1.49830,1.53900,1.58000,1.62110,1.66220,1.70330,1.74440,1.78550,1.82680,1.86810,1.90990,1.95130,1.99270,2.03430,2.07590,2.11760,2.15920,2.20100,2.24310,2.28500,2.32700,2.36890,2.41090,2.45290,2.49500,2.53750,2.57990,2.62200,2.66440,2.70690,2.74930,2.79190,2.83500,2.87770,2.92050,2.96350,3.00660,3.04970,3.09290,3.13640,3.18020,3.22370,3.26750,3.31120,3.35500,3.39900,3.44300,3.48750,3.53170,3.57610,3.62040,3.66490,3.70940,3.75410,3.79890,3.84420,3.88920,3.93440,3.97970,4.02520,4.07080,4.11670,4.16300,4.20930,4.25540,4.30190,4.34860,4.39560,4.44250,4.49000,4.53760,4.58540,4.63330,4.68150,4.72990,4.77850,4.82770,4.87740,4.92700,4.97700,5.02730]
fdim=[39487.00000,41198.00391,42554.00000,43606.99609,44416.00000,45030.00000,45494.00000,45849.00000,46095.00000,46264.00391,46376.00000,46436.00000,46455.00000,46439.00000,46393.00391,46321.99609,46231.00000,46119.00000,45988.00000,45844.00000,45687.00000,45518.00391,45339.00391,45152.00000,44955.00000,44753.00000,44543.00000,44326.00000,44104.00000,43875.00000,43644.00000,43409.00000,43171.00000,42926.99609,42682.00000,42433.00000,42181.00000,41925.00000,41669.00000,41412.00000,41152.00000,40890.99609,40627.00000,40360.00000,40090.00000,39820.00000,39551.00000,39280.00000,39005.00391,38731.00000,38453.00000,38172.00000,37893.00391,37610.00000,37327.00000,37041.00000,36756.00000,36469.00000,36179.00000,35886.00000,35595.00000,35302.00000,35008.00000,34711.00000,34415.00391,34118.00000,33819.00000,33520.00000,33221.00000,32921.00000,32622.00195,32317.99805,32015.00000,31711.00000,31405.00195,31101.00000,30795.99805,30488.00000,30179.00195,29869.00000,29557.00195,29241.00000,28926.00000,28610.99805,28292.99805,27975.00000,27655.00195,27334.00000,27007.99805,26683.00391,26357.00195,26028.00000,25699.00000,25367.99805,25035.00000,24698.00000,24357.00195,24017.00000,23675.00000,23330.00000]
1.1.3 理论分析与对比
如果借助于前面给定的电路工作参数, 理论上计算管脚PIN5电压与555输出电压平均值和频率之间的曲线。
▲ .理论计算输出电压与频率曲线
from headm import *R1 = 1e3
R2 = 100e3
C = 222e-12Vcc=9v5 = linspace(1, 7, 100)vdim = []
fdim = []for v in v5:tdown = log(2)*R2*Ctup = log(2/3*Vcc/(Vcc-v))*(R1+R2)*Cvdim.append(Vcc*tup/(tup+tdown))fdim.append(1/(tup+tdown))plt.subplot(1,2,1)
plt.plot(v5, vdim, label='Voltage(V)')
plt.xlabel("V5(V)")
plt.ylabel("Voltage(V)")
plt.grid(True)
plt.tight_layout()plt.subplot(1,2,2)
plt.plot(v5, fdim, label='Frequency(Hz)')
plt.xlabel("V5(V)")
plt.ylabel("Frequency(Hz)")
plt.grid(True)
plt.tight_layout()plt.show()
通过对比,可以看到理论上计算所得到的555的输出频率和占空比(对应着输出电压平均值)与PIN5电压之间的关系, 和实际测量之间还是相差比较大的。
现在观察到的这种现象,具体原因现在尚未清楚。
1.2 超声调制
1.2.1 超声波发送
555调频电路,用于超声调制电路。最终将声音嵌入到发送的超声里。 在这个过程中,由于超声波发送与接收器都具有带通特性, 所以不同频率反映到接收信号的幅度上也会出现与频率差呈现比例关系的幅度变化。
在上面分析中,也可以看到PIN5电压对于555的输出信号在占空比以及频率两个方面都有影响, 因此最终影响到超声波发送信号的幅度变化就比较复杂。
▲ 图1.2.1 555超声调制电路
在这个过程中,需要通过调整555振荡器的中心频率, 使得555的调制最终反映到输出超声波的幅度上更加接近于线性。
1.2.2 超声信号检测
为了验证上述,需要通过超声波接收单元,来检测接收到信号的幅度是否出现失真。
使用一个超声波接收器接收调制后的波形。
▲ 图1.2.2 发送调制与接收到的超声波
下面显示了发送(左边), 与接收(右边)在实验台的关系。
▲ 图1.2.3 测量实验台
1.2.3 不同振荡频率
通过调整555中的R2 使得它的中心频率发生变化, 可以观察接收到的超声波的幅度与调制波形之间的关系。
▲ 图1.2.4 反向调制
▲ 图1.2.5 正向调制
▲ 图1.2.6 左右中心点调制
§02 MIC接收
测试使用普通的驻极体MIC接收调制后的超声波信号。
2.1 驻极体MIC
▲ 图2.1.1 接收超声波的驻极体MIC
▲ 图2.1.2 计算机新路输入录制的波形
※ 总 结 ※
对于555振荡器压控端(PIN5)对于输出信号的占空比 以及频率进行分析和实际测试e.bjdj.gov.cn发现在PIN5电压比较低的时候,会出现频率与理论上计算不同。
使用超声波接受传感器以及普通的驻极体MIC接收超声波, 它们均会产生相应。 由于非线性,可以在普通MIC输出的信号中解调出低频信号。
分析555压控振荡频率
在前面对于555定时器振荡电路分析中, 可以看到理论分析与实际测试频率之间具有较大的差别。
如果考虑到555集成电路中的放电管T1的放电管压降, 便可以对于原来的公式进行修正。
▲ 图3.1.1 放电三极管具有放电电压
如果将T1的放电电压假设成一个恒定电压, 比如0.2V, 那么计算T的公式应该如下。
▲ 图3.1.2 实际TDOWN计算公式
from headm import *R1 = 1e3
R2 = 100e3
C = 222e-12Vcc=9
Vdis = 0.20v5 = linspace(1, 7, 100)vdim = []
fdim = []for v in v5:tdown = log(((v-Vdis)/(v/2-Vdis)))*R2*Ctup = log(2/3*Vcc/(Vcc-v))*(R1+R2)*Cvdim.append(Vcc*tup/(tup+tdown))fdim.append(1/(tup+tdown))plt.subplot(1,2,1)
plt.plot(v5, vdim, label='Voltage(V)')
plt.xlabel("V5(V)")
plt.ylabel("Voltage(V)")
plt.grid(True)
plt.tight_layout()plt.subplot(1,2,2)
plt.plot(v5, fdim, label='Frequency(Hz)')
plt.xlabel("V5(V)")
plt.ylabel("Frequency(Hz)")
plt.grid(True)
plt.tight_layout()plt.show()
经过数值计算,便可以得到如下计算结果。
▲ 图3.1.3 假设T1放电管压降为0.2V,对应的控制电压与振荡频率之间的关系
▲ 图3.1.4 假设T1放电管压降为0.3V,对应的控制电压与振荡频率之间的关系
■ 相关文献链接:
- 超声波定向传送:驱动功率电路制作
● 相关图表链接:
- 图1.1 555定时电路
- 图1.1.1 555多谐振荡器
- 图1.1.2 555振荡信号以及计算公式
- 图1.1.3 面包板上的实验电路板
- 图1.1.4 测量555的PIN3(蓝色),PIN2(青色)波形
- 图1.1.5 NE555内部功能结构图
- 图1.1.6 测量PIN5电源对输出电压与频率影响
- 图1.1.7 测量PIN5电源对输出电压与频率影响
- 图1.1.8 重新测量的结果
- .理论计算输出电压与频率曲线
- 图1.2.1 555超声调制电路
- 图1.2.2 发送调制与接收到的超声波
- 图1.2.3 测量实验台
- 图1.2.4 反向调制
- 图1.2.5 正向调制
- 图1.2.6 左右中心点调制
- 图2.1.1 接收超声波的驻极体MIC
- 图2.1.2 计算机新路输入录制的波形
基于555时基集成芯片压控振荡器相关推荐
- 基于Optsim Circuit和OptoDesigner设计QPSK收发器光子集成芯片
硅光芯片是当前情况下非常热的一个主题.随着中美关系的恶化,光子集成芯片的设计也成为目前的一个"卡脖子"技术.本文主要说明如何用OptSim Circuit和OptoDesigner ...
- 秒云助力中电科32所发布“基于拟态应用集成框架的SaaS云管理平台解决方案”
2022年4月21日,由紫金山实验室.中国网络空间内生安全技术与产业联盟主办的首届网络空间内生安全发展大会暨第四届先进计算与内生安全国际学术会议如期召开.在22日网络空间内生安全发展大会创新成果展上, ...
- 龙芯2h芯片不能进入pmon_一种基于龙芯2H芯片应用的COMe_nano核心板的制作方法
本实用新型涉及工业自动化控制技术领域,尤其是涉及一种基于龙芯 2H芯片应用的COMe_nano核心板. 背景技术: 核心板是将PC的核心功能打包封装的一块电子主板.大多数核心板集成了CPU.存储设备和 ...
- 芯原助力蓝洋智能部署基于Chiplet架构的芯片产品
内置芯原GPGPU IP的Chiplet芯片算力可达8 TFLOPS ,内置芯原NPU IP的Chiplet芯片算力可达240 TOPS 2023 年 3 月30日,中国上海--芯原股份(芯原,股票代 ...
- 基于无保护AES芯片的 CPA攻击
基于无保护AES芯片的 CPA攻击 王立敏 1,丁洁 2 1中国科学院信息工程研究所 第五实验室 北京 中国 100093 2 中国科学院信息工程研究所 第五实验室 北京 中国 100093 摘要 高 ...
- 国产首款脑机编解码集成芯片发布
来源:科学网 5月17日,由中电云脑(天津)科技有限公司(简称"中电云脑")联合天津大学共同研发的国产首款脑机编解码集成芯片--"脑语者"在天津第三届世界智能大 ...
- ip映射后 前端无法调用接口_基于S7300400 CPU集成PN接口的Modbus TCPW
基于S7-300400 CPU集成PN接口的Modbus TCP在TIA Portal的使用入门. Modbus TCP通讯概述 MODBUS TCP是简单的.中立厂商的用于管理和控制自动化设备的MO ...
- Dipforge 3.0 a3 发布,基于 Web 的集成开发环境
Dipforge 3.0 a3 主要是增强了 Web IDE,增加了一些改进的图标. Dipforge 是一个应用服务器,提供了快速企业开发,无需 CRUD,侧重于解决实际的问题. Dipforge ...
- 基于React脚手架集成Cesium
基于React脚手架集成Cesium 文章目录 基于React脚手架集成Cesium 1. 安装环境 2. 创建项目 3. 引入Cesium 4. 修改文件 5. 参考链接 1. 安装环境 安装Nod ...
最新文章
- 【WinForm】“System.Data.SqlClient.SqlConnection”的类型初始值设定项引发异常
- Runtime.exec 调用OS命令特例
- 信息学奥赛C++语言: 扫雷游戏
- iframe框架及优缺点
- 深入浅出设计模式---1、设计模式原则和分类
- 如何手动释放Python的内存
- 上升时间测量与示波器带宽
- elementUI表格中气泡位置偏移
- 启动类上的@MapperScan注解与yml配置中mybatis.mapper-locations和mybatis.type-aliases-package的作用
- [Matlab]糖葫芦代码实现
- 经典名言名句(摘抄)
- 查阅莱布尼兹档案,为无穷小微积分寻根
- 京东程序员离职怒删代码被判10个月,京东到家请人花三万恢复!
- MaTeX:在Mathematica的图片中插入LaTeX代码的工具
- office--word中插入visio流程图
- 1型错误和2型错误_实际项目常犯错误8:挡土墙计算的常见问题2
- 物联网最常见的5个核心关键技术与2种技术难点
- 关于DEM土方量算的计算方法
- 展望宁波it业的发展
- java并行运算最短路径,并行BGL - Dijkstra最短路径