【模拟电路】波形产生与变换设计（555+运放）

设计频率为2KHz，方波占50%，通过滤波器从方波产生正弦波。

根据设计要求，需要先生成2KHz555时基电路可以产生方波，也可以使用门电路RC生成电路组合，使用操作放大器和RC电路生成，也可以用单片机生成PWM波形。555时基电路设计简单稳定。通过二阶带通滤波器设计，可以产生正弦波。电路系统框图如下：

在设计项目之前，您需要了解电路设计的过程，大致可以分为以下阶段。项目可以在原理图和原理图之前进行模拟验证PCB进行设计。

3.1.方波产生电路

4.1 仿真图创建
将立创EDA将标准版本模式切换到模拟模式，并命名为：波形生成和变换设计，将自动生成的图纸保存在工程文件夹中，命名为：波形生成和变换设计_Sim。

在选择模拟设备时，应注意只能在模拟模式下调用模拟基础库和模拟扩展库中的系统库设备。用户贡献的模拟库不能保证正常的模拟操作。本项目中的所有模拟设备均可在模拟基础库中调用。绘制模拟图纸时应注意以下事项：

5.1 添加原理图
模拟验证通过后，我相信每个人都迫不及待地想开始原理图的设计。别担心，在将模拟模式切换到标准模式之前，需要保存模拟图PCB图的设计。因为最终参与了一个项目PCB设计的设备来自原理图，模拟图中的设备不应参与PCB在设计之前，需要设置模拟图中的设备，并将其设置为不转移PCB和不加入BOM，这一点很重要！然后选择之前创建的工程文件夹、右键和新原理图，将创建的图纸命名为波形生成和变换设计_SCH，在这样的项目下，有一个模拟图文件和一个原理图文件。接下来，请开始设计原理图。

5.2 电源输入电路
本案电源输入范围可为直流9V至12V，设置了输入模式DC插座输入、接线端子输入和排针输入三种方式，适应不同场景的电源，也可根据实验室情况修改电源模式，一路作为输入，不同时输入多个电源。

三种输入方式分别连接VCC_IN和GND电气符号，通过D输出极管后输出VCC给系统供电，二极管D1起防反接作用，避免上芯片烧毁。限流电阻和LED灯具设计了一个简单的电源指示电路。当电路通电时，LED点亮。这部分设备可以在标准模式下的基础库中调用。VCC_IN通过放置一个电气符号VCC修改符号后获得名称，作用于网络标签与网络端口一致，起到命名导线的作用。如下图所示：电路连接：

5.3 555多谐振荡器电路
脉宽和频率可调方波电路放置在原理图中NE除555外，其他部件可在标准模式下的基础库中调用，初学者可根据以下包装选择型号：

在放置NE555设备可在元件库中搜索选型，尽量找到库存充足、价格合适的型号，包装优先直接插入。原理图中放置的芯片引脚排列可能与参考图不一致，不影响电路设计，确保连接准确。如何定制修改符号引脚并保存调用，请查看视频教程。

5.4 二阶带通有源滤波器电路
放置方波正弦波电路时的核心设备TL072芯片可以直接在元件库中搜索TL072IP（IP为芯片厂标号)，选择立创商城库TL072IP.2.为什么这个子库不能用？TL072IP.那是因为.1.库不带电源引脚，当电路需要两路运输时，可以将.1和.将两个子库放在原理图中。

完成原理图设计之后先注意检查电路是否连接对，网络是否有缺失没有接上的情况。全部检查无误后点击原理图顶部菜单栏中的设计-原理图转PCB开始PCB的设计。

6.1 外形设计
生成PCB后需要设定一个PCB外形，外形的大小需要根据元器件的数量大小以及外壳或个人意愿进行设计，秉承着大小合适，美观的原则，该项目可以设定一个长80mm，宽60mm的长方形作为PCB板的大小。注意在设计PCB外形时尽量不要超过10cm*10cm，超过后价格会稍微偏高。

6.2 元器件布局
原理图中的器件转到PCB后元器件布局比较乱，在设计PCB的第二步需要对元器件进行分类和布局，分类的依据是将各个电路模块的器件放置到一起，使用立创EDA提供的布局传递功能可以很快地对每个电路模块进行布局，注意接口器件应放置在板子边缘，方便接线与操作。

6.3 PCB走线
来到这一步，再回头看看你已经完成了波形产生与变换设计电路的仿真图、原理图和PCB元器件的布局，就差最后一个步骤：PCB走线。

PCB走线在设计双层电路板时分为顶层走线和底层走线，其中顶层走线默认是红色线，底层为蓝色线，走线也就是在电路板中连接铜线。选择层与元素中的层，然后将两个相同网络的焊盘连接起来就可以了。看似简单的连连看，其实其中需要我们耐心的进行调整，元器件的摆放布局也会影响走线的难度。在该项目的走线中提供以下几点参考建议：

（1）电源线设置为30mil，信号线设为20mil宽度

（2）走线使用底层走线，便于在校内自制PCB

（3）GND不用接线，使用底层覆铜即可

（4）走线过程中优先走直线，需要拐弯的地方以钝角或圆弧拐弯为主

（5）完成走线后添加合适的丝印标记说明该PCB板的用途以及接口功能。

PCB设计完成之后导出Gerber文件到工厂进行PCB打样，购买相关元器件后准备进行焊接调试。在焊接调试过程中有以下几点注意事项：

（1）焊接过程中注意用电安全，手不要接触到烙铁头，免得烫伤

（2）焊接过程中先按元器件的低到高进行焊接

（3）测试过程中先通电检查电压是否正常，然后逐级调试，先调整RP2与RP1产生稳定的2KHz，占空比50%的方波，使用示波器查看J3输出的波形是否正常。然后再调整RP3使J5排针输出稳定的2KHz正弦波。

至此，波形产生与变换-基于555与运放的设计项目流程结束。波形的产生变换实验是模拟电路领域里面一个非常重要的内容，也在全国大学生电子设计大赛的综合测评中作为赛事项目，感兴趣的同学可以自行扩展其它波形产生与变换的方法，欢迎来到立创开源平台上分享你的想法。

工程：https://oshwhub.com/course-examples/bo-xing-chan-sheng-yu-bian-huan-she-ji-555-yun-fang

视频：https://www.bilibili.com/video/BV1Qa411r7Gy