可变占空比方波发生器的设计与应用

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图4-12 555定时器+集成运放方波发生器仿真结果

（a）电阻R3、R6调到44%、50%的方波信号 （b）电阻R3、R6调到60%、50%的方波信号

对于此方案的占空比调节范围：当R3=0（最小），周期T=1.419ms，高电平持续时间占t=0.094ms，占空比D=t/T=0.066（最小），如图4-13（a）所示。当R3=12.3K（最大），周期T=1.316ms，高电平持续时间t=1.214ms,占空比D=t/T=0.9225（最大），如图4-13（b）所示。

（a）电阻R3、R6调到0%、50%的方波信号 （b）电阻R3、R6调到100%、50%的方波信号

图4-13 555定时器+集成运放方波发生器仿真结果

综上此方案占空比的调节范围0.066—0.9225，调节范围比较理想。而且555定时器+运放方波发生器所产生的方波信号很理想，再利用放大器又可以对方波的幅度进行调节，此方案较以上方案为最优，适合作为应用的可变占空比方波发生器。

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5 可变占空比方波发生器的应用

根据上一章节的分析可以得出，设计方案三产生的方波信号稳定，幅度值调节方便，具有0.066—0.9225的占空比调节范围，因此将设计方案三作为应用的方波发生器，即555定时器+集成运放方波发生器。

5.1 应用一：LED灯光控制器

如图5-1所示，利用可变占空比方波发生器的输出的方波信号的特点，使接通的LED灯点亮并保持频率闪烁。具体是通过控制电阻R3的参数，调节输出方波信号的占空比来控制LED的闪烁频率。控制电阻R6的参数，调节输出方波信号的幅值来控制LED的亮度。

图5-1 LED灯光控制器电路图

当打开开关S1，将S2拨到LED1位置处，此时LED1发出绿色灯光，并不断闪动。将R3的接入电路的比例从0%增大到100%,LED1灯闪动的频率由弱变强在变弱。将R6的接入电路的比例从0%增大到100%，LED1从0%到70%之间亮度逐渐变低，在70%之后熄灭。根据此装置的特性，可以将其应用KTV等作为氛围灯进行应用。

5.2 应用二：四相激励电机电路调速控制器

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。步进电

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机在正常的工作环境下，它的转动速度只与接入的电源信号有关，也就是和接入的方波信号的脉冲宽度和周期有关。另外，步进电机的转动角度是固定的，当步进电机接入方波信号时，步进电机接收到能量后将会按照设定好的角度转动，这个设定好的角度成为步距角。另外对于步进电机的转子的停靠位置，我们可以通过改变接入电路方波电源信号来控制，这主要是利用到控制方波信号的频率和占空比，从而使得接入电路的脉冲发生改变，来达到使转子停靠在指定位置。同时控制脉冲频率也来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

如图5-2所示，该步进机为四相步进机，其采用的单极性直流电源进行供电。当对其四个开关按照一定时间差分别供电时，就可以使得四相步进电机按照某种频率进行转动。当我们将开关SA接通，开关SB、SC、SD断开时，电机的A磁极与电机内转子的2、5转子齿足方向一致，由步进电机的内部结构可以知道，电机内转子的0、3转子齿足将会和A、B磁极不在一条直线上，存在一定的夹角，此夹角称为错齿角。同时电机内转子的1、4转子齿足将会和C、D磁极也将会产生错齿角。若我们在将开关SB接通，开关

SA、SC、SD断开时，受步进电机内部相磁极与转子磁极的磁场力，将会使机的磁极与

电机内转子的2、5转子齿足方向一致，电机内转子的2、5转子齿足将会和A、D磁极不在一条直线上，存在一定的夹角，此夹角称为错齿角。同时电机内转子的1、4转子齿足将会和C、D磁极也将会产生错齿角。当不断改变的接入开关时，步进电机将会转动[15]。

图5-2 四相步进机步进示意图

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利用74LS192、74LS164以及与门元器件的性质，将可变占空比方波发生器接入其中，如图5-3所示。

图5-3 四相激励电机电路调速控制器

对方波信号进行调节，使一路方波信号变成四路方波信号，并且使每一路方波信号高电平之间相互错开，如图5-4所示。

（a）74LS164D端口3（上）、4（下）方波信号 （b）74LS164D端口5（上）、6（下）方波信号

图5-4 四相激励信号

将这四路信号源与四相步进机相连接，就可以使四相步进机转动工作了。因为四相步进机的转动与脉冲频率有关，因此通过调节R6阻值，使方波信号的电压达到四相步进机的工作电压，在通过调节R3阻值，调节方波信号的占空比，进而控制四相步进机