課程設(shè)計(jì)波形變換電路

1、目錄摘要1概述12設(shè)計(jì)原理22.1 555定時(shí)器簡(jiǎn)介22.2用555定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器32.3電路原理圖53 proteus仿真64調(diào)試過(guò)程及結(jié)論95心得體會(huì)10參考文獻(xiàn)11摘要施密特觸發(fā)器也有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，但與一般觸發(fā)器不同的是，施密特觸發(fā)器采用電位觸發(fā)方式，其狀態(tài)由輸入信號(hào)電位維持；對(duì)于負(fù)向遞減和正向遞增兩種不同變化方向的輸入信號(hào)，施密特觸發(fā)器有不同的閥值電壓。因此，施密特觸發(fā)器有三個(gè)大的特點(diǎn)：1、 波形變換?？蓪⑷遣ā⒄也ǖ茸兂删匦尾?；2、脈沖波的整形，數(shù)字系統(tǒng)中，矩形脈沖在傳輸中經(jīng)常發(fā)生波形畸變，出現(xiàn)上升沿和下降沿不理想的情況，可用施密特觸發(fā)器整形后，獲得較理想的矩形脈沖；3

2、、脈沖鑒幅。幅度不同、不規(guī)則的脈沖信號(hào)時(shí)加到施密特觸發(fā)器的輸入端時(shí)，能選擇幅度大于欲設(shè)值的脈沖信號(hào)進(jìn)行輸出。而這次基礎(chǔ)強(qiáng)化訓(xùn)練所要求的就是我們對(duì)三角波進(jìn)行波形變換為方波，所以總的來(lái)說(shuō)，這次基礎(chǔ)強(qiáng)化訓(xùn)練還是比較簡(jiǎn)單的，主要考查的還是對(duì)proteus的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：proteus仿真，施密特觸發(fā)器，555定時(shí)器，波形變換121概述本次強(qiáng)化訓(xùn)練主要是要求對(duì)proteus軟件的熟練掌握以及對(duì)其進(jìn)行實(shí)際運(yùn)用。題目是基于555定時(shí)器的波形變換電路，而用555定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器有個(gè)顯著的特點(diǎn)就是波形變換：不管輸入信號(hào)的變化速度有多大，輸出信號(hào)電壓的轉(zhuǎn)換具有突變性，也就是說(shuō)，在任意輸入信號(hào)下，施密特觸發(fā)

3、器的輸出波形都可以近似于理想的矩形脈沖信號(hào)，電壓波形的邊沿都變得很陡。而這次題目的要求是將給定頻率的三角波變成脈沖波，顯然是很容易實(shí)現(xiàn)的。但是前提是要對(duì)proteus能夠熟練操作，對(duì)電路能夠進(jìn)行仿真，并給出正確的仿真結(jié)果圖。下面是我這次強(qiáng)化訓(xùn)練的設(shè)計(jì)過(guò)程：(1)認(rèn)真閱讀設(shè)計(jì)要求，查閱相關(guān)資料；(2)熟悉原理，完成電路原理圖；(3)學(xué)習(xí)proteus軟件，并對(duì)電路進(jìn)行仿真，以驗(yàn)證電路的正確性；(4)書(shū)寫(xiě)報(bào)告說(shuō)明書(shū)并認(rèn)真校對(duì)。2設(shè)計(jì)原理2.1 555定時(shí)器簡(jiǎn)介圖2.1 555定時(shí)器555 定時(shí)器的功能主要由兩個(gè)比較器決定。兩個(gè)比較器的輸出電壓控制 rs 觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓

4、，當(dāng) 5 腳懸空時(shí)，則電壓比較器的反相輸入端的電壓為， 的同相輸入端的電壓為。若觸發(fā)輸入端 tr 的電壓小于，則比較器的輸出為 1，可使 rs 觸發(fā)器置 1，使輸出端 out=1。如果閾值輸入端 th 的電壓大于，同時(shí) tr 端的電壓大于，則的輸出為 1，a2 的輸出為 0，可將 rs 觸發(fā)器置 0，使輸出為 0 電平。其工作原理如下：當(dāng)5腳懸空時(shí)，比較器和的比較電壓分別為和。(1)當(dāng) ， 時(shí)，比較器輸出低電平，輸出高電平，基本rs觸發(fā)器被置0，放電三極管t導(dǎo)通，輸出端為低電平。(2)當(dāng)，時(shí)，比較器 輸出高電平，輸出低電平，基本rs觸發(fā)器被置1，放電三極管t截止，輸出端為高電平。(3)當(dāng)時(shí)，比

5、較器輸出高電平，也輸出高電平，即基本rs觸發(fā)器r=1，s=1，觸發(fā)器狀態(tài)不變，電路亦保持原狀態(tài)不變。由于閾值輸入端() 為高電平（）時(shí)，定時(shí)器輸出低電平，因此也將該端稱為高觸發(fā)端（th）。因?yàn)橛|發(fā)輸入端()為低電平（）時(shí)，定時(shí)器輸出高電平，因此也將該端稱為低觸發(fā)端（tl）。如果在電壓控制端（5腳）施加一個(gè)外加電壓（其值在0之間），比較器的參考電壓將發(fā)生變化，電路相應(yīng)的閾值、觸發(fā)電平也將隨之變化，并進(jìn)而影響電路的工作狀態(tài)。另外，為復(fù)位輸入端，當(dāng)為低電平時(shí)，不管其他輸入端的狀態(tài)如何，輸出為低電平，即的控制級(jí)別最高。正常工作時(shí)，一般應(yīng)將其接高電平。表2.1 555定時(shí)器功能表閾值輸入（）觸發(fā)輸入（）

6、復(fù)位輸出放電管txx00導(dǎo)通 11截止10導(dǎo)通 1不變不變2.2用555定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器 將555定時(shí)器的兩個(gè)輸入端2和6并聯(lián)連接后作為電路的輸入端，就可以構(gòu)成施密特觸發(fā)器，另外在5和7之間加一個(gè)電容，是為了提高比較電容的穩(wěn)定性，消除工作過(guò)程中由輸入信號(hào)突變引起的干擾而設(shè)置的退耦合電容，其電路如圖2.2所示。 當(dāng)輸入信號(hào)從足夠小到足夠大變化時(shí)，開(kāi)始必定出現(xiàn)6端輸入電壓小于,2端輸入電壓小于，集成運(yùn)算放大器的輸出值為輸出高電平，輸出低電平，將使基本rs觸發(fā)器處于置1工作狀態(tài)，晶體管截止，輸出信號(hào)為高電平。隨著輸入電壓的升高，將會(huì)出現(xiàn)6端輸入電壓小于，2端的輸入電壓大于，rs觸發(fā)器置1工作

7、狀態(tài)，晶體管截止，輸出信號(hào)為高電平。此后，輸入電壓信號(hào)繼續(xù)上升，將出現(xiàn)6端輸入電壓大于，2端輸入電壓小于的情況，rs觸發(fā)器出現(xiàn)清零的工作狀態(tài)，晶體管導(dǎo)通，輸出信號(hào)為由高電平跳轉(zhuǎn)為低電平。對(duì)應(yīng)的跳轉(zhuǎn)輸入電壓值為=。如下圖所示的電壓傳輸特性：圖2.2 用555定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器 圖2.3 電壓的傳輸特性若輸入的電壓從足夠高的到低變化，則電路信號(hào)的變化跟上述過(guò)程相反，開(kāi)始必定6端輸入電壓大于，2端輸入電壓大于，此時(shí)rs觸發(fā)器處于清零的狀態(tài)，晶體管導(dǎo)通，輸出電壓為低電平。當(dāng)6端輸入電壓小于，2端輸入電壓小于時(shí)，rs觸發(fā)器處于置1工作狀態(tài)，晶體管截止，輸出信號(hào)為由低電平跳轉(zhuǎn)為高電平，對(duì)應(yīng)的跳轉(zhuǎn)輸入

8、電壓值=。主要靜態(tài)參數(shù)：(1)上限閾值電壓-上升過(guò)程中，輸出電壓由高電平-跳變到低電平時(shí)，所對(duì)應(yīng)的輸入電壓值=。(2)下限閾值電壓-下降過(guò)程中，由低電平跳變到高電平時(shí)，所對(duì)應(yīng)的輸入電壓值，=(3)回差電壓回差電壓又叫滯回電壓，定義為=- =。施密特觸發(fā)器可以用作波形整形電路使用，當(dāng)輸入的三角波形電壓信號(hào)從0開(kāi)始上升時(shí)，輸出為高電平。只有輸入信號(hào)電壓上升到數(shù)值為時(shí)，輸出電壓才從輸出高電平轉(zhuǎn)換為低電平。此后，電壓繼續(xù)上升知道最大值，最后轉(zhuǎn)為下降，在下降到數(shù)值大于之前，保持輸出低電平不變，直到小于之后，輸出電壓才從輸出低電平轉(zhuǎn)換為高電平。此后重復(fù)上述過(guò)程，達(dá)到將三角波轉(zhuǎn)換為矩形波形的目的。2.3電路

9、原理圖 所設(shè)計(jì)的電路原理圖如下，實(shí)際上就是一個(gè)施密特觸發(fā)器。圖2.4 電路原理圖3 proteus仿真在仿真時(shí)我們假定三角波的頻率是f=100hz，幅值為1v。下圖就是其仿真的結(jié)果圖：圖3.1 仿真結(jié)果圖其具體的仿真步驟如下：(1)打開(kāi)proteus軟件，選擇landscape a4，進(jìn)入設(shè)計(jì)頁(yè)面。 (2)添加元件(包括電源、地、示波器)到畫(huà)圖頁(yè)面。要用到的元件有電容，555分別是cap,555，如下圖3.3所示，只需要在左上角的框中輸入自己所要查找的元件就行會(huì)自動(dòng)彈出元件型號(hào)、示意圖等等、點(diǎn)擊ok之后就可以將元件放到畫(huà)圖頁(yè)面。 圖3.2 查找元件對(duì)話框放置電源、地的時(shí)候，power就是電源，

10、如下圖所示。一般電源默認(rèn)的值就是+5v，也可用同樣的方法修改電源電壓值，選擇ground就是地。圖3.3 選擇電源、地(3)修改元件屬性。放置元件之后，雙擊元件就彈出元件屬性對(duì)話框，這樣就可以修改自己所需的屬性。如下圖所示，只需要在所屬的方框內(nèi)輸入數(shù)值即可。圖3.4 元件屬性對(duì)話框(4)按照原理圖連線，得到仿真圖。(5)仿真。單擊左下角的控制按鍵最左邊的仿真按鈕，再按照自己設(shè)置的三角波的頻率和幅值來(lái)調(diào)節(jié)示波器，就可以得到仿真的結(jié)果了。4調(diào)試過(guò)程及結(jié)論盡管在仿真之前認(rèn)真看了proteus的仿真教程的，可是在仿真中仍然遇到了一些問(wèn)題，最主要的還是方波一直出不來(lái)，也不知道到底是什么原因，其錯(cuò)誤的仿真

11、結(jié)果如圖4.1所以。剛開(kāi)始的時(shí)候，一直認(rèn)為是自己的電路設(shè)計(jì)方面出了一些問(wèn)題，于是又去好好看書(shū)，上網(wǎng)查資料，但是仍然沒(méi)有絲毫的發(fā)現(xiàn)，很多地方都明確的說(shuō)明了施密特觸發(fā)器的輸入、輸出波形。結(jié)果無(wú)意中把三角波信號(hào)發(fā)生器的“-”接地，這才豁然開(kāi)朗，仿真的結(jié)果也隨之出來(lái)了。想想自己竟然是在這出了問(wèn)題，實(shí)在是不應(yīng)該。圖4.1 錯(cuò)誤的仿真結(jié)果 總的來(lái)說(shuō)，這次強(qiáng)化訓(xùn)練自己的仿真還是做的比較成功的，通過(guò)運(yùn)用proteus對(duì)電路進(jìn)行仿真，得到了符合施密特觸發(fā)器波形變換特點(diǎn)的方波。不過(guò)，這次強(qiáng)化訓(xùn)練所要求的電路還是很簡(jiǎn)單的，沒(méi)有比較大的拓展，可以直接引用課本中的電路圖，主要考究的還是proteus的運(yùn)用。幸好在這期間

12、看了比較多的proteus教程，所以對(duì)proteus運(yùn)用還是比較熟練地。 同時(shí)通過(guò)這次強(qiáng)化訓(xùn)練，運(yùn)用proteus仿真，也驗(yàn)證了施密特觸發(fā)器波形變換的特征，鞏固了我們對(duì)555定時(shí)器及其拓展電路的理解。5心得體會(huì)對(duì)這次強(qiáng)化訓(xùn)練感受最深的一點(diǎn)就是有點(diǎn)不能理解，因?yàn)楦氵@個(gè)強(qiáng)化訓(xùn)練時(shí)間是在考完試后的一個(gè)星期內(nèi)，而且答辯的時(shí)間不能夠提前，也不知道什么原因，實(shí)際上是不需要這么長(zhǎng)的時(shí)間的。當(dāng)然，在這次強(qiáng)化訓(xùn)練中，也遇到了蠻多的問(wèn)題。主要有以下幾點(diǎn)：一、 對(duì)課本知識(shí)了解的不是很透徹，也是這時(shí)本次課程設(shè)計(jì)中最重要的一點(diǎn)，也是我們關(guān)注最多的一點(diǎn)。因?yàn)槲覀円O(shè)計(jì)的電路的原理就在書(shū)上，這次課程設(shè)計(jì)就是一次書(shū)上知識(shí)的大

13、綜合。它在某種程度上也反映了我們對(duì)書(shū)上知識(shí)的了解程度以及對(duì)知識(shí)的運(yùn)用能力，而且還鍛煉了我們的動(dòng)手能力和發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題的能力。二、 幸運(yùn)的是這次強(qiáng)化訓(xùn)練不需要我們焊制實(shí)物電路板，只是要求我們能夠用proteus仿真就行了。但是在平時(shí)的學(xué)習(xí)中并沒(méi)接觸到這個(gè)軟件，這就有待我們好好的重頭開(kāi)始學(xué)習(xí)它了。三、 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的書(shū)寫(xiě)格式顯得尤為重要。由于不同的老師對(duì)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的要求都不大一樣，有的要求很嚴(yán)格，哪怕出一點(diǎn)小問(wèn)題都要被退回來(lái)；而有的比較松一點(diǎn)，沒(méi)有過(guò)分計(jì)較。這次老師沒(méi)給范文，只對(duì)部分要注意的地方強(qiáng)調(diào)了一下。而我們顯然做得不太盡人意。不過(guò)，始終相信一句話：“一個(gè)耕耘，一分收獲。”在這次強(qiáng)化訓(xùn)練中也獲益匪淺，只懂理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，把理論和實(shí)踐聯(lián)合起來(lái)才是硬道理，這樣才能更好的服務(wù)自己，服務(wù)社會(huì)。直到這時(shí)，才想起“書(shū)到用時(shí)方恨少”，于是重拾課本，對(duì)要用的知識(shí)重新梳理一遍，遇到不懂得地方先是苦思冥想，再請(qǐng)教同學(xué)，然后上網(wǎng)查一下相關(guān)的資料，直到搞懂為止。但是，時(shí)至今日，這次強(qiáng)化訓(xùn)練也基本上完成了，但是還有蠻多問(wèn)題值得探討。這次強(qiáng)化訓(xùn)練在某種程度上，給自己增長(zhǎng)了些許見(jiàn)識(shí)，以后這種強(qiáng)化訓(xùn)練還多的是，我們就要更加的對(duì)