課程設(shè)計波形變換電路

1、目錄摘要1概述12設(shè)計原理22.1 555定時器簡介22.2用555定時器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器32.3電路原理圖53 proteus仿真64調(diào)試過程及結(jié)論95心得體會10參考文獻11摘要施密特觸發(fā)器也有兩個穩(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)由輸入信號電位維持；對于負向遞減和正向遞增兩種不同變化方向的輸入信號，施密特觸發(fā)器有不同的閥值電壓。因此，施密特觸發(fā)器有三個大的特點：1、 波形變換?？蓪⑷遣?、正弦波等變成矩形波；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)則的脈沖信號時加到施密特觸發(fā)器的輸入端時，能選擇幅度大于欲設(shè)值的脈沖信號進行輸出。而這次基礎(chǔ)強化訓(xùn)練所要求的就是我們對三角波進行波形變換為方波，所以總的來說，這次基礎(chǔ)強化訓(xùn)練還是比較簡單的，主要考查的還是對proteus的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：proteus仿真，施密特觸發(fā)器，555定時器，波形變換121概述本次強化訓(xùn)練主要是要求對proteus軟件的熟練掌握以及對其進行實際運用。題目是基于555定時器的波形變換電路，而用555定時器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器有個顯著的特點就是波形變換：不管輸入信號的變化速度有多大，輸出信號電壓的轉(zhuǎn)換具有突變性，也就是說，在任意輸入信號下，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，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，顯然是很容易實現(xiàn)的。但是前提是要對proteus能夠熟練操作，對電路能夠進行仿真，并給出正確的仿真結(jié)果圖。下面是我這次強化訓(xùn)練的設(shè)計過程：(1)認真閱讀設(shè)計要求，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，并對電路進行仿真，以驗證電路的正確性；(4)書寫報告說明書并認真校對。2設(shè)計原理2.1 555定時器簡介圖2.1 555定時器555 定時器的功能主要由兩個比較器決定。兩個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，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 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，比較器和的比較電壓分別為和。(1)當(dāng) ， 時，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，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，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，定時器輸出低電平，因此也將該端稱為高觸發(fā)端（th）。因為觸發(fā)輸入端()為低電平（）時，定時器輸出高電平，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，不管其他輸入端的狀態(tài)如何，輸出為低電平，即的控制級別最高。正常工作時，一般應(yīng)將其接高電平。表2.1 555定時器功能表閾值輸入（）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定時器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器 將555定時器的兩個輸入端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之間加一個電容，是為了提高比較電容的穩(wěn)定性，消除工作過程中由輸入信號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)輸入信號從足夠小到足夠大變化時，開始必定出現(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，輸出信號為高電平。隨著輸入電壓的升高，將會出現(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，輸出信號為高電平。此后，輸入電壓信號繼續(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，輸出信號為由高電平跳轉(zhuǎn)為低電平。對應(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，則電路信號的變化跟上述過程相反，開始必定6端輸入電壓大于，2端輸入電壓大于，此時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，rs觸發(fā)器處于置1工作狀態(tài)，晶體管截止，輸出信號為由低電平跳轉(zhuǎn)為高電平，對應(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-上升過程中，輸出電壓由高電平-跳變到低電平時，所對應(yīng)的輸入電壓值=。(2)下限閾值電壓-下降過程中，由低電平跳變到高電平時，所對應(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從0開始上升時，輸出為高電平。只有輸入信號電壓上升到數(shù)值為時，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)上述過程，達到將三角波轉(zhuǎn)換為矩形波形的目的。2.3電路

9、原理圖 所設(shè)計的電路原理圖如下，實際上就是一個施密特觸發(fā)器。圖2.4 電路原理圖3 proteus仿真在仿真時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proteus軟件，選擇landscape a4，進入設(shè)計頁面。 (2)添加元件(包括電源、地、示波器)到畫圖頁面。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自動彈出元件型號、示意圖等等、點擊ok之后就可以將元件放到畫圖頁面。 圖3.2 查找元件對話框放置電源、地的時候，power就是電源，

10、如下圖所示。一般電源默認的值就是+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調(diào)節(jié)示波器，就可以得到仿真的結(jié)果了。4調(diào)試過程及結(jié)論盡管在仿真之前認真看了proteus的仿真教程的，可是在仿真中仍然遇到了一些問題，最主要的還是方波一直出不來，也不知道到底是什么原因，其錯誤的仿真

11、結(jié)果如圖4.1所以。剛開始的時候，一直認為是自己的電路設(shè)計方面出了一些問題，于是又去好好看書，上網(wǎng)查資料，但是仍然沒有絲毫的發(fā)現(xiàn)，很多地方都明確的說明了施密特觸發(fā)器的輸入、輸出波形。結(jié)果無意中把三角波信號發(fā)生器的“-”接地，這才豁然開朗，仿真的結(jié)果也隨之出來了。想想自己竟然是在這出了問題，實在是不應(yīng)該。圖4.1 錯誤的仿真結(jié)果 總的來說，這次強化訓(xùn)練自己的仿真還是做的比較成功的，通過運用proteus對電路進行仿真，得到了符合施密特觸發(fā)器波形變換特點的方波。不過，這次強化訓(xùn)練所要求的電路還是很簡單的，沒有比較大的拓展，可以直接引用課本中的電路圖，主要考究的還是proteus的運用。幸好在這期間

12、看了比較多的proteus教程，所以對proteus運用還是比較熟練地。 同時通過這次強化訓(xùn)練，運用proteus仿真，也驗證了施密特觸發(fā)器波形變換的特征，鞏固了我們對555定時器及其拓展電路的理解。5心得體會對這次強化訓(xùn)練感受最深的一點就是有點不能理解，因為搞這個強化訓(xùn)練時間是在考完試后的一個星期內(nèi)，而且答辯的時間不能夠提前，也不知道什么原因，實際上是不需要這么長的時間的。當(dāng)然，在這次強化訓(xùn)練中，也遇到了蠻多的問題。主要有以下幾點：一、 對課本知識了解的不是很透徹，也是這時本次課程設(shè)計中最重要的一點，也是我們關(guān)注最多的一點。因為我們要設(shè)計的電路的原理就在書上，這次課程設(shè)計就是一次書上知識的大

13、綜合。它在某種程度上也反映了我們對書上知識的了解程度以及對知識的運用能力，而且還鍛煉了我們的動手能力和發(fā)現(xiàn)并解決問題的能力。二、 幸運的是這次強化訓(xùn)練不需要我們焊制實物電路板，只是要求我們能夠用proteus仿真就行了。但是在平時的學(xué)習(xí)中并沒接觸到這個軟件，這就有待我們好好的重頭開始學(xué)習(xí)它了。三、 設(shè)計說明書的書寫格式顯得尤為重要。由于不同的老師對課程設(shè)計說明書的要求都不大一樣，有的要求很嚴格，哪怕出一點小問題都要被退回來；而有的比較松一點，沒有過分計較。這次老師沒給范文，只對部分要注意的地方強調(diào)了一下。而我們顯然做得不太盡人意。不過，始終相信一句話：“一個耕耘，一分收獲?！痹谶@次強化訓(xùn)練中也獲益匪淺，只懂理論知識是遠遠不夠的，把理論和實踐聯(lián)合起來才是硬道理，這樣才能更好的服務(wù)自己，服務(wù)社會。直到這時，才想起“書到用時方恨少”，于是重拾課本，對要用的知識重新梳理一遍，遇到不懂得地方先是苦思冥想，再請教同學(xué)，然后上網(wǎng)查一下相關(guān)的資料，直到搞懂為止。但是，時至今日，這次強化訓(xùn)練也基本上完成了，但是還有蠻多問題值得探討。這次強化訓(xùn)練在某種程度上，給自己增長了些許見識，以后這種強化訓(xùn)練還多的是，我們就要更加的對