Protel应用实例一.docx
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Protel应用实例一
电子线路实验设计与仿真
目录
第一章基本使用方法及数字电路仿真实验
实验一基本门电路在脉冲电路中的应用
实验二555时基集成电路
实验三用Protel99SE对单稳态电路进行信号分析
实验四中规模集成组合电路
实验五典型触发器的功能和应用
实验六移位寄存器及应用
实验七计数译码及显示
实验八时序电路逻辑设计应用举例
实验九实用电路应用举例
第二章模拟电路仿真实验
实验一 单管共射放大器
实验二 两管负反馈放大器
实验三 RC文氏桥振荡电路
实验四 方波、三角波发生器
实验五 共集－共基放大器
实验六 多谐振荡器－互补输出－微分器－整流器－积分器
实验七 互补振荡器
实验八 正弦波调制
实验九 由运放构成的FSK电路
第一章基本使用方法及数字电路仿真实验
实验一：
基本门电路在脉冲电路中的应用
一．实验目的
1．学习Protel99SE的基本操作，如：
器件库的调用，元器件的摆放，属性的设定，连线。
2．结合基本门电路在脉冲电路中的应用，绘制出简单的原理图。
二．实验原理
与门（AND）、或门（OR）和非门（NOR）是三种最基本的门电路，它们是构成其他组合电路的基本单元。
其电路逻辑符号如下：
Y=A.BY=A+BY=/A
下面列举它们几个基本应用：
1．多谐振荡器：
a．环形振荡器最简单的多谐振荡器是由奇数个反相器组成的环形振荡器。
见图1-1。
图1-1
b．电容反馈多谐振荡器见图1-2。
图1-2
2．单稳态触发器
a．积分型单稳态触发器见图1-3。
图1-3
b．微分型单稳态触发器见图1-4。
图1-4
三．实验步骤及方法
下面我们以积分型单稳态触发器为例，详细介绍如何绘制原理图。
1．新建一个设计（实验1.SCH），进入设计原理图的SCH设计系统。
用菜单File/New新建一设计，命名，选择文件路径，然后进入Protel99SE的标准界面。
（图1-5）左边的Explorer类似于windows的资源管理器。
进入Documents目录，用File/New命令，（或者直接点右键），系统弹出打开文件类型的对话框。
我们选择SCH图标，即进入设计原理图的SCH设计系统，同时系统界面变为SCH的设计界面。
（图1-6）
图1-5
图1-6
2．元件库的调入
我们发现，左边多了一个BrowseSCH的选项卡。
单击则进入了原理图管理器。
Libraries即所使用的元件库
一般来说，默认元件库MiscellaneousDevices.lib即可满足需要。
如需使用其他元件库，则可按照以下步骤选择新的库文件。
a．点击
钮，弹出以下对话框：
b．选择路径，指定所要加入的元件库，再按Add按钮，即可将它复制到下面的区域，如下图所示。
同样，如果程序加了太多元件库，也可以在下面的区域中指定所要移除的元件库，按Remove按钮即可将它拿掉。
c．一切就绪后，再按OK按钮，我们所指定的元件库也就已经成功添加好了。
3．放置元器件
在元件库元件列表中选中所需器件，（这里我们选择与非门NAND）双击，移动光标至工作平面的适当位置，在移动的过程中，按空格键可以将元器件进行旋转。
单击左键，即可将元件定位到工作平面上了。
双击该器件，弹出设计元器件属性的对话框。
图中各栏的定义如下：
LibRef:
元件名称。
该项是根据放置元件时的名称设置自动提供的，不可更改。
Footprint:
器件封装，系统自动根据放置元件提供，不可更改。
Designator:
元件标号，如R1，C2。
这里我们输入U1
Part:
器件类别或标准值，如1K，0.01u。
这里我们无需填写
同理，我们摆放好其他三个器件U2,R,C。
4．原理图的布线
a．画导线
执行画导线命令的方法有两种：
一是用鼠标单击画原理图工具栏（Wiringtools）中的Wiring图标；二是利用菜单命令Place/Wire。
执行以上操作后，单击鼠标左键，确定导线的起点，移动鼠标的位置，拖动线头至导线的末端，单击左键，确定导线的终点。
（注意：
中途如需要转折，每转折一次都要单击一次）单击鼠标右键，完成一条导线的绘制。
当导线有交叉时，会在交叉处自动添加一节点，表示这两条导线在电气上是相互连接的。
所有的导线连上后，单击鼠标右键，退出绘导线状态。
一节点，表示这两条导线在电气上是相互连接的。
所有的导线连上后，单击鼠标右键，退出绘导线状态。
b．电源及接地符号的绘制
一种方法是用鼠标单击画原理图工具栏（Wiringtools）中的按钮，或者执行菜单命令Place/PowerPort，放置了电源或接地符号后，按住鼠标并按下Tab键，弹出设置属性对话框PowerPort。
其中参数定义如下：
Net：
网络名称定义，可设定为VCC或GND。
此处设为GND。
Style：
电源或接地符号的形状。
Orientation：
方向设定。
是用来设置电源及接地符号的角度，如水平放置输入0Degree，垂直放置输入90Degree。
c.设置网络标号（NetLabel）
网络标号实际的意义是一个电气连接点，具有相同的网络标号的电气接线表明是连接在一起的。
一种方法是用鼠标单击画原理图工具栏（Wiringtools）中的按钮。
或者执行菜单命令Place/NetLabel，光标变为十字形状并出现一虚框，此时按Tab键，弹出属性对话框。
其中Net为网络标号的名称。
必须设置成与前面有电气连接关系的引脚的网络标号一致。
至此，我们绘制完成了积分型单稳态触发器原理图的绘制。
四．实验内容
1．学习Protel99SE的相关菜单命令。
2．掌握元件库的调用方法，熟悉元件列表中的相关各个元器件的逻辑名称，符号。
如与门，非门，电阻，电容等。
3．绘制原理图
a．环形振荡器
b．电容反馈多谐振荡器
c．积分型单稳态触发器
d．微分型单稳态触发器
实验二：
555时基集成电路
一．实验目的
1．了解Protel99SE所提供的众多元件库，掌握如何在元件库中找到所需的器件的方法。
2．学习555时基集成电路在脉冲电路中的应用。
二．实验原理
1．555时基集成电路是一种用途极为广泛的模拟－数字混合式集成电路。
它可以像单稳态电路一样用来产生稳定的迟延，也可以像多谐振荡器一样作为振荡器使用。
555集成电路有多种型号，下面给出其引脚功能定义。
触发输入端是单稳态工作方式时信号输入端，当触发
信号电位低于1/3Vcc时，555输出高电平。
阀值电压输入端的电压高于2/3Vcc时，555输出低电
平。
控制电压用来引入外部参考电压，以改变定时。
一般
情况下，当不需要控制时，它通过0.01uf电容接地。
复位输入端一般接Vcc。
555时基集成电路的电源电压范围是5~15V，输出电流达
200mA。
下面给出时基电路的两种工作方式。
a．单稳态工作方式
实验图如图2-1。
b．多谐振荡器工作方式
实验图如图2-2。
图2-1图2-2
2．Protel99SE为我们提供了非常丰富的元件库，包括了世界上各主要硬件厂商的最新产品。
同时，可以使用其库编辑功能来修改、编辑或新建自己的新元件，甚至建立自己专用的库。
上一实验中已经学会如何加入元件库，下面给出最常用的几个。
C:
\PROGAMFILES\DESIGNEXPLORER99\Library\Sch\
MiscellaneousDevices.ddb最基本的分立式元件库
IntelDatabooks.ddbIntel的CPU及外围元件库
NSCAnalog.ddbNS公司的模拟元件库
NSCDatabooks.ddbNS公司的数字元件库
Sim.ddb仿真元件库
TIDatabooks.ddb德州仪器数字元件库
TILogic.ddb德州仪器数字元件库
当我们要取用一个元件，但又不知道这个元件是属于哪个库的时候，点击设计管理库中间的
按钮，即可找出所在元件库。
具体方法结合555时基集成电路在实验步骤中做详细阐述。
三．实验步骤
1．新建一原理图文件（实验2.SCH），进入原理图设计界面。
2．找出器件：
555时基集成电路，摆放到原理图中。
点击设计管理库中间的
按钮，弹出如下对话框（图2-3）：
在ByLibraryReference选项中，填入器件名称。
例如，本实验中，我们要放置555时基集成电路，而不同厂家的555都会有不同的编号，所以我们结合通配符*或?
的使用，在ByLibraryReference一栏中填入*555,单击
，系统自动开始搜索相关器件库。
见图2-4。
图2-3
图2-4
我们可以选择所需的元件库，将其加到LibraryList中去，也可以直接选择器件，单击Place按钮，直接摆放器件。
在这里我们选择Sim.ddb（仿真元件库），添加至元件库，选择TIMER.LIB，找到555时基集成电路，点Place，将它放置在原理图的适当位置。
2．按照图2-1单稳态试验电路画好原理图。
四．实验内容
1．熟悉前面所给出的Protel99SE中最常用的几个元件库，查看各个元件库所带的元器件。
2．分析555时基集成电路的工作原理，用Protel99SE绘制其单稳态工作方式和多谐振荡器工作方式下的实验电路图。
实验三：
用Protel99SE对单稳态电路进行信号分析
一．实验目的
1．进一步学习单稳态电路的应用。
2．学会用Protel99SE对单稳态电路进行信号分析。
二．实验原理
我们以上一个实验中学习的555时基集成电路的单稳态工作方式为例，分析其工作原理，输入输出波形，并用Protel99SE这个工具来实现它。
1．图3-1是其单稳态工作方式的电原理图。
图中R、C是定时元件，C1，R2是输入信号的微分电路，R1、R2的分压比保证在负触发脉冲未到时，触发输入端的电位高于1/3Vcc，使R－S触发器处在0状态，R1、R2的阻值可以在几十KΩ范围内选用。
在稳态时，由于输出为0，放电管T导通，定时电容C保持放电状态。
当输入端引入负脉冲时，比较器B的输出将R－S触发器置1，放电管T截止，输出Uo为“1”。
这时，Vcc通过定时电阻R向C充电，由于电容C的电压与阀值电压输入端相接，当C端电压被充电而逐渐升到超过
2/3Vcc时，比较器A的输出将R－S触发器图3-1
置0，放电管T饱和导通，电容C则通过放电管T很快放电，输出Uo又恢复为“0”。
由此可见，所产生的输出脉冲宽度等于电容C从低电平充电到2/3Vcc的时间。
可以证明，输出脉冲宽度Tp为：
Tp≈1.1RC
单稳态工作方式时的波形图见图3-2。
图3-2单稳态方式波形
2．Protel99SE功能强大，可以利用其信号仿真的功能对该电路作信号分析。
具体方法在实验步骤中详述。
有一点需要注意的是：
若要进行信号分析，绘制原理图时必须全部选用Sim.ddb（仿真元件库）中的元器件。
三．实验步骤
1．新建一个SCH文件：
实验3.SCH。
如图3-3。
图3-3
为了使该555时基集成电路能正常工作，我们给其输入端加上一个时钟信号源，其频率等于1KHz。
同时，我们为该电路加上5V的直流电源和10K的负载。
图3-4
图3-4是最终绘制的原理图，值得注意的是：
我们一定要在图中关键的地方加上网络标号（如：
Ui、Uo、Uc）。
因为在作信号分析的时候，它们将会是我们分析的重点。
双击V1VPULSE，在弹出的属性框里设置该时钟脉冲的属性。
DCMagnitude――直流值
ACMagnitude――交流值
InitialValue――起始值
PulsedValue――脉冲值
TimeDelay――延迟
RiseTime――上升沿时间
FallTime――下降沿时间
PulseWidth――脉冲宽度
Period――周期
在Protel99SE的菜单中，有一菜单命令SimulateRun。
设置好元器件的属性，输入脉冲的属性，使用该命令，系统出现下面的界面：
在Waveforms中，选择我们所关心的Ui，Uo，Uc（分别表示输入、输出电压以及电容C的电压，点击Show按钮，系统就会给出其波形。
见图3-5。
图3-5
2.我们可以通过View中的各项设置，调整我们的视图。
例如：
我们选中，然后选择Single模式，图中将只会出现Uc的波形图。
见图4-6。
图中的横坐标是时间，我们可以通过Scaling中的XDivision来放大（缩小）横坐标间距。
同理，YDivision则可用来调节纵坐标。
FixX（Y）表示将会以最适合横（纵）坐标的大小显示波形。
当我们将波形调整到合适的大小时，可以利用MeasurementCursors给出的十字光标来精确读取波形上任何一点的坐标值。
图3-6
3．我们仍然调回到多个波形同时显示的界面，打开Ui，Uc，Uo三个波形图，观察并分析。
图3-5。
发现当C端电压被充电而逐渐升到超过2/3Vcc时（约3.3V），比较器A的输出将R－S触发器置0，放电管T饱和导通，电容C则通过放电管T很快放电，输出Vo又恢复为“0”。
（见Uc波形）所产生的输出脉冲宽度等于电容C从低电平充电到2/3Vcc的时间。
（见Uo波形）
4．前面分析过：
输出脉冲宽度Tp为：
Tp≈1.1RC
图3-4的原理图中，我们设置R＝100K，C＝0.01uF。
在仿真出来的波形图3-5中，我们量得Tp≈1.1ms，充分验证了我们的分析结果。
我们修改R，C的值，令R＝10K,C＝0.1uF,进行仿真。
同时打开标尺A和标尺B，测量Tp的宽度，结果发现结果仍为1.1ms。
见图3-7。
图3-7
四．实验内容
1．绘制555时基集成电路的单稳态工作方式的电路图。
2．进行信号仿真，将仿真结果与理论分析相比较。
3．改变R与C的值，进行仿真，将仿真结果与理论分析相比较。
实验四：
中规模集成组合电路
一．实验目的
1．进一步熟悉利用Protel99SE绘制电路图的方法与步骤，掌握中规模器件的使用方法。
2．熟悉用数据选择器，数据分配器设计组合逻辑电路，并验证其逻辑功能。
二．实验原理
1．数据选择器
它又称作“多路开关”。
其功能是从多个数据通道重选择一通道的数据（数据信息）传输到输出端。
按输入数据通道的多少，可分为一位数据选择器，二位数据选择器，四位选择器。
图4.1是八选一的数据选择器的引脚图。
数据选择器除了用于多路数据选通之外，还可以用于复杂函数。
下面说明其应用：
图4.1
1）用一个通道传输多路信号，将多路信号接到数据选择器的相应数据输入端，利用输入信号ABC和使能端S的作用，使被选中的一路信号进入公共通道，实现信号的传输。
当一片多路选择器的信号输入数量不能满足信号数量的要求的时候，可利用片选端实现多片的级连，扩展输入信号的路数。
图4.2是利用两片八选一数据选择器实现十六选一的逻辑图。
图4.2
2）并行输入串行输出
3）实现组合逻辑函数功能此功能在实验内容中将被重点提出。
2．数据分配器
是实现与数据选择逆过程的中规模功能器
件，其功能是将同一条线送来的信息F分配到
相应的输出端，图4.3是四路数据分配器的示
意图，其中A,B是地址选择信号，D0~D3为输
出端。
数据分配器通常可用译码器代替，是3线－8线通用译码器74LS138的逻辑图，A0～A3作为地址选择信号，其输出信号按地址分配。
把数据选择器和分配器一结合使用，可成串行数据传输系统。
图4.4
3，这次向大家介绍简单的窗口切换技巧。
Protel99SE的窗口的操作与前一个版本差异甚多，当我们开启多文件时（不一定是电路图文件），除了在左边的Explorer区域里，显示各文件窗口件的关系外，我们可以直接指向其中的文件，按鼠标左键，则右边的窗口里，将可显示该文件的内容（不一定是电路图）.
此外，在右边编辑窗口里，改采用活页式的管理，我们可以指向所要编辑或观看的文件，按鼠标左键，窗口里即显示其中的内容。
如果文件窗口太多，可按窗口上方的
，
钮以切换卷标。
三实验内容
1）测试十六选一数据选择器的逻辑功能。
逻辑电路图如图4.2，根据原理图描绘好电路图，然后对其进行功能仿真及分析。
其中选择输入端A是最低位，D是最高位。
当D=”0”时U1的S＝“0”，则in0~in7输入数据的与门打开，in8~in15输入数据与门封闭，输出端F的状态只可能与in0~in7中的某一相同（取决与选择输入A,B,C的状态），反之，当D=”1”时，输出端F的状态只可能与in8~in15中的某一相同。
例如：
当选择输入端DCBA是0001时，F=in1，此时对A脚接高电平
，BCD三脚接地
就可以了。
当DCBA=1000时，输出端F的状态等于in8的状态。
弄清楚原理之后，大家根据原理给DCBA脚以及D0到D15分别加上相应地电平与脉冲，软件仿真后观察输出端地波形，来测试该数据选择器地逻辑功能。
记住仿真前在输出端和地之间一定要接入一个10K的负载才能进行仿真。
2）用八选一数据选择器实现逻辑功能F（A,B,C,D）=∑（3,7,9,14,15）并仿真验证。
其电路原理图如下图4.6。
图4.6
3）用数据选择器和数据分配器（译码器）构成信号传输系统，如实验图4..7所示。
当输入信号为10010100时（高位在前），数据开关控制地址选择信号逐次递增，用Protel仿真观察输出信号。
其电路图如图4.7
图4.7
记录仿真得出地结果并填入以下实验表格
实验五：
典型触发器的功能和应用
一．实验目的
1．掌握74LS双D触发器和J-K触发器的逻辑功能及工作方式。
2．了解D触发器和J-K触发器的简单应用。
二．实验原理
1．D触发器
D触发器又称作数据触发器。
74LS74双D触发器的引脚图，波形图,见图5-1。
功能表如表5-1。
输入
输出
SD
RD
CP
D
Qn-1
Qn+1
0
1
Φ
Φ
1
0
1
0
Φ
Φ
0
1
0
0
Φ
Φ
1*
1*
1
1
↑
1
1
0
1
1
1
0
1
0
1
1
Φ
表5-1
图5-1
SD
RD
CP
J
K
Qn－1
0
1
Φ
Φ
Φ
1
1
0
Φ
Φ
Φ
0
0
0
Φ
Φ
Φ
Φ
1
1
↓
0
1
0
1
1
↓
1
0
1
1
1
↓
0
0
Qn
1
1
↓
1
1
Qn
2．J－K触发器
在各类型的TTL集成触发器中，J－K触发器是最主要的触发器之一。
根据触发器内部结构的不同，J－K触发器又分为主从式J－K触发器和边沿J－K触发器。
主从式J－K触发器的功能表如表5-2。
可见主从式J－K触发器是用CP的下降沿触发的。
边沿J－K触发器又分正边沿触发和负边沿触发两种。
负边沿触发型J－K触发器也是用CP的下降沿触发的。
表5-2
利用J-K触发器在J＝K＝1时，每输入一个时钟脉冲，触发器就翻转一次的逻辑功能，可以把J－K触发器组成一个二进制计数器。
如加适当的反馈，则可以构成其他进制的计数器。
按照实验图5-2所示连接，即用J-K触发器组成一个二进制计数器。
图5-2
J－K触发器除广泛用于逻辑控制外，还用于寄存器、计数器、分频器等。
我们采用74LS76双J-K触发器，做一个异步控制的时钟脉冲发生器。
见图5-3。
注意：
触发器多余的输入端（如J、K、SD、RD）应接高电平“1”，不要让多余的脚悬空，否则容易受干扰而引起误触发。
三．实验步骤
1．验证74LS74双D触发器的逻辑功能。
按引脚图连好线路，在CP端接1KHz的方波，令SD＝RD＝“1”，在D＝“0”、D＝“1”、D＝Qn这三种情况下分别记录Q端波形，注意时钟脉冲和输出脉冲的相位关系。
D＝“0”时：
Q＝“0”
D＝“1”时：
Q=“1”
D＝Qn时，输出脉冲在CLK的上升沿发生跳变。
2．用J－K触发器组成一个计数器，用Protel99SE观察其输出波形。
（1）按照图5-2绘制出Protel99SE的SCH。
见图5-4。
注意：
因为在Protel99SE的原理图系统中，相同的网络标号即代表相同的电气连接，故图中的74LS76的各个引脚分别放置了各自的网络标号，具有相同的网络标号的引脚其实是连接在
图5-4图5-5
一起的，如图中的PRE脚（SD）,CLR脚（RD）均置“1”。
这种不直接连线，而是通过设置网络标号而达到元器件间电气相连的目的的方法，在今后绘制复杂电路图时尤为重要。
输入端接的是10KHZ的时钟脉冲（注意正负极），其属性设置如图5-5。
（2）开始仿真，打开clk，Qa，Qb，Qc，Qd的波形，如图5-6。
图5-6
四．实验内容
1．验证D触发器的逻辑功能。
2．用D触发器组成一个计数器，时钟脉冲用10KHz，每一级的Q端均接至下一级的CP，作为下一级的时钟输入。
每一级的D端接至该级的/Q端。
用Protel99SE进行仿真，得出其波形并进行分析。
3．在前一D触发器组成的计数器的基础上，，将中后级D触发器的CP端接前级的Q端，仿真出波形，分析这是何种计数器。
4．将用J－K触发器组成的二进制加法计数器改成减法计数器，用Protel99SE进行仿真，得出其波形并进行分析。
实验六：
移位寄存器及应用
一实验目的
1）复习巩固Protel99SE的电路图绘制和仿真，由此掌握移位寄存器的工作原理。
2）利用双向移位寄存器74LS194实现二进制的串并行转换及其传递工作方式，并进行波形仿真。
二实验原理
1移位寄存器
移位寄存器是链型连接的触发器组成，每个触发器的输出端依次接下一级触发器的控制输入端，所有触发器公用一个时钟脉冲，在每个时钟脉冲作用下存贮在寄存器（即触发器）中的数向左或向右移一位。
移位寄存器按二进制信息移动的方向分类，有单向和双向两类。
实验图6.1是由D触发器组成的单向右移移位寄存器，其特征方程为：
Qi+1=Qi（i=1,2,3,4,,,,,,,,,,,,,,,）
这是一个串行输出（高位在先）的移位寄存器，对实验图6.1作适当的改编可作左移移位寄存器，则低位输出在前。
图6.1
双向移位寄存器是既能左移又能右移的移位寄存器。
改变左，右移位控制信号就能实现双向移位功能。
双向移位寄存器大都采用中规模集成电路。
74LS194就是一个四位双向通用移位寄存器，它具有左移，右移并行输入数据，保持以及清除等功能，实验图6.2是其引脚图。
从图6.2可见，74LS194移位寄存器的主触发器是钟控R-S触发器，清零信号/Cr经非门后，分别加到R-S触发器的清除端。
只要出现Cr的负跳变，移位寄存器QA,QB,QC,QD立即置零。
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