波形变换器的设计仿真与实现.docx
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波形变换器的设计仿真与实现
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波形变换器的设计仿真与实现
摘要
施密特触发器也有两个稳定状态，但与一般触发器不同的是，施密特触发器采用电位触发方式，其状态由输入信号电位维持；对于负向递减和正向递增两种不同变化方向的输入信号，施密特触发器有不同的阀值电压。
因此，施密特触发器有三个大的特点：
1、波形变换。
可将三角波、正弦波等变成矩形波；2、脉冲波的整形，数字系统中，矩形脉冲在传输中经常发生波形畸变，出现上升沿和下降沿不理想的情况，可用施密特触发器整形后，获得较理想的矩形脉冲；3、脉冲鉴幅。
幅度不同、不规则的脉冲信号时加到施密特触发器的输入端时，能选择幅度大于欲设值的脉冲信号进行输出。
而这次基础强化训练所要求的就是我们对三角波进行波形变换为方波，所以总的来说，这次基础强化训练还是比较简单的，主要考查的还是对Proteus的应用。
关键词：
Proteus仿真，施密特触发器，555定时器，波形变换
2Proteus操作流程
Proteus原理图绘制
1.安装好软件后点击桌面上图标进入软件环境。
2.在看是菜单中找到Proteus图标单击，进入Proteus操作界面。
3.设置所需原件。
单击绘图工具栏中的元件模式按钮，进入元件库，在元件库中通过搜索栏中分别键入cap电容，res电阻，555，Oscilloscope（示波器）等找到对应属性的元件。
需在元件库中找出相应阻值，电容的元件。
图2-1Proteus元件选择框
放置元件及排版
1、通过对象选择器窗口单击选择相应元件，在右侧图形编辑窗口中单击左键放置元件。
元件的移动：
用鼠标左键按住元件拖曳。
元件的旋转：
选定所需旋转元件，单击绘图工具栏左右旋转按钮完成旋转。
元件的删除：
通过鼠标左键选定要删除的元件，点击键盘上的delete键即可完成对应元器件的删除。
2、将鼠标移至元件引脚处待出现红色方框单击鼠标左键将鼠标移至所需连接的另一元件管脚处待出现红色方框后再次单击鼠标左键完成单根导线的连接。
以此类推，按照实验原理图放置元件并布线。
引出节点：
在所需引出节点导线处单击鼠标右键，移动鼠标即可在该点设置节点并引出导线。
3、完成电路布线后，为使电路更加紧凑有逻辑性，各功能区域明显，应对相应元件或导线位置进行相应调整。
元件位置调整：
单击相应元件按住鼠标左键并将元件拖曳至相应位置后放开即可。
导线间距的调整：
将鼠标移至要调整导线所连接的元器件，单击该器件，相应导线及元器件将变为选定状态，将鼠标移至该导线处出现左右（上下）调节标志，按住鼠标左键拖曳相应导线到预定位置后放开，即可移动导线。
模拟及仿真
示波器：
在绘图栏中选择虚拟仪器菜单中的Oscilloscope（示波器）选项，将其放置到图形编辑窗口，连接相应导线至测试点。
电路连接无误后，根据实验要求，选定所需信号源及测试仪表，单击仿真键仿真。
3施密特触发器工作原理
555定时器的内部结构及工作原理
内部结构
图3-1555定时器内部原理图
工作原理
如图3-1所示，它含有两个电压比较器，一个基本RS触发器，一个放电开关，比较器的参考电压由三只5KΩ的电阻器构成分压，它们分别使高电平比较器的同相比较端和低电平比较器的反相输入端的参考电平为
和
。
两放大器的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。
当输入信号输入并超过
时，触发器复位，555的输出端3脚输出低电平，同时放电，开关管导通；当输入信号自2脚输入并低于
时，触发器置位，555的3脚输出高电平，同时放电，开关管截止。
是复位端，当其为0时，555输出低电平。
平时该端开路或接VCC。
Vc是控制电压端（5脚），平时输出
作为比较器的参考电平，当5脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制，在不接外加电压时，通常接一个的电容器到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，以确保参考电平的稳定。
三极管为放电管，当三极管导通时，将给接于脚7的电容器提供低阻放电电路。
555定时器的引脚图及功能
引脚图
图3-2555引脚图图3-3LM224引脚图
555定时器各管脚的功能
1脚：
外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。
8脚：
外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是~16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3~18V。
一般用5V。
3脚：
输出端Vo
2脚：
低触发端
6脚：
TH高触发端
4脚：
是直接清零端。
当端接低电平，则时基电路不工作，此时不论、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。
5脚：
VC为控制电压端。
若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只μF电容接地，以防引入干扰。
7脚：
放电端。
该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。
555定时器的功能表
清零端
高触发端TH
低触发端
Q
放电管T
功能
0
×
×
0
导通
直接清零
1
0
1
0
导通
置0
1
1
0
1
截止
置1
1
0
1
0
1
1
保持上一状态
截止
保持上一状态
置1
保持上一状态
555定时器构成的施密特触发器
将555定时器的两个输入端2和6并联连接后作为电路的输入端，，就可以构成施密特触发器，另外在5和7之间加一个电容，是为了提高比较电容的稳定性，消除工作过程中由输入信号突变引起的干扰而设置的退耦合电容，其电路如图所示。
当输入信号从足够小到足够大变化时，开始必定出现6端输入电压小于
2端输入电压小于
，集成运算放大器的输出值为
输出高电平，
输出低电平，，将使基本RS触发器处于置1工作状态，晶体管截止，输出信号
为高电平。
随着输入电压的升高，将会出现6端输入电压小于
，2端的输入电压大于
，RS触发器置1工作状态，晶体管截止，输出信号
为高电平。
此后，输入电压信号继续上升，将出现6端输入电压大于
，2端输入电压小于
的情况，RS触发器出现清零的工作状态，晶体管导通，输出信号
为由高电平跳转为低电平。
对应的跳转输入电压值为
=
。
图3-4555定时器构成飞施密特触发器
图3-5输入正弦波施密特触发器的输出波形
施密特触发器用于脉冲整形
在数字系统中，矩形脉冲经传输后往往发生波形畸变，下图中给出了几种常见的情况。
当传输线上电容较大时，波形的上升沿和下降沿将明显变坏，如图（a）所示。
当传输线较长，而且接收端的阻抗与传输线的阻抗不匹配时，在波形的上升沿和下降沿将产生振荡现象，如图（b）所示。
当其他脉冲信号通过导线间的分布电容或公共电源线叠加到矩形脉冲信号上时，信号上将出现附加的噪声。
如图（c）中所示。
无论出现上述的哪一种情况，都可以通过用施密特触发器整形而获得比较理想的矩形脉冲波形。
由图可见，只要施密特触发器的和设置得合适，Vt+均Vt-能收到满意的整形效果。
图3-6施密特触发器的整形作用
施密特触发器用于脉冲鉴幅
由图可见，若将一系列幅度各异的脉冲信号加到施密特触发器的输入端时，只有那些幅度大于Vt+的脉冲才会在输出端产生输出信号。
因此，施密特触发器能将幅度大于Vt+的脉冲选出，具有脉冲鉴幅的能力。
此外，利用施密特触发器的滞回特性还能构成多谐振荡器。
图3-7施密特触发器脉冲鉴幅作用
4方案设计
三角波转换方波电路
图4-1三角波转换方波电路
方波转换尖脉冲波电路
图4-2方波转换尖脉冲波电路
方波转换锯齿波电路
4-3方波转换锯齿波电路
波形变换总电路图设计
4-4波形变换总电路图
5仿真分析
图5-1proteus仿真示意图
6元器件清单
Quantity:
References
Value
3
R1-R3
10k
1
R4
3k
1
R5
270k
1
C1
2
C2、C3
30pF
1
C4
1
U1
555
2
U2A、U2B
LM224
2
R7、R8
1k
7心得体会
对这次强化训练感受最深的一点就是有点不能理解，因为搞这个强化训练时间是在考完试后的一个星期内，而且答辩的时间不能够提前，也不知道什么原因，实际上是不需要这么长的时间的。
当然，在这次强化训练中，也遇到了蛮多的问题。
主要有以下几点：
一、对课本知识了解的不是很透彻，也是这时本次课程设计中最重要的一点，也是我们关注最多的一点。
因为我们要设计的电路的原理就在书上，这次课程设计就是一次书上知识的大综合。
它在某种程度上也反映了我们对书上知识的了解程度以及对知识的运用能力，而且还锻炼了我们的动手能力和发现并解决问题的能力。
二、幸运的是这次强化训练不需要我们焊制实物电路板，只是要求我们能够用Proteus仿真就行了。
但是在平时的学习中并没接触到这个软件，这就有待我们好好的重头开始学习它了。
三、设计说明书的书写格式显得尤为重要。
由于不同的老师对课程设计说明书的要求都不大一样，有的要求很严格，哪怕出一点小问题都要被退回来；而有的比较松一点，没有过分计较。
这次老师没给范文，只对部分要注意的地方强调了一下。
而我们显然做得不太尽人意。
不过，始终相信一句话：
“一个耕耘，一分收获。
”在这次强化训练中也获益匪浅，只懂理论知识是远远不够的，把理论和实践联合起来才是硬道理，这样才能更好的服务自己，服务社会。
直到这时，才想起“书到用时方恨少”，于是重拾课本，对要用的知识重新梳理一遍，遇到不懂得地方先是苦思冥想，再请教同学，然后上网查一下相关的资料，直到搞懂为止。
但是，时至今日，这次强化训练也基本上完成了，但是还有蛮多问题值得探讨。
这次强化训练在某种程度上，给自己增长了些许见识，以后这种强化训练还多的是，我们就要更加的对它重视，并能够认真的完成。
8参考文献
[1]伍时和，吴友宇，凌玲.数字电子技术基础[M].北京：
清华出版社，2009.
[2]康华光,陈大钦.电子技术基础数字部分（第四版）[M].北京：
高等教育出版社,2004.
[3]张文涛，吴建春.PROTEUS仿真软件应用[M].武汉：
华中科技大学出版社，2010
[4]张丽华，刘勤勤.数字电子技术基础仿真实验[M].西安：
电子科技大学出版社，2008.
[5]罗中华，曾清生.数字电路与逻辑设计[M].北京：
清华大学出版社，2004
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