应用555定时器组成施密特触发器文档格式.docx
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报告容包括目录、正文(概述,硬件原理图介绍,需要的元器件清单)绘制PCB图、PCB版的制作过程、结论(PCB版布线及制作要注意的问题,设计的电路版性能测试及总结,设计过程中遇到的问题及解决方法,心得等)、参考文献、附录(可有可无)等。
排版要严格按课程设计撰写规要求进行。
摘要
施密特触发器是一种用途十分广泛的脉冲单元电路。
利用它所具有的电位触发特性,可以进行脉冲整形,把边沿不够规则的脉冲整形为边沿陡峭的矩形脉冲(图4);
通过它可以进行波形变换,把正弦波变换成矩形波;
另一个重要用途就是进行信号幅度鉴别,只要信号幅度达到某一设定值,触发器就翻转,所以常称它为鉴幅器。
用施密特触发器还能组成多谐振荡器和单稳态触发器。
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。
为此,同学们通过书籍查阅了解到有多种方法可以组成施密特触发器,然后通过比较各种方案后,用555定时器组成施密特触发器,并通过去实验室实验和老师的指导了解到⑴施密特触发器有两个稳定状态,其维持和转换完全取决于输入电压的大小。
⑵电压传输特性特殊,有两个不同的阈值电压(正向阈值电压和负向阈值电压。
⑶状态翻转时有正反馈过程,从而输出边沿陡峭的矩形脉冲
关键词:
施密特触发器,555定时器,阈值电压。
一:
绪论…………………………………………………………………4
二:
555定时器组成施密特触发器
2.1设计任务、要求及目的…………………………………………5
2.2555定时器……………………………………………………5
2.3设计施密特触发器的方案……………………………………7
2.4主要参数……………………………………………………8
2.5制作原理图…………………………………………………8
2.6制作PCB版……………………………………………………9
2.6.1制作步骤
2.6.2制作过程中遇到的问题、原因及解决办法
三:
结论………………………………………………………………10
四:
参考文献……………………………………………………………11
五:
附录………………………………………………………………11
绪论
在数字电路或系统中,常常需要各种脉冲波形,例如时钟脉冲、控制过程的定时信号等。
这些脉冲波形的获得通常有两种方法:
一种是利用脉冲信号产生器直接产生;
另一种则是通过对已有信号进行变换,使之满足系统的要求。
本次课程设计是利用后一种方法产生脉冲波形,主要是以中规模集成电路555定时器为典型电路构成施密特触发器。
555定时器是一种多用途的中规模集成电路,该电路使用灵活、方便,只需外接少量的阻容原件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器,又称为时基电路。
因而在波形的产生与变换、测量与控制、家用电器以及通信等许多领域中都得到了广泛的应用。
555定时器组成施密特触发器。
2.1设计任务、要求及目的
2.1.1设计任务:
用555定时器组成施密特触发器以及观测输出波形、测绘电压传输特性、算出回差电压△U。
2.1.2设计要求:
1、明确设计题目,确定方案。
2.1.3设计的目的:
1、熟悉555型集成时基电路结构、工作原理。
2、掌握555型集成时基电路的基本运用。
3、掌握用protel99编辑原理图,生成PCB图,制作PCB版。
4、掌握用示波器测定施密特触发器的电压传输特性曲线。
2.2555定时器
555定时器电路是一种中规模集成定时器,目前应用十分广泛。
通常只需外接几个阻容元件,就可以构成各种不同用途的脉冲电路,如多谐振荡器、单稳态触发器以及施密特触发器等。
555定时电路有TTL集成定时电路和CMOS集成定时电路,它们的逻辑功能与外引线排列都完全相同。
双极型产品型号最后数码为555,CMOS型产品型号最后数码为7555。
2.2.1555电路的结构组成和工作原理【1】
(1)电路组成及其引脚
图1
(2)555的工作原理
它含有两个电压比较器,一个基本RS触发器,一个放电开关T,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C1同相比较端和低电平比较器C2的反相输入端的参考电平为
和
。
C1和C2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
Vco是控制电压端(5脚),平时输出
作为比较器A1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0.01
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。
T为放电管,当T导通时,将给接于脚7的电容器提供低阻放电电路。
2.2.2555电路的引脚功能
(3)555电路的引脚功能
v12
触发
v11
阈值
复位
IS
放电端
vo
输出
>
1
导通
原状态
截止
×
2.3设计施密特触发器的方案
2.3.1用TTL门构成的施密特触发器
图2所示为用两个TTL门构成的施密特触发器电路。
图中G1为与非门,G2为反相器,vⅠ通过电阻R1和R2来控制门的状态。
因为R1R2值不能取很大,因此串接二极管D,防止vO=VOH时,G2的负载电流过大。
图2两级TTL门构成的施密特触发器
当输入vⅠ=0时,门G1截止,vO=VOH;
门G2导通,输出vO=VOL。
当vⅠ逐步上升,使二极管D导通,则:
v1’=(v1-vD)R2/(R1+R2)+VOL
式中,VD为二极管D导通压降,VOL≈0.3V≈0V.当v1上升到Vth时,由于G1另一输入端v1'仍低于Vth,电路状态不变。
当vⅠ逐步上升至使v1'≥Vth(Vth为TTL门阈值电平)时,门G1将由截止转为导通;
门G2由导通转为截止,vO=VOH,触发器发生一次翻转。
此时vⅠ为上限触发电平,如果忽略v1'=Vth时G1的输入电流,则可得到v1’=Vth=(VT+—VD)R2/(R1+R2)
故得VT+=(R1+R2)Vth/R2+VD
只要输入vⅠ>
VT+,触发器就处于输出vO=VOH的稳定状态。
当输入vⅠ逐步下降时,只要vⅠ≤Vth,门G1将由导通转为截止,vO=VOH;
门G2由截止转为导通,vO=VOL,触发器再次发生翻转,此时vⅠ为下限触发电平VT-=Vth,因此,电路的回差电压
△VT=VT+—VT-=R1Vth/R2+VD
调整电阻R1和R2得分压值,可以改变回差大小。
2.3.2555定时器组成施密特触发器
主要工作原理:
如图3所示,当Vi=0时,由于V11=V12=Vi=0,电压比较器C1输出高电平,C2输出低电平;
基本RS触发器被置“1”态;
则Vi=1,当Vi继续上升,但在未达到2/3Vcc以前,VO=1不会变。
当Vi升高到2/3Vcc时,电压比较器C1输出低电平,C2输出高电平;
基本RS触发器被置“0”态;
则VO=0,此后,Vi继续上升到Vcc,然后再降低,但在降低未达到1/3Vcc以前,VO=0的状态同样也不会改变。
当Vi下降到1/3Vcc时,电压比较器C1输出高电平,C2输出低电平;
则VO=1,此后,vi继续下降到0,然后再上升,但在未达到2/3Vcc以前,VO=1的状态不会改变。
图3
2.3.3通过以上两种方案决定用555定时器组成施密特触发器。
2.4主要参数
(1)上限阈值电压Vth+。
它是指Vi上升过程中,输出电压Vo由高电平VOH跳变到低电平VOL时,所对应的输入电压Vi的值。
在图3中Vth+=2/3Vcc。
(2)下限阈值电压Vth_。
它是指Vi下降过程中,输出电压VO由低电平VOL变到高电平VOH时,所对应的输入电压Vi的值。
在图3中Vth_=1/3Vcc。
(3)回差电压△VT,又叫滞回电压。
它定义为上限阈值电压与下限阈值电压的差,即△Vth=Vth+—Vth-=1/3Vcc。
2.5制作原理图
步骤:
(1)进入Protel99SE,创建一个数据库,选择菜单File/New命令,双击框中原理图服务器(SchematicDocument)图标,建立原理图设计文档,进入原理图设计界面。
(2)在设计管理器中选择BrowseSCH页面,在Browse区域中的下拉框中选择Library,然后单击ADD/Remove按钮,在弹出的窗口中寻找Protel99SE子目录,在该目录中选择Library\SCH路径,在元件库列表中选择所需的元件库,MiscellaneousDevicesDdb,ProtelDos库等,单击ADD按钮,即把元件库增加到元件库管理器中。
(3)根据实际电路的需要,到元件库中找出所需的元件,然后用元件管理器的Place按钮将元件放置在工作平面上,按Space旋转元件位置,再用电器线将个元件连接好同时对元件进行编号、封装和设定。
(4)选择菜单Tool/REC对画好的电路原理图进行电气规则检查。
如果有错误,根据错误情况进行改正。
原理图如下:
2.6制作PCB版
2.6.1步骤:
(1)择菜单File/New命令,双击框中PCB设计服务器(PCBDocument)图标,建立PCB设计文档,进入PCB设计界面。
(2)选择菜单Design/Add/RemoveLibrary,在“添加/删除元件库”对话框中选取所有元件所对应的元件封装库,PCBFootprint。
(3)布线规则是设置布线的各个规:
通过Design—Rules进行设置安全间距、走线层面和方向、过孔形状、走线线宽等a.双面板制作b.VCC和GND线宽为30mil,c.其它走线宽度为15mil。
d.过孔为外径30mil,径为25mil
(4)选择菜单Design/LoadNets,然后在弹出的窗口中单击Browse按钮,再在弹出的窗口中选择电路原理图设计生成的网络表.net文件,如果没有错误,单击Execute,也可在Sch原理图菜单Design—UpdatePcb进行,如果出现错误提示,必须更改错误。
(5)调整元件封装,合理布局。
Protel99SE既可以进行自动布线也可以进行手工布线,但是一般要手工布线,那样才能符合特定要求以及避免一些电器规则出错
(6)最后做一次电器规则检查Tools工具—DEC如果有错误则必须更改好,直到最终的PCB板完整做好。
生成PCB图如下:
2.6.2从原理图生成PCB图时,出现了原理图不正确,其错误为
(1)Nodenotfound(找不到元件某一焊盘)元件为二极管。
分析原因:
原因是元件电气图形符号引脚编号与元件封装图引脚编号不一致。
解决办法:
修改二极管电气图形符号的引脚编号,在protel99SE状态下,单击主工具栏的“打开”工具按钮,打开位于DesignExplore99\Library\PCB\GenericFootprint\Advpcb.ddb的元件封装图文件包,单击“BrowsePCBLib”标签,在Pins引脚窗口将A改为1,将K改为2,单击保存,再返回到原理图界面,再生成PCB图。
三结论
通过此次的课程设计知道了施密特触发器具有滞回电压特性,能将边沿变化缓慢的电压波形整形为边沿陡峭的矩形脉冲。
并通过一周的电子线路CAD课程设计,对同学们来说是有很大的收获,它不仅让同学们们很好的复习以前学过的知识,而且也让它见证了同学们的学习成果,能用自己所学的知识做出自己所想要的电路板,也同时对以后的学习充满信心!
你可能也认识到只有理论知识是远远不够的,只有把所学的理论知识与实践相结合起来,从理论中得出结论,才能真正为社会服务,从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到问题,可以说得是困难重重,这毕竟很少完完整整的做一个电路板,难免会遇到过各种各样的问题,同时在设计的过程中发现了自己的不足之处,对以前所学过的知识理解得不够深刻,掌握得不够牢固以及这次的课程设计,无不有力地证明了基础知识的重要性,无不在提醒自己,要重视对基础知识的学习。
通过这次的实验,理解了电子线路的设计方法和流程,夯实了电子线路的基础知识。
四参考文献
【1】周敏唐永强电子技术电子工业2004年2月
五附录
元件清单:
二极管一个
555定时器一个
电阻一个
无极性电容一个
示波器
交流信号发生器
评语表
指导老师评语
课程设计成绩
指导老师签字
2010年月日