1、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
2、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 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。 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 。 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
3、: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 2.2 555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92.6.1 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
4、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,
5、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。 2.2 555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。2.2.1 555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
6、较器的参考电压由三只5K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
7、,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。2.2.2 555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,v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v=0时,门G1截止,vO=VOH;门G2导通,输
8、出vO=VOL。当v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,VOL0.3V0V.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v逐步上升至使v1Vth(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v为上限触发电平,如果忽略v1Vth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vVT+,触发器就处于输出 vO=VOH的稳定状态。当输入v逐步下降时
9、,只要vVth,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v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。2.3.2 555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
10、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 32.3.3 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
11、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Protel99 SE,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(Schematic Document)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Browse SCH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Protel99
12、SE子目录,在该目录中选择LibrarySCH路径,在元件库列表中选择所需的元件库,Miscellaneous Devices Ddb,Protel Dos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
13、计服务器(PCB Document)图标,建立PCB设计文档,进入PCB设计界面。(2)选择菜单Design/Add/Remove Library,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,PCB Footprint。(3)布线规则是设置布线的各个规:通过DesignRules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/Load Nets,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
14、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DesignUpdate Pcb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。Protel99 SE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)Node not found(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
15、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protel99 SE状态下,单击主工具栏的“打开”工具按钮,打开位于 Design Explore 99LibraryPCBGeneric FootprintAdvpcb.ddb的元件封装图文件包,单击“Browse PCBLib”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
16、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
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