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文档简介
武汉理工大学基础强化训练报告一 Proteus仿真的基本流程1.1建立设计文件 打开ISIS系统,选择文件菜单中的新建,打开图纸窗口,选择合适的图纸类型,确认后自动建立一个缺省标题(UNTITLED)的文件,再选择文件菜单的另存为,建立自己名称的设计文件,如基础强化训练等 图 1.1 proteus新建文件界面1.2元件的选择与放置 1.2.1元件的选择 将所需元器件加入到对象选择器窗口。单击对象选择器按钮,如图所示图1.2.1 开启元件选择界面弹出“Pick Devices”页面,在“Keywords”输入555,系统在对象库中进行搜索查找,并将搜索结果显示在“Results”中,如图所示。 图1.2.2 元件选择界面在“Results”栏中的列表项中,双击“555”,则可将“555”添加至对象选择器窗口。 接着在“Keywords”栏中重新输入其他元件名称,按同样的方法操作即可将其他元件添加至对象选择器窗口。单击“OK”按钮,结束对象选择。经过以上操作,在对象选择器窗口中,已有了555、LED-RED、RES等元器件对象,若单击555,在预览窗口中,见到555的实物图,如图所示;若单击RES或LED-RED,在预览窗口中,见到RES和LED-RED的实物图,如图所示。此时,可以看到在绘图工具栏中的元器件按钮处于选中状态。如下图所示:图1.2.3 元件选中图示1.2.2放置元器件至图形编辑窗口在对象选择器窗口中,选中555,将鼠标置于图形编辑窗口该对象的欲放位置、单击鼠标左键,该对象被完成放置。同理,将RES及其他元件放置到图形编辑窗口中。如图所示。若对象位置需要移动,将鼠标移到该对象上,单击鼠标右键,此时我们已经注意到,该对象的颜色已变至红色,表明该对象已被选中,按下鼠标左键,拖动鼠标,将对象移至新位置后,松开鼠标,完成移动操作。 图1.2.2 元件的放置1.3元件之间连线并完成绘图Proteus的智能化可以在你想要画线的时候进行自动检测。下面,我们来操作将电阻R1的下端连接到LED显示器的上端。当鼠标的指针靠近R1下端的连接点时,跟着鼠标的指针就会出现一个“”号,表明找到了R1的连接点,单击鼠标左键,移动鼠标(不用拖动鼠标),将鼠标的指针靠近LED显示器的上端的连接点时,跟着鼠标的指针就会出现一个“”号,表明找到了LED显示器的连接点,同时屏幕上出现了粉红色的连接,单击鼠标左键,粉红色的连接线变成了深绿色,同时,线形由直线自动变成了90的折线,这是因为我们选中了线路自动路径功能。同理,我们可以完成其它连线。在此过程的任何时刻,都可以按ESC键或者单击鼠标的右键来放弃画线。 图1.3 由555构成的单稳态触发器触摸控制灯连线图1.4设置元件属性在图形编辑窗口内,将鼠标置于RES元件上,单击鼠标右键,选中该对象,单击鼠标左键,进入对象属性编辑页面,如图所示。在“Resistance”栏中输入5M,单击“OK”按钮,结束设置。此番操作意味着,电阻值为5M,其他需要设置的元件进行相同操作。 图1.4 元件属性设置1.5仿真图绘制与仿真 在仿真过程中,用开关的闭合与开启代替触摸感应片,人体感应信号用矩形脉冲代替,用可发光的LED-RED显示灯的亮灭。当需要开灯时,触摸感应片相当于开关闭合,人体的感应信号加至IC2(2)脚,触发IC2翻转,(3)脚变为“1”,使LED-RED发光。此后R1对C2充电,当C2上的电压上升至电源电压的2/3时,IC2再次翻转,(3)脚输出恢复为0,负载停止工作,LED-RED变灭。电路的定时时间T=1.1R1*C2。设置电阻值为5M,电容值为2uF,所以灯亮时间大概为11秒。其中LED-RED可以用可发声音乐芯片替代,实现门铃和报警器功能等。 图1.5.1 触摸控制灯的仿真图 下图为触摸控制灯点路仿真的输入、输出波形,输入采用频率为1Hz矩形波的秒脉冲,由于电路的延时功能,当第一次负脉冲触发电路后,电路进入暂稳态,灯发光。在暂稳态期间,继续输入的秒脉冲对电路没有影响,即输出部分保持不变。当延时结束,下一次的触发输出才会出现新的波形,输出波形的出现间隔由延时时间决定,即由T=1.1R1*C2决定。 图1.5.2 触摸控制电路的输入与输出波形二 所用芯片管脚功能介绍2.1 芯片555的介绍和管脚图555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为 555。555 定时器的电源电压范围宽,可在 4.5V16V 工作,输出驱动电流约为 200mA,因而其输出可与 TTL、CMOS 或者模拟电路电平兼容。 555 定时器成本低,性能可靠,只需要外接几个电阻、电容,就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。555 定时器的内部电路框图和外引脚排列图如下图所示: 图2.1 555定时器的内部电路框图和外部引脚分布内部包括两个电压比较器,三个等值串联电阻,一个 RS 触发器,一个放电管 T 及功率输出级。它提供两个基准电压VCC /3 和 2VCC /3 555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制 RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压,当 5 脚悬空时,则电压比较器 A1 的反相输入端的电压为 2VCC /3,A2 的同相输入端的电压为VCC /3。若触发输入端 TR 的电压小于VCC /3,则比较器 A2 的输出为 1,可使 RS 触发器置 1,使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3,同时 TR 端的电压大于VCC /3,则 A1 的输出为 1,A2 的输出为 0,可将 RS 触发器置 0,使输出为 0 电平。2.2引脚的名称和作用如下: 1脚GND,接地脚 2脚TL,低电平触发端 3脚Q,电路的输出端 4脚/RD,复位端,低电平有效 5脚V_C,电压控制端 6脚TH,阈值输入端7脚DIS,放电端8脚VCC,电源电压端,其电压范围为:318V三 设计方案与工作原理3.1基于555组成单稳态触发器的触摸控制灯的设计方案根据设计要求,要实现延迟和灯的控制功能,可由555构成单稳态触发器即可,则电路原理图设计如下: 图3.1 基于555组成单稳态触发器的触摸控制灯电路3.2触摸控制灯电路的工作原理上图即为由555定时器和外接定时元件R、C构成的单稳态触发器触摸灯控制电路。D2为钳位二极管,稳态时555电路输入端处于电源电平,内部放电开关管T导通,输出端Vo输出低电平,当有一个外部负脉冲触发信号加到Vi端。并使2端电位瞬时低于,低电平比较器动作,单稳态电路即开始一个稳态过程,电容C开始充电,Vc按指数规律增长。当Vc充电到时,高电平比较器动作,比较器A1翻转,输出Vo从高电平返回低电平,放电开关管T重新导通,电容C上的电荷很快经放电开关管放电,暂态结束,恢复稳定,为下个触发脉冲的来到作好准备。在不接外加电压时,通常接一个0.01uf的电容器C1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。其工作原理波形图如下图3.2 单稳态触发器波形图 暂稳态的持续时间Tw(即为延时时间)决定于外接元件R、C的大小。Tw=1.1RC,通过改变R、C的大小,可使延时时间在几个微秒和几十分钟之间变化。当这种单稳态电路作为计时器时,可直接驱动小型继电器,并可采用复位端接地的方法来终止暂态,重新计时。此外需用一个续流二极管与继电器线圈并接,以防继电器线圈反电势损坏内部功率管。四 设计电路的实验记录与结果分析根据555组成的单稳态触发器工作原理,稳态时555电路输入端处于电源电平,内部放电开关管T导通,输出端Vo输出低电平,则此情况下LED-RED不会发光,开始在电路设计过程中LED-RED竟然亮了,为去除这种错误现象,另加了一个钳位二极管和压控电阻才恢复到正常现象。当有一个外部负脉冲触发信号加到Vi端。并使2端电位瞬时低于,低电平比较器动作,单稳态电路即开始一个稳态过程,输出高电平灯开始发光,可是在电路仿真过程中,开始使用直流输入和开关的闭合作为触发脉冲,但是没有得到预期的实验结果,设置其电压值为低于VCC /3的输入,换频率为1Hz的矩形脉冲输入,才得到了预期的实验结果。 由于输入端选用的是1Hz的矩形脉冲连续信号,所以要想的要预期实验结果需加一个开关,控制矩形脉冲的连续输入。当输入一次矩形脉冲信号后,输出端获得高电平灯发光,此时马上断开开关,使在电路延时阶段结束时没有下一次的脉冲输入,则灯亮了预期的11秒后熄灭,达到预期的设计要求。得到的实验结果如下: 图 4.1 设计电路的实验结果图五 心得与体会这是上大学以来的第一个基础强化训练,开始接触时自己感觉很陌生,但还好了解之后才知道和课程设计差不多,而且我做的题目也不是很难,设计的电路图也是最简单易行的,所以在仿真过程中也没遇到太大的困难。本次基础强化训练我做的题目为基于555组成单稳态触发器的触摸控制灯的设计,在本次设计中我采用的电路比较简单,直接由555定时器和外接定时元件R、C构成单稳态触发器触摸灯控制电路。另加了个钳位二极管 和负载电阻,电路通过555定时器组成的单稳态触发器实现延时和控制灯的开关功能,通过R,C数值的改变来改变延时时间长短。一直对电器设备比较感兴趣,尤其是这次的触摸控制灯更是生活中常用到的,所以这次的强化训练是我喜欢的就完成的很认真,我就是以此心态对待此次基础强化训练的,所谓“态度决定一切”,于是偶然又必然地收获了诸多,概而言之,大约以下几点: 一、温故而知新。设计刚开始时,一点思绪都没有,对于理论知识学习不够扎实的我深感“书到用时方恨少”,于是想起圣人之言“温故而知新”,便重拾教材与实验手册,对知识系统而全面进行了梳理,遇到难处先是苦思冥想再向同学请教,终于熟练掌握了基本理论知识,而且领悟诸多平时学习难以理解掌握的较难知识,学会了如何思考的思维方式,找到了设计的灵感。 二、实践出真知。因为在网上找到的电路图都很复杂,于是尝试自己设计简单易行的电路,结果电路出现诸多问题,譬如短路开路,在不断地改正与调试后,得到了正确的电路和仿真,不为则不知,无为则无知,实践出真知。 三、过而能改。在题目设计过程中,我们不断发现错误,不断改正,不断领悟,不断获取。最终的仿真调试环节,本身就是在践行“过而能改”的知行观。这次的基础强化训练历时一个星期,因为前几天游其他课程设计要忙,所以并没有投入那么多的时间和精力到这个上,最后其他课设结束,在最后整整三天里,可以说是苦多于甜,因为第一次搞感觉陌生,所以设计做起来也比较吃力,但是可以学到一些东西,不仅巩固了以前所学过的知识,而且学到了很多书本上没有学到的知识。通过这次课设,进一步加深了对proteus的了解,让我对它有了更加浓厚的兴趣。特别是仿真出来的时候心里都特别的高兴。因为这次的强化训练是一个人一个题目,所以在整个过程中又培养了自己的独立思考问题、解决问题的能力。总的来说这次的强化训练做的还算顺利,达到了预期的要求,自己也收获很大,最后希望自己答辩顺利,回家过个愉快的假期!六 参考文献
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