数字电子技术课程实践项目

1、SHANGHAI UNIVERSITY数字电子技术课程实践项目报告COURSE REPORT课程名称： 数字电子技术基础 课 程 号: 09365005 授课教师： 学 号: - 姓 名： 西木小卒 所 属： 电气工程及其自动化 数字电子技术课程实践项目项目名称：用555定时器构成的单稳态触发器、多谐振荡器、施密特发生器进行设计和仿真使用软件：Mutisim1. 555定时器电路1.1结构特点：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。55

2、5 定时器的内部电路框图如图1.1.(a)所示。1.1.(a) 它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 /31.2功能特点：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C1的同相输入端的电压为 2Vcc/3，C2的反相输入端的电压为Vcc/3。若触发输入端TR的电压小于Vcc/3，则比较器C2的输出0，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，

3、同时 TR 端的电压大于Vcc /3，则C1的输出为 0，C2的输出为 1，可将 RS 触发器置0，使输出为低电平。它的各个引脚功能如下：1脚：外接电源负端Vss或接地，一般情况下接地。2脚：低触发端TR。3脚：输出端Vo。4脚：是直接清零端。当此端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TR、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0.01F电容接地，以防引入干扰。6脚：高触发端TH。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。8脚：外接电源Vcc，双极型

4、时基电路Vcc的范围是4.5 16V，CMOS型时基电路Vcc的范围为3 18V。一般用5V。1.3电路功能：1.3.(a) 2. 施密特触发器2.1施密特触发器特点施密特触发器在电子电路中常用来完成波形变换、幅度鉴别等工作，电路具有以下工作特点：电路的触发方式属于电平触发，对于缓慢变化的信号仍然适用，当输入电压达到某一定值时，输出电压会发生跳变。由于电路内部正反馈的作用，输出电压波形的边沿很陡直。在输入信号增加和减少时，施密特触发器有不同的阈值电压，正向阈值电压VT+和负向阈值电压VT-。正向阈值电压与负向阈值电压之差，称为回差电压，用VT表示（VT=VT+-VT-）。根据输入相位、输出相位

5、关系的不同，施密特触发器有相同的同相输出和反向输出两种电路形式。其电压传输特性曲线及逻辑符号分别如图2.1.(a)、2.1.(b)所示。电路的特性曲线类似于铁磁材料的磁滞回线，此曲线就作为了施密特触发器的标志。2.1.(a)反向输出施密特电路的传输特性及逻辑符号 2.1.(b)正向输出施密特电路的传输特性及逻辑符号2.2 使用555定时器组成施密特触发器2.2.1 仿真电路及工作波形图2.2.1(a)2.2.1(b)(c) 电路仿真参数及工作波形见图2.2.(b)，输入电压VI为三角波，Vp=5V，f=1Hz，接入到示波器Channel_B，直流耦合；输出电压Vo为矩形波，f=1Hz，接入到示

6、波器Channel_A，直流耦合。电路的电压传输特性曲线为图(c)，示波器耦合方式为A/B，两通道均为直流耦合。2.2.2 仿真分析当Vi由0V开始逐渐增加，当Vi<Vcc/3时，根据555定时器功能表可知，输出Vo为高电平；Vo继续增加，如果Vcc<Vi<2Vcc/3，输出Vo维持高电平不变Vi再增加，一旦Vi>2Vcc/3，Vo就由高电平跳变为低电平；之后Vi再增加，仍是Vi>2Vcc/3，电路输出端保持低电平不变。如果Vi由大于2Vcc/3的电压值逐渐下降，只要Vcc/3<Vi<2Vcc/3，电路输出状态不变，仍为低电平；只有Vi<Vcc/

7、3时，电路才再次反转，Vo就由低电平跳变为高电平。根据图2.2.1(c)可知，电路实现了施密特触发器的功能，触发器的正、负向阈值电压分别为2Vcc/3和Vcc/3。3. 单稳态触发器3.1 单稳态触发器特点没有触发脉冲作用时电路处于一种稳定状态；在触发脉冲作用下，电路由稳态反转到暂稳态。暂稳态是一种不能长久保持的状态；由于电路中RC延时环节的作用，电路的暂稳态在维持一段时间后，会自动返回到稳态。暂稳态的持续时间决定于电路中的RC参数值。单稳态触发器的这些特性被广泛应用于脉冲的整形、延时和定时等。3.2 使用555定时器组成单稳态触发器3.2.1 仿真电路及工作波形3.2.1(a) 3.2.1(

8、b) 电路仿真参数如图3.2.1(a)所示，输入电压Vi接示波器Channel_B，Y轴位移为-1.2，输出电压Vo接示波器Channel_A，Y轴位移为1，电容C2接示波器Channel_C，Y轴位移为0，3个通道皆为5V/Div，500ms/Div。输入信号Vi的占空比为50%，Vp=1.25V，偏置电压为1.25V，f=5Hz。3.2.2 仿真分析没有触发信号时Vi处于高电平（Vi>Vcc/3），如果接通电源后Q=0。Vo=0，T导通，电容通过放电三极管T放电，使Vc2=0，Vo保持低电平不变。如果接通电源后Q=1，放电三极管T就会截止，电源通过电阻R向电容C2充电，VC2上升到2

9、Vcc/3时，由于R=0，S=1，锁存器置0，Vo为低电平。此时放电三极管T导通，电容C2放电，Vo保持低电平不变。因此，电路导通后在没有触发信号时，电路只有一种稳定状态Vo=0。若触发输入端施加触发信号（Vi<Vcc/3），电路的的输出状态由低电平跳变为高电平，电路进入暂稳态，放电三极管T截止。此后电容C2充电，当C2充电至Vc=2Vcc/3时，电路的输出电压Vo由高电平反转为低电平，同时T导通，于是电容C2放电，电路返回到稳态状态。电路产生的工作波形见图3.2.1(b)。忽略T的饱和压降，则VC2从零电平上升到2Vcc/3的时间，即为输出电Vo的脉宽tW，tW=RC2ln31.1RC

10、2。根据工作波形可知实际电路的脉宽tW=1/f*5.5=1.1s，电路脉宽理论值tW1.1RC2=1.1*100k*10uF=1.1s，实际值与理论值温和良好。由图3.2.1(b)可知，在一个tW内，即在电路的暂稳态的持续时间内，加入新的触发脉冲未影响到电路工作状态，故电路为不可重复的触发单稳态触发器。4. 多谐振荡器4.1 多谐振荡器特点多谐振荡器是一种在接通电源后，就能产生一定频率和一定幅值矩形波的多谐振荡器，常作为脉冲信号源。由于多谐振荡器在工作过程中没有稳定状态，故又称无稳态电路。多谐振荡器有多种电路形式，但它们都具有以下特点：电路由开关器件和反馈延时环节组成。开关器件可以是逻辑门、电

11、压比较器、定时器等，其作用是产生脉冲信号的高、低电平。反馈环节一般为RC电路，RC电路将输出电压延时后，恰当地反馈到开关器件输入端，以改变其输出状态。4.2 使用555定时器组成多谐振荡器4.2.1 仿真电路及工作4.2.1(a)4.2.1(b) 仿真电路各器件参数见图4.2.1(b)，输出电压Vo接示波器Channel_A，耦合方式为直流耦合，输入电压VC1接示波器Channel_B，耦合方式为直流耦合。4.2.2 仿真分析接通电源后，电容C1被充电，当Vc上升到2Vcc/3时，使Vo为低电平，同时放电三极管T导通，此时电容C1通过R2和T放电，Vc下降。当Vc下降到Vcc/3时，Vo反转为高电平。电容器C1放电时间为：tPL=R2C1ln20.7R2C1当放电结束时，T截止，Vcc将通过R1、R2向电容器C1充电，Vc由Vcc/3上升到2Vcc/3所需的时间为：tPH=(R1+R2)C1ln20.7(R1+R2)C1当Vc上升到2Vcc/3时，电路又反转为低电平。如此周而复始，于是，在电路的输出端就得到一个周期性的矩形波。电路工作波形见图4.2.1