毕业设计 基于ewb的电路设计与仿真

1、基于EWB的电路设计与仿真 555集成器电路部分前言在当今电子设计领域，EDA设计和仿真是一个十分重要的设计环节。在众多的EDA设计和仿真软件中，EWB软件以其强大的仿真设计应用功能，在各高校电信类专业电子电路的仿真和设计中得到了较广泛的应用。EWB软件及其相关库包的应用对提高学生的仿真设计能力，更新设计理念有较大的好处。EWB（电子工作平台）软件，最突出的特点是用户界面友好，各类器件和集成芯片丰富，尤其是其直观的虚拟仪表是EWB软件的一大特色。它采用直观的图形界面创建电路：在计算机屏幕上模仿真实验室的工作台，绘制电路图需要的元器件、电路仿真需要的测试仪器均可直接从屏幕上选取。EWB软件所包含

2、的虚拟仪表有：示波器，万用表，函数发生器，波特图图示仪，失真度分析仪，频谱分析仪，逻辑分析仪，网络分析仪等。这些仪器的使用使仿真分析的操作更符合平时实验的习惯。本次毕业设计主要是利用EWB软件对555集成电路的原理及其基本应用电路进行设计和仿真，并通过实验箱进行硬件调试实现。1 EWB软件的简介1.1 EWB软件的概述随着电子技术和计算机技术的发展，电子产品已与计算机紧密相连，电子产品的智能化日益完善，电路的集成度越来越高，而产品的更新周期却越来越短。电子设计自动化（EDA）技术，使得电子线路的设计人员能在计算机上完成电路的功能设计、逻辑设计、性能分析、时序测试直至印刷电路板的自动设计。EDA

3、是在计算机辅助设计（CAD）技术的基础上发展起来的计算机设计软件系统。与早期的CAD软件相比，EDA软件的自动化程度更高、功能更完善、运行速度更快，而且操作界面友善，有良好的数据开放性和互换性。电子工作平台Electronics Workbench (EWB)(现称为MultiSim) 软件是加拿大Interactive Image Technologies公司于八十年代末、九十年代初推出的电子电路仿真的虚拟电子工作台软件，它具有这样一些特点：（1）软件仪器的控制面板外形和操作方式都与实物相似，可以实时显示测量结果。（2）EWB软件带有丰富的电路元件库，提供多种电路分析方法。（3）作为设计工具

4、，它可以同其它流行的电路分析、设计和制板软件交换数据。（4）EWB还是一个优秀的电子技术训练工具，利用它提供的虚拟仪器可以用比实验室中更灵活的方式进行电路实验，仿真电路的实际运行情况，熟悉常用电子仪器测量方法。1.2 EWB软件的操作界面1EWB的主窗口2元件库栏信号源库二极管库 仪器库指示器件库基本器件库 模拟集成电路库 1.3 EWB软件基本操作方法介绍EWB软件具体操作方法很细，就常用仪器举例（1） 数字多用表数字多用表的量程可以自动调整。下图是其图标和面板。（2）示波器示波器为双踪模拟式，其图标和面板如下图所示。（3）信号发生器信号发生器可以产生正弦、三角波和方波信号，其图标和面板如下

5、图所示。可调节方波和三角波的占空比。（4）波特图仪波特图仪类似于实验室的扫频仪，可以用来测量和显示电路的幅度频率特性和相位频率特性。波特图仪的图标和面板如下图所示。波特图仪有IN和OUT两对端口，分别接电路的输入端和输出端。每对端口从左到右分别为+V端和-V端，其中IN端口的+V端和-V端分别接电路输入端的正端和负端，OUT端口的+V端和-V端分别接电路输出端的正端和负端。此外在使用波特图仪时，必须在电路的输入端接入AC（交流）信号源，但对其信号频率的设定并无特殊要求，频率测量的范围由波特图仪的参数设置决定。2 555集成定时器原理简介2.1 555集成定时器芯片原理 555集成定时器是模拟功

6、能和数字逻辑功能相结合的一种双极型中规模集成器件。外加电阻、电容可以组成性能稳定而精确的多谐振荡器、单稳电路、施密特触发器等，应用十分广泛。555定时器的外引线排列图和内部原理框图如下图所示它是由上、下两个电压比较器、三个5k电阻、一个RS触发器、一个放电三极管 T以及功率输出级组成。比较器 C1的反相输入端5接到由三个5 k电阻组成的分压网络的2/3Vcc处（5也称控制电压端），同相输入端6为阀值电压输入端。比较器C2的同相输入端接到分压电阻网络的1/3Vcc处，反相输入端2为触发电压输入端，用来启动电路。两个比较器的输出端控制RS触发器。RS触发器设置有复位端4，当复位端处干低电平时，输出

7、3为低电平。控制电压端5是比较器C1的基准电压端，通过外接元件或电压源可改变控制端的电压值，即可改变比较器C1、C2的参考电压。不用时可将它与地之间接一个O01F的电容，以防止干扰电压引入。555的电源电压范围是+4.5+18V，输出电流可达100200mA，能直接驱动小型电机、继电器和低阻抗扬声器。555定时器的芯片功能如下表所示触发阈值复位IS放电端输出H导通LH原状态H截止HL导通L2.2 555定时器的应用1单稳态电路 单稳态电路的组成和波形下图所示。当电源接通后，Vcc通过电阻R向电容C充电，待电容上电压Vc上升到2/3Vcc时，RS触发器置0，即输出Vo为低电平，同时电容C通过三极

8、管T放电。当触发端2的外接输入信号电压Vi1/3Vcc时，RS触发器置1,即输出Vo为高电平，同时，三极管T截止。电源Vcc再次通过R向C充电。输出电压维持高电平的时间取决于RC的充电时间，当t=tW时，电容上的充电电压为；，所以输出电压的脉宽 tW=RCln31.1RC。一般R取1k10M，C1000pF。值得注意的是：t的重复周期必须大于tW，才能保证放一个正倒置脉冲起作用。由上式可知，单稳态电路的暂态时间与VCC无关。因此用555定时器组成的单稳电路可以作为精密定时器。单稳态电路的电路图和波形图2多谐振荡器多谐振荡器的电路图和波形图如下图所示。电源接通后，Vcc通过电阻R1、R2向电容C

9、充电。当电容上电vC=2/3Vcc时，阀值输入端6受到触发，比较器C1翻转，输出电压Vo=0，同时放电管T导通，电容C通过R2放电；当电容上电压Vc=1/3Vcc，比较器C2工作，输出电压Vo变为高电平。C放电终止、又重新开始充电，周而复始，形成振荡。其振荡周期与充放电的时间有关：充电时间：，放电时间： 振荡周期：T=tPH+tPL0.7(R1+2R2)C振荡频率：f=1/T= 占空系数： 当R2R1时，占空系数近似为50。多谐振荡器的电路图和波形图由仿真结果我们知道：电路的振荡周期T、占空系数D，仅与外接元件R1、R2和C有关，不受电源电压变化的影响；改变R1、R2，即可改变占空系数，其值可

10、在较大范围内调节；改变C的值，可单独改变周期，而不影响占空系数。另外，复位端4也可输入1个控制信号。复位端4为低电平时，电路停振。3施密特触发器施密特触发器电路图和波形图如下图所示，其回差电压为1/3Vcc。若在电压控制端5外接可调电压Vco（1.55V），可以改变回差电压VT,施密特触发器可方便的地把三角波转换成方波。 施密特触发器电路图和波形图3 555电路EWB设计和仿真实现3.1 555单稳态触发器的设计1.电路设计基本原理单稳态触发器具有稳态和暂稳态两个不同的工作状态。在外界触发脉冲作用下，它能从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持一段时间以后，在自动返回稳态；暂稳态维持时间的长短取决于电

11、路本身的参数，与触发脉冲的宽度和幅度无关。由于单稳态触发器具有这些特点，常用来产生具有固定宽度的脉冲信号。按电路结构的不同，单稳态触发器可分为微分型和积分型两种，微分型单稳态触发器适用于窄脉冲触发，积分型适用于宽脉冲触发。无论是哪种电路结构，其单稳态的产生都源于电容的充放电原理。用555定时器构成的单稳态触发器是负脉冲触发的单稳态触发器，其暂稳态维持时间为Tw=lnRC=1.1RC,仅与电路本身的参数R、C有关。2.数据结论及分析 单稳态触发器实验电路下图所示仿真结果在所示电阻、电容的取值下，移动示波器的1、2两个游标测量暂稳态的维持时间，得出暂稳态维持时间为550.8036us。利用公式计算

12、：Tw=1.1RC=1.151030.110-6=55010-6=550us仿真结果分析及其结论：555定时器构成的单稳态触发器是负脉冲触发的单稳态触发器，稳态时输出为低电平，暂稳态时输出为高电平，且其在暂稳态维持时间仅与电路本身的参数R、C有关，与外界触发脉冲的幅值和宽度有关。3.2 555施密特触发器的设计1电路设计基本原理 施密特触发器输出状态的转换取决于输入信号的变化过程，即输入信号从低电平上升的过程中，电路状态转换时，对应的输入电平VT+与输入信号从高电平下降过程中对应的输入转换电平VT-不同，其中VT+称为正向阔值电压，VT-称为负向阔值电压。另外由于施密特触发器内部存在正反馈，所

13、以输出电压波形的边沿很陡。因此，利用施密特触发器不仅能将边沿变化缓慢的信号波形整形为边沿陡峭的矩形波，而且可以将叠加在矩形脉冲高、低电平上的噪声有效的消除。由555定时器构成的施密特触发器为反向传输的施密特触发器，正向阔值电压和负向阔值电压分别为： VT+=2/3Vcc VT-=1/3Vcc2施密特触发器电路数据结论及分析施密特触发器实验电路图下图所示：当输入电压上升至2/3Vcc =2/35=3.3V，下降至1/3Vcc =1/35=1.67V时，输出波形将分别发生由高至低和有低至高的跳变。仿真结果分析及其结论：所示电路构成的施密特触发器为反向传输的施密特触发器，且其正向阔值电压为VT+=2

14、/3Vcc，负向阔值电压为VT-=1/3Vcc。 3.3 555多谐振荡器的设计1. 电路设计基本原理多谐振荡器是一种自激振荡器，在接同电源后，不需要电源后，不需要外加触发信号（即没有输入信号）。便能自动产生矩形脉冲，由于矩形脉冲中含有丰富的高次谐波分量，所以称为多谐振荡器。先将555定时器构成施密特触发器，在将施密特触发器的输出端经RC积分电路接回到它的输入端，即可构成多谐振荡器，且其电容C的电压Vc将在VT+和VT-之间反复振荡。电容电压Vc与输出电压Vo的波形如下图所示。充电时间：放电时间：振荡周期：T=T1+T2=(R1+2R2)Cln2，振荡频率：f=1/T占空系数： 2.实验数据及

15、分析结论 多谐振荡器实验电路如下图所示仿真结果分析及其结论:图所示电路构成的多谐振荡器的占空比始终大于50%，且在电容C充电时间里输出高电平；放电时间输出低电平。输出矩形波的频率取决于外接电阻、电容的值。4 硬件实验调试及仿真结果与实验结果相比1用 555集成定时器构成单稳态电路，多谐振荡器，施密特触发器电路设计与实验仿真结果的对比2.555单稳态触发器电路设计与仿真3.555多谐振荡器电路设计与仿真4.555施密特触发器电路设计与仿真我们根据上面的仿真结果与硬件调试的结果对比，证明结果是相符实验结果和理论的要求。通过EWB仿真设计和硬件实验对比,我们对集成电路的功能和应用设计有了更深的了解。5 感谢感谢浙江万里学院给我提供这次的实践机会，感谢所有在我做毕业设计中给予我帮助的所有老师和同学，特别是指导我毕业设计的钱裕禄老师，钱老师治学严谨、务实求新、平易近人、对教学言传身教，再次感谢钱裕禄给我的毕业设计给予的帮助和意见，感谢老师和同学给我毕业设计提供的资料，是你们帮助我更好的完成设计，让我感到的老师和同学的热情关心。6 后记 由于这次毕业设计的时间仓促以及自己对理论知识掌握的不是很完全，另外各个方面的限制，在硬件调试的实现方面不能做的很好，这次毕业设计自己觉的还是有些不是很完美，有些可惜。但是这次的毕业设计