555声控电子猫电路设计课程设计

1、1 绪论1.1 实验课题实验课题：555声控电子猫电路1.2 设计内容与要求1.2.1设计内容和要求 该控制包括音频放大、单稳态延时电路和音频振荡器。音频振荡器得电振荡，猫叫开始，无电停振，猫叫停止，而且声音时间长短可调节。1.2.2 设计工作任务及工作量的要求1初选电路形式或根据参考电路确定器件类型。根据设计题目要求的指标，通过查阅有关资料分析其工作原理；2画出电路方框图，完成电路各部分的指标分配，计算各单元电路的参数和确定各元件的参数值，叙述主要元器件的功能及他们之间的控制关系和数据传输3. 用protel软件绘制电路原理图，并对电路工艺进行设计绘制pcb板4. 利用仿真软件对电路图进行仿

2、真。1.3 设计目的1.了解并掌握电路的一般设计方法，具备初步的独立设计能力2. 学习protel绘图软件和ewb或其他仿真软件。通过电子技术课程设计，加深大家对eda的的认识，并且巩固电子技术相关的的知识，锻炼自己的创新意识和动手能力，更能通过与同学的共同合作设计，加强团队互助的能力。1.4 与实验相关的eda介绍eda是电子设计自动化（electronic design automation）的缩写，在20世纪90年代初从计算机辅助设计（cad）、计算机辅助制造（cam）、计算机辅助测试（cat）和计算机辅助工程（cae）的概念发展而来的。 eda技术就是以计算机为工具，设计者在eda软件

3、平台上，用硬件描述语言hdl完成设计文件，然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。eda技术的出现，极大地提高了电路设计的效率和可操作性，减轻了设计者的劳动强度。利用eda工具，电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统，大量工作可以通过计算机完成，并可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计出ic版图或pcb版图的整个过程的计算机上自动处理完成。现在对eda的概念或范畴用得很宽。包括在机械、电子、通信、航空航天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域，都有eda的应用。目前eda技术已在各大公司

4、、企事业单位和科研教学部门广泛使用。例如在飞机制造过程中，从设计、性能测试及特性分析直到飞行模拟，都可能涉及到eda技术。2 相关电子技术知识介绍2.1 电子技术相关元件介绍2.1.1 多谐振荡器 多谐振荡器：利用深度正反馈，通过阻容耦合使两个电子器件交替导通与截止，从而自激产生方波输出的振荡器。常用作方波发生器。 多谐振荡器是一种能产生矩形波的自激振荡器，也称矩形波发生器。“多谐”指矩形波中除了基波成分外，还含有丰富的高次谐波成分。多谐振荡器没有稳态，只有两个暂稳态。在工作时，电路的状态在这两个暂稳态之间自动地交替变换，由此产生矩形波脉冲信号，常用作脉冲信号源及时序电路中的时钟信号。2.1.

5、2 555计时器 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，用 cmos 工艺制作的称为 7555，除单定时器外，还有对应的双定时器 556/7556。555 定时器的电源电压范围宽，可在 4.5v16v 工作，7555 可在 318v 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

6、内部电路框图如图 a 所示。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 /3 图a555 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 的输出为 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，同时 tr 端的

7、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 0 电平。 2.2 设计相关知识介绍 2.2.1 定义 数字电路根据逻辑功能的不同特点，可以分成两大类：一类叫组合逻辑电路（简称组合电路），另一类叫做时序逻辑电路（简称时序电路）。组合逻辑电路在逻辑功能上的特点是任意时刻的输出仅仅取决于该时刻的输入，与电路原来的状态无关。而时序逻辑电路在逻辑功能上的特点是任意时刻的输出不仅取决于当时的输入信号，而且还取决于电路原来的状态，或者说，还与以前的输入有关。因此，在电路结构上，时序逻辑电路包含组合电路和存储电路两个组成部分，而存储电路必不可少。2.2.

8、2 电路构成存储电路（主要是触发器，且必不可少）+组合逻辑电路（可选）。时序逻辑电路的状态是由存储电路来记忆和表示的2.2.3 分类根据电路状态转换情况的不同分为：1异步时序逻辑电路时钟脉冲cp只接部分触发器的时钟输入端，其余触发器则由电路内部信号触发。因此，凡具备翻转条件的触发器状态的翻转有先有后，并不都和时钟脉冲cp同步。计数器中，时钟脉冲cp又称为计数脉冲。2同步时序逻辑电路：所有触发器的时钟输入端cp都连在一起，在同一个时钟脉冲 cp作用下，凡具备翻转条件的触发器在同一时刻状态翻转。触发器状态的更新和时钟脉冲cp是同步的。时序逻辑电路的分析方法根据给定的电路，写出它的方程、列出状态转换

9、真值表、画出状态转换图和时序图，而后分析出它的功能。基本分析步骤1写方程式（1）输出方程。时序逻辑电路的输出逻辑表达式，它通常为现态的函数。（2）驱动方程。各触发器输入端的逻辑表达式。即j=？，k=？，d=？（3）状态方程。将驱动方程代入相应触发器的特性方程中，便得到该触发器的次态方程。时序逻辑电路的状态方程由各触发器次态的逻辑表达式组成。jk f/f和d f/f的特性方程？真值表2列状态转换真值表将外输入信号和现态作为输入，次态和输出作为输出，列出状态转换真值表。触发器的逻辑功能的表示方法有哪些？相互转换？特别：与或式真值表？3逻辑功能的说明根据状态转换真值表来说明电路的逻辑功能。4画状态转

10、换图和时序图状态转换图：电路由现态转换到次态的示意图。时序图：在时钟脉冲cp作用下，各触发器状态变化的波形图。3 相关软件介绍3.1仿真软件multisim介绍 multisim是加拿大图像交互技术公司（interactive image technoligics简称iit公司)推出的以windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。工程师们可以使用multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。multisim提炼了spice仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的spice技术

11、就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过multisim和虚拟仪器技术，pcb设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。 目前在各高校教学中普遍使用multisim2001，网上最为普遍的是multisim 9，ni于2007年08月26日发行ni系列电子电路设计软件，ni multisim v 10作为其中一个组成部分包含于其中。理论教学计算机仿真实验环节编辑本段multisim 9概述multisim 被美国ni公司收购以后，其性能得到了极大的提升。最大的改变就是：multisim 9与labv

12、iew 8的完美结合：新特点：（1） 可以根据自己的需求制造出真正属于自己的仪器； （2） 所有的虚拟信号都可以通过计算机输出到实际的硬件电路上; （3） 所有硬件电路产生的结果都可以输回到计算机中进行处理和分析。multisim 组成：1 构建仿真电路2 仿真电路环境3 multi mcu - 单片机仿真4 fpga、pld，cpld等仿真5 fpga、pld，cpld等仿真6 通信系统分析与设计的模块 7 pcb设计模块：直观、层板32层、快速自动布线、强制向量和密度直方图8 （自动布线模块）仿真的内容：1 器件建模及仿真；2 电路的构建及仿真；3 系统的组成及仿真；4 仪表仪器原理及制造

13、仿真。器件建模及仿真：可以建模及仿真的器件：模拟器件（二极管，三极管，功率管等）；数字器件（74系列，coms系列，pld，cpld等）；fpga器件。电路的构建及仿真：单元电路、功能电路、单片机硬件电路的构建及相应软件调试的仿真。系统的组成及仿真：commsim 是一个理想的通信系统的教学软件。它很适用于如信号与系统、通信、网络等课程，难度适合从一般介绍到高级。使学生学的更快并且掌握的更多。commsim含有200多个通用通信和数学模块，包含工业中的大部分编码器，调制器，滤波器，信号源，信道等，commsim 中的模块和通常通信技术中的很一致，这可以确保你的学生学会当今所有最重要的通信技术。

14、要观察仿真的结果，你可以有多种选择：时域，频域，xy图，对数坐标，比特误码率，眼图和功率谱。仪表仪器的原理及制造仿真：可以任意制造出属于自己的虚拟仪器、仪表，并在计算机仿真环境和实际环境中进行使用。pcb的设计及制作：产品级版图的设计及制作。 multisim 提供了多种工具栏，并以层次化的模式加以管理，用户可以通过view菜单中的选项方便地将顶层的工具栏打开或关闭，再通过顶层工具栏中的按钮来管理和控制下层的工具栏。通过工具栏，用户可以方便直接地使用软件的各项功能。顶层的工具栏有：standard工具栏、design工具栏、zoom工具栏，simulation工具栏。1standard工具栏包

15、含了常见的文件操作和编辑操作，如下图所示：2design工具栏作为设计工具栏是multisim的核心工具栏，通过对该工作栏按钮的操作可以完成对电路从设计到分析的全部工作，其中的按钮可以直接开关下层的工具栏：component中的multisim master工具栏，instrument工具栏。（1）作为元器件（component）工具栏中的一项，可以在design工具栏中通过按钮来开关multisim master工具栏。该工具栏有14个按钮，每个每一个按钮都对应一类元器件，其分类方式和multisim元器件数据库中的分类相对应，通过按钮上图标就可大致清楚该类元器件的类型。具体的内容可以从mu

16、ltisim的在线文档中获取。这个工具栏作为元器件的顶层工具栏，每一个按钮又可以开关下层的工具栏，下层工具栏是对该类元器件更细致的分类工具栏。以第一个按钮 为例。通过这个按钮可以开关电源和信号源类的sources工具栏如下图所示：（2）instruments工具栏集中了multisim为用户提供的所有虚拟仪器仪表，用户可以通过按钮选择自己需要的仪器对电路进行观测。3用户可以通过zoom工具栏方便地调整所编辑电路的视图大小。4simulation工具栏可以控制电路仿真的开始、结束和暂停。eda软件所能提供的元器件的多少以及元器件模型的准确性都直接决定了该eda软件的质量和易用性。multisim

17、为用户提供了丰富的元器件，并以开放的形式管理元器件，使得用户能够自己添加所需要的元器件。multisim以库的形式管理元器件，通过菜单tools/ database management打开database management（数据库管理）窗口（如下图所示），对元器件库进行管理。在database management窗口中的daltabase列表中有两个数据库：multisim master和user。其中multisim master库中存放的是软件为用户提供的元器件，user是为用户自建元器件准备的数据库。用户对multisim master数据库中的元器件和表示方式没有编辑权。当选中

18、multisim master时，窗口中对库的编辑按钮全部失效而变成灰色，如下图所示。但用户可以通过这个对话窗口中的button in toolbar显示框，查找库中不同类别器件在工具栏中的表示方法。据此用户可以通过选择user数据库，进而对自建元器件进行编辑管理。在multisim master中有实际元器件和虚拟元器件，它们之间根本差别在于：一种是与实际元器件的型号、参数值以及封装都相对应的元器件，在设计中选用此类器件，不仅可以使设计仿真与实际情况有良好的对应性，还可以直接将设计导出到ultiboard中进行pcb的设计。另一种器件的参数值是该类器件的典型值，不与实际器件对应，用户可以根据

19、需要改变器件模型的参数值，只能用于仿真，这类器件称为虚拟器件。它们在工具栏和对话窗口中的表示方法也不同。在元器件工具栏中，虽然代表虚拟器件的按钮的图标与该类实际器件的图标形状相同，但虚拟器件的按钮有底色，而实际器件没有，如下图所示。从图中可以看到，相同类型的实际元器件和虚拟元器件的按钮并排排列，并非所有的是元器件都设有虚拟类的器件。在元器件类型列标中，虚拟元器件类的后缀标有virtual，如下图所示：输入电路图是分析和设计工作的第一步，用户从元器件库中选择需要的元器件放置在电路图中并连接起来,为分析和仿真做准备。一、设置multisim的通用环境变量为了适应不同的需求和用户习惯，用户可以用菜单

20、option/preferences打开preferences对话窗口，如下图所示。通过该窗口的6个标签选项，用户可以就编辑界面颜色、电路尺寸、缩放比例、自动存储时间等内容作相应的设置。以标签workspace为例，当选中该标签时，preferences对话框如下图所示：在这个对话窗口中有3个分项：1show：可以设置是否显示网格，页边界以及标题框。2sheet size：设置电路图页面大小。3zoom level：设置缩放比例。其余的标签选项在此不再详述。二、取用元器件取用元器件的方法有两种：从工具栏取用或从菜单取用。下面将以74ls00为例说明两种方法。1从工具栏取用：design工具栏&

21、reg;multisim master工具栏®ttl工具栏®74ls按钮从ttl工具栏中选择74ls按钮打开这类器件的component browser窗口，如下图所示。其中包含的字段有database name（元器件数据库），component family（元器件类型列表），component name list（元器件名细表），manufacture names（生产厂家），model level-id（模型层次）等内容。2从菜单取用：通过place/ place component命令打开component browser窗口。该窗口与上图一样。3选中相应的元器件在c

22、omponent family name中选择74ls系列，在component name list中选择74ls00。单击ok按钮就可以选中74ls00，出现如下备选窗口。7400是四/二输入与非门，在窗口种的section a/b/c/d分别代表其中的一个与非门，用鼠标选中其中的一个放置在电路图编辑窗口中，如左图所示。器件在电路图中显示的图形符号，用户可以在上面的component browser中的symbol选项框中预览到。当器件放置到电路编辑窗口中后，用户就可以进行移动、复制、粘贴等编辑工作了，在此不再详述。三、将元器件连接成电路在将电路需要的元器件放置在电路编辑窗口后，用鼠标就可以

23、方便地将器件连接起来。方法是：用鼠标单击连线的起点并拖动鼠标至连线的终点。在multisim中连线的起点和终点不能悬空。第四节 虚拟仪器及其使用对电路进行仿真运行，通过对运行结果的分析，判断设计是否正确合理，是eda软件的一项主要功能。为此，multisim为用户提供了类型丰富的虚拟仪器，可以从design工具栏®instruments工具栏，或用菜单命令（simulation/ instrument）选用这11种仪表，如下图所示。在选用后，各种虚拟仪表都以面板的方式显示在电路中。下面将11种虚拟仪器的名称及表示方法总结如下表：菜单上的表示方法对应按钮仪器名称电路中的仪器符号multimeter万用表function generator波形发生器wattermeter瓦特表oscilloscape示波器bode plotter波特图图示仪word generator字元发生器logic analyzer逻辑分析仪logic converter逻辑转换仪distortion analyzer失真度分析仪spectrum analyzer频谱仪network analyzer网络分析仪3.2 仿真软件mu