1、1 緒論電子技術(shù)課程設(shè)計為我們具體接觸和了解實際電子電路的設(shè)計方法提供了一個綜合性工程訓(xùn)練的機會，在內(nèi)容上、方法上、手段上進行創(chuàng)造性的改革已取得初步成果，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情、創(chuàng)作思路，讓我們開闊了眼界，初步掌握了電子電路的設(shè)計方法，提高了電子電路的設(shè)計能力，為今后的畢業(yè)設(shè)計和從事電子技術(shù)方面的開發(fā)工作打下了基礎(chǔ)。我們通過實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的訓(xùn)練與鍛煉，才能在實踐中不斷鞏固和加深理論知識，提高獨立工作能力和創(chuàng)新能力。本次課程設(shè)計通過獨立完成數(shù)字電路的設(shè)計任務(wù)，加深了自己對理論知識的理解，提高了動手能力，獨立分析問題、解決問題能力，協(xié)調(diào)能力和創(chuàng)造性思維能力。提高了數(shù)字電路應(yīng)用方面的實踐技能，樹立了嚴謹

2、的科學(xué)作風(fēng)。通過電路的設(shè)計、安裝、調(diào)試、整理資料等環(huán)節(jié)，初步掌握工程設(shè)計方法和組織實踐的基本技能，逐步熟悉開展科學(xué)實踐的程序和方法。電子技術(shù)是一門實踐性很強的課程，加強工程訓(xùn)練，特別是技能的培養(yǎng)，對于培養(yǎng)工程人員的素質(zhì)和能力具有十分重要的作用。2 軟件介紹2.1 Multisim 2001仿真軟件介紹 Multisim是加拿大圖像交互技術(shù)公司（Interactive Image Technoligics簡稱IIT公司)推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。工程師們可以使用M

3、ultisim交互式地搭建電路原理圖，并對電路進行仿真。Multisim提煉了SPICE仿真的復(fù)雜內(nèi)容，這樣工程師無需懂得深入的SPICE技術(shù)就可以很快地進行捕獲、仿真和分析新的設(shè)計，這也使其更適合電子學(xué)教育。通過Multisim和虛擬儀器技術(shù)，PCB設(shè)計工程師和電子學(xué)教育工作者可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設(shè)計和測試這樣一個完整的綜合設(shè)計流程。 目前在各高校教學(xué)中普遍使用Multisim2001，網(wǎng)上最為普遍的是Multisim 9，NI于2007年08月26日發(fā)行NI系列電子電路設(shè)計軟件，NI Multisim v 10作為其中一個組成部分包含于其中。Multisim 2001仿

4、真軟件為用戶提供了豐富的元件庫和功能齊全和功能齊全的各類虛擬儀器,進入Multisim 2001仿真環(huán)境,就如同置身于現(xiàn)代化電子實驗室之中,足不出戶就可以完成各種各樣的電路設(shè)計、分析、測試.熟練掌握著中測試平臺的應(yīng)用,既可以節(jié)約時間有可以大幅度節(jié)約成本動性和創(chuàng)造性。Multisim 2001是EWB軟件的最新版本，專門用于電路仿真，是迄今為止使用最方便、最直觀的仿真軟件，增加了大量的VHDL元件模型，可以仿真更復(fù)雜的數(shù)字元件，在保留了EWB形象直觀等優(yōu)點的基礎(chǔ)上，大大增強了軟件的仿真測試和分析功能，大大擴充了元件庫中的元件的數(shù)目，特別是增加了大量與實際元件對應(yīng)的元件模型，使得仿真設(shè)計的結(jié)果更精

5、確、更可靠、更具有實用性動性和創(chuàng)造性。 2.2Multisim 2001軟件有以下功能1、具有豐富的元件庫。Multisim 2001主元件庫提供了一個龐大的元件模型數(shù)據(jù)庫，并且用戶通過新增的元件編輯器可以建立自己的元件庫。 2、類型齊全的仿真。 在Multisim 2001電路窗口中，既可以分別對數(shù)字或模擬電路進行仿真，也可以將數(shù)字元件和模擬元件連接在一起進行仿真分析，還可以對射頻電路進行仿真。 3、高度集成的操作界面。 Multisim 2001將電路原理圖的創(chuàng)建，電路的測試分析和結(jié)果的圖表顯示等，全部集成到同一個電路窗口中。整個操作界面就像一個實驗工作臺，有存放仿真元件的元件箱，有存放測

6、試儀器儀表的儀器庫，有進行仿真分析的各種操作命令。 4、強大的分析功能。 Multisim 2001提供了十幾種電路的分析功能，有直流工作點分析、交流分析、瞬態(tài)分析、傅里葉分析等，可幫助設(shè)計者分析電路的性能，大大縮短分析時間。 5、強大的虛擬儀器儀表功能。Multisim2001提供了雙蹤示波器、邏輯分析儀、波特圖示儀、數(shù)字萬用表等十多種虛擬儀器、儀表，操作界面如同在實驗室中親手操作儀器一樣，可非常方便地用于分析研究和教學(xué)，邏輯分析儀、網(wǎng)絡(luò)分析儀更是一般實驗室不可多得的高檔儀器。 6、具有VHDLVerilog的設(shè)計和仿真功能。Multisim 2001包含了VHDLVerilog的設(shè)計和仿真

7、，使得大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷脑O(shè)計和仿真與模擬電路、數(shù)字電路的設(shè)計和仿真融為一體，突破了原來大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷o法與普遍電路融為一體仿真的缺陷。 7、提供多種輸入輸出接口。Multisim2001可以輸入由Spice等其他電路仿真軟件所創(chuàng)建的Spice網(wǎng)表文件并自動形成相應(yīng)的電路原理圖，可以把Multisim 2001環(huán)境下創(chuàng)建的電路原理圖文件輸出給Protel等常見的PCB軟件進行印刷電路板設(shè)計，也可以將仿真結(jié)果輸送到MathCAD和Excel等應(yīng)用程序中。2.3 介紹ELECTRONICS WORKBENCH EDA（以下簡稱EWB）：EWB軟件是交互圖像技術(shù)有限公司（INTERACTIV

8、E IMAGE TECHNOLOGIES Ltd）在九十年代初推出的EDA軟件，但在國內(nèi)開始使用卻是近幾年的事，現(xiàn)在普遍使用的是在WIN95環(huán)境下工作的EWB5.0（在國內(nèi)曾見過6.0的演示版，注：EWB5.0也可以在WINDOWS3.1環(huán)境下使用，但需安裝WING32工具），相對其它EDA軟件而言，它是個較小巧的軟件，只有16M，功能也比較單一，就是進行模擬電路和數(shù)字電路的混合仿真，但你絕對不可小瞧它，它的仿真功能十分強大，可以幾乎100地仿真出真實電路的結(jié)果，而且它在桌面上提供了萬用表、示波器、信號發(fā)生器、掃頻儀、邏輯分析儀、數(shù)字信號發(fā)生器、邏輯轉(zhuǎn)換器等工具，它的器件庫中則包含了許多大公司

9、的晶體管元器件、集成電路和數(shù)字門電路芯片，器件庫中沒有的元器件，還可以由外部模塊導(dǎo)入，在眾多的電路仿真軟件中，EWB是最容易上手的，它的工作界面非常直觀，原理圖和各種工具都在同一個窗口內(nèi)，未接觸過它的人稍加學(xué)習(xí)就可以很熟練地使用該軟件，對于電子設(shè)計工作者來說，它是個極好的EDA工具，許多電路你無需動用烙鐵就可得知它的結(jié)果，而且若想更換元器件或改變元器件參數(shù)，只需點點鼠標即可，它也可以作為電學(xué)知識的輔助教學(xué)軟件使用，利用它可以直接從屏幕上看到各種電路的輸出波形。EWB的兼容性也較好，其文件格式可以導(dǎo)出成能被ORCAD或PROTEL讀取的格式，該軟件只有英文版，在中文版的WINDOWS98下它的一

10、些圖標會偏移兩個位置（在WINDOWS95下正常），但不影響它的使用，由于EWB的容量小，而且直接拷貝到別的機子上就可以使用， EWB是一種電子電路計算機仿真軟件，它被稱為電子設(shè)計工作平臺或虛擬電子實驗室，英文全稱為Electronics Workbench。EWB是加拿大Interactive Image Technologies公司于1988年開發(fā)的，自發(fā)布以來，已經(jīng)有35個國家、10種語言的人在使用。EWB以SPICE3F5為軟件核心，增強了其在數(shù)字及模擬混合信號方面的仿真功能。SPICE3F5是SPICE的最新版本，SPICE自1972年使用以來，已經(jīng)成為模擬集成電路設(shè)計的標準軟件。E

11、WB建立在SPICE基礎(chǔ)上，它具有以下突出的特點：采用直觀的圖形界面創(chuàng)建電路：在計算機屏幕上模仿真實實驗室的工作臺，繪制電路圖需要的元器件、電路仿真需要的測試儀器均可直接從屏幕上選?。卉浖x器的控制面板外形和操作方式都與實物相似，可以實時顯示測量結(jié)果。EWB軟件帶有豐富的電路元件庫，提供多種電路分析方法。作為設(shè)計工具，它可以同其它流行的電路分析、設(shè)計和制板軟件交換數(shù)據(jù)。EWB還是一個優(yōu)秀的電子技術(shù)訓(xùn)練工具，利用它提供的虛擬儀器可以用比實驗室中更靈活的方式進行電路實驗，仿真電路的實際運行情況，熟悉常用電子儀器測量方法。2.4 protel軟件介紹PROTEL是PORTEL公司在80年代末推出的E

12、DA軟件，在電子行業(yè)的CAD軟件中，它當之無愧地排在眾多EDA軟件的前面，是電子設(shè)計者的首選軟件，它較早就在國內(nèi)開始使用，在國內(nèi)的普及率也最高，有些高校的電子專業(yè)還專門開設(shè)了課程來學(xué)習(xí)它，幾乎所有的電子公司都要用到它，許多大公司在招聘電子設(shè)計人才時在其條件欄上常會寫著要求會使用PROTEL。早期的PROTEL主要作為印制板自動布線工具使用，運行在DOS環(huán)境，對硬件的要求很低，在無硬盤286機的1M內(nèi)存下就能運行，但它的功能也較少，只有電原理圖繪制與印制板設(shè)計功能，其印制板自動布線的布通率也低，而現(xiàn)今的PROTEL已發(fā)展到PROTEL99（網(wǎng)絡(luò)上可下載到它的測試板），是個龐大的EDA軟件，完全安

13、裝有200多M，它工作在WINDOWS95環(huán)境下，是個完整的板級全方位電子設(shè)計系統(tǒng)，它包含了電原理圖繪制、模擬電路與數(shù)字電路混合信號仿真、多層印制電路板設(shè)計（包含印制電路板自動布線）、可編程邏輯器件設(shè)計、圖表生成、電子表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/Server （客戶/服務(wù)器）體系結(jié)構(gòu)，同時還兼容一些其它設(shè)計軟件的文件格式，如ORCAD，PSPICE，EXCEL等，其多層印制線路板的自動布線可實現(xiàn)高密度PCB的100布通率。在國內(nèi)PROTEL軟件較易買到，有關(guān)PROTEL軟件和使用說明的書也有很多，這為它的普及提供了基礎(chǔ)。2005年年底，Protel軟件的原廠商Altium公

14、司推出了Protel系列的最新高端版本Altium Designer 6.0。 Altium Designer 6.0，它是完全一體化電子產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)的一個新版本，也是業(yè)界第一款也是唯一一種完整的板級設(shè)計解決方案。Altium Designer 是業(yè)界首例將設(shè)計流程、集成化PCB 設(shè)計、可編程器件（如FPGA）設(shè)計和基于處理器設(shè)計的嵌入式軟件開發(fā)功能整合在一起的產(chǎn)品，一種同時進行PCB和FPGA設(shè)計以及嵌入式設(shè)計的解決方案，具有將設(shè)計方案從概念轉(zhuǎn)變?yōu)樽罱K成品所需的全部功能。 3 555定時器 3.1 555定時器介紹 555 定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現(xiàn)多諧振蕩

15、器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它也常作為定時器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制等方面。它內(nèi)部包括兩個電壓比較器，三個等值串聯(lián)電阻，一個 RS 觸發(fā)器，一個放電管 T 及功率輸出級。它提供兩個基準電壓VCC /3 和 2VCC /3 。555 定時器是一種結(jié)構(gòu)簡單、使用方便靈活、用途廣泛的多功能電路。它電源電壓范圍寬(雙極型 555 定時器為 5 16 V，CMOS 555 定時器為 3 18 V)，可提供與 TTL 及 CMOS 數(shù)字電路兼容的接口電平，還可輸出一定功率，驅(qū)動微電機、指示燈、揚聲器等。 555定時器是一種中規(guī)模集成電路，外形為雙列直插8腳結(jié)

16、構(gòu)，體積很小，使用起來方便。只要在外部配上幾個適當?shù)淖枞菰?，就可以?gòu)成史密特觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及自激多諧振蕩器等脈沖信號產(chǎn)生與變換電路。它在波形的產(chǎn)生測量與控制、定時電路、家用電器、電子玩具、電子樂器等方面有廣泛的應(yīng)用。555定時器可以說是模擬電路與數(shù)字電路結(jié)合的典范。555定時器是一種功能強大的模擬數(shù)字混合集成電路，555定時器有二個比較器A1和A2，有一個RS觸發(fā)器，R和S高電平有效。三極管VT1對清零起跟隨作用，起緩沖作用。三極管VT2是放電管，將對外電路的元件提供放電通路。比較器的輸入端有一個由三個5kW電阻組成的分壓器，由此可以獲得 1/3VCC和2/3VCC 兩個分壓值，一般稱為閾

17、值。555定時器的1腳是接地端GND，2腳是低觸發(fā)端TL，3腳是輸出端OUT，4腳是清除端Rd，5腳是電壓控制端CV，6腳是高觸發(fā)端TH，7腳是放電端DIS，8腳是電源端VCC。555定時器的輸出端電流可以達到200mA，因此可以直接驅(qū)動與這個電流數(shù)值相當?shù)呢撦d，如繼電器、揚聲器、發(fā)光二極管等。當TH高觸發(fā)端6腳加入的電平大于2/3VCC ，TL低觸發(fā)端2腳的電平大于 1/3VCC時，比較器A1輸出高電平，比較器A2輸出低電平，觸發(fā)器置“0”，放電管飽和，7腳為低電平。 3.2 555定時器的應(yīng)用555的應(yīng)用：構(gòu)成施密特觸發(fā)器，用于TTL系統(tǒng)的接口，整形電路或脈沖鑒幅等；構(gòu)成多諧振蕩器，組成信

18、號產(chǎn)生電路；構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，用于定時延時整形及一些定時開關(guān)中。555應(yīng)用電路采用這3種方式中的1種或多種組合起來可以組成各種實用的電子電路，如定時器、分頻器、脈沖信號發(fā)生器、元件參數(shù)和電路檢測電路、玩具游戲機電路、音響告警電路、電源交換電路、頻率變換電路、自動控制電路等。555 定時器的功能主要由兩個比較器決定。兩個比較器的輸出電壓控制 RS 觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當 5 腳懸空時，則電壓比較器 A1 的反相輸入端的電壓為 2VCC /3，A2 的同相輸入端的電壓為VCC /3。若觸發(fā)輸入端 TR 的電壓小于VCC /3，則比較器 A2 的輸出為 1，可使 RS 觸發(fā)

19、器置 1，使輸出端 OUT=1。如果閾值輸入端 TH 的電壓大于 2VCC/3，同時 TR 端的電壓大于VCC /3，則 A1 的輸出為 1，A2 的輸出為 0，可將 RS 觸發(fā)器置 0，使輸出為 0 電平。3.3史密特觸發(fā)器 由555定時器組成的史密特觸發(fā)器，在數(shù)字電路中用于脈沖信號的整形。當輸入Vi是不規(guī)則信號時，經(jīng)史密特觸發(fā)器處理后，輸出為規(guī)則的方波；將史密特觸發(fā)器用于數(shù)據(jù)通訊電路中，具有一定的抗干擾能力。若Vi端 （即555的2、6腳）輸入三角波（或正弦波）及其它不規(guī)則的波形，則在輸出端VO（3腳）輸出幅值恒定的方波。史密特觸發(fā)器是一種具有雙閾值（VT、VT）的比較器電路，（如果在VC

20、O端接入RW，則可調(diào)節(jié)閾值）。 工作原理：在不接入RW時，VT=，VT=。因為Vi端與TH和端連接，所以：Vi=VTH=VTR 。由分析可知：Vi VT 時，VTH = 0, VTR = 0，555定時器“低觸發(fā)”，VO為高電平。VT Vi VT 時，VTH = 1，VTR = 1，555定時器“高觸發(fā)”，VO為低電平。3.4單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器只有一個穩(wěn)態(tài)狀態(tài)。在未加觸發(fā)信號之前，觸發(fā)器處于穩(wěn)定狀態(tài)，經(jīng)觸發(fā)后，觸發(fā)器由穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)為暫穩(wěn)狀態(tài)，暫穩(wěn)狀態(tài)保持一段時間后，又會自動翻轉(zhuǎn)回原來的穩(wěn)定狀態(tài)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一般用于延時和脈沖整形電路。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在數(shù)字電路中常用于規(guī)整信號的脈沖寬度（TW

21、）：將脈寬不一致的信號輸入單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器后，可輸出脈寬一致的脈沖信號。另外，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器也常用于定時器電路中，調(diào)整RC的值可以得到不同的定時值。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器采用電阻、電容組成RC定時電路，用于調(diào)節(jié)輸出信號的脈沖寬度TW。Vi接555定時器的端，其工作原理如下： 穩(wěn)態(tài)（觸發(fā)前）：Vi為高電平時，VTR=1，輸出VO為低電平，放電管T導(dǎo)通，定時電容器C上的電壓（6、7腳電壓）VC = VTH = 0 ，555定時器工作在“保持”態(tài)。 觸發(fā)：在Vi端輸入低電平信號，555定時器的端為低電平，電路被“低觸發(fā)”，Q端輸出高電平信號，同時，放電管T截止，定時電容器C經(jīng)（R+RW）充電，VC逐漸升高。電路進入

22、暫穩(wěn)態(tài)。在暫穩(wěn)態(tài)中，如果Vi恢復(fù)為高電平（VTR=1），但VC充電尚未達到VCC時（VTH=0），555定時器工作在保持狀態(tài)，VO為高電平，T截止，電容器繼續(xù)充電。 恢復(fù)穩(wěn)態(tài)：經(jīng)過一定時間后，電容器充電至VC略大于VCC ，因VTHVCC使555定時器“高觸發(fā)”，VO跳轉(zhuǎn)為低電平，放電管T導(dǎo)通，電容器經(jīng)T放電，VC迅速降為0V，這時，VTR=1，VTH=0，555定時器恢復(fù)“保持”態(tài)。 高電平脈沖的脈寬TW：當VO輸出高電平時，放電管T截止，電容器開始充電，在電容器上的電壓VCC時，電路高觸發(fā)，輸出VO變?yōu)榈碗娖?，放電管T導(dǎo)通，電容器經(jīng)R2放電，當放電至VC=VTRVCC時，電路又進入低觸發(fā)，VO變?yōu)楦唠娖?，如此周而?fù)始，循環(huán)不止，輸出連續(xù)脈沖信號。4 設(shè)計方案4.1設(shè)計目的1. 了解并掌握電路的一般設(shè)計方法，具備初步的獨立設(shè)計能力。2. 學(xué)習(xí)protel繪圖軟件和EWB或其他仿真軟件。4.2設(shè)計內(nèi)容用555定時器設(shè)計一個樓梯燈的開關(guān)控制電路，要求上下樓梯口均有一個燈開關(guān)，無論上樓和下樓只要按一下燈開關(guān)即可點亮2分鐘。(路燈可用發(fā)光二極管代替) 4.3電路原理圖4.4仿真波形圖5 課程設(shè)計