1、武汉理工大学基础强化训练报告1一 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”
2、中，如图所示。武汉理工大学基础强化训练报告2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
3、处于选中状态。如下图所示：武汉理工大学基础强化训练报告3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
4、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。武汉理工大学基础强化训练报告4图 1
5、.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。武汉理工大学基础强化训练报告5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
6、 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
7、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。武汉理工大学基础强化训练报告6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 20
8、0mA， 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 方武汉理工大学基础强化训练报告7面 。 555 定 时 器 的 内 部 电 路 框 图 和 外 引 脚 排 列 图 如 下
9、 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
10、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,
11、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武汉理工大学基础强化训练报告8三 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：武汉理工大学基础强化训练报告9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
12、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
13、的稳定。其工作原理波形图如下武汉理工大学基础强化训练报告10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
14、 下 LED-武汉理工大学基础强化训练报告11RED 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
15、 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
16、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，设计的武汉理工大学基础强化训练报告12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
17、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，
18、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
19、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 参考文献武汉理工大学基础强化训练报告131 康华光，邹寿彬 .电子技术基础 -数字部分. 高等教育出版社 ,2005.2 吴金戌,沈庆阳,郭庭吉. 基于 proteus 的实践与应用.清华大学出社,20043 韩保军.传感器原理及应用技术. 西安电子科技大学出版社，2003.4 林志琦，郎建军.基于 Proteus 的实用电路可视化软硬件仿真.北京航空航天大学出版社，2006.5 张玉华，何丽桥，张振远.基于 Proteus 的电路设计与仿真.吉林工业大学出版社;19946 谢自美 .电子线路设计测试. 华中科技大学出版社，2000.
