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1 引言 當(dāng)前電子線路已大量采用計算機輔助仿真設(shè)計，尤其是電子設(shè)計EDA仿真技術(shù)。EDA仿真軟件中Electronics Workbench仿真設(shè)計分析軟件是計算機數(shù)字電路與邏輯設(shè)計模擬和仿真的軟件包，是實用的電子電路在線仿真工具，可加快產(chǎn)品的開發(fā)速度，提高工作效率。這里介紹一種基于EDA技術(shù)的555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器設(shè)計與仿真。 2 電路設(shè)計原理 2．1 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器概述 電路中只有一種穩(wěn)定工作狀態(tài)的觸發(fā)器叫做單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，其特點：在無外加觸發(fā)信號作用時，電路處于一種穩(wěn)定工作狀態(tài)，稱為穩(wěn)態(tài)；當(dāng)輸入端有外加觸發(fā)脈沖信號的上升沿或下降沿(由電路而定)作用時，輸出狀態(tài)立即發(fā)生跳變。電路進入暫時穩(wěn)態(tài)狀態(tài)，稱為暫穩(wěn)態(tài)。電路自動恢復(fù)原先的穩(wěn)態(tài)，其暫穩(wěn)態(tài)時間與電路閾值電壓及外接R、C參數(shù)有關(guān)。按電路結(jié)構(gòu)，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可分為微分型和積分型兩種。前者適用于窄脈沖觸發(fā)，后者適用于寬脈沖觸發(fā)。無論哪種電路結(jié)構(gòu)，其單穩(wěn)態(tài)的產(chǎn)生都源于電容的充放電原理。圖1為用555定時器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路。 2．2 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路的工作原理 用555定時器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，圖2為其波形圖。圖中，t0～t1為穩(wěn)態(tài)，t1～t3為暫穩(wěn)態(tài)，t3時刻恢復(fù)穩(wěn)態(tài)。 由上述可知，555定時器組成的單穩(wěn)態(tài)電路由輸入脈沖信號的下降沿觸發(fā)，使其輸出狀態(tài)產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)，另外，在暫穩(wěn)態(tài)過程結(jié)束前，u1必須恢復(fù)為1，否則電路內(nèi)的RS觸發(fā)器為不確定狀態(tài)，輸出不能維持0狀態(tài)。因此這種單穩(wěn)態(tài)電路只能用負窄脈沖觸發(fā)。如果輸入脈寬大于輸出脈寬，則輸入端可加RC微分電路，使輸入脈寬變窄。 2．3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路輸出脈沖寬度的計算 輸出u0的脈沖寬度tW也就是暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間，可根據(jù)uC的波形計算。根據(jù)RC電路瞬態(tài)過程的分析，可得到： 這種電路產(chǎn)生的脈沖寬度可以從幾微秒到數(shù)分鐘。可通過改變R、C元件參數(shù)調(diào)節(jié)脈沖寬度，精度可達0．1％。綜上所述，用555定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是負脈沖觸發(fā)形式，且暫穩(wěn)態(tài)維持時間為TW=lnRC≈1．1RC，僅與電路本身的參數(shù)R、C有關(guān)。 3 采用EWB對電路設(shè)計過程仿真 3．1 計算機輔助分析與設(shè)計 計算機輔助分析與設(shè)計主要依靠計算機模擬軟件，其主要設(shè)計過程如圖3所示。 3．2 仿真單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器實驗電路 圖4為仿真單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器實驗電路，圖5為示波器輸出波形。在圖4的電阻、電容取值下，移動示波器的1、2兩個游標測得暫穩(wěn)態(tài)的維持時間為550．702 1μs，利用公式計算：TW=1．1RC=550μs，實驗結(jié)果與理論計算結(jié)果基本一致。 555定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是負脈沖觸發(fā)形式，穩(wěn)態(tài)時輸出為低電平，暫穩(wěn)態(tài)時輸出為高電平，且其在暫穩(wěn)態(tài)維持時間僅與電路本身的參數(shù)R、C有關(guān)，與外界觸發(fā)脈沖的幅值和寬度無關(guān)。 4 結(jié)束語 運用EDA技術(shù)對555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器設(shè)計進行仿真研究，極大方便了電路設(shè)計，提高設(shè)計效率和準確性。 EWB作為EDA軟件，功能強大，可視化界面清晰，且易學(xué)易用，可作為高校電路實驗和綜合電路設(shè)計等配套軟件，在該實驗環(huán)境中，設(shè)計者不僅可精確地進行電路分析，深入理解電子電路原理，同時也可設(shè)計電路與系統(tǒng)，有利于培養(yǎng)設(shè)計者的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。實踐證明運用EDA技術(shù)對555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器進行設(shè)計與仿真的研究方案可行，該實驗可節(jié)省大量時間且易于改正錯誤，降低設(shè)計成本，也使實驗設(shè)計結(jié)果更加形象化。 |
