波形变换电路

目录摘要................................................................................................................................................ 1概述. (1)2设计原理 (2)2.1 555定时器简介 (2)2.2用555定时器构成的施密特触发器 (3)2.3电路原理图 (5)3 Proteus仿真 (6)4调试过程及结论 (9)5心得体会 (10)参考文献 (11)摘要施密特触发器也有两个稳定状态，但与一般触发器不同的是，施密特触发器采用电位触发方式，其状态由输入信号电位维持；对于负向递减和正向递增两种不同变化方向的输入信号，施密特触发器有不同的阀值电压。

因此，施密特触发器有三个大的特点：1、波形变换。

可将三角波、正弦波等变成矩形波；2、脉冲波的整形，数字系统中，矩形脉冲在传输中经常发生波形畸变，出现上升沿和下降沿不理想的情况，可用施密特触发器整形后，获得较理想的矩形脉冲；3、脉冲鉴幅。

幅度不同、不规则的脉冲信号时加到施密特触发器的输入端时，能选择幅度大于欲设值的脉冲信号进行输出。

而这次基础强化训练所要求的就是我们对三角波进行波形变换为方波，所以总的来说，这次基础强化训练还是比较简单的，主要考查的还是对Proteus的应用。

关键词：Proteus仿真，施密特触发器，555定时器，波形变换1概述本次强化训练主要是要求对Proteus软件的熟练掌握以及对其进行实际运用。

题目是基于555定时器的波形变换电路，而用555定时器构成的施密特触发器有个显著的特点就是波形变换：不管输入信号的变化速度有多大，输出信号电压的转换具有突变性，也就是说，在任意输入信号下，施密特触发器的输出波形都可以近似于理想的矩形脉冲信号，电压波形的边沿都变得很陡。

而这次题目的要求是将给定频率的三角波变成脉冲波，显然是很容易实现的。

但是前提是要对Proteus能够熟练操作，对电路能够进行仿真，并给出正确的仿真结果图。

下面是我这次强化训练的设计过程：(1)认真阅读设计要求，查阅相关资料；(2)熟悉原理，完成电路原理图；(3)学习Proteus软件，并对电路进行仿真，以验证电路的正确性；(4)书写报告说明书并认真校对。

2设计原理2.1 555定时器简介图2.1 555定时器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，则电压比较器1C 的反相输入端的电压为CC V 2，2C 的同相输入端的电压为CC V 1。

若触发输入端 TR 的电压小于CC V 31，则比较器2C 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CC V 32，同时 TR 端的电压大于CC V 31，则1C 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。

其工作原理如下：当5脚悬空时，比较器1C 和2C 的比较电压分别为CC V 32和CC V 1。

(1)当1V I >CC V 32，2V I >CC V 31时，比较器1C 输出低电平，2C 输出高电平，基本RS 触发器被置0，放电三极管T 导通，输出端O V 为低电平。

(2)当1V I <CC V 32，2V I <CC V 31时，比较器 1C 输出高电平，2C 输出低电平，基本RS 触发器被置1，放电三极管T 截止，输出端O V 为高电平。

(3)当1V I <CC V 32，2V I >CC V 31时，比较器1C 输出高电平，2C 也输出高电平，即基本RS 触发器R=1，S=1，触发器状态不变，电路亦保持原状态不变。

由于阈值输入端(1V I ) 为高电平（>CC V 32）时，定时器输出低电平，因此也将该端称为高触发端（TH ）。

因为触发输入端(2V I )为低电平（<CC V 1）时，定时器输出高电平，因此也将该端称为低触发端（TL ）。

如果在电压控制端（5脚）施加一个外加电压（其值在0～CC V 之间），比较器的参考电压将发生变化，电路相应的阈值、触发电平也将随之变化，并进而影响电路的工作状态。

另外，D R 为复位输入端，当D R 为低电平时，不管其他输入端的状态如何，输出O V 为低电平，即D R 的控制级别最高。

正常工作时，一般应将其接高电平。

表2.1 555定时器功能表2.2用555定时器构成的施密特触发器将555定时器的两个输入端2和6并联连接后作为电路的输入端，，就可以构成施密特触发器，另外在5和7之间加一个电容，是为了提高比较电容的稳定性，消除工作过程中由输入信号突变引起的干扰而设置的退耦合电容，其电路如图2.2所示。

当输入信号从足够小到足够大变化时，开始必定出现6端输入电压小于CC V 32,2端输入电压小于CC V 31，集成运算放大器的输出值为1C 输出高电平，2C 输出低电平，，将使基本RS 触发器处于置1工作状态，晶体管截止，输出信号0V 为高电平。

随着输入电压的升高，将会出现6端输入电压小于CC V 2，2端的输入电压大于CC V 31，RS 触发器置1工作状态，晶体管截止，输出信号0V 为高电平。

此后，输入电压信号继续上升，将出现6端输入电压大于CC V 32，2端输入电压小于CC V 1的情况，RS 触发器出现清零的工作状态，晶体管导通，输出信号0V 为由高电平跳转为低电平。

对应的跳转输入电压值为2th V =CC V 32。

如下图所示的电压传输特性：图2.2 用555定时器构成的施密特触发器图2.3 电压的传输特性若输入的电压从足够高的到低变化，则电路信号的变化跟上述过程相反，开始必定6端输入电压大于CC V 32，2端输入电压大于CC V 31，此时RS 触发器处于清零的状态，晶体管导通，输出电压0V 为低电平。

当6端输入电压小于CC V 32，2端输入电压小于CCV 31时，RS 触发器处于置1工作状态，晶体管截止，输出信号0V 为由低电平跳转为高电平，对应的跳转输入电压值1th V =CC V 1。

主要静态参数：(1)上限阈值电压2th V --i V 上升过程中，输出电压0V 由高电平OL V --OH V 跳变到低电平OL V 时，所对应的输入电压值2th V =CC V 32。

(2)下限阈值电压1th V --i V 下降过程中，0V 由低电平OL V 跳变到高电平OH V 时，所对应的输入电压值，1th V =CC V 1(3)回差电压ΔT V回差电压又叫滞回电压，定义为ΔT V =2th V -1th V =CC V 1。

施密特触发器可以用作波形整形电路使用，当输入的三角波形电压信号i V 从0开始上升时，输出为高电平。

只有输入信号电压上升到数值为2th V 时，输出电压才从输出高电平转换为低电平。

此后，电压继续上升知道最大值，最后转为下降，在下降到数值大于1th V 之前，保持输出低电平不变，直到小于1th V 之后，输出电压才从输出低电平转换为高电平。

此后重复上述过程，达到将三角波转换为矩形波形的目的。

2.3电路原理图所设计的电路原理图如下，实际上就是一个施密特触发器。

图2.4 电路原理图3 Proteus仿真在仿真时我们假定三角波的频率是f=100HZ，幅值为1V。

下图就是其仿真的结果图：图3.1 仿真结果图其具体的仿真步骤如下：(1)打开Proteus软件，选择Landscape A4，进入设计页面。

(2)添加元件(包括电源、地、示波器)到画图页面。

要用到的元件有电容，555分别是CAP,555，如下图3.3所示，只需要在左上角的框中输入自己所要查找的元件就行会自动弹出元件型号、示意图等等、点击OK之后就可以将元件放到画图页面。

图3.2 查找元件对话框放置电源、地的时候，POWER就是电源，如下图所示。

一般电源默认的值就是+5V，也可用同样的方法修改电源电压值，选择GROUND就是地。

图3.3 选择电源、地(3)修改元件属性。

放置元件之后，双击元件就弹出元件属性对话框，这样就可以修改自己所需的属性。

如下图所示，只需要在所属的方框内输入数值即可。

图3.4 元件属性对话框(4)按照原理图连线，得到仿真图。

(5)仿真。

单击左下角的控制按键最左边的仿真按钮，再按照自己设置的三角波的频率和幅值来调节示波器，就可以得到仿真的结果了。

4调试过程及结论尽管在仿真之前认真看了Proteus的仿真教程的，可是在仿真中仍然遇到了一些问题，最主要的还是方波一直出不来，也不知道到底是什么原因，其错误的仿真结果如图4.1所以。

刚开始的时候，一直认为是自己的电路设计方面出了一些问题，于是又去好好看书，上网查资料，但是仍然没有丝毫的发现，很多地方都明确的说明了施密特触发器的输入、输出波形。

结果无意中把三角波信号发生器的“-”接地，这才豁然开朗，仿真的结果也随之出来了。

想想自己竟然是在这出了问题，实在是不应该。

图4.1 错误的仿真结果总的来说，这次强化训练自己的仿真还是做的比较成功的，通过运用Proteus对电路进行仿真，得到了符合施密特触发器波形变换特点的方波。

不过，这次强化训练所要求的电路还是很简单的，没有比较大的拓展，可以直接引用课本中的电路图，主要考究的还是Proteus的运用。

幸好在这期间看了比较多的Proteus教程，所以对Proteus运用还是比较熟练地。

同时通过这次强化训练，运用Proteus仿真，也验证了施密特触发器波形变换的特征，巩固了我们对555定时器及其拓展电路的理解。

5心得体会对这次强化训练感受最深的一点就是有点不能理解，因为搞这个强化训练时间是在考完试后的一个星期内，而且答辩的时间不能够提前，也不知道什么原因，实际上是不需要这么长的时间的。

当然，在这次强化训练中，也遇到了蛮多的问题。

主要有以下几点：一、对课本知识了解的不是很透彻，也是这时本次课程设计中最重要的一点，也是我们关注最多的一点。

因为我们要设计的电路的原理就在书上，这次课程设计就是一次书上知识的大综合。

它在某种程度上也反映了我们对书上知识的了解程度以及对知识的运用能力，而且还锻炼了我们的动手能力和发现并解决问题的能力。

二、幸运的是这次强化训练不需要我们焊制实物电路板，只是要求我们能够用Proteus仿真就行了。

但是在平时的学习中并没接触到这个软件，这就有待我们好好的重头开始学习它了。

三、设计说明书的书写格式显得尤为重要。

由于不同的老师对课程设计说明书的要求都不大一样，有的要求很严格，哪怕出一点小问题都要被退回来；而有的比较松一点，没有过分计较。