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 (17)参考文献 (18)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。

主要功能和特色简介：1、将给定频率的三角波变成脉冲波，脉冲波占空比不是50%2、将给定频率的三角波变成脉冲波，脉冲波占空比是50%3、将给定频率的正弦波变成脉冲波，脉冲波占空比是50%4、将给定频率的三角波（正弦波）转换成间断式方波5、将给定频率的三角波（正弦波）进行分频关键词：Proteus仿真，施密特触发器，555定时器，波形变换1概述1 Protues简介Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件。

它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。

它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。

虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。

其功能特点如下: Proteus软件具有其它EDA工具软件（例：multisim）的功能。

这些功能是：（1）原理布图（2）PCB自动或人工布线（3）SPICE电路仿真具有3大功能模块:（1）—个易用而又功能强大的ISIS原理布图工具；（2）PROSPICE混合模型SPICE仿真;（3） ARES PCB设计.Protues提供了丰富的资源:（1）Proteus可提供的仿真元器件资源：仿真数字和模拟、交流和直流等数千种元器件，有30多个元件库。

（2）Proteus可提供的仿真仪表资源：示波器、逻辑分析仪、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器、信号发生器、模式发生器、交直流电压表、交直流电流表。

理论上同一种仪器可以在一个电路中随意的调用。

（3）除了现实存在的仪器外，Proteus还提供了一个图形显示功能，可以将线路上变化的信号，以图形的方式实时地显示出来，其作用与示波器相似，但功能更多。

这些虚拟仪器仪表具有理想的参数指标，例如极高的输入阻抗、极低的输出阻抗。

这些都尽可能减少了仪器对测量结果的影响。

（4）Proteus可提供的调试手段 Proteus提供了比较丰富的测试信号用于电路的测试。

这些测试信号包括模拟信号和数字信号。

软件仿真:支持当前的主流单片机，如51系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列、68000系列等。

（1）提供软件调试功能（2）提供丰富的外围接口器件及其仿真RAM，ROM，键盘，马达，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。

这样很接近实际。

在训练学生时，可以选择不同的方案，这样更利于培养学生。

（3）提供丰富的虚拟仪器利用虚拟仪器在仿真过程中可以测量外围电路的特性，培养学生实际硬件的调试能力。

（4）具有强大的原理图绘制功能电路功能仿真:在PROTUES绘制好原理图后，调入已编译好的目标代码文件：*.HEX，可以在PROTEUS的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。

PROTEUS是单片机课堂教学的先进助手。

PROTEUS不仅可将许多单片机实例功能形象化，也可将许多单片机实例运行过程形象化。

前者可在相当程度上得到实物演示实验的效果，后者则是实物演示实验难以达到的效果。

它的元器件、连接线路等却和传统的单片机实验硬件高度对应。

这在相当程度上替代了传统的单片机实验教学的功能，例：元器件选择、电路连接、电路检测、电路修改、软件调试、运行结果等。

本次多功能数字秒表课程设计就是基于PROTEUS仿真软件进行仿真的设计与制作的。

2基本设计原理与仿真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 32，2C 的同相输入端的电压为CC V 31。

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 31。

(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 2，2V 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 2）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 31）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 32，2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 31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 1，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CC V 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 31。

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 31(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 31。

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基本电路原理图设计流程打开Proteus 软件，选择Landscape A4，进入设计页面。

设计的电路原理图如图2.4，实际上是一个施密特触发器。

图2.4 基本电路原理图2.3.1放置信号发生器信号发生器又称信号源或振荡器能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波的电路被称为函数信号发生器，其频率范围可从几个微赫到几十兆赫，除供通信、仪表和自动控制系统测试用外，还广泛用于其他非电测量领域。

脉冲信号发生器能产生宽度、幅度和重复频率可调的矩形脉冲的发生器。

电路原理图中利用信号发生器产生频率固定频率的三角波，作为输入信号，示波器观测输入波形和输出波形。

图2.5是查找信号发生器的流程图：图2.5查找信号发生器的流程图然后将鼠标移到原理图制作区域单击放置信号发生器。

同法可以找到示波器，即在上图中不单击SIGNAL GENERATOR,而单击OSCILLOSCOPE。

2.3.2放置555芯片与电容图2.6是查找555芯片的流程图单击图2.6查找555芯片的流程图然后将鼠标移到原理图制作区域单击放置555芯片。