555聲控電子貓電路設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)

1、電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)說明書1 緒論1.1 實(shí)驗(yàn)課題實(shí)驗(yàn)課題：555聲控電子貓電路1.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求1.2.1設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求 該控制包括音頻放大、單穩(wěn)態(tài)延時(shí)電路和音頻振蕩器。音頻振蕩器得電振蕩，貓叫開始，無電停振，貓叫停止，而且聲音時(shí)間長短可調(diào)節(jié)。1.2.2 設(shè)計(jì)工作任務(wù)及工作量的要求1初選電路形式或根據(jù)參考電路確定器件類型。根據(jù)設(shè)計(jì)題目要求的指標(biāo)，通過查閱有關(guān)資料分析其工作原理；2畫出電路方框圖，完成電路各部分的指標(biāo)分配，計(jì)算各單元電路的參數(shù)和確定各元件的參數(shù)值，敘述主要元器件的功能及他們之間的控制關(guān)系和數(shù)據(jù)傳輸3. 用protel軟件繪制電路原理圖，并對電路工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)繪制pcb板4. 利用

2、仿真軟件對電路圖進(jìn)行仿真。1.3 設(shè)計(jì)目的1.了解并掌握電路的一般設(shè)計(jì)方法，具備初步的獨(dú)立設(shè)計(jì)能力2. 學(xué)習(xí)protel繪圖軟件和ewb或其他仿真軟件。通過電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)，加深大家對eda的的認(rèn)識(shí)，并且鞏固電子技術(shù)相關(guān)的的知識(shí)，鍛煉自己的創(chuàng)新意識(shí)和動(dòng)手能力，更能通過與同學(xué)的共同合作設(shè)計(jì)，加強(qiáng)團(tuán)隊(duì)互助的能力。1.4 與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的eda介紹eda是電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（electronic design automation）的縮寫，在20世紀(jì)90年代初從計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（cad）、計(jì)算機(jī)輔助制造（cam）、計(jì)算機(jī)輔助測試（cat）和計(jì)算機(jī)輔助工程（cae）的概念發(fā)展而來的。 eda技術(shù)就是以計(jì)算機(jī)為工

3、具，設(shè)計(jì)者在eda軟件平臺(tái)上，用硬件描述語言hdl完成設(shè)計(jì)文件，然后由計(jì)算機(jī)自動(dòng)地完成邏輯編譯、化簡、分割、綜合、優(yōu)化、布局、布線和仿真，直至對于特定目標(biāo)芯片的適配編譯、邏輯映射和編程下載等工作。eda技術(shù)的出現(xiàn)，極大地提高了電路設(shè)計(jì)的效率和可操作性，減輕了設(shè)計(jì)者的勞動(dòng)強(qiáng)度。利用eda工具，電子設(shè)計(jì)師可以從概念、算法、協(xié)議等開始設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)，大量工作可以通過計(jì)算機(jī)完成，并可以將電子產(chǎn)品從電路設(shè)計(jì)、性能分析到設(shè)計(jì)出ic版圖或pcb版圖的整個(gè)過程的計(jì)算機(jī)上自動(dòng)處理完成?，F(xiàn)在對eda的概念或范疇用得很寬。包括在機(jī)械、電子、通信、航空航天、化工、礦產(chǎn)、生物、醫(yī)學(xué)、軍事等各個(gè)領(lǐng)域，都有eda的應(yīng)用。目前

4、eda技術(shù)已在各大公司、企事業(yè)單位和科研教學(xué)部門廣泛使用。例如在飛機(jī)制造過程中，從設(shè)計(jì)、性能測試及特性分析直到飛行模擬，都可能涉及到eda技術(shù)。2 相關(guān)電子技術(shù)知識(shí)介紹2.1 電子技術(shù)相關(guān)元件介紹2.1.1 多諧振蕩器 多諧振蕩器：利用深度正反饋，通過阻容耦合使兩個(gè)電子器件交替導(dǎo)通與截止，從而自激產(chǎn)生方波輸出的振蕩器。常用作方波發(fā)生器。 多諧振蕩器是一種能產(chǎn)生矩形波的自激振蕩器，也稱矩形波發(fā)生器?！岸嘀C”指矩形波中除了基波成分外，還含有豐富的高次諧波成分。多諧振蕩器沒有穩(wěn)態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。在工作時(shí)，電路的狀態(tài)在這兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之間自動(dòng)地交替變換，由此產(chǎn)生矩形波脈沖信號(hào)，常用作脈沖信號(hào)源及時(shí)序電路

5、中的時(shí)鐘信號(hào)。2.1.2 555計(jì)時(shí)器 555 定時(shí)器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。一般用雙極性工藝制作的稱為 555，用 cmos 工藝制作的稱為 7555，除單定時(shí)器外，還有對應(yīng)的雙定時(shí)器 556/7556。555 定時(shí)器的電源電壓范圍寬，可在 4.5v16v 工作，7555 可在 318v 工作，輸出驅(qū)動(dòng)電流約為 200ma，因而其輸出可與 ttl、cmos 或者模擬電路電平兼容。 555 定時(shí)器成本低，性能可靠，只需要外接幾個(gè)電阻、電容，就可以實(shí)現(xiàn)多諧振蕩器、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(shí)器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動(dòng)控制等

6、方面。555 定時(shí)器的內(nèi)部電路框圖如圖 a 所示。它內(nèi)部包括兩個(gè)電壓比較器，三個(gè)等值串聯(lián)電阻，一個(gè) rs 觸發(fā)器，一個(gè)放電管 t 及功率輸出級(jí)。它提供兩個(gè)基準(zhǔn)電壓vcc /3 和 2vcc /3 圖a555 定時(shí)器的功能主要由兩個(gè)比較器決定。兩個(gè)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(dāng) 5 腳懸空時(shí)，則電壓比較器 c1 的同相輸入端的電壓為 2vcc /3，c2 的反相輸入端的電壓為vcc /3。若觸發(fā)輸入端 tr 的電壓小于vcc /3，則比較器 c2 的輸出為 0，可使 rs 觸發(fā)器置 1，使輸出端 out=1。如果閾值輸入端 th 的電壓大于 2vcc

7、/3，同時(shí) tr 端的電壓大于vcc /3，則 c1 的輸出為 0，c2 的輸出為 1，可將 rs 觸發(fā)器置 0，使輸出為 0 電平。 2.2 設(shè)計(jì)相關(guān)知識(shí)介紹 2.2.1 定義 數(shù)字電路根據(jù)邏輯功能的不同特點(diǎn)，可以分成兩大類：一類叫組合邏輯電路（簡稱組合電路），另一類叫做時(shí)序邏輯電路（簡稱時(shí)序電路）。組合邏輯電路在邏輯功能上的特點(diǎn)是任意時(shí)刻的輸出僅僅取決于該時(shí)刻的輸入，與電路原來的狀態(tài)無關(guān)。而時(shí)序邏輯電路在邏輯功能上的特點(diǎn)是任意時(shí)刻的輸出不僅取決于當(dāng)時(shí)的輸入信號(hào)，而且還取決于電路原來的狀態(tài)，或者說，還與以前的輸入有關(guān)。因此，在電路結(jié)構(gòu)上，時(shí)序邏輯電路包含組合電路和存儲(chǔ)電路兩個(gè)組成部分，而存儲(chǔ)

8、電路必不可少。2.2.2 電路構(gòu)成存儲(chǔ)電路（主要是觸發(fā)器，且必不可少）+組合邏輯電路（可選）。時(shí)序邏輯電路的狀態(tài)是由存儲(chǔ)電路來記憶和表示的2.2.3 分類根據(jù)電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換情況的不同分為：1異步時(shí)序邏輯電路時(shí)鐘脈沖cp只接部分觸發(fā)器的時(shí)鐘輸入端，其余觸發(fā)器則由電路內(nèi)部信號(hào)觸發(fā)。因此，凡具備翻轉(zhuǎn)條件的觸發(fā)器狀態(tài)的翻轉(zhuǎn)有先有后，并不都和時(shí)鐘脈沖cp同步。計(jì)數(shù)器中，時(shí)鐘脈沖cp又稱為計(jì)數(shù)脈沖。2同步時(shí)序邏輯電路：所有觸發(fā)器的時(shí)鐘輸入端cp都連在一起，在同一個(gè)時(shí)鐘脈沖 cp作用下，凡具備翻轉(zhuǎn)條件的觸發(fā)器在同一時(shí)刻狀態(tài)翻轉(zhuǎn)。觸發(fā)器狀態(tài)的更新和時(shí)鐘脈沖cp是同步的。時(shí)序邏輯電路的分析方法根據(jù)給定的電路，寫出

9、它的方程、列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表、畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和時(shí)序圖，而后分析出它的功能?；痉治霾襟E1寫方程式（1）輸出方程。時(shí)序邏輯電路的輸出邏輯表達(dá)式，它通常為現(xiàn)態(tài)的函數(shù)。（2）驅(qū)動(dòng)方程。各觸發(fā)器輸入端的邏輯表達(dá)式。即j=？，k=？，d=？（3）狀態(tài)方程。將驅(qū)動(dòng)方程代入相應(yīng)觸發(fā)器的特性方程中，便得到該觸發(fā)器的次態(tài)方程。時(shí)序邏輯電路的狀態(tài)方程由各觸發(fā)器次態(tài)的邏輯表達(dá)式組成。jk f/f和d f/f的特性方程？真值表2列狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表將外輸入信號(hào)和現(xiàn)態(tài)作為輸入，次態(tài)和輸出作為輸出，列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表。觸發(fā)器的邏輯功能的表示方法有哪些？相互轉(zhuǎn)換？特別：與或式真值表？3邏輯功能的說明根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表來說明電路

10、的邏輯功能。4畫狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和時(shí)序圖狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖：電路由現(xiàn)態(tài)轉(zhuǎn)換到次態(tài)的示意圖。時(shí)序圖：在時(shí)鐘脈沖cp作用下，各觸發(fā)器狀態(tài)變化的波形圖。3 相關(guān)軟件介紹3.1仿真軟件multisim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(jí)的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)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multisim交互式地搭建電路原理圖，并對電路進(jìn)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

11、得深入的spice技術(shù)就可以很快地進(jìn)行捕獲、仿真和分析新的設(shè)計(jì)，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(jì)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(jì)和測試這樣一個(gè)完整的綜合設(shè)計(jì)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(jì)軟件，ni multisim v 10作為其中一個(gè)組成部分包含于其中。理論教學(xué)計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)編輯本段multisim 9概述multisim 被美國ni公司收購以后，其性能得到了極大的提升。最大的改變就是：mult

12、isim 9與labview 8的完美結(jié)合：新特點(diǎn)：（1） 可以根據(jù)自己的需求制造出真正屬于自己的儀器； （2） 所有的虛擬信號(hào)都可以通過計(jì)算機(jī)輸出到實(shí)際的硬件電路上; （3） 所有硬件電路產(chǎn)生的結(jié)果都可以輸回到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行處理和分析。multisim 組成：1 構(gòu)建仿真電路2 仿真電路環(huán)境3 multi mcu - 單片機(jī)仿真4 fpga、pld，cpld等仿真5 fpga、pld，cpld等仿真6 通信系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)的模塊 7 pcb設(shè)計(jì)模塊：直觀、層板32層、快速自動(dòng)布線、強(qiáng)制向量和密度直方圖8 （自動(dòng)布線模塊）仿真的內(nèi)容：1 器件建模及仿真；2 電路的構(gòu)建及仿真；3 系統(tǒng)的組成及仿真；

13、4 儀表儀器原理及制造仿真。器件建模及仿真：可以建模及仿真的器件：模擬器件（二極管，三極管，功率管等）；數(shù)字器件（74系列，coms系列，pld，cpld等）；fpga器件。電路的構(gòu)建及仿真：單元電路、功能電路、單片機(jī)硬件電路的構(gòu)建及相應(yīng)軟件調(diào)試的仿真。系統(tǒng)的組成及仿真：commsim 是一個(gè)理想的通信系統(tǒng)的教學(xué)軟件。它很適用于如信號(hào)與系統(tǒng)、通信、網(wǎng)絡(luò)等課程，難度適合從一般介紹到高級(jí)。使學(xué)生學(xué)的更快并且掌握的更多。commsim含有200多個(gè)通用通信和數(shù)學(xué)模塊，包含工業(yè)中的大部分編碼器，調(diào)制器，濾波器，信號(hào)源，信道等，commsim 中的模塊和通常通信技術(shù)中的很一致，這可以確保你的學(xué)生學(xué)會(huì)當(dāng)今

14、所有最重要的通信技術(shù)。要觀察仿真的結(jié)果，你可以有多種選擇：時(shí)域，頻域，xy圖，對數(shù)坐標(biāo)，比特誤碼率，眼圖和功率譜。儀表儀器的原理及制造仿真：可以任意制造出屬于自己的虛擬儀器、儀表，并在計(jì)算機(jī)仿真環(huán)境和實(shí)際環(huán)境中進(jìn)行使用。pcb的設(shè)計(jì)及制作：產(chǎn)品級(jí)版圖的設(shè)計(jì)及制作。 multisim 提供了多種工具欄，并以層次化的模式加以管理，用戶可以通過view菜單中的選項(xiàng)方便地將頂層的工具欄打開或關(guān)閉，再通過頂層工具欄中的按鈕來管理和控制下層的工具欄。通過工具欄，用戶可以方便直接地使用軟件的各項(xiàng)功能。頂層的工具欄有：standard工具欄、design工具欄、zoom工具欄，simulation工具欄。1s

15、tandard工具欄包含了常見的文件操作和編輯操作，如下圖所示：2design工具欄作為設(shè)計(jì)工具欄是multisim的核心工具欄，通過對該工作欄按鈕的操作可以完成對電路從設(shè)計(jì)到分析的全部工作，其中的按鈕可以直接開關(guān)下層的工具欄：component中的multisim master工具欄，instrument工具欄。（1）作為元器件（component）工具欄中的一項(xiàng)，可以在design工具欄中通過按鈕來開關(guān)multisim master工具欄。該工具欄有14個(gè)按鈕，每個(gè)每一個(gè)按鈕都對應(yīng)一類元器件，其分類方式和multisim元器件數(shù)據(jù)庫中的分類相對應(yīng)，通過按鈕上圖標(biāo)就可大致清楚該類元器件的類型

16、。具體的內(nèi)容可以從multisim的在線文檔中獲取。這個(gè)工具欄作為元器件的頂層工具欄，每一個(gè)按鈕又可以開關(guān)下層的工具欄，下層工具欄是對該類元器件更細(xì)致的分類工具欄。以第一個(gè)按鈕 為例。通過這個(gè)按鈕可以開關(guān)電源和信號(hào)源類的sources工具欄如下圖所示：（2）instruments工具欄集中了multisim為用戶提供的所有虛擬儀器儀表，用戶可以通過按鈕選擇自己需要的儀器對電路進(jìn)行觀測。3用戶可以通過zoom工具欄方便地調(diào)整所編輯電路的視圖大小。4simulation工具欄可以控制電路仿真的開始、結(jié)束和暫停。eda軟件所能提供的元器件的多少以及元器件模型的準(zhǔn)確性都直接決定了該eda軟件的質(zhì)量和易

17、用性。multisim為用戶提供了豐富的元器件，并以開放的形式管理元器件，使得用戶能夠自己添加所需要的元器件。multisim以庫的形式管理元器件，通過菜單tools/ database management打開database management（數(shù)據(jù)庫管理）窗口（如下圖所示），對元器件庫進(jìn)行管理。在database management窗口中的daltabase列表中有兩個(gè)數(shù)據(jù)庫：multisim master和user。其中multisim master庫中存放的是軟件為用戶提供的元器件，user是為用戶自建元器件準(zhǔn)備的數(shù)據(jù)庫。用戶對multisim master數(shù)據(jù)庫中的元器件和表示

18、方式?jīng)]有編輯權(quán)。當(dāng)選中multisim master時(shí)，窗口中對庫的編輯按鈕全部失效而變成灰色，如下圖所示。但用戶可以通過這個(gè)對話窗口中的button in toolbar顯示框，查找?guī)熘胁煌悇e器件在工具欄中的表示方法。據(jù)此用戶可以通過選擇user數(shù)據(jù)庫，進(jìn)而對自建元器件進(jìn)行編輯管理。在multisim master中有實(shí)際元器件和虛擬元器件，它們之間根本差別在于：一種是與實(shí)際元器件的型號(hào)、參數(shù)值以及封裝都相對應(yīng)的元器件，在設(shè)計(jì)中選用此類器件，不僅可以使設(shè)計(jì)仿真與實(shí)際情況有良好的對應(yīng)性，還可以直接將設(shè)計(jì)導(dǎo)出到ultiboard中進(jìn)行pcb的設(shè)計(jì)。另一種器件的參數(shù)值是該類器件的典型值，不與實(shí)際

19、器件對應(yīng)，用戶可以根據(jù)需要改變器件模型的參數(shù)值，只能用于仿真，這類器件稱為虛擬器件。它們在工具欄和對話窗口中的表示方法也不同。在元器件工具欄中，雖然代表虛擬器件的按鈕的圖標(biāo)與該類實(shí)際器件的圖標(biāo)形狀相同，但虛擬器件的按鈕有底色，而實(shí)際器件沒有，如下圖所示。從圖中可以看到，相同類型的實(shí)際元器件和虛擬元器件的按鈕并排排列，并非所有的是元器件都設(shè)有虛擬類的器件。在元器件類型列標(biāo)中，虛擬元器件類的后綴標(biāo)有virtual，如下圖所示：輸入電路圖是分析和設(shè)計(jì)工作的第一步，用戶從元器件庫中選擇需要的元器件放置在電路圖中并連接起來,為分析和仿真做準(zhǔn)備。一、設(shè)置multisim的通用環(huán)境變量為了適應(yīng)不同的需求和用

20、戶習(xí)慣，用戶可以用菜單option/preferences打開preferences對話窗口，如下圖所示。通過該窗口的6個(gè)標(biāo)簽選項(xiàng)，用戶可以就編輯界面顏色、電路尺寸、縮放比例、自動(dòng)存儲(chǔ)時(shí)間等內(nèi)容作相應(yīng)的設(shè)置。以標(biāo)簽workspace為例，當(dāng)選中該標(biāo)簽時(shí)，preferences對話框如下圖所示：在這個(gè)對話窗口中有3個(gè)分項(xiàng)：1show：可以設(shè)置是否顯示網(wǎng)格，頁邊界以及標(biāo)題框。2sheet size：設(shè)置電路圖頁面大小。3zoom level：設(shè)置縮放比例。其余的標(biāo)簽選項(xiàng)在此不再詳述。二、取用元器件取用元器件的方法有兩種：從工具欄取用或從菜單取用。下面將以74ls00為例說明兩種方法。1從工具欄取用

21、：design工具欄®multisim master工具欄®ttl工具欄®74ls按鈕從ttl工具欄中選擇74ls按鈕打開這類器件的component browser窗口，如下圖所示。其中包含的字段有database name（元器件數(shù)據(jù)庫），component family（元器件類型列表），component name list（元器件名細(xì)表），manufacture names（生產(chǎn)廠家），model level-id（模型層次）等內(nèi)容。2從菜單取用：通過place/ place component命令打開component browser窗口。該窗口與上圖一樣。

22、3選中相應(yīng)的元器件在component family name中選擇74ls系列，在component name list中選擇74ls00。單擊ok按鈕就可以選中74ls00，出現(xiàn)如下備選窗口。7400是四/二輸入與非門，在窗口種的section a/b/c/d分別代表其中的一個(gè)與非門，用鼠標(biāo)選中其中的一個(gè)放置在電路圖編輯窗口中，如左圖所示。器件在電路圖中顯示的圖形符號(hào)，用戶可以在上面的component browser中的symbol選項(xiàng)框中預(yù)覽到。當(dāng)器件放置到電路編輯窗口中后，用戶就可以進(jìn)行移動(dòng)、復(fù)制、粘貼等編輯工作了，在此不再詳述。三、將元器件連接成電路在將電路需要的元器件放置在電路編

23、輯窗口后，用鼠標(biāo)就可以方便地將器件連接起來。方法是：用鼠標(biāo)單擊連線的起點(diǎn)并拖動(dòng)鼠標(biāo)至連線的終點(diǎn)。在multisim中連線的起點(diǎn)和終點(diǎn)不能懸空。第四節(jié) 虛擬儀器及其使用對電路進(jìn)行仿真運(yùn)行，通過對運(yùn)行結(jié)果的分析，判斷設(shè)計(jì)是否正確合理，是eda軟件的一項(xiàng)主要功能。為此，multisim為用戶提供了類型豐富的虛擬儀器，可以從design工具欄®instruments工具欄，或用菜單命令（simulation/ instrument）選用這11種儀表，如下圖所示。在選用后，各種虛擬儀表都以面板的方式顯示在電路中。下面將11種虛擬儀器的名稱及表示方法總結(jié)如下表：菜單上的表示方法對應(yīng)按鈕儀器名稱電路中的儀器符號(hào)multimeter萬用表function generator波形發(fā)生器wattermeter瓦特表oscilloscape示波器bode plotter波特圖圖示儀word generator字元發(fā)生器logic analyzer邏輯分析儀logic converter邏輯轉(zhuǎn)換儀distortion analyzer失真度分析儀spectrum analyzer頻譜儀network analyzer網(wǎng)絡(luò)分析儀3.2 仿真軟件multisim的