聲控電子貓電路設計課程設計論文

1、畢業(yè)設計（論文）555聲控電子貓電路設計15 / 161 緒論1.1 實驗課題實驗課題：555聲控電子貓電路1.2 設計容與要求1.2.1設計容和要求 該控制包括音頻放大、單穩(wěn)態(tài)延時電路和音頻振蕩器。音頻振蕩器得電振蕩，貓叫開始，無電停振，貓叫停止，而且聲音時間長短可調節(jié)。1.2.2 設計工作任務與工作量的要求1初選電路形式或根據(jù)參考電路確定器件類型。根據(jù)設計題目要求的指標，通過查閱有關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分配，計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與他們之間的控制關系和數(shù)據(jù)傳輸3. 用protel軟件繪制電路原理圖，并對電路工藝進

2、行設計繪制PCB板4. 利用仿真軟件對電路圖進行仿真。1.3 設計目的1.了解并掌握電路的一般設計方法，具備初步的獨立設計能力2. 學習protel繪圖軟件和EWB或其他仿真軟件。通過電子技術課程設計，加深大家對EDA的的認識，并且鞏固電子技術相關的的知識，鍛煉自己的創(chuàng)新意識和動手能力，更能通過與同學的共同合作設計，加強團隊互助的能力。1.4 與實驗相關的EDA介紹EDA是電子設計自動化（Electronic Design Automation）的縮寫，在20世紀90年代初從計算機輔助設計（CAD）、計算機輔助制造（CAM）、計算機輔助測試（CAT）和計算機輔助工程（CAE）的概念發(fā)展而來的。

3、 EDA技術就是以計算機為工具，設計者在EDA軟件平臺上，用硬件描述語言HDL完成設計文件，然后由計算機自動地完成邏輯編譯、化簡、分割、綜合、優(yōu)化、布局、布線和仿真，直至對于特定目標芯片的適配編譯、邏輯映射和編程下載等工作。EDA技術的出現(xiàn)，極提高了電路設計的效率和可操作性，減輕了設計者的勞動強度。利用EDA工具，電子設計師可以從概念、算法、協(xié)議等開始設計電子系統(tǒng)，大量工作可以通過計算機完成，并可以將電子產(chǎn)品從電路設計、性能分析到設計出IC版圖或PCB版圖的整個過程的計算機上自動處理完成。現(xiàn)在對EDA的概念或疇用得很寬。包括在機械、電子、通信、航空航天、化工、礦產(chǎn)、生物、醫(yī)學、軍事等各個領域，

4、都有EDA的應用。目前EDA技術已在各大公司、企事業(yè)單位和科研教學部門廣泛使用。例如在飛機制造過程中，從設計、性能測試與特性分析直到飛行模擬，都可能涉與到EDA技術。2 相關電子技術知識介紹2.1 電子技術相關元件介紹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電子器件交替導通與截止，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。“多諧”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)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)。在工作時，電路的狀態(tài)在這兩個暫穩(wěn)態(tài)之間自動地交替變換，由此產(chǎn)生矩形波脈沖信號，常用

5、作脈沖信號源與時序電路中的時鐘信號。2.1.2 555計時器 555 定時器是一種模擬和數(shù)字功能相結合的中規(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，除單定時器外，還有對應的雙定時器 556/7556。555 定時器的電源電壓圍寬，可在 4.5V16V 工作，7555 可在 318V 工作，輸出驅動電流約為 200mA，因而其輸出可與 TTL、CMOS 或者模擬電路電平兼容。 555 定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器與施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它也常作為定時器廣泛應用于儀器儀表、家用電器、

6、電子測量與自動控制等方面。555 定時器的部電路框圖如圖 A 所示。它部包括兩個電壓比較器，三個等值串聯(lián)電阻，一個 RS 觸發(fā)器，一個放電管 T 與功率輸出級。它提供兩個基準電壓VCC /3 和 2VCC /3 圖A555 定時器的功能主要由兩個比較器決定。兩個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 5 腳懸空時，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

7、壓大于 2VCC/3，同時 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 設計相關知識介紹 2.2.1 定義 數(shù)字電路根據(jù)邏輯功能的不同特點，可以分成兩大類：一類叫組合邏輯電路（簡稱組合電路），另一類叫做時序邏輯電路（簡稱時序電路）。組合邏輯電路在邏輯功能上的特點是任意時刻的輸出僅僅取決于該時刻的輸入，與電路原來的狀態(tài)無關。而時序邏輯電路在邏輯功能上的特點是任意時刻的輸出不僅取決于當時的輸入信號，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。因此，在電路結構上，時序邏輯電路包含組合電路和存儲電路兩個組

8、成部分，而存儲電路必不可少。2.2.2 電路構成存儲電路（主要是觸發(fā)器，且必不可少）+組合邏輯電路（可選）。時序邏輯電路的狀態(tài)是由存儲電路來記憶和表示的2.2.3 分類根據(jù)電路狀態(tài)轉換情況的不同分為：1異步時序邏輯電路時鐘脈沖CP只接部分觸發(fā)器的時鐘輸入端，其余觸發(fā)器則由電路部信號觸發(fā)。因此，凡具備翻轉條件的觸發(fā)器狀態(tài)的翻轉有先有后，并不都和時鐘脈沖CP同步。計數(shù)器中，時鐘脈沖CP又稱為計數(shù)脈沖。2同步時序邏輯電路：所有觸發(fā)器的時鐘輸入端CP都連在一起，在同一個時鐘脈沖 CP作用下，凡具備翻轉條件的觸發(fā)器在同一時刻狀態(tài)翻轉。觸發(fā)器狀態(tài)的更新和時鐘脈沖CP是同步的。時序邏輯電路的分析方法根據(jù)給定

9、的電路，寫出它的方程、列出狀態(tài)轉換真值表、畫出狀態(tài)轉換圖和時序圖，而后分析出它的功能。基本分析步驟1寫方程式（1）輸出方程。時序邏輯電路的輸出邏輯表達式，它通常為現(xiàn)態(tài)的函數(shù)。（2）驅動方程。各觸發(fā)器輸入端的邏輯表達式。即J=？，K=？，D=？（3）狀態(tài)方程。將驅動方程代入相應觸發(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)的邏輯表達式組成。JK F/F和D F/F的特性方程？真值表2列狀態(tài)轉換真值表將外輸入信號和現(xiàn)態(tài)作為輸入，次態(tài)和輸出作為輸出，列出狀態(tài)轉換真值表。觸發(fā)器的邏輯功能的表示方法有哪些？相互轉換？特別：與或式真值表？3邏輯功能的說明根據(jù)狀態(tài)轉換真值

10、表來說明電路的邏輯功能。4畫狀態(tài)轉換圖和時序圖狀態(tài)轉換圖：電路由現(xiàn)態(tài)轉換到次態(tài)的示意圖。時序圖：在時鐘脈沖CP作用下，各觸發(fā)器狀態(tài)變化的波形圖。3 相關軟件介紹3.1仿真軟件multisim介紹 Multisim是加拿大圖像交互技術公司（Interactive Image Technoligics簡稱IIT公司)推出的以Windows為基礎的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設計工作。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，并對電路進行仿真。Multisim提煉了SPICE仿真的復雜容，這樣工

11、程師無需懂得深入的SPICE技術就可以很快地進行捕獲、仿真和分析新的設計，這也使其更適合電子學教育。通過Multisim和虛擬儀器技術，PCB設計工程師和電子學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計和測試這樣一個完整的綜合設計流程。 目前在各高校教學中普遍使用Multisim2001，網(wǎng)上最為普遍的是Multisim 9，NI于2007年08月26日發(fā)行NI系列電子電路設計軟件，NI Multisim v 10作為其中一個組成部分包含于其中。理論教學計算機仿真實驗環(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

12、：Multisim 9與LABVIEW 8的完美結合：新特點：（1） 可以根據(jù)自己的需求制造出真正屬于自己的儀器； （2） 所有的虛擬信號都可以通過計算機輸出到實際的硬件電路上; （3） 所有硬件電路產(chǎn)生的結果都可以輸回到計算機中進行處理和分析。Multisim 組成：1 構建仿真電路2 仿真電路環(huán)境3 multi mcu - 單片機仿真4 FPGA、PLD，CPLD等仿真5 FPGA、PLD，CPLD等仿真6 通信系統(tǒng)分析與設計的模塊 7 PCB設計模塊：直觀、層板32層、快速自動布線、強制向量和密度直方圖8 （自動布線模塊）仿真的容：1 器件建模與仿真；2 電路的構建與仿真；3 系統(tǒng)的組成

13、與仿真；4 儀表儀器原理與制造仿真。器件建模與仿真：可以建模與仿真的器件：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。電路的構建與仿真：單元電路、功能電路、單片機硬件電路的構建與相應軟件調試的仿真。系統(tǒng)的組成與仿真：Commsim 是一個理想的通信系統(tǒng)的教學軟件。它很適用于如信號與系統(tǒng)、通信、網(wǎng)絡等課程，難度適合從一般介紹到高級。使學生學的更快并且掌握的更多。Commsim含有200多個通用通信和數(shù)學模塊，包含工業(yè)中的大部分編碼器，調制器，濾波器，信號源，信道等，Commsim 中的模塊和通常通信技術中的很一致，這可以確保你的學生

14、學會當今所有最重要的通信技術。要觀察仿真的結果，你可以有多種選擇：時域，頻域，XY圖，對數(shù)坐標，比特誤碼率，眼圖和功率譜。儀表儀器的原理與制造仿真：可以任意制造出屬于自己的虛擬儀器、儀表，并在計算機仿真環(huán)境和實際環(huán)境中進行使用。PCB的設計與制作：產(chǎn)品級版圖的設計與制作。 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菜單中的選項方便地將頂層的工具欄打開或關閉，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功能。頂層的工具欄有：Standard工具欄、Design工具欄、Zoom工具欄，Simulation工具

15、欄。1Standard工具欄包含了常見的文件操作和編輯操作，如下圖所示：2Design工具欄作為設計工具欄是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計到分析的全部工作，其中的按鈕可以直接開關下層的工具欄：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，可以在Design工具欄過按鈕來開關Multisim Master工具欄。該工具欄有14個按鈕，每個每一個按鈕都對應一類元器件，其分類方式和Multisim元器件數(shù)據(jù)庫中的分類相對應，通過按鈕上圖標就可大致清楚該類元器件的

16、類型。具體的容可以從Multisim的在線文檔中獲取。這個工具欄作為元器件的頂層工具欄，每一個按鈕又可以開關下層的工具欄，下層工具欄是對該類元器件更細致的分類工具欄。以第一個按鈕 為例。通過這個按鈕可以開關電源和信號源類的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行觀測。3用戶可以通過Zoom工具欄方便地調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、結束和暫停。EDA軟件所能提供的元器件的多少以與元器件模型的準確性都直接決定了該EDA軟件的質量和

17、易用性。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），對元器件庫進行管理。在Database Management窗口中的Daltabase列表中有兩個數(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備的數(shù)據(jù)庫。用戶對Multisim Master數(shù)據(jù)庫中的元器件和表

18、示方式?jīng)]有編輯權。當選中Multisim Master時，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，進而對自建元器件進行編輯管理。在Multisim Master中有實際元器件和虛擬元器件，它們之間根本差別在于：一種是與實際元器件的型號、參數(shù)值以與封裝都相對應的元器件，在設計中選用此類器件，不僅可以使設計仿真與實際情況有良好的對應性，還可以直接將設計導出到Ultiboard中進行PCB的設計。另一種器件的參數(shù)值是該類器件的典型值，不與實

19、際器件對應，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與該類實際器件的圖標形狀一樣，但虛擬器件的按鈕有底色，而實際器件沒有，如下圖所示。從圖中可以看到，一樣類型的實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有虛擬類的器件。在元器件類型列標中，虛擬元器件類的后綴標有Virtual，如下圖所示：輸入電路圖是分析和設計工作的第一步，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,為分析和仿真做準備。一、設置Multisim的通用環(huán)境變量為了適應不同的需求和

20、用戶習慣，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個標簽選項，用戶可以就編輯界面顏色、電路尺寸、縮放比例、自動存儲時間等容作相應的設置。以標簽Workspace為例，當選中該標簽時，Preferences對話框如下圖所示：在這個對話窗口中有3個分項：1Show：可以設置是否顯示網(wǎng)格，頁邊界以與標題框。2Sheet size：設置電路圖頁面大小。3Zoom level：設置縮放比例。其余的標簽選項在此不再詳述。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（元器件名細表），Manufacture Names（生產(chǎn)廠家），Model Level-ID（模型層次）等容。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。3

22、選中相應的元器件在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與非門，用鼠標選中其中的一個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，用戶可以在上面的Component Browser中的Symbol選項框中預覽到。當器件放置到電路編輯窗口中后，用戶就可以進行移動、復制、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輯

23、窗口后，用鼠標就可以方便地將器件連接起來。方法是：用鼠標單擊連線的起點并拖動鼠標至連線的終點。在Multisim中連線的起點和終點不能懸空。第四節(jié) 虛擬儀器與其使用對電路進行仿真運行，通過對運行結果的分析，判斷設計是否正確合理，是EDA軟件的一項主要功能。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種虛擬儀器的名稱與表示方法總結如下表：菜單上的表示方法對應按鈕儀器名稱電路中的儀器符號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邏輯轉換儀Distortion Analyzer失真度分析儀Spectrum Analyzer頻譜儀Network An