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