基于ＰＲＯＴＥＬ的５５５定時器仿真分析
2008-01-01 00:00:00丁兵
現代商貿工業 2008年5期
摘 要：應用仿真軟件對具體電路進行性能分析已成為現代工程設計中一種行之有效的手段，通過計算機完成電路的性能分析、功能設計、時序測試以及印刷線路板的設計和布線，在計算機中調用元器件和儀器搭接電路，電路的各種參數容易調整，電路分析的過程十分清晰、直觀。
關鍵詞：555定時器；仿真軟件；電路分析
中圖分類號：TM13文獻標識碼：A文章編號：1672-3198（2008）05-0301-02
Protel是Altium公司推出的EDA軟件，Protel是個完整的板級全方位電子設計系統，它包含了電原理圖繪制、模擬電路與數字電路混合信號仿真、多層印制電路板設計、可編程邏輯器件設計、圖表生成、電子表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/Server（客戶/服務器）體系結構，同時還兼容一些其它設計軟件的文件格式，如ORCAD，PSPICE，EXCEL等。
1 555集成定時器簡介
555集成定時器是一種多用途的模擬電路和數字電路相結合的集成電路，利用它可以很方便地實現多種脈沖電路。集成定時器分為雙極型和單極型兩類，產品型號繁多，但所有定時器的產品型號后三位數碼均為555，且同型號器件的功能和外部引腳的排列完全相同，所以將它們統稱為555定時器。555定時電路是由三個5千歐電阻組成分壓器、兩個高精度電壓比較器、一個基本R-S觸發器、一個作為放電通路的三極管及輸出驅動電路組成。它的邏輯電路圖和電路符號如下圖所示：
2 應用仿真軟件進行仿真的基本方法
(1)555構成的單穩態觸發器仿真。555構成的單穩態觸發器仿真電路如下圖，輸入引腳只在初始階段輸入一個負脈沖。
R、C為外接定時元件。靜態時uI為高電平，VCC通過R對C充電，uC上升，當uC≥2VCC/3時，復位控制端TH>2VCC/3，而uI高電平使置位控制端TR>VCC/3，定時器復位，Q=0，Q=1，放電管飽和導通，C經過放電，uC下降，由于uI高電平使TR>VCC/3，因此即使uC≥2VCC/3，定時器也仍然保持復位，Q=0，=1，放電管始終飽和導通，C逐漸將電放完，uC≈0，電路處于穩態。
當觸發器uI為低電平時，置位控制端TR
根據仿真參數計算得到的理論值為tW=1.1RC=29.7ms。仿真參數中輸入脈沖設置如下：
(2)555構成的多諧振蕩器仿真。555構成的多諧振蕩器仿真電路如圖。
R1、R2、C為外接的定時元件，接通電源后，VCC對C充電，uC上升，最初uC 隨著uC的電壓逐漸升高，當uC≥2VCC/3時，復位控制端TH>2VCC/3，置位控制端TR>VCC/3，定時器復位，Q=0，=1，放電管導通，C通過放電，uC下降。當uC≥VCC/3時，又回到復位控制端TH<2VCC/3，置位控制端TR 根據電路的工作原理，代入三要素公式可得： T=tW1+tW2=(R1+R2)CLnVCC-13VCCVCC-23VCC +R2CLn0-23VCC0-13VCC =(R1+R2)CLn2+R2CLn2 =(R1+2R2)CLn2≈0.7(R1+2R2)C 理論計算得到tW1=(R1+R2)CLnVCC-13VCCVCC-23VCC=138.63us tW2=R2CLn0-23VCC0-13VCC=69.315us 仿真波形如下： 仿真得到的tW1=144.13us，tW2=68.413us 3 結論 可以看到，通過Protel對電路進行仿真，得到的仿真值和理論計算值相當接近，且各元件選擇范圍廣，參數修改方便，不會出現在實際操作中器件損壞和焊接的問題，使得電路的調試變得快捷、方便，可以避免出現儀器不足，器件不全的問題，與傳統試驗相比，更能突出開放試驗教學模式，進一步培養學生的綜合分析、開發設計和創新能力，并且整個過程非常簡單、直觀，與操作實際電路的差別很小，既擺脫了純理論分析的枯燥與繁瑣，又減少了操作實際電路所帶來的不便，是理論聯系實際的一座橋梁。 電子技術是一門試驗性很強的學科，電子技術理論的教學最好和試驗同步進行，以加強感性認識。試驗需要測量儀器和電子元件，受到客觀條件的限制，而用仿真得方法擺脫了這些約束。用電路仿真試驗驗證理論分析結論是一種有效的方法，電子技術教學中的絕大部分電路都能夠應用Protel進行虛擬試驗，如果在電子技術理論課教學中用Protel作為輔助教學手段，可以起到事半功倍的效果。 仿真試驗不但可以正確地反映電子技術教學上的定性成果，還可以讓學生自行設定各種參數進行仿真試驗，容易積累各種經驗數據。并且可以自行設計各種電路進行仿真，對開發學生的學習潛能很有幫助。 注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。
