proteus实例教程课件-第4章

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1、第4章 电子技术课程设计,Proteus实例教程,电子技术课程设计的主要目的是利用模拟电子技术和数字电子技术理论知识，设计、仿真、制作完成一定功能的应用电路，以加深对所学知识的理解，并对所学知识进行扩充和完善，以提高实践动手能力。本章利用Proteus强大的电子线路设计与仿真功能，讲授几个典型电子技术综合课题设计与仿真过程。,本章主要内容,4.1 交通灯控制 4.2 直流可调稳压电源 4.3 数字钟 4.4 串/并行数据转换器,4.1 交通灯控制,设计任务： 在Proteus中设计一个十字路口交通灯信号控制器，要求： (1) 主、支干道交替通行，主干道每次放行30秒，支干道每次放行20秒； (

2、2) 绿灯亮表示可以通行，红灯亮表示禁止通行； (3) 每次绿灯变红时，黄灯先亮5秒(此时另一干道红灯以1Hz的频率闪烁)； (4) 十字路口要有倒计时显示； (5) 主、支干道的通行时间及黄灯亮的时间均可在099秒内任意设定。,4.1.1 电路设计,1. 总体结构设计,图4-1 系统结构框图,4.1.1 电路设计,2. 设计步骤,用HC4510集成计数器设计一个状态控制器，其控制流程如图4-2所示。 主干道绿灯亮、支干道红灯亮时，表示主干道允许通行、支干道禁止通行。绿灯亮到规定的时间30s时，控制器发出状态信号，转到下一状态。 主干道黄灯亮、支干道红灯亮，表示主干道上未过停车线的车辆禁止通行

3、，已过停车线的车辆继续通行，支干道禁止通行。黄灯亮足规定时间间隔5s时，控制器发出状态信号，转入到下一状态。 主干道红灯亮、支干道绿灯亮，表示主干道禁止通行、支干道允许通行，绿灯亮到规定的时间间隔20s时，控制器发出状态信号，转入到下一状态。 主干道红灯亮、支干道黄灯亮，表示主干道禁止通行、支干道上未过停车线的车辆禁止通行，已过停车线的车辆继续通行。黄灯亮足规定时间间隔5s时，控制器发出状态信号，转入到下一状态。,4.1.1 电路设计,2. 设计步骤 (2) 用74LS00与非门设计一个状态译码器，并用74LS245模拟开 关设计一个闪烁控制器，控制主、支干道上的红、黄、绿灯亮暗和闪烁。具体设

4、计见表4-1所示的真值表。,表4-1 真值表,4.1.1 电路设计,2. 设计步骤,对于信号灯的状态，1表示灯亮，0表示灯灭，这样，就将交通灯的工作状态以真值表的形式表达出来了，这是电路设计的一个很重要的环节。下面根据真值表来列写逻辑表达式。,4.1.1 电路设计,2. 设计步骤,(3) 设计一个定时系统,根据设计要求，交通灯控制系统要有一个能自动置入不同定时时间的定时器，以完成30秒、20秒、5秒的时间预置，用两片4510设计一个990的可置数的减法计数器。 用三片74LS245设计三个置数器，分别置入30、20、5三个数字；减法计数器的时间常数通过3片8路双向三态门74LS245来设定。3

5、片74LS245的输入数据分别接入30、20、5这三个不同的数字，哪一个输入数据作为减法计数器的置入，由状态译码器的输出信号控制不同的74LS245的选通信号来实现。 用两个4511和两个共阴极数码管设计一个两位译码时间显示器。,(4) 用NE555及电阻、电容设计一个秒脉冲发生器。,4.1.1 电路设计,3. 元件清单列表,表4-2 元件清单,4. Proteus电路图,4.1.2 电路调试,根据电路原理图，按照要求，在Proteus中对交通灯控制器进行逐步仿真和调试。 (1) 调试秒脉冲产生器，脉冲周期为10.1秒； (2) 将秒脉冲引入状态控制器，调试主、支干道信号灯的转换顺序； (3)

6、 将秒脉冲引入定时系统，调试置数、减法计数及译码显示。 (4) 在Proteus中按运行仿真按钮，观察仿真结果。,4.2 直流可调稳压电源,设计任务： (1)输出电压在1.25V37V可调； (2)最大输出电流为1.5A； (3)电压调整精度达0.1%。,4.2.1 题目分析,直流稳压电源的作用是把50Hz的交流电变压、整流、滤波和稳压，从而使电路变成恒定的直流电压，供给负载，如图4-4所示。设计出的直流稳压电源应不以电网电压的波动和负载的变换而改变。,图4-4 直流稳压电源的组成,4.2.2 电路设计与仿真,1. 变压电路,直流电源通常从市电取电，把220V、50Hz的单相交流电先降压，变成

7、所需的交流电，然后再整流。根据桥式整流电路和电容滤波电路的输出与输入电压的比例关系，从输出电压的最大值37V倒推，可以算出所使用的降压变压器的副边电压有效值应为29V左右。 从Proteus的元件库中取变压器“TRAN-2P2S”，在原边接交流电源“ALTERNATOR”，原副边分别接交流电压表以测量其有效值，变压器的原副边同时接地，并与直流部分共地。 打开交流电源的属性对话框，把频率改为50Hz，把幅值改为300V左右，运行仿真，观察原边交流电压表的读数，再次修改交流电源的幅值，直到原边电压表的读数为220V为止。,4.2.2 电路设计与仿真,1. 变压电路,根据变压器副边的线圈电感值、电压

8、和变比之间的关系：,打开变压器属性对话框，保持原边线圈电感值(Primary Inductance)为1H不变，修改原副边电感值(Secondary Inductance)为0.033H左右，也可以保持副边线圈电感值不变，修改原边电感值，如图所示。,4.2.2 电路设计与仿真,1. 变压电路,运行仿真，直到副边交流电压表的读数为29V左右。变压电路的仿真效果如图4-8所示。,图4-8 变压电路的仿真图,4.2.2 电路设计与仿真,1. 整流及滤波电路,整流采用常用的二极管桥式整流电路。在Proteus的元件库中寻找“BRIDGE”，取出此通用二极管整流桥，放置在电路中，注意接法。 根据经验，一

9、般滤波电路常用的滤波电容有2200F和1100F两种，但要注意它的耐压值要大于电路中所承受的电压，并注意电压极性的接法是上正下负，如图4-9所示。,图4-9 整流及滤波电路,4.2.2 电路设计与仿真,2. 整流及滤波电路,一般来说，全波整流之后的电压平均值为前面变压器副边电压有效值的1.35倍；滤波之后的电压平均值为全波整流电压平均值的1.2倍。 注意在图4-9中，还要在滤波电容两端并联一电源指示电路，即一个电阻串联一个发光二极管。电路调试时，如果发光二极管亮，说明滤波之前的电路无故障；否则可判断出前面电路有问题。 计算一下与发光二极管串联的电阻值。发光二极管要想点亮都有一个最小电流，一般为

10、几毫安，这里取6mA。发光二极管导通时两端的管压降在2V左右。而滤波之后的电压为：,电阻就等于其两端的电压除以流过它的电流，即：,4.2.2 电路设计与仿真,3. 集成稳压电路,集成稳压电路的核心器件是LM317，在实际应用中要注意加装散热片。为了保护集成器件在接反的状态下不被烧毁，在输入、输出端之间以及输出与调整端之间分别接反向保护二极管1N4003，如图4-10所示。,图4-10 集成稳压电路,4.2.2 电路设计与仿真,3. 集成稳压电路,关键是对输出端、调整端和地之间的两个外接电阻的计算。由于调整端的输出电流仅为100mA，可以忽略不计,即认为电阻R2和RV4是串联。而LM317的输出

11、端2和调整端1之间的输出电压已知为1.25V，电路的最大输出电压为37V，所以滑动变阻器的最大值可以算出。 一般设R2为100200，典型值为120，这里设为200。在实际接线时，这个电阻应尽可能地靠近LM317元件来接，因为它本应是LM317的内部电阻。,由上面的公式算出滑动变阻器的最大值为5.92k，取典型值5.1k，这样最大值达不到37V，理论上只有32V左右，仿真时显示为33.5V，有些误差，并且最小值也比1.25V小。,4.2.2 电路设计与仿真,另外，在图4-10中，电容C2和C3分别起去抖和滤波作用。C2并联在滑动变阻器两端，可防止滑动变阻器在调节过程中由于抖动而产生谐波，一般经

12、验值为10F。C3为输出侧二次滤波，其目的是去掉输出电压波形中细小的波纹。C1与C3的关系一般为22倍。 可调直流稳压电源的完整电路如图4-11所示。,图4-11 直流可调稳压电源完整电路,4.3 数字钟,数字钟电路是一款经典的数字逻辑电路，它可以是一个简单的秒钟，也可以只计分和时，还可以计秒、分、时，分别为12小时制或24小时制，外加校时和整点报时电路。 本题目的设计要求为： 能计秒、分、时，且为24小时制； 能进行数字显示； 分和时能够校对； 实现整点报时功能，且音频为四低一高。,4.3.1 核心器件74LS90简介,本题目的核心器件是计数器。计数器的选择很多，常用的有同步十进制计数器74

13、HC160以及异步二、五、十进制计数器74LS90。这里选用74LS90芯片。74LS90的引脚图如图4-12所示。,图4-12 74LS90引脚图,4.3.1 核心器件74LS90简介,在组成计数器之前，每个74LS90都应先接成十进制计数器，如图4-13所示。,图4-13 74LS90接成的十进制计数器,4.3.1 核心器件74LS90简介,74LS90内部原理如图4-14所示，这是一个异步时序电路。图中的S1、S2对应于集成芯片的6、7管脚，R1、R2对应于集成芯片的2、3管脚，CP0对应于14管脚，CP1对应于12管脚，Q3、Q2、Q1、Q0分别对应于11、8、9、12管脚。,图4-1

14、4 74LS90的内部原理图,4.3.2 分步设计与仿真,1. 计时电路 计时电路共分三部分：计秒、计分和计时。其中计秒和计分都是60进制，而计时为24进制。难点在于三者之间进位信号的实现。 1) 计秒、计分电路 (1) 个位向十位的进位实现。 用两片74LS90异步计数器接成一个异步的60进制计数器。所谓异步60进制计数器，即两片74LS90的时钟不一致。个位时钟为1Hz方波用来计秒，十位计数器的时钟信号需要从个位计数器来提供。,4.3.2 分步设计与仿真,把个位的四个输出波形画出来，如图4-15所示。由于74LS90是在时钟的下降沿到来时计数，所以Q3正好符合要求，在十秒之内只给出一个下降

15、沿，且与第十秒的下降沿对齐。Q2虽然也只产生一个下降沿，但产生的时刻不对。这样，个位和十位之间的进位信号就找到了，把个位的Q3(11端)连接到十位的CKA(14端)上。,图4-15 74LS90接成的个位计数器时序图,4.3.2 分步设计与仿真,(2) 六十进制的实现。 当计秒到59时，希望回00。此时个位正好是计满十个数，不用清零即可自动从9回0；十位应接成六进制，即从05循环计数。用异步清零法，当6出现的瞬间，即Q3Q2Q1Q0=0110时，同时给R0(1)和R0(2)高电平，使这个状态变成0000，由于6出现的时间很短，被0取代。接线如图4-16所示。 当十位计数到6时，输出0110，其中正好有两个高电平，把这两个高电平Q2和Q1分别接到74LS90的R0(1)和R0(2)端，即可实现清零。一旦清零，Q2和Q1都为0，不能再继续清零，恢复正常计数，直到下次再同时为1。 计分电路和计秒电路完全一致，只是周期为1秒的时钟信号改成了周期为60秒(即1分)的时钟信号。,4.3.2 分步设计与仿真,图4-16 74LS90接成的60进制计数器,4.3.2 分步设计与仿真,(3) 秒向分的进位信号的实现。 计分电路中使用74LS20(四输入与非门)串反相器构成与门，如图4-17所示。 计分电路的关键问题是找到