基于ＰＲＯＴＥＬ的５５５定時器仿真分析

摘 要：應(yīng)用仿真軟件對具體電路進(jìn)行性能分析已成為現(xiàn)代工程設(shè)計中一種行之有效的手段，通過計算機(jī)完成電路的性能分析、功能設(shè)計、時序測試以及印刷線路板的設(shè)計和布線，在計算機(jī)中調(diào)用元器件和儀器搭接電路，電路的各種參數(shù)容易調(diào)整，電路分析的過程十分清晰、直觀。

關(guān)鍵詞：555定時器；仿真軟件；電路分析

中圖分類號：TM13文獻(xiàn)標(biāo)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(shè)計系統(tǒng)，它包含了電原理圖繪制、模擬電路與數(shù)字電路混合信號仿真、多層印制電路板設(shè)計、可編程邏輯器件設(shè)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(wù)器）體系結(jié)構(gòu)，同時還兼容一些其它設(shè)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(shù)字電路相結(jié)合的集成電路，利用它可以很方便地實現(xiàn)多種脈沖電路。集成定時器分為雙極型和單極型兩類，產(chǎn)品型號繁多，但所有定時器的產(chǎn)品型號后三位數(shù)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(tǒng)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(fā)器、一個作為放電通路的三極管及輸出驅(qū)動電路組成。它的邏輯電路圖和電路符號如下圖所示：

2 應(yīng)用仿真軟件進(jìn)行仿真的基本方法

(1)555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器仿真。555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器仿真電路如下圖，輸入引腳只在初始階段輸入一個負(fù)脈沖。

R、C為外接定時元件。靜態(tài)時uI為高電平，VCC通過R對C充電，uC上升，當(dāng)uC≥2VCC/3時，復(fù)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(fù)位，Q=0，Q=1，放電管飽和導(dǎo)通，C經(jīng)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(fù)位，Q=0，=1，放電管始終飽和導(dǎo)通，C逐漸將電放完，uC≈0，電路處于穩(wěn)態(tài)。

當(dāng)觸發(fā)器uI為低電平時，置位控制端TR2VCC/3，而此時ui已完成觸發(fā)，回到高電平使置位控制端TR>VCC/3，定時器又復(fù)位，Q=0，=1，放電管又導(dǎo)通，電路回到穩(wěn)態(tài)。C放電，電路恢復(fù)結(jié)束。根據(jù)電路的工作原理，代入三要素公式可得：tW=RCLnVCC-0VCC-23VCC=RCLn3≈1.1RC

根據(jù)仿真參數(shù)計算得到的理論值為tW=1.1RC=29.7ms。仿真參數(shù)中輸入脈沖設(shè)置如下：

(2)555構(gòu)成的多諧振蕩器仿真。555構(gòu)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(dāng)uC≥2VCC/3時，復(fù)位控制端TH>2VCC/3，置位控制端TR>VCC/3，定時器復(fù)位，Q=0，=1，放電管導(dǎo)通，C通過放電，uC下降。當(dāng)uC≥VCC/3時，又回到復(fù)位控制端TH<2VCC/3，置位控制端TR

根據(jù)電路的工作原理，代入三要素公式可得：

T=tW1+tW2=(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tW1=(R1+R2)CLnVCC-13VCCVCC-23VCC=138.63us

tW2=R2CLn0-23VCC0-13VCC=69.315us

仿真波形如下：

仿真得到的tW1=144.13us，tW2=68.413us

3 結(jié)論

可以看到，通過Protel對電路進(jìn)行仿真，得到的仿真值和理論計算值相當(dāng)接近，且各元件選擇范圍廣，參數(shù)修改方便，不會出現(xiàn)在實際操作中器件損壞和焊接的問題，使得電路的調(diào)試變得快捷、方便，可以避免出現(xiàn)儀器不足，器件不全的問題，與傳統(tǒng)試驗相比，更能突出開放試驗教學(xué)模式，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的綜合分析、開發(fā)設(shè)計和創(chuàng)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(lián)系實際的一座橋梁。

電子技術(shù)是一門試驗性很強(qiáng)的學(xué)科，電子技術(shù)理論的教學(xué)最好和試驗同步進(jìn)行，以加強(qiáng)感性認(rèn)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(jié)論是一種有效的方法，電子技術(shù)教學(xué)中的絕大部分電路都能夠應(yīng)用Protel進(jìn)行虛擬試驗，如果在電子技術(shù)理論課教學(xué)中用Protel作為輔助教學(xué)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(shù)教學(xué)上的定性成果，還可以讓學(xué)生自行設(shè)定各種參數(shù)進(jìn)行仿真試驗，容易積累各種經(jīng)驗數(shù)據(jù)。并且可以自行設(shè)計各種電路進(jìn)行仿真，對開發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)潛能很有幫助。

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文。