实验五脉冲波形发生电路的
设计
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终结报告
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一、画出调试成功后的整体电路图。按功能划分模块，并说明各模块电路的工作原理。
（略）
模块一：光电三极管
该模块在有物体通过红外发射管和光电三极管之间时，产生一个高电平。其原理为，没有物体遮挡时，光电三极管导通，使得输出下拉，输出低电平，当有物体遮挡时，光电三极管截至，输出上拉，输出高电平。所以在物体通过时可以输出一个高电平。实验时记录到有物体通过时A点波形图如下：
模块二：微分电路
由于555定时器的输入要求为一窄脉冲，所以需要微分电路产生一窄脉冲。当A处产生高电平时，B出产生一低电平脉冲，由于电容两端电压不能突变，C点电压也会变为低电平，电容开始充电，经过3~5τ（τ = RC）时间后，电容充电完成，C点回到高电平，从而产生一低电平窄脉冲。要求时间常数τ要大于启动时间（即信号到达输出）且不能太大（要求为窄脉冲），计算后可选取电容C=470nF，电阻R=1kΩ。B点和C点当有物体通过红外发射管和光电三极管之间时的波形如下：
有物体通过红外发射管和光电三极管之间时B点电压波形
有物体通过红外发射管和光电三极管之间时C点电压波形
模块三：555计时器接成的单稳态电路及二极管点亮
输入为一低电平窄脉冲时，输出可以从稳态翻转到暂稳态（高电平），从而将发光二极管点亮，维持一段时间后自动熄灭。
模块四：可重复触发且显示通过物体数目
可重复触发的电路要求之后连续触发时，电容C两端的电压从0开始重新变化。将A的信号作为十进制计数器的CLK信号，将输出接入带有译码器的数码管，则可以在数码管显示通过物体的数目的个位。
二、用示波器记录关键节点的电压波形，并给出分析过程。
有物体通过红外发射管和光电三极管之间时A点电压波形
有物体通过红外发射管和光电三极管之间时B点电压波形
有物体通过红外发射管和光电三极管之间时C点电压波形
有物体通过红外发射管和光电三极管之间时D点电压波形（其中一段）
对于A点电压，没有物体遮挡时，光电三极管导通，使得输出下拉，输出低电平，当有物体遮挡时，光电三极管截至，输出上拉，输出高电平。所以在物体通过红外发射管和光电三极管之间时A点为高电平。
对于B点和C点电压，当A处产生高电平时，B处产生一低电平脉冲，由于电容两端电压不能突变，C点电压也会变为低电平，电容开始充电，经过3~5τ（τ = RC）时间后，电容充电完成，C点回到高电平，从而产生一低电平窄脉冲。之后由于A点电压回到低电平，B点电压翻转为高电平，使C点电压上跳，超过VCC（5V），之后电容放电，C点电压重新回到高电平（VCC）水平。而C点电压的上跳不影响后端的输出。
对于D点电压，C点电压产生一低电平脉冲时，由555定时器接成的单稳态电路功能可知，D点将保持一段固定时间的高电平输出。
其余未测关键节点电压（由于设计时未充分考虑，未测波形），如电容C两端电压，应在C点产生低电平脉冲时，电容器充电，电压上升，直至D输出为低电平，三极管导通，电容C两端电压立即跳变为低电平。
附图：
有物体通过红外发射管和光电三极管之间时（短暂停留）D点（绿）和A点（黄）电压波形
物体通过红外发射管和光电三极管之间时（长时间停留）D点（绿）和A点（黄）电压波形
有物体通过红外发射管和光电三极管之间时D点（绿）和B点（黄）电压波形
有物体通过红外发射管和光电三极管之间时D点（绿）和C点（黄）电压波形
三、总结
1、脉冲波形发生电路的设计和调试步骤。
答：脉冲波形发生电路的设计需要明确功能，确定电路结构和元件
参数
转速和进给参数表a氧化沟运行参数高温蒸汽处理医疗废物pid参数自整定算法口腔医院集中消毒供应
。确定参数时，要保证使产生的脉冲波形的幅度和宽度等符合设计要求且不损害电路元件。然后对输出进行仿真，完成脉冲波形发生的设计。
调试时，保证原理正确的前提下，采用分模块调试的方法逐一查错。
2、其他功能电路的设计和调试步骤，注明元件取值并说明理由。
答：其他功能电路的设计需要明确电路功能及元件
使用方法
消防栓的使用方法指针万用表的使用方法84消毒液使用方法消防灭火器使用方法铁材计算器使用方法
，确定各模块的电路结构、元件选取和某些元件参数的确定。确定参数时，要符合功能和元件的要求。然后对关键节点的波形进行分析，再分模块设计并仿真，实现所要求的功能。
调试时，先确保电源打开、芯片VCC及GND端连接正确，确保芯片无损坏，然后采用分模块调试的方法逐一查错。
元件取值及理由：红外发射管的接地电阻根据实验说明取1kΩ。光电三极管的上拉电阻取值，参考光电三极管在有光照射时的电流在几十微安到几毫安之间，为使输出有效的低电平，上拉电阻不能太小，应在kΩ数量级上，粗略估算为1kΩ到200kΩ，但是上拉电阻也不能太大，经查询光电三极管的暗电流小于0.1nA，在实验室提供电阻的范围内应该可以保证输出理想高电平，设计电路时该电阻取值为100kΩ，实验室根据输出调整为15kΩ。微分电路的元件取值，要求时间常数τ要大于启动时间（即信号到达输出，ns数量级）但不能太大（要求为窄脉冲），计算后可选取电容C=470nF，电阻R=1kΩ。对于555定时器接成的单稳态电路R、C的取值，要求暂稳态时间在1到5秒，由tw=RC·ln3可选取R为30kΩ，C为100μF（持续时间约为3.3秒）。
3、在实验中遇到的问题及解决方法。
在实验中遇到了光电三极管输出不正常的情况，在测得其输出的电压之后将其上拉电阻（R2）换成了更小一点的15kΩ电阻，使光电三极管输出正常的高电平。另外选作模块始终未能正常工作，检查单稳态电路模块C两端的电压后发现设计中的问题，由于时间限制未能完成，这也提醒我设计完电路后一定要仿真确认功能正确后后再进行试验，避免不必要的时间浪费。
四、思考题
1、R1选取应考虑哪些因素？这次实验中D1导通的正向电流是多少、导通压降是多少？
答：R1选取时，首先要考虑不能使D1损坏或击穿，所以阻值不能太小；又要考虑不能使电流（功率）太小，防止照射太弱影响实验，所以阻值也不能太大。查阅资料后可得，常见红外发射管导通压降为1.4V，实验时导通正向电流为
计算得电流I为3.6mA。
2、请简述R2选取原则。在实验中使用的是74HC系列器件，若将其更换为74LS系列器件R2取值会发生什么变化。
答：对于R2阻值的选取，应不能太大以保证输出高电平质量，不能太小以保证低电平质量。由总结部分分析可得，高电平质量在实验室提供电阻范围内可以保证；对于输出低电平时，要使得VCC — I光R2 < VTH ，由所给光电流I光的取值范围可求得R2的范围为1kΩ到200kΩ，实验时所取阻值为15kΩ。
若更换为74LS系列器件，由于TTL器件输入部分取电流，由《数字电路技术基础（第六版）》图3.4.12 TTL的输入特性可得，A点为低电平时，I光可等效认为增大（输入电流为负值，约为1mA），要满足条件R2的取值应为400Ω到2kΩ之间；A点为高电平时，输入电流为正值，其值小于40μA，74系列门电路VOH(min)典型值为2.4V，所以经计算R2应小于25kΩ（VCC按3.4V计算）。综上，若更换为74LS系列器件R2取值范围大幅缩小，可取1500Ω。
浙公网安备 33021202002483