应用电子技术毕业论文.doc

信息职业技术学院 毕业设计说明书 设计(论文)题目:电子扫描多路交流电压信号切换 _ 电路设计 _ _ 专 业:_ 应用电子技术 _ _ 班 级:_ _应电 07-1 班_ _ 学 号:_ _ _ 姓 名:_ _ _ 指导教师:_ _ 二 00 九年十二月五日 信息职业技术学院毕业设计任务书信息职业技术学院毕业设计任务书 学 生 姓 名 学号班级应电 07-1专业应用电子技术 设计题目设计题目：电子扫描多路交流电压信号切换电路设计 指导教师姓名职 称工作单位及所从事专业联系方式备 注 副教授 高级工程师国调试 1 设计内容：设计内容： 运用数字电子技术或单片机应用技术，实现对四路（或以上）数字电压输入信号进行周期性地按 顺序切换，经过同一个信号处理电路（如放大器等）处理后，再周期性地按对应顺序切换至后级各部 分电路的输入端，即分别输出。 电路系统包括输入信号控制电路、信号中间处理电路、信号输出控制电路等。要求完成；选择各 单元电路结构并阐述工作原理，给出整机电路原理图；计算或估算电路参数，正确选择电路元件，给 出元件明细表，仿真测试或做出实物样品；撰写设计说明书，反映计算、选择元件的过程，字数不少 于 6000 字。 进度安排：进度安排：详细的时间安排如下表中所示。 进度安排内容及要求备注 2007了解毕业设计相关要求，搜集资料，拟定方案 第 3、4 周 2009.9.2811.1 选择各单元电路结构并阐述工作原理，确定系统电路 原理图，计算电路参数，选择电路元件。 第 5 至 10 周 2009.11.1211.15 中期检查 第 11、12 周 2009.11.1612.20 绘制电路原理图、元件明细表，撰写设计说明书等第 13 至 16 周 2009.12.2110.1.3 毕业设计答辩 第 17、18 周 主要参考文献、资料主要参考文献、资料( (写清楚参考文献名称、作者、出版单位写清楚参考文献名称、作者、出版单位) )： 1 编委会.最新集成电路设计手册.北京.当代中国出版社，2004.4 2 李哲英，骆丽.数字集成电路设计.北京.机械工业出版社，2002 3 范誌忠.实用数字电子技术.北京.电子工业出版社，2003.2 4 孙建平.数字电子技术.西安.西安电子科技大学出版社，2005.7 5 郑应光.模拟电子线路(一).南京.东南大学出版社，2005.1 6 王卫平.电子工艺基础.北京.电子工业出版社，1997 7 清源计算机工作室.protel 99 se 原理图与 pcb 及仿真.北京.机械工业出版社，2004.1 审 批 意 见 教研室负责人： 年 月 日 备注：任务书由指导教师填写，一式二份。其中学生一份，指导教师一份。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 i 目 录 摘 要.1 第 1 章 绪 论.2 1.1 本课题设计的意义 2 1.2 本课题设计的基本要求 2 1.3 本课题设计的基本思路 2 第 2 章 设计方案.3 第 3 章 单元电路设计.4 3.1 信号处理电路的设计 4 3.1.1 电路结构及原理4 3.1.2 元器件介绍4 3.2 计数器设计 6 3.2.1 电路结构及原理6 3.2.2 元器件介绍6 3.3 脉冲振荡器设计 6 3.2.1 电路结构及原理8 3.2.2 555 定时器介绍8 第 4 章 整机工作原理.10 总 结.12 致 谢.13 参考文献.14 附录 整机原理图.15 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 1 页 摘 要 本课题所设计的是一个电子扫描多路交流电压信号切换电路设计，其作用是 同时输入四路数字信号，经电子扫描切换、放大后输出，可以同时测量四路信号， 多路信号同时的测量不仅节约了时间，而且还节约了资源，大大的提高了人们的 工作效益。 关键词 电子扫描；信号切换；信号放大 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 2 页 第 1 章 绪 论 1.1 本课题设计的意义 人类的知识许多是依靠测量得到的。在科学技术领域内，许多新的发现、新 的发明往往是以测量技术的发展为基础的，测量技术的发展推动着科学技术的前 进。在生产活动中，新的工艺、新的设备的产生也依赖于测量技术的发展水平， 而且可靠的测量技术对于生产过程自动化、设备的安全以及经济运行都是不可少 的先决条件。无论是在科学实验中还是在生产过程中，一旦离开了测量，必然会 给工作带来巨大的盲目性。只有通过可靠的测量，然后正确地判断测量结果，才 有可能进一步解决自然科学和工程技术上提出的问题。 在一个规模较大的系统中，常常有几个，几十个甚至更多的被测参数，要测 量每路电路的信号，一个一个的测量很麻烦，本设计就是针对以上有待解决的问 题，在以结合实际、强调实用、工作可靠等为设计原则，提出的设计方案。 1.2 本课题设计的基本要求 本课题设计的基本要求是运用数字技术，实现对四路的（或以上）交流电压 输入信号进行周期性地按顺序切换，经过同一个信号处理电路（如放大等）处理 后，再周期性地按对应顺序切换至后级各部分电路的输入端，即分别输出。 1.3 本课题设计的基本思路 本次设计的题目是电子扫描多路交流电压信号切换电路设计，根据要求，主 要是应用 74ls153 数据选择器来输入四路数字信号，经运放 ua741 放大后依次 输出，用 74ls290 来控制信号的依次输入和输出。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 3 页 第 2 章 设计方案 根据设计课题功能需求，电子扫描多路交流电压信号切换电路系统包括输入信号 控制电路、信号处理电路、输出信号控制电路等。但输入信号和输出信号控制电路由 一个电路就能满足要求。其整机电路结构框图如图 2-1 所示。输入信号、 1 ui 、经过集成运放放大后从依次输出信号、，用计数器 2 ui 3 ui 4 ui 1 uo 2 uo 3 uo 4 uo 控制信号的依次切换，由脉冲振荡器提供计数所需的时钟信号。 多路数据 选择器 放大器 数据分 配器 脉冲振 荡器 计数器 ui2 ui3 ui4 uo2 uo3 uo4 图 2-1 整机电路结构框图 ui1uo1 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 4 页 第 3 章 单元电路设计 3.1 信号处理电路的设计 3.1.1 电路结构及原理 本部分主要由数据选择器和集成运放组成。四路数字信号依次从数据选择器输入 端输入，经集成运放放大后，再依次从数据选择器输出端输出。电路原理如图 3-1 所 示。 数据选择器使能端和必须接地，1d01d3 作为数据输入端，2d02d3st1st2 作为数据输出端，作为数据输出端，作为数据输入端，地址端 a0、a1 用于实y1y2 现输入输出数据的选择。a1、a0 的输出状态 00、01、10、11 分别控制选择输入数据 ui1-ui4、和控制输出数据 uo1-uo4。显然，任何时刻只有一路数据从 1y 输出，输 出的信号经过 ua741 放大 120 倍，然后再由数据选择器的端输入，在依次从 2d0y2 2d3 端输出。 图 3-1 信号处理电路图 3.1.2 元器件介绍 1数据选择器 74ls153 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 5 页 74ls153 是双 4 选 1 数据选择器，即一片 74ls153 中集成了两个完全相同的 4 选 1 数据选择器。74ls153 的逻辑功能示意图和外引脚图如图 3-2 所示。 （a）逻辑符号 （b）外引脚图 图 3-2 双 4 选 1 数据选择器 74ls153 图中，为 4 个数据输入端，为数据输出端，、为两个 4 选 1 的公 0 d 3 dy 1 a 0 a 共地址输入端，为选通端（或称使能端），低电平有效。st 74ls153 功能表如表 3-13 所示，当时，输出，输入数据被封锁；当1st 0y 时，数据选择器正常工作，0st 表 3-1 双 4 选 1 数据选择器 74ls153 功能表 使能输入地址输入数据输出 st1 a 0 a y 10 000 d 011 d 102 d 0 113 d 2集成运算放大器 ua741 ua741 为集成运算放大器，其管脚图如图 3-3 所示，它的应用电路如图 3-4 所示。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 6 页 图 3-3 ua741 管脚图 图 3-4 ua741 应用电路图 3.2 计数器的设计 3.2.1 电路结构及原理 本设计中使用计数器是为 74ls153 地址端 a1、a0 输及数据选择控制信号 00 、01、10、11。为产生该信号，可用计数器来实现。 电路设计可使用 74ls290 十进制计数器来实现 4 进制计数器，以产 00、01、 10、11 计数脉冲，电路如图 3-5 所示。 图 3-5 计数器电路原理图 3.2.2 元器件介绍 74ls290 是集成异步二五十进制计数器，其结构框图和逻辑功能示意图分别 如下图 3-6（a）和图 3-6（b）所示。 图 3-6 74ls290 结构框图和逻辑功能示 其逻辑功能为： （1）异步置 0 功能（复位功能） 当 r0r01r021，s9s91s920 时，计数器置 0，即 q3q2q1q00000，因此 r0 端也称异步置 0 端。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 7 页 （2）异步置 9 功能（异步置数功能） 当 r0r01r020，s9s91s921 时，计数器置 9，即 q3q2q1q01001，因此 r9 端也称异步置 9 端。 （3）计数功能 当 r00，s90 时，处于计数工作状态： 计数脉冲由 cp0端输入，从 q0端输出时，则构成一位二进制计数器； 计数脉冲由 cp1端输入，输出为 q3q2q1时，则构成异步五进制计数器； 如将 q0端与 cp1连接，计数脉冲由 cp0端输入，输出为 q3q2q1q0时，构成 8421 码异步十进制计数器； 如将 q3端与 cp0相连，计数脉冲由 cp1端输入，从高位到低位输出为 q0q3q2q1 时，则构成 5421 码的异步十进制加法计数器。 表 3-2 为 74ls290 的功能表。 表 3-274ls290 功能表 输入输出 r01r0 2 s91s9 2 cpq3q2q1q0 说 明 100000 置 0 011001 置 9 00按不同的连接方式正常计数 计 数 （3）利用集成计数器的异步置 0 功能获得任意 n 进制计数器 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 8 页 3.3 脉冲振荡器设计 .1 电路结构及原理电路结构及原理 要使 74ls290 工作，必须给74ls290 送及 cp 脉冲，cp 脉冲可以由555 定时器来 产生，其电路结构如图3-7 所示。 图 3-7 脉冲振荡器原理图 当接通电源后，电容c1 被充电，uc上升。当 uc上升到时，电路被置为0 状态， cc v 3 2 输出端 uo=0，同时放大管vt 导通。此后，电容c1 通过 r2 和 vt 放电，使得uc下降。 当 uc下降到时，电路被置为1 状态，输出端uo=1，放大管 vt 处于截止状态。此后， cc v 3 1 电容 c1 被 vcc通过 r1 和 r2 充电，使 uc上升，当上升到时，电路又发生翻转。如 cc v 3 2 此周而复始，电路便振荡起来。振荡器输出脉冲uo的工作周期为 t0.7(r1+2r2)c1 (3-1) 3.3.2 555 定时器介绍 555 电路是模拟电路和数字电路集成在一块芯片上的中规模集成电路。它有 ttl（又称双极型）和 cmos 两种类型，ttl 型产品通常后 3 位用数字“555”表示，而 cmos 型产品通常后 4 位用数字“7555”表示，故称为 555 集成定时器。它们的功能和外 形基本相同。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 9 页 555 定时器内部由分压器、比较器、基本 rs 触发器和晶体管开关组成。由于比较 器属于模拟电路，触发器属于数字电路，所以 555 定时器通常称为混合电路，其内容 结构图如图 3-8（a）所示，管脚如图 3-8（b）所示。 555 定时器为 8 脚双排直插封装（dip），其各管脚的功能为：为触发输入端，tr 低电平有效，为输出端，为复位端，低电平有效，为电压控制端，为阈值 o urcoth 输入端，为放电端，为电源电压输入端。d cc v （a）原理图 （b）管脚图 图 3-8 555 定时器芯片 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 10 页 第 4 章 整机工作原理 根据第 3 章单元电路的设计，可得到如附录所示的整机原理图。本设计主要是利 用 74ls153 为双四选一的数据选择器、ua741 运算放大器、74ls290 计数器、555 定时 器来实现。整电路如图 4-1 所示。 图 4-1 整机电路原理图 74ls153 为双四选一数据选择器，如表 4-1 所示：在第一个四选一数据选择器的输 入端（6、5、4、3 号管脚）依次输入信号、，经过放大器放大后依 1 ui 2 ui 3 ui 4 ui 次从第二个四选一输出端（10、11、12、13 号引脚）输出信号、 1 uo 、。用计数器 74ls290 输出 00、01、10、11 来控制信号的依次切换， 2 uo 3 uo 4 uo 计数器 74ls290 所需的时钟信号由 555 构成的时基振荡器产生。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 11 页 由 555 构成的时基振荡器提供给 74ls290 脉冲信号时，假如双计数器输出为 01q q 00 时，在电路中可明显的看出：计数器的输出端就作为 74ls153 的输入端即控 01a a 制端输入为 00，这时，74ls153 的 6 号引脚输入一个信号时，由集成运放放 01a a 1 ui 大 120 倍后输出然后再作为 74ls153 的 10 号引脚的输出端，输出信号为。由计数 1 uo 器 74ls290 来控制信号的切换，依次输入 5 号引脚、4 号引脚、3 号引脚，经集成运放 放大后依次由输出 11 号引脚、12 号引脚、13 号引脚输出。 输入端输入信号 01a a 6 号引脚 1 ui00 5 号引脚 2 ui01 4 号引脚 3 ui10 3 号引脚 4 ui11 表 4-1 引脚对应的输入信号和控制端 输出端输出信号 01a a 10 号脚 1 uo00 11 号脚 2 uo01 12 号脚 3 uo10 13 号脚 4 uo11 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 12 页 总 结 通过为期十周的毕业设计，我深刻体会到了自己知识的匮乏。设计一个很简单的 电路，所要考虑的问题，要比考试的时候考虑的多得多。这样，在很大程度上提高了 我考虑问题的全面性。设计一个电路，要考虑到它的前因后果，芯片的选择。什么功 能需要什么电路来实现。另外，还要考虑它的可行性，实用性等等。这样，也提高了 我的分析问题的能力。以前，我们学习的电路只是一个理论知识，通过这次实践。使 我的理论知识上升到了一个实践的过程。同时在实践中也加深了我们对理论知识的理 解。 通过本次毕业设计不仅让我们巩固和加深了以前所学知识，同时也让我们发现了 自身的不足。学习不能只学表面的，很多知识是需要我们深入了解的。学习也不能是 一时的，知识的日新月异需要我们长期的坚持和日积月累。知识是博大精深的，由于 电子技术的发展日新月异。且个人能力有限，设计中难免出现错误和不妥之处，恳请 读者批评指证。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 13 页 致 谢 在此要感谢李怀甫老师对我悉心的指导，感谢母校给我这样的机会锻炼。在设计 过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式， 使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计过程中我 懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信 会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分 体会到了在创造过程中的探索的艰难和成功的喜悦。再次感谢不经意间给了我很多灵 感的人。谢谢你们使得我的学业能够顺利完成。 虽然这个项目还不是很完善，但是在设计过程中所学到的东西是我最大收获和财 富，使我终身受益。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 14 页 参考文献 1编委会最新集成电路设计手册北京:当代中国出版社，2004.4 2李哲英，骆丽.数字集成电路设计北京:机械工业出版社，2002 3范志忠实用数字电子技术北京:电子工业出版社，2003.2 4孙建平数字电子技术西安西安电子科技大学大学出版社，2005.7 5郑应光模拟电子线路南京:东南大学出版社，2005.1 6王卫平电子工艺基础北京:电子工业出版社，1997 7 赵淑范 王宪伟主编电子技术实验与课程设