电子课程设计报告(1).doc

网线测试仪一 课程设计目的本次课程设计主要结合模拟电子技术，数字电子技术理论知识设计一个网线测试仪，网线测试仪就是用来测试网线连接状况的。本次课程设计起到巩固所学知识，加强综合能力，培养电路设计能力，提高实验技术，启发创新思想的效果。二 结构设计关于实现网线测试功能的设计：接通电源后，555定时器开始工作，产生方波。其方波上升沿触发4017BT-5V的CP1端，因4017BP的MR接地时，各Y端有译码输出。而输出端（Y0Y9）只有一个高电平循环出现，其余均为低电平。由此构成如下回路：发光管LED1被测网线第一根副机电路中发光管LED9VD10VD16之一另一根被测网线主机D1-D8之一。这样。如果主机电路中的LED1被点亮，副机中的LED9也被点亮，则表示被测网线第一根线为“通”其它也如此。对网线进行检测时，如果LED1、LED2、LED4-LED8、LED17有不亮者，即表示此路不通。如果LED9一LED16非顺序点亮，则表示线序有误。当保持开机状态，该测试仪将会不断地对网线进行自动重复测试。其原理图如图所示：555方波信号发生LED显示部分分频器三 方案比较1 ）555定时器与石英晶体振荡器的比较晶振是石英振荡器的简称，英文名为Crystal，它是时钟电路中最重要的部件，它的主要作用是向显卡、网卡、主板等配件的各部分提供基准频率，它就像个标尺，工作频率不稳定会造成相关设备工作频率不稳定，自然容易出现问题。晶振还有个作用是在电路产生震荡电流,发出时钟信号.。它用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作，以提供稳定，精确的单频振荡。在通常工作条件下，普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十。高级的精度更高。有些晶振还可以由外加电压在一定范围内调整频率，称为压控振荡器（VCO）。振在数字电路的基本作用是提供一个时序控制的标准时刻。数字电路的工作是根据电路设计，在某个时刻专门完成特定的任务，如果没有一个时序控制的标准时刻，整个数字电路就会成为“聋子”，不知道什么时刻该做什么事情了。晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。通常一个系统共用一个晶振，便于各部分保持同步。有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振，而通过电子调整频率的方法保持同步。晶振通常与锁相环电路配合使用，以提供系统所需的时钟频率。如果不同子系统需要不同频率的时钟信号，可以用与同一个晶振相连的不同锁相环来提供。电路中，为了得到交流信号，可以用RC、LC谐振电路取得，但这些电路的振荡频率并不稳定。在要求得到高稳定频率的电路中，必须使用石英晶体振荡电路。石英晶体具有高品质因数，振荡电路采用了恒温、稳压等方式以后，振荡频率稳定度可以达到10(-9)至10(-11)。广泛应用在通讯、时钟、手表、计算机需要高稳定信号的场合。555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。555 定时器的内部电路框图和外引脚排列图分别如图 2.9.1 和图 2.9.2 所示。它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率输出级。它提供两个基准电压VCC /3 和 2VCC /3 555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制 RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 C1 的同相输入端的电压为 2VCC /3，C2 的反相输入端的电压为VCC /3。若触发输入端 TR 的电压小于VCC /3，则比较器 C2 的输出为 0，可使 RS 触发器置 1，使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于VCC /3，则 C1 的输出为 0，C2 的输出为 1，可将 RS 触发器置 0，使输出为 0 电平。555的应用： 555定时器（1）构成施密特触发器，用于TTL系统的接口，整形电路或脉冲鉴幅等； （2）构成多谐振荡器，组成信号产生（3）构成单稳态触发器，用于定时延时整形及一些定时开关中。虽然石英晶体振荡频率的稳定度高，但是受环境温度的影响较大。而由555定时器构成的多谐振荡器的器没有此缺点而且功能稳定，适用范围广，所以采用555定时器来产生方波。（2）4017BD-5V与3-8译码器的比较因为4017输出信号均是高电平，而，3-8译码器输出是低电平，跳变为低电平是灯亮。要想使灯在跳变为高电平时亮需要在输出端加非门使电路变得复杂，所以选用4017。四 电路设计及理论分析（1）555方波信号发生器原理图原理：它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个RS触发器，一个放电管T及功率输出级。它提供两个基准电压VCC/3和2VCC /3。555定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器C1的同相输入端的电压为2VCC/3，C2的反相输入端的电压为VCC/3。若触发输入端TR的电压小于VCC/3，则比较器C2的输出为0，可使RS触发器置1，使输出端OUT=1。如果阈值输入端TH的电压大于2VCC/3，同时TR端的电压大于VCC /3，则C1的输出为0，C2的输出为1，可将RS触发器置0，使输出为0电平。图1-1 555定时器内部结构设电容的初始电压Uc0，t0时接通电源，由于电容电压不能突变，所以高、低触发端VTHVTL=01/3VCC，比较器A1输出为高电平，A2输出为低电平，即RD=1，SD=0（1表示高电位，0表示低电位），R-S触发器置1，定时器输出Uo=1，此时Q=1，定时器内部放电三极管截止，电源VCC经向电容C充电，UC逐渐升高。当UC上升到1/3VCC时， 输出由0翻转为1，这时RD=RS=1，R-S 触发顺保持状态不变。所以0tt1期间,定时器输出Uo为高电平1。t=t1 时刻，Uc上升到2/3Vcc，比较器A1的输出由1变为0，这时RD=0，RS=1，R-S 触发器复0，定时器输出Uo=0。 t1tt2期间，Q=0，放电三极管T导通，电容C通过R2放电。Uc按指数规律下降，当Uc2/3VCC时比较器A1输出由0变为1，R-S触发器的RD=SD=1，Q的状态不变，Uo的状态仍为低电平。 t=t2时刻，Uc下降到1/3Vcc，比较器A2输出由1变为0，R-S触发器的RD=1，SD=0，触发器处于1，定时器输出Uo=1。此时电源再次向电容C放电，重复上述过程。通过上述分析可知，电容充电时，定时器输出Uo=1，电容放电时Uo=0， 0，电容不断地进行充、放电，输出端便获得矩形波。多谐振荡器无外部信号输入，却能输出矩形波，其实质是将直流形式的电能变为矩形波形式的电能。图1-2 555多谐振荡器原理图 振荡周期T=T1+T2。T1为电容充电时间，T2为电容放电时间。充电时间T1=（R1+R2）C20.7（R1+R2）C；放电时间T2=R2C20.7R2C； 矩形波的振荡周期T=T1+T2=2（R1+2R2）C0.7（R1+2R2）C。q=（脉宽tw）/（周期T）。图1-3多谐振荡器的工作波形在电路图中周期T1=（R1+R2）C20.7（R1+R2）C =0.7*530*1=0.37，T=T1+T2=2（R1+2R2）C0.7（R1+2R2）C=0.7*（400+2*130）*1=0.46s，占空比q=T1/T=0.80（2）分频器以及显示部分原理图工作原理：40174017BT有3个输（MR、CP0和CP1），MR为清零端，当在MR端上加高电平或正脉冲时其输出O0为高电平，其余输出端（O1O9）均为低电平。CP0和CPl是2个时钟输入端，若要用上升沿来计数，则信号由CP0端输入若要用下降沿计数则信号由CPl端输入。 若有连续脉冲输入时，其对应的输出端依次变为高电平状态，可直接用作顺序脉冲发生器。高电压在显示部分形成回路，由此可也判断网线是否是通路。由于4017有10个输出端但是在原理图只用了8个输出端，所以在LED17亮之后经过两个脉冲周期后LED1才继续亮。12脚为进位脚，当4017计数10个脉冲之后，将输出一个脉波，代表产生进位，接地后不影响输出。14脚为频率输出信号，有一定的工作电压，所以R3，R4有分压功能保证14脚正常工作，LED3指示灯亮表示可以正常工作。五、电路总框图六 仿真结果与分析采用CD4017制作的网线测试仪电路如下图所示,其工作原理是: 接通电源后，NE555得电工作，产生方波，LED0闪亮。其方波上升沿触发CD4017的CP端，因CD4017的CR接地时，各Y端有译码输出。而输出端(YOY9)只有一个高电平循环出现，其余均为低电平。由上电路图可知，构成如下的回路：发光管LED1被测网线第一根副机电路中发光管LED10VD11VD17之一另一根被测网线主机VD2-V