模拟电子技术课程设计报告60198.doc

电子技术电子技术 课程设计报告课程设计报告 班 级 电科 1402 姓 名 宋晓晨 学 号 3140504043 指导教师 汪洋 开课时间开课时间 2015至至2016学年第学年第二二学期学期 目录目录 一 一 课程设计的目的课程设计的目的 3 3 二 二 课程设计的要求课程设计的要求 3 3 三 课程设计的内容三 课程设计的内容 6 6 3 1 3 1 步进电动机三相六状态控制逻辑电路步进电动机三相六状态控制逻辑电路 1 1 3 2 3 2 具有校时功能的数字闹钟具有校时功能的数字闹钟 3 3 3 3 洗衣机控制器洗衣机控制器 3 4 3 4 音频小信号前置放大电路音频小信号前置放大电路 3 5 3 5 信号发生器设计信号发生器设计 3 6 3 6 二阶二阶 RCRC 有源滤波器设计有源滤波器设计 四 总结四 总结 2424 五 五 参考文献参考文献 2525 1 1 1 课程设计的目的课程设计的目的 电子技术课程设计是继 模拟电子技术基础 数字电子技术基础 电子技术基础实验 课程后的一门实践性训练课程 旨在通过一周实践 理解电子设计基本原理 完整实现规定选题项目设计 考查学生运用电子 技术基础理论完成综合设计的能力 2 2 课程设计的要求课程设计的要求 2 1 步进电动机三相六状态控制逻辑电路设计一个控制步进电机用的 逻辑电路 使其工作于如图 1 所示的三相六拍状态 如果用 1 表示线圈通 电 0 表示线圈断电 设正转时控制输入端 M 1 反转时 M 0 则 3 个 线圈 ABC 的状态转换图如图 2 2 具有校时功能的数字闹钟要求 1 数字钟以一昼夜 24 小时为一计时周期 2 有 时 分 数字显示 秒 信号 驱动 LED 显示光点 将 时 分 隔开 显示情况如图 3 所示 3 具校时功能 即 在需要时 用户可将数字钟拨至标准时间或其它 所需时间 4 在 0 23 小时内任意小时 任意分钟可有控制地起闹 每次起闹时间为 3 5 秒钟 或按使用者需要调定 2 2 3 设计一个洗衣机控制器要求洗衣机实现如下运转 1 定时启动 正转 20 秒 暂停 10 秒 反转 20 秒 暂停 10 秒 定时不到 重复上面过程 2 若定时到 则停止 并发出音响信号 3 用两个数 码管显示洗涤的预置时间 分钟数 按倒计时方式对洗涤过程作计时显 示 直到时间到停机 洗涤过程由开始信号开始 4 三只 LED 灯表示 正转 反转 暂停三个状态 2 4 音频小信号前置放大电路设计 设计音频小信号前置放大电路 并用合适软件模拟 具体要求如下 1 放大倍数 Au 1000 2 通频带 20Hz 20KHz 3 放大电路的输入电阻 RI 1M 输出电阻 RO 600 4 绘制频响扫描曲线 说明 设计方案和器件根据题目要求自行选择 但要求在通用器件范 围内 测试条件 技术指标在输入正弦波信号峰峰值 Vpp 10mv 的条件进行测试 输入输出电阻通过设计方案保证 2 5 信号发生器设计 设计一个能够输出正弦波 三角波和矩形波的信号源电路 电路形式自行 选择 输出信号的频率可通过开关进行设定 具体要求如下 1 输出信号 3 的频率范围为 100Hz 2kHz 频率稳定度较高 2 步进为 100Hz 要求输出 是正弦波信号 信号无明显失真 3 三角波和矩形波占空比连续可调 4 利用软件示波器测量出其输出频率的上限和下限及其输出电压的范围 2 6 二阶 RC 有源滤波器 低通 高通 带通 设计 设计电路及软件模拟 技术指标 1 低通滤波器 通带增益 AUF 2 截 止频率 fH 2000Hz Ui 100mV 阻带衰减 不小于 20dB 10 倍频 2 高 通滤波器 通带增益 Auf 5 截止频率 fL 100Hz Ui 100mV 阻带衰减 不小于 20dB 10 倍频 3 带通滤波器 通带增益 Auf 2 中心频率 fO 1kHz Ui 100mV 阻带衰减 不小于 20dB 10 倍频 三 课程设计的内容三 课程设计的内容 3 1 步进电机三相六状态控制逻辑电路步进电机三相六状态控制逻辑电路 3 1 1 参数指标 设计方案框图 通常来说 步进电机驱动器所要实现的功能简单来说就是控制电机的 转动方向和转速 步进电动机是一种将电脉冲转化为角位移的执行元件 当步进电动机驱动器接收到一个脉冲信号 来自控制器 它就驱动步进 电动机按设定的方向转动一个固定的角度 称为 步距角 它的旋转是以 固定的角度一步一步运行的 依据本次设计的具体要求 步进电机驱动电 路整体框图如图 4 我们仅着手于控制部分 设计逻辑电路 步进电动机的脉冲分配可以由硬件和软件两种方法来实现 硬件环形 分配器需要根据步进电动机的相数和要求的通电方式而设计专门的电路 图 5 所示为一个三相六拍的环形分配器 分配器的主体是三个 J K 触发器 三个 J K 触发器的 Q 输出端分别经 各自的功放线与步进电动机 A B C 三相绕组连接 当 QA 1 时 A 相绕 组通电 QB 1 时 B 相绕组通电 QC 1 时 C 相绕组通电 DR 和 DR 是步进电动机的正反转控制信号 正转时 各相通电顺序 A AB B BC C CA 反转时 各相通电顺序 A AC C CB B BA 3 1 2 电路原理图设计 5 3 1 3 分析与计算过程 分配器逻辑真值表 3 1 4 波形与解析 可包括模块仿真和整体电路仿真 通过 LED 灯显示不同状态 示波器观察电平变化 3 2 带有校时功能的数字闹钟设计带有校时功能的数字闹钟设计 3 2 1 参数指标 设计方案框图 1 数字闹钟计时的标准信号应是频率相当稳定的 IHz 秒脉冲 所以 6 要设置标准时间源 2 数字闹钟计时周期为 24h 因此必须设置 24h 计数器 它应由模为 60 的秒计数器和分计数器及模为 24 的时计数器组成 秒显示由发光二极 管的亮 暗示意 时和分由七段数码管显示 3 为使数字闹钟的走时与标准时间一致 校时电路是必不可少的 本例采用开关控制校时方法 直接用秒脉冲先后对 时 分 秒 计 数器进行校时操作 4 为使数字闹钟能按用户需要 在特定时间起闹 应设置有控制作 用的电路及确定何时起闹的时 分译码电路和选择开关 由用户自行决定 起闹时 分 闹钟的时间每次为 3 5s 通过调节电路元件参数来实现 根据上述分析 数字闹钟的总体方案已经明确 可画出如图 3 2 2 电路原理图设计 7 3 2 3 分析与计算过程 3 2 4 波形与解析 可包括模块仿真和整体电路仿真 3 3 洗衣机控制器洗衣机控制器 3 3 1 参数指标 设计方案框图 首先 从秒脉冲出来的信号 经过一个控制电路后进入秒计数器进行 秒计数 进行清零 这时用户置入洗涤时间 并按开始按钮 洗衣机开始 8 工作 当秒计数器变为零的时候 去分钟计数器上面借数 与此同时 从 十秒位转化出来的信号进入移位寄存器后 LED 灯表示出电机运转状态 当用户设定的洗涤时间结束后 电路报警并清零 同时电机指示灯熄灭 3 3 2 各模块电路原理图设计 3 3 3 分析与计算过程 秒十位上的数提出来作为循环控制系统的输入信号 秒位上的都是相 同的 可以不管 我们的目标是把秒十位上输出的二进制数转化成两位三 个数 9 SoS1 状态 10 右移 11 闪烁 01 左移 5010140100 3001120010 1000100000 3 3 4 波形与解析 可包括模块仿真和整体电路仿真 3 4 音频小信号前置放大电路 音频小信号前置放大电路 3 4 1 参数指标 设计方案框图 3 4 2 各模块电路原理图设计 10 3 4 3 分析与计算过程 U1A TL082CM 3 2 4 8 1 Rf R R1 2 0 3 1 4 同相比例放大运算电路引入了电压串联负反馈 可认为输入电阻为无 穷大输出电阻为零 根据 虚短 和 虚断 的概念 集成运放的净输入 电压为零 即 PNI uuu 说明集成运放有共模输入电压 净输入电流为零 因而 即 R iiF N f 0u R NO uu R ff ON RR uuu RR P 1 1 将 及三者关系代入上式 得P u N u I u 1 f OI R uu R 上式表明与同相且大于 O u I u O u I u 11 多级放大电路放大倍数的计算 设一个级放大电路各级的电压放大倍数分别为 则该N 12 uuuN AAA 电路的电压放大倍数 u A 1 N uk k A U2B R1 R2 R C 21 0 0 3 4 为了使放大电路的输出信号更加稳定 往往在设计电路时会加入有滤 波作用的电容 使得频率在通频带外的信号都被衰减 这样输出端的输出 信号就会比较稳定 一般高通滤波电路的设计就是在输入端接入一个滤波 电容 由可以根据课题通频带的要求计算出 R 与 C 的值 0 1 f 2 RC 3 4 4 波形与解析 可包括模块仿真和整体电路仿真 12 3 5 信号发生器设计信号发生器设计 3 5 1 参数指标 设计方案框图 根据题目要求 本次设计的基本完成思路是采用 555 定时器构成多谐 振荡器产生占空比为 0 5 的方波 然后分别通过积分 低通滤波 带通滤 波电路输出三角波 正弦波 三倍频率正弦波 方波 三角波 三倍频率的 正弦波 正弦波 低通滤波 带通滤波 积分电路 555定时器构 成的多谐振 荡器 3 5 2 各模块电路原理图设计 方波 13 三角波 正弦波 3 5 3 分析与计算过程 利用 555 与外围元件构成多谐振荡器 来产生方波的原理 用 555 定 14 时器组成的多谐振荡器如图 1 所示 接通电源后 电容 C2 被充电 当电 容 C2 上端电压 Vc 升到 2Vcc 3 时使 555 第 3 脚 V0 为低电平 同时 555 内 放电三极管 T 导通 此时电容 C2 通过 R3 Rp 放电 Vc 下降 当 Vc 下降 到 Vcc 3 时 V0 翻转为高电 平 电容器 C2 放电所需的时间为 tpL 0 7R2C2 当放电结束时 T 截止 Vcc 将通过 R1 R3 Rp 向电容器 C2 充电 Vc 由 Vcc 3 上升到 2Vcc 3 所需的时间为 tpH 0 7R1C2 当 Vc 上升到 2Vcc 3 时 电路又翻转为低电平 如此周而复始 于是 在 电路的输出端就得到一个周期性的矩形波 电路的工作波形如图 2 其震 荡频率为 f 1 tpL tpH 由方波转换为三角波的电路图以及输出波形图 当 A 很大时 运放两输入 端为 虚地 忽略流入放大器的电流 令输入电压为 Vi 输出为 Vo 流过 电容 C 的电流为 i1 则有 1 11 oi vi dtv dt CCR 即输出电压与输入电压成积分关系 当 vi 为固定值时 i o v vt CR 上式表明 输出电压按一定比例随时间作直线上升或下降 当输入为 矩形波时 输出便成为三角波 此外 由于电容和滑动变阻器的存在 使 15 得输出的三角波在输入矩形波频率一定的时候也能适当调整 同时电容的 存在 又滤除了其他波的干扰 提高了系统的抗干扰性 基波正弦波产生 电路采用有源低通二阶滤波电路构成 二阶压控电压源低通滤波电路由两 个 RC 环节和反相比例放大电路构成 其通带电压放大倍数 01 1 f ARR 其传递函数 2 00 22 0 0 A A s s Q 其中 Wo 1 RC 为截止角频率 它是二阶低通滤波器通带与阻带的界限 频率 为品质因数 它的大小影响低通滤波器在截止频率处幅频特性 的形状 3 5 4 波形与解析 可包括模块仿真和整体电路仿真 1 3 af Q A 16 3 6 二阶二阶 RC 有源滤波器设计有源滤波器设计 3 6 1 参数指标 设计方案框图 在电路中 RC 网络起着滤波的作用 滤掉不需要的信号 这样在对波形 的选取上起着至关重要的作用 通常主要由电阻和电容组成 电路中运用了同相输入运放 其闭环增益 RVF 1 R4 R3 同相放 器具有输入阻抗非常高 输出阻抗很低的特点 广泛用于前置放大级 将输出信号的一部分或全部通过牧电路印象输入端 称为反馈 其中 的电路称为反馈网络 反馈网络分为正 负反馈 17 3 6 2 各模块电路原理图设计 18 3 6 3 分析与计算过程 低通滤波器是用来通过低频信号衰减或抑制高频信号 如图所示 为典型的二阶有源低通滤波器 它由两级 RC 滤波环节与同相 比例运算电路组成 其中第一级电容 C 接至输出端 引入适量的正反馈 以改善幅频特性 高通滤波器用来通过高频信号 衰减或抑制低频信号 将图低通滤波电路中起滤波作用的电阻 电容互换 即可变成二阶有 源高通滤波器 如图所示 高通滤波器性能与低通滤波器相反 其频率响 应和低通滤波器是 镜象 关系 图为二阶高通滤波器幅频特性曲线 带通滤波器的作用是只允许在某一个通频带范围内的信号通过 而比 通频带下限频率低和比上限频率高的信号均加以衰减或抑制 典型的带通滤波器可以从二阶低通滤波器中将其中一级改成高通而成 19 如图 3 1 1 3 a 所示 本电路的优点是改变 Rf和 R4的比例就可改变频 宽而不影响中心频率 图 3 1 1 3 b 为二阶高通滤波器的幅频特性曲线 滤波器的传输函数与性能参数 由 RC 元件与运算放大器组成的滤波器称为 RC 有源滤波器 其功能是 让一定频率范围内的信号通过 抑制或急剧衰减此频率范围以外的信号 因受运算放大器带宽限制 这类滤波器仅适用于低频范围 根据频率范围 可将其分为低通 高通 带通与带阻四种滤波器 根据要求我们仅研究低 通 高通 带通三种滤波器 它们的幅频特性如下图所示 具有理想特性 的滤波器是很难实现的 只能用实际特性去逼近理想的 常用的逼近方法 是巴特沃斯最大啊平坦响应和切比雪夫等波动响应 在不许带内有波动时 用巴特沃斯响应较好 如果给定带内所允许的纹波差 则切比雪夫响应较 好 滤波器的传输函数 表 二阶 RC 滤波器的传输函数表 类 型 传输函数性能参数 20 低通 高通 带通 电压增益 低 高通滤波器的截止角 频率 带通的中心角频率 BW 带通滤波器的带宽 5 单元电路性能参数 3 低通滤波器 二阶低通滤波器的通带增益 截止频率 它是二阶低通滤波器通带与阻带的界限频 率 品质因数 它的大小影响低通滤波器在截止频率处 幅