电子技术综合课程设计.doc

前言电子技术综合课程设计是针对模拟电子技术，数字逻辑电路及电路分析课程的要求，对我们进行综合性实践训练的实践学习环节，它包括选择课程、电子电路设计、组装。调试和编写总结报告等实践内容。通过课程设计实现以下三个目标:第一，让学生初步掌握电子线路的试验、设计方法。即学生根据设计要求和性能参数，查阅文献资料，收集、分析类似电路的性能，并通过组装调试等实践活动，使电路达到性能指标；第二，课程设计为后续的毕业设计打好基础。毕业设计是系统的工程设计实践，而课程设计的着眼点是让学生开始从理论学习的轨道上逐渐引向实际运用，从已学过的定性分析、定量计算的方法，逐步掌握工程设计的步骤和方法，了解科学实验的程序和实施方法。第三，培养学生勤于思考的习惯，同时通过设计并制作电子产类品，增强学生这方面的自信心及兴趣。本课程设计介绍的是数字逻辑电路中以TTL集成电路为基础的数显，声响倒计时器，以电路的基本理论为基础，着重介绍电路的设计装调及性能参数的调试方法. 本课程设计应达到如下基本要求：第一:综合运用电子技术课程中所学的理论知识独立完成一个数显，声响倒计时器的设计。第二:通过查阅手册和参考文献资料，培养独立分析和解决实际问题的能力。第三:熟悉常用电子元器件的类型和特性，并掌握合理选用的原则。第四:掌握电子电路的安装和调试技能。第五:熟悉的使用各类数字电子仪器。第六:学会撰写课程设计论文。第七:培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。第八:增强团队的合作能力。目录前言1一方案的论证和选择31.1 方案一31. 2方案二31.3 对比选择4二单元电路设计和基本原理42.1 5V电源42.2 1s信号源52.3 减法计数器72.4 显示电路92.5 复位电路112.6 报警电路12三. 电路的仿真调试133.1 软件介绍133.2整体电路的仿真调试13四. 实验装调144.1 步骤方法:144.2 故障及处理154.2.1 电源的制作与调试154.2.2 1s信号源的连接与调试15 4.2.3 译码显示的连接和调试154.2.4 计数器的连接和调试164.2.5 报警电路的连接和调试164.2.6 总体电路连接及故障处理16五. 总结和体会17 一方案的论证和选择1.1 方案一如图所示，信号先由555定时器产生频率为10HZ的矩形脉冲，在经过十分频，输出频率为10HZ，占空比为0.5矩形脉冲，由74LS192主控倒计数，JK触发器控制LED和74LS192的复位，与门控制计数停止。图1.1.11. 2方案二如图所示，信号先由555定时器产生（频率1HZ，占空比0.5），由74LS192主控倒计时，JK触发器控制LED和74LS192的复位，三态门控制计数停止。 图1.2.11.3 对比选择从准确角度来说方案一要优于方案二，因为方案一时钟信号进频，误差小、占空比更准确。 但是方案二的电路比方案一简单，在一般的实验中对精度的要求不是很严格，故我们选择方案二进行实验。 二单元电路设计和基本原理2.1 5V电源5V直流稳压电源的结构框图如下图所示，主要包括电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组成。 图2.1.1+5V 直流稳压电源一般采用的是集成三端稳压器W7805构成如下图所示的直流稳压电源，和以前由分立元件构成的直流电源比起来，前者的结构简单，容易设计和制作：图2.1.2 5v电源电压图2.2 1s信号源利用555集成定时器，构成多谐振荡器用来产生1Hz的cp信号。（1）555定时器的引脚排列： 图2.2.1 555定时器的引脚排列附、(1)555定时器的各个引脚功能如下： 1脚(VSS)：外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。8脚(VCC)：外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5 16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3 18V。一般用5V。3脚(Q)：输出端Vo2脚（TR）：低触发端6脚（TH）：TH高触发端4脚（R）： 是直接清零端。当 端接低电平，则时基电路不工作，此时不论 、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。5脚（CI）：VC为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01F电容接地，以防引入干扰。7脚（D）：放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。(2)原理图:图2.2.2 信号源电路图(3)参数计算实验参数：R1=72.46K，R272.46K，C1= 10nF，C2=10uf,Vcc5V。振荡频率为：f=1/T=1/【(R1+2R2)CLn2】改变振荡频率的方法：通过改变R和C的参数即可改变振荡频率。输出脉冲的占空比为q=T1/T=(R1+R2)/(R1+2R2).为了得到占空比为50%的脉冲，可采用占空比可调的可调电路。电容的充电电流和放电电流流经不同的路径，充电电流只经过R1，放电电流只经过R2，因此电容充电时间变为T1=R1CLn2 而放电时间变为T2=R2CLn2，故输出脉冲占空比为q=R1/（R1+R2）取R1=R2则可得到占空比为50%的信号源。经以上分析及计算R1=72.46K=R2,C2=10微法。(4)仿真显示，结果显示周期为1秒，即信号频率为10Hz。 图2.2.3 仿真显示1秒信号源2.3 减法计数器74LS192管脚图 图2.3.1 74LS192管脚图 附、74LS192各个引脚功能如下：1 15、1、10、9管脚（P0-P3）：并行数据输入端2 13管脚（TCD）：借位输出端（低电平有效）3 12管脚（TCu）：进位输出端（低电平有效）4 4管脚 CPD：减法计数时钟输入端（上升沿有效）5 5管脚 CPU：加法计数时钟输入端（上升沿有效）6 14管脚 MR：异步清零端7 11管脚：(PL) :异步并行置入控制端（低电平有效）8 3、2、6、7管脚（Q0-Q3）：输出端异步清除：当MR=1时，无论有无CP，计数器立即清零，Q3Q0均为0，称之为异步清除。预置数：当PL0时，Q3D3，Q2=D2，Q1D1，Q0=D0. 称之为预置数。本电路中需将MR端置0，PL置1，CPU置1，CPD为上升沿时，则192执行减法计数功能。根据功能表当PL=1，MR=0 ，CPD置1时若时钟脉冲加到CPU端，则计数器在预置数的基础上完成加计数功能；当加计数到9时，TCU端发出下跳脉冲完成进位。若时钟信号加到CPD端，且CPU=1，则计数器在预置数的基础上完成减计数功能，当减计数到0时，TCD端发出借位下跳脉冲。计数器完成并行置数。,在CPD端的输入时钟作用下，计时器再次进入下一循环减计数。2.4 显示电路图2.4.1 显示电路电路显示部分主要为数码管和译码器。我们所选用的是74LS48，它是一个BCD七段译码启动器。 显示器电路的设计用七段发光二极管来显示译码器输出的数字。 7447A译码器对应的显示器是共阳显示器。利用译码器将二十进制（BCD）码转换成七段信号，在驱动器的作用下驱动显示器的a、b、c、d、e、f、g七个发光段，推动发光数码管（LED）进行显示。如图2-4-2 七段显示数码管 图2.4.2 七段显示数码管数码管使用条件：a、段及小数点上加限流电阻。b、使用电压：段：根据发光颜色决定； 小数点：根据发光颜色决定。c、使用电流：静态：总电流 80mA（每段 10mA）；动态：平均电流 4-5mA 峰值电流 100mA。 上面这个只是七段数码管引脚图，其中共阳极数码管引脚图和共阴极的是一样的。其中，74LS48的四个输入端A、B、C、D分别接8421 码的响应输入端（D为最高位）即74LS192的四个输出；七个输出端ag接共阳七段显示器的对应端以驱动对应端亮。接时应加限流电阻，以免烧坏元器件。 图2.4.3 74LS48管脚图2.5 复位电路JK触发器的J,K,S端接高电平，当JK为高电平时，每当有时钟信号输入时，触发器的状态就会发生翻转，打开电源开关瞬间，JK触发器的Rd 端接低电平有效清零，待电容C充完电之后Rd端变为高电平，清零无效，故保持原状态，上电复位完成；开关闭合一次，CLK端得到一个下降沿，当前状态翻转一次，使可以达到复位/计时的效果。其中的开关K是一个脉冲开关，按下开关后就对JK触发器有一个信号触发器能够保持这个信号，其输出端连接计数器预置数端，从而控制计数器的预置数功能，信号源提供计数器的时钟信号。计数器的借位端本应连接发光二极管，一旦高位发生借位，则借位端发出低电平有效信号，与其连接的发光二极管就因连接低电平而熄灭。但因为发生皆为这个过程太短暂不容易观察，因此就将借位这一信号连接到触发器（此时触发器的时钟信号应为上跳沿有效）的时钟信号上，以保持一段时间。这样以来，计数器就可以开始预置，正常计数的同时保证发光二极管的亮与灭。JKQ*状态00Q保持010置0101置111Q*翻转 图2.5.1 复位电路图 2.6 报警电路报警电路也就是电路要在最后3秒由蜂鸣器发出响声，最后3秒信号的输出Q3,Q2,Q1,Q0应为0011,0010,0001以及LED灭，因为信号源是一个占空比为50%的1HZ信号源，其波形中1秒的周期内有50%T即半秒的时间是高电平，那么高电平就可以驱动蜂鸣器报警；所以报警电路是由如下图所示的或门、或非门、与非门构成，这样就可以实现在03s，02s，01s时的报警功能. 图2.5.2 报警电路三. 电路的仿真调试3.1 软件介绍我们这次所用的仿真软件是Proteus6,可以进行模拟电路和数字电路的混合仿真,它的仿真功能十分强大,可以几乎百分子百的仿真出真实电路的结果,而且桌面上提供了示波器等工具,它的器件库里含有晶体管元器件和数字门电路芯片.许多电路无需动用烙铁就可得知结果,而且若想更换元器件或改变元器件参数,只需点点鼠标即可.而且该软件简单易学,稍加学习就会使用.3.2 整体电路的仿真调试 图3.2.1 整体电路仿真图 四. 实验装调4.1 步骤方法:根据总体电路图及相关集成芯片的管脚图连接好电路，采用单元电路调试发对电路各个部分分块进行试，这样比总体电路的调试要容易的多。装调步骤如下：a、电源的制作与调试。 b、1秒信号源的连接于调试。c、译码显示的连接和调试。d、计数器的连接和调试。e、报警电路的连接和调试。4.2 故障及处理 4.2.1电源的制作与调试首先按照设计的单元电路连接好电路，然后接通220V的电源，注意接交流电的时候不能将两根导线短接，否则会出现不安全事件，用万用表的交流电压档测变压器的输出是否为9V 。如果不是则可能是领错了变压器，应及时更换，确认前面无误后，测整个电路的输出是否为直流+5V,此时应用万用表的直流电压档。4.2.2 1s信号源的连接与调试按照设计好的信号源电路连接好电路，图中两电阻用电位器来替代。检查无误后接通+5V的电源。555的输出端接万用表，观察指针的摆动情况，如果摆动周期大约为一秒，且摆动幅度较大，则1秒信号源接通无误，如果理论计算值与实际电路有差异，可以通过调节电位器来调节周期使之产生的是我们想要的频率。4.2.3 译码显示的连接和调试 将数码管公共端接高电平，然后用电源的正极分别测试各个管脚。确定每个数码管都正常。加限流电阻，否则通电后就把7段译码管烧坏了！发光二极管的工作电压一般在1.8V-2.2V，为计算方便，通常选2V即可！发光二极管的工作电流选取在10-20ma，在将译码器和数显管连接好，给译码器输入端置数，看数码管的显示对不对，如果都好着则这部分做好了。接线时红线是电源，白线是地线。4.2.4 计数器的连接和调试按照电路图及管脚图，将计数器瑜译码器，用实验室的信号发生器，是计数器置数观察数码管是否正常做减法运算，我们使用74LS190进行减法计数，清零端接低电平，置数端接复位信号，加法计数时钟接高电平，借位端接JK触发器的CLK端。JK触发器的J、K、R端接高电平，当JK为高电平时，每当有时钟信号输入时，触发器的状态就会发生翻转，当9到0发生借位时，JK触发器CLK端得到一个下降沿，使当前状态翻转一次，即显示从5到0再从9到0，5到0时发光二极管亮，9到0时发光二极管灭。4.2.5 报警电路的连接和调试按照电路图连接电路，检查线路是否正确。实验中最后3秒声响部分主要有各种门电路组成，当倒计时显示进行到03，02，01这3个数字得时候就报警，以蜂鸣器响声来表示，并且停半秒响半秒，我们组蜂鸣器一端接的是高电平要让蜂鸣器响另一端应为低电平，所以我们用了与非门。，当十位74LS190的Q0-Q3端为0，个位的高两位全为0，低两位不全为0，才会是蜂鸣器响。但在实际电路的运行中不是最后三秒而是从5就开始响了，这时我们就一步一步的分析。我们知道蜂鸣器在4和5也响一定是接与非门四个输入端始终全为高电平我们有4和5 对应的二进制数分析这是不可能的。唯一可能的就是我们的或门芯片是坏的，于是就开始检测或非门跟或门以及与非门是否能够正常工作所以就确定了问题所在并且更换了一个门这时电路就可以正常工作了。4.2.6总体电路连接及故障处理我们按照电路图接好全部的电路后，电路还是有问题，于是我们就先检查每个模块的连接线路和其中的器件的好坏，检查完之后发现没有问题。接着我们就检查各个模块之间的连接线路，果然显示电路和置数电路中芯片的管脚接错了。可是之后还有一点小问题就是电路不稳定有时能停下来有时停不下来，就这个问题我们问了一下高年级的学长毕竟他们也做过。问后得知可能是因为信号的不稳定所造成的，随后我们换了输入5V的信号源，电路正常工作。 五. 总结和体会 很快，两周的课程设计过去了，我们组也算比较顺利的完成了这次作