设计并制作一个单通道有源带通滤波、定时计数器电路

1 一 课程设计任务一 课程设计任务 设计并制作一个单通道有源带通滤波 定时计数器电路 二 主要技术指标二 主要技术指标 1 基本要求 基本要求 电路的输入正弦信号电压有效值为 100mV 频率为 0 200KHz 1 设计一个电压放大器 增益可调 10 分 2 设计一个电压比较器 参考基准电压为 1 0V 10 分 3 设计一个中心频率为 1KHz 的有源带通滤波器 使计数器能够对通带频率 内的信号进行正常计数 其余则不计数 10 分 4 设计一个 2 位的十进计数器和 LED 显示器 10 分 5 要求计数器具有自动清零 计数和计数结果保持功能 10 分 2 2 发挥部分 发挥部分 1 具有较高的电路抗干扰性能 采用 TLP521 光耦隔离器 5 分 2 当输入信号的频率是有源带通滤波器中心频率的整数倍时 本设计电路可 以正常计数 采用 CD4020 分频器 5 分 3 实现 A B 双通道自动转换 计数和显示功能 5 分 4 实现 A B 通道号的显示 5 分 三 电原理框图三 电原理框图 1 1 电原理框图 电原理框图 2 2 2 电路基本工作原理 电路基本工作原理 本课题所设计的单通道有源带通滤波 定时计数器及显示电路主要包括电 压放大电路 整形电路 有源带通滤波电路 计数 译码驱动电路和逻辑控 制电路等 被测正弦波信号通过放大器 电压比较器 有源带通滤波器后 进行计数 和显示 当被测信号频率在所设计的通带内 计数器将进行计数 否则计数器不计 数 由 LM555 产生时基信号 74LS123 触发单稳 1 产生清零信号 由单稳 1 触发单稳 2 产生一个定时计数控制信号 在该脉冲信号持续时间内 计 数器可以对输入被测信号进行计数 3 3 电路设计参考布局图 电路设计参考布局图 电路设计参考布局图电路设计参考布局图 四 各单元电路设计四 各单元电路设计 1 放大器 电压比较器和有源带通滤波器设计放大器 电压比较器和有源带通滤波器设计 该放大器电路可以把技术指标规定的输入信号放大到足够的电平 以驱动后面的电压比较器 放大器电路可采用 OP07 集成运放 如下图 3 电压比较器参考基准电压为 1 0V 当输入端电压大于参考端电压时该电路 实现翻转 完成对输入信号的整形 电压比较器可采用 LM339 电压比较器电路电压比较器电路 带通滤波电路的设计中心频率为 1KHz 左右 通带宽度 BW 100Hz 左右 巴特沃斯滤波器 特点是带内带外最佳平稳 但低阶的过度带比较宽 切比雪夫滤波器 特点是过度带可以很窄 但带内带外幅频震荡比较严重 4 低通滤波器 高通滤波器和带通滤波器典型电路低通滤波器 高通滤波器和带通滤波器典型电路 滤波器中心频率和带宽的调整 滤波器的中心频率和带宽主要是由滤波器中 RC 元件参数确定 通常可先选定电容器 C 值 再调节电阻阻值 一般可采用电 位器调节 滤波器主要采用集成运放为 OP07 2 2 时基信号产生电路设计时基信号产生电路设计 主要集成运电路为 NE555 时基信号周期不小于 3 秒 5 555555 时基信号产生电路及工作波形图时基信号产生电路及工作波形图 3 3 计数器清零和定时计数电路设计 计数器清零和定时计数电路设计 6 由由 74LS12374LS123 单稳态电路构成的定时计数和计数器清零电路单稳态电路构成的定时计数和计数器清零电路 4 计数器及译码驱动电路设计计数器及译码驱动电路设计 计数器 译码驱动和显示器电路可分别采用 74LS160 74LS47 和 LED 七段 共阳数码管 74LS47 译码驱动的输出是低电平有效 由由 74LS160 组成的十进计数器电路组成的十进计数器电路 5 5 部分发挥电路设计部分发挥电路设计 根据指标 可采用相关器件和电路 采用光耦隔离器的抗干扰电路图采用光耦隔离器的抗干扰电路图 CD4020 是 14 位二进制串行分频器 在时钟下降沿进行计数 CR 为高电平时 对计数器进行清零 CD4040 对在时钟输入端的信号可以实现 12 位二进制串行 计数分频 7 1414 位二进制串行分频器位二进制串行分频器 CD4020CD4020 五 电路调试与测试方法五 电路调试与测试方法 检查芯片位置方向 检查连线是否可靠 检查电源电压和电源连接是否正确 检查 LED 数码管各个管脚连线是否正确 注意调节相关电路的 RC 器件 以确定合适的电路参数 用示波器对放大器电路的输入 输出波形进行观察比较 测定放大倍数 用示波器观察输入和输出信号的差异 测出带通滤波电路幅频特性曲线 六六 课程设计日程安排 课程设计日程安排 3 20 上午 8 00 10 00 上课 教 C 112 室 下午 方案设计 3 21 上午 8 00 10 00 上课 教 C 112 室 下午 方案设计 3 20 3 21 答疑地点 实 B 302 室 3 22 上午 每个同学须交本课程设计的电路设计方案 符合要求者可登记 领取课程设计用元器件及工具等 3 22 3 24 电路设计和安装 3 25 3 26 电路调试和验收 3 29 3 31 每个同学递交电子线路课程设计报告打印稿 实 B 311 8 室 七七 课程设计实验室安排 课程设计实验室安排 课程设计元器件领取地点 实实 B 212B 212 室室 课程设计调试 验收和答疑地点 实实 A 105A 105 室室 实实 A 105A 105 室开放时间 室开放时间 3 223 22 3 26 3 26 上午上午 8 8 00 1100 11 3030 下午下午 1414 00 1700 17 2020 指导教师 张永清张永清 李鑫李鑫 王丽君王丽君 陈艳陈艳 曾志鹏曾志鹏 朱丹朱丹 八 课程设计报告内容及评分标准八 课程设计报告内容及评分标准 课程设计报告应包括如下内容 1 系统设计要求与技术指标的确定 2 方案选择与可行性论证 3 系统工作原理说明 4 单元电路设计 元件和参数选择 5 原始设计修改部分的说明 6 电路原理图 元件布局图 主要接线图及元器件清单 7 功能与测试结果 仪器的使用及型号 8 存在问题 改进措施及参考资料 参考资料 参考资料 1 谢自美 电子线路综合设计 武汉 华中科技大学出版社 2006 2 郭勇 余小平 电子系统综合设计 北京 北京大学出版社 2007 3 蒋立平 数字逻辑电路与系统设计 北京 北京电子工业出版社 2008 4 高吉祥 电子技术基础实验与课程设计 2 版 北京 电子工业出版社 2005 5 杨刚 电子系统与实践