电子扫描多路交流电压信号切换电路设计

任务书学生姓名学号班级专业设计题目设计题目：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：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(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，2004.42李哲英，骆丽.数字集成电路设计.北京.机械工业出版社，20023范誌忠.实用数字电子技术.北京.电子工业出版社，2003.24孙建平.数字电子技术.西安.西安电子科技大学出版社，2005.75郑应光.模拟电子线路(一).南京.东南大学出版社，2005.16王卫平.电子工艺基础.北京.电子工业出版社，19977清源计算机工作室.Protel99se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。目录摘要.1第1章绪论.21.1本课题设计的意义.21.2本课题设计的基本要求.21.3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.43.1信号处理电路的设计.43.1.1电路结构及原理.43.1.2元器件介绍.43.2计数器设计.63.2.1电路结构及原理.63.2.2元器件介绍.63.3脉冲振荡器设计.63.2.1电路结构及原理.83.2.2555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第0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；信号放大第0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。第0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、1Ui、经过集成运放放大后从依次输出信号、，用计数器2Ui3i41Uo23o4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Ui2Ui3Ui4UO2UO3UO4图2-1整机电路结构框图Ui1UO1第1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，2D02D3ST12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YY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2D0Y22D3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第2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0D3Y1A0共地址输入端，为选通端（或称使能端），低电平有效。ST74LS153功能表如表3-13所示，当时，输出，输入数据被封锁；当1STY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SA0AY1000D01110201132集成运算放大器UA741UA741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。第3页图3-3UA741管脚图图3-4UA741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3-674LS290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。第4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R01R02S91S92CPQ3Q2Q1Q0说明100000置0011001置900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进制计数器第5页3.3脉冲振荡器设计3.3.1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，cV32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，c31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c3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)3.3.2555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。第6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ouRCOH输入端，为放电端，为电源电压输入端。DCV（a）原理图（b）管脚图图3-8555定时器芯片第7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1Ui23i4次从第二个四选一输出端（10、11、12、13号引脚）输出信号、1Uo、。用计数器74LS290输出00、01、10、11来控制信号的依次切换，2Uo34o计数器74LS290所需的时钟信号由555构成的时基振荡器产生。第8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01Q00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01A1Ui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1o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01A6号引脚1Ui005号引脚2014号引脚3i103号引脚411表4-1引脚对应的输入信号和控制端输出端输出信号01A10号脚1Uo0011号脚20112号脚31013号脚4o11第9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。第10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，