电子课设.doc

沈阳理工大学课程设计专用纸课程设计的目的与要求课题，每组同学要分别选做以数字电路为主的题目和以模拟电路为主的题目，分别设计制作调试，并分别写出相应的课程设计实验报告，合订成一本电子技术课设报告，每组两人，每人都要写出自己的课程设计报告，指导教师将根据学生各个环节的完成情况给出评定成绩。1、课程设计目的（1）掌握数字、模拟电路的一般设计方法，具备初步的电路设计能力。初步掌握电子电路的计算机辅助设计、仿真方法。（2）学会借助各种信息资源（包括网络资源、书刊教材手册等）查阅所需资料。（3）熟悉常用电子器件的类型和特性并会合理选用。（4）初步掌握普通电子电路的安装、布线、调试等基本技能。（5）提高综合运用所学的理论知识去独立分析和解决问题的能力。（6）进一步熟悉电子仪器的正确使用方法。（7）学会撰写课程设计总结报告。（8）培养严谨、认真的科学态度和踏实细致的工作作风。2、课程设计内容和步骤（1）设计根据所选课题的任务、要求和条件，首先要查阅相关资料，进行总体方案的设计，然后对单元电路进行选择、设计和指标分配，计算各单元电路的参数和各种元器件的参数值，最后画出总体电路图（原理图），并在计算机上进行Multisim 仿真。（2）调试设计方案经指导教师审查后，学生可进入实验室领取元器件等材料，在面包板或电路板上布线、插接或焊接，然后调试电路，排除故障，使之达到设计指标要求，并测量出相应的参数。（3） 撰写总结报告课程设计报告是对课程设计工作的全面总结。包括对课程设计任务、目的、方案的选择，电路工作原理、调试分析过程等方面详细的叙述。特别要对课程设计过程中所遇到的问题、解决的方法、参加课程设计实践的体会和对课程设计工作的建议认真总结，写入总结报告。学生应按规定的格式编写设计报告。3、报告要求（1）课题名称（2）设计任务和要求（3）设计方案的选择（多个方案的比较）、系统框图、各单元电路的原理图和它们的工作原理以及计算说明。元器件的参数、使用方法、引脚等加以说明。（4）重点总结调试过程中出现的问题、现象及分析故障的原因，并采取解决问题的方法和手段。整理记录的数据，分析结果。（5）收获体会、存在问题和进一步的改进意见等。（6) 设计报告统一用A4 纸打印。每页44 行，每行34 字；打印正文用宋体小四号字。每人需要独立完成一份课程设计报告书。总结报告应认真撰写，实事求是，力争写出自己的特点。抄袭他人的报告按作弊处理。（7）引用参考书、文献中的图表、数据时，要注明参考书、文献名称、作者、出版日期和页码。数字电子部分1、六进制同步减法计数器（无效状态为000、001）1.1、设计总框图1.2、设计过程1.2.1、状态图1.2.2、选择触发器、求时钟方程、输出方程、状态方程和结果（1）选择触发器由于JK触发器功能齐全、使用灵活，故选用3个下降沿JK触发器。（2）求时钟方程CP0=CP1=CP2=CP（3）求输出方程输出方程的卡诺图为：输出方程：Y=Q2Q1Q0（4）状态方程：次态卡诺图：Q2N+1的次态卡诺图为：Q1N+1的次态卡诺图为：Q0N+1的次态卡诺图为：状态方程：(5) 驱动方程为：(6) 检查能否自启动（无效状态000、001）000010001011所以能自启动。(7) 最后结果按动时钟脉冲开关，观察三个指示灯的变化情况，并将结果与理论值与真值表比较。实验过程中集成芯片74LS112的16脚接5V直流电源，8脚接地：集成芯片74LS00和74LS08的14脚接5V直流电源，7脚接地。最后结果：Q2Q1Q0Q2n+1Q1n+1Q0n+11111110211010131011004100011501101060101111.3、逻辑接线图2、24进制加法计数器2.1、设计过程2.1.1、芯片74163简介4 位二进制同步计数器（异步清除） 简要说明： 161 为可预置的 4 位二进制同步计数器，共有74161 和74LS161 两种线路结构型式。 当清除端 CLEAR 为低电平时，不管时钟 端 CLOCK 状态如何，即可完成清除功能。 161 的预置是同步的。当置入控制器 LOAD 为低电平时，在 CLOCK 上升沿作用下，输出端 QAQD 与数据输入端 AD 相一致。对于74161，当 CLOCK 由低至高跳变或跳变前，如果计数控制端 ENP、 ENT 为高电平，则 LOAD 应避免由低至高电平的跳变，而74LS161 无此种限制。 161 的计数是同步的，靠 CLOCK 同时加在四个触发器上而实现的。 当 ENP、ENT 均为高电平时，在 CLOCK 上升沿作用下 QAQD 同时变 化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。对于74161，只 有当 CLOCK 为高电平时，ENP、ENT 才允许由高至低电平的跳变，而74LS161 的 ENP、ENT 跳变与 CLOCK 无关。 161 有超前进位功能。当计数溢出时，进位输出端（RCO）输出 一个高电平脉冲，其宽度为 QA 的高电平部分。 在不外加门电路的情况下，可级联成 N 位同步计数器。 对于74LS161，在 CLOCK 出现前，即使 ENP、ENT、CLEAR 发 生变化，电路的功能也不受影响。管脚图：引出端符号： PCO 进位输出端 CLOCK 时钟输入端（下降沿有效）CLEAR 异步清除输入端（低电平有效）ENP 计数控制端 ENT 计数控制端 ABCD 并行数据输入端 LOAD 同步并行置入控制端（低电平有效） QaQd 输出端 2.1.2、写出状态Sn的二进制代码Sn=S24=110002.1.3、求归零逻辑2.1.4、详细设计过程(1) 用芯片74160接电路要设计一个二十四进制计数器，74160为十进制芯片，所以根据BCD8421码可得 S24=0010 0100 CR= P24 P24=Q5Q3(2) 用芯片74161接电路74161是十六进制芯片，要把74161转化为十进制，所以先对第一个芯片同步置零，S24=0010 0100 CR=P24 P24=Q5Q32.1.5、画连线图（1） 用74160接图（2） 用74161接图2.1.6、最后结果数字显示器将显示0-23共24个数字，当显示到23时变为0，如此循环。模拟电子部分1、反相比例运算电路1.1、简单原理及性能指标输入信号从反相输入端引入的运算，便是反相运算。反相比例运算电路，输入信号ui经输入端电阻R1送到反相输入端，而同相输入端通过电阻R2接地。反馈电阻RF跨接在输出端和反相输入端之间。根据运算放大器工作在线性区时的虚开路原则可知：i-0，因此i1if。根据运算放大器工作在线性区时的虚短路原则可知：u-u+0。可得： ，由此可得：因此闭环电压放大倍数为： 1.2、结论上式表明，输出电压与输入电压是比例运算关系，或者说是比例放大的关系。如R1和RF的阻值足够精确，而且运算放大器的开环电压放大倍数很高，就可以认为uo与ui间的关系只取决于RF与R1的比值,而与运算放大器本身的参数无关。这就保证了比例运算的精度和稳定性。式中的负号表示uo与ui反相。图中的R2是一静态平衡电阻，即在静态时（输入信号ui0）,两个输入端对地的等效电阻要相等，达到平衡状态。其作用是消除静态基极电流对输出电压的影响。因此：R2R1/RF。从反馈类型来看，反馈电路自输出端引出而接到反相输入端。设ui为正，则uo为负，此时反相输入端的电位高于输出端的电位，输入电流i1和反馈电流if的实际方向即如图中所示，差值电流idi1if，即if削弱了净输入电流(差值电流)，故为负反馈。反馈电流if取自输出电压uo，并与之成正比，故为电压反馈。反馈信号在输入端是以电流的形式出现的，它与输入信号并联，故为并联反馈。因此，反相比例运算电路是一个并联电压负反馈电路。另外，电路的输入电阻不高，输出电阻很低。1.3、反相比例运算电路的仿真1.3.1、仿真电路图1.3.2、仿真数据 加上直流电压（1）ui=1V时，有虚拟万用表测得uo=-1.997V（2）当ui=2V时，uo=-3.997V2、同相比例运算电路2.1、简单原理及性能指标输入信号从同相输入端引入的运算，便是同相运算。根据运算放大器工作在线性区时的分析依据：虚短路和虚开路原则u-=u+uii1if可得：因此得：开环电压放大倍数可见uo与ui间的比例关系也可认为与运算放大器本身的参数无关，其精度和稳定性都很高。式中Auf为正值，这表示uo与ui同相，并且Auf总是大于或等于1，不会小于1，这点和反相比例运算不同。当R1(断开)或RF0时，则。 这就是电压跟随器。2.2、结论从反馈类型来看，反馈电路自输出端引出接到反相输入端，而后经电阻R1接“地”。设ui为正，则uo也为正，此时反相输入端的电位低于输出端的电位但高于“地”电位，i1和if的实际方向与上图中的正方向相反。经RF和R1分压后，反馈电压uf-i1RF，它是uo的一部分。由输入端电路可得出，差值电压uduiuf，即uf削弱了净输入电压(差值电压)，故为负反馈。反馈电压取自输出电压uo，并与之成正比，故为电压反馈。反馈信号在输入端是以电压的形式出现的，它与输人信号串联，故为串联反馈。因此，同相比例运算电路是一个深度串联电压负反馈电路。电路的输入电阻很高，输出电阻很低。2.3、同相比例运算电路仿真2.3.1、仿真电路图2.3.2、仿真数据加上直流电压（1）ui=1V时，uo=3.003V(2)当ui=2V时，uo=6.003V3、反相输入求和运算电路3.1、简单原理及性能指标在反相输入端有若干输入信号，则构成反相求和运算电路可得： 由上式可得：若R11R12R13R1时，则平衡电阻 R2R11/R12/R13/RF3.2、结论通过上面的分析可以看出，反相输入求和电路的实质是利用“虚地”和“虚断”的特点，通过各路输入电流相加的方法来实现输如电压的相加。这种反相输入求和电路的优点是，当改变某一输入回路的电阻时，仅仅改变输出电压与该路输入电压之间的比例关系，对其他各路没有影响，因此调节起来比较灵活方便，另外，由于“虚地”，因此，加在集成运放输入端的巩膜电压很小。3.3、反相输入求和电路仿真3.3.1、仿真电路图3.3.2、仿真数据加直流电压（1）ui1=ui2=ui3=1V时，有虚拟仪表测得uo=-13.515V(2)ui1=1.5V,ui2=0.3V,ui3=2V时，测得uo=-8.56V4、差分运算放大电路4.1、简单原理及性能指标如果两个输入端都有信号输入，则为差分输入。其运算电路如下图所示。 根据虚短路原则，u+u-则：若R1R2，R3RF ，则：4.2、结论由上两式可见，输出电压uo与两个输入电压的差值成正比，实现了差分比例运算，或者说实现了减法运算。由以上分析还可以知道，差分比例运算电路中集成运放的反相输入端和同相输入端可能存在较高的共模输入电压，电路中不存在“虚地”现象。4.3、差分运算放大电路仿真4.3.1、仿真电路图4.3.2、仿真数据加直流电压（1）ui1=1V,ui2=2V时，uo=2.003V(2)当ui1=3V,ui2=1V时5、积分运算电路 5.1、简单原理及性能指标与反相比例运算电路比较，用电容CF代替RF作为反馈元件，就成为积分运算电路根据集成运放的分析原则：5.2、结论上式表明uo与ui的积分成比例，式中的负号表示两者反相。R1CF称为积分时间常数。当ui为阶跃电压时，则5.3、积分运算电路的仿真5.3.1 仿真电路图5.3.2、仿真波形及数据（1）输入端接0.5V的交流电源，则由虚拟示波器可以看到积分电路的输入、输出波形，白色的为输入波形，蓝的为输出波形。由图可以看出，输出电压是一个余弦波，输出电压的相位比输入电压领先900。（2）uo端的虚拟仪器电压为3.978V6、误差分析6.1、误差因素综合分析可以知道在测试电路的过程中可能带来的误差因素有:（）元件本身存在误差；（）焊接时，焊接点存在微小电阻；（）万用表本身的准确度而造成的系统误差；（）读数误差；（）测得输出电流时接触点之间的微小电阻造成的误差；（）电流表内阻串入回路造成的误差；（）测得纹波电压时示波器造成的误差；（）示波器本身的准确度造成的误差。6.2、改进方法（）减小接触点的微小电阻；（）测量纹波时示波器采用手动同步；（）采用更高精度的仪器去测量；（）读数时采用正确的读数方法。设计总结和体会感谢沈阳理工大学给我提供这次的实践机会，感谢所有在我做毕业设计中给予我帮助的所有老师和同学，特别是指导我课程设计的隋涛老师，李老师治学严谨、务实求新、平易近人、对教学言传身教，再次感谢老师给我的毕业设计给予的帮助和意见，感谢老师和同学给我毕业设计提供的资料，是你们帮助我更好的完成设计，让我感到的老师和同学的热情关心。由于这次课程设计的时间仓促以及自己对理论知识掌握的不是很完全，另外各个方面的限制，在硬件调试的实现方面不能做的很好，这次课程设计自己觉的还是有些不是很完美，有些可惜。但是这次的课程设计给我积累了一些电路方面设计的经验，通过这次的课程设计，让我接触到了众多软件（电路软件、办公软件、图像软件），比如Multisim等，熟悉并掌握软件的使用，对今后的工作有一定的帮助。这次课程设计给我带来了很大的收获，让我学到了很多，不仅掌握了简单的电子电路的设计与制作，也掌握了一些芯片的原理与作用。在制作电路时，我深深体会到连接电路时一定要认真仔细，而且要确保每条导线接触良好。在接电路之前，一定要把电路的原理搞清楚，通过查资料把电路中的每个元件的作用弄明白和把每个芯片的管脚的功能弄清楚，明白每个元件的各个管脚与它哪里相对应，其实最主要的是要搞清楚元件与元件之间的连接关系，它们接在一起可以实现哪些功能，明白后，就可以去接电路了。接线时不仅要仔细并且还要有耐心，不能急于求成，只要做到了这些才能保证电路成功率比较高。在电路设计中，我觉得电路检查是非常重要的一步，从中我们可以学到很多东西，可以提高自己发现问题解决问题的能力，使自己的动手能力有一定的提高。具体检查方法我在这里列出几种：1.看电路中是否有短路断路现象，用万用表的二极管档测试线路是否接通或接触良好；2.电路中元件是否接错，管脚的接法是否正确；3.如果再有问题，可以用万用表测试芯片的管脚，如果有问题，那就是芯片的问题了。在检查线路时一定要有耐心，不要因为麻烦就放弃，那是对自己的一种不负责。遇见错误要一步一步的按照原理图来，先一步一步的测试，然后整体测试。不要没顺序没条理，这里测一下那里测一下，最后又什么都没查出来，那样既浪费了时间又浪费了精力。在做板子的过程中，没有几个人可以是一次性成功的，都是经过反反复复的检查最后才成功的所以，我们一定要学会检查电路的方法。我在做电路板时，我还希望出现问题，因为每出现一个新问题都将促使我去查资料，那样我可以学到更多的东西。附 录Multisim简介Multisim是加拿大图像交互技术公司（Interactive Image Technoligics）简称IIT公司)推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。Multisim发展简介加拿大EWB （Electrical Workbench）EWB4.0EWB5.0EWB6.0Multisim2001Multisim 7Multisim 8Multisim 9Multisim 10Multisim 11目前在各高校教学中普遍使用Multisim2001，网上最为普遍的是Multisim 9，NI于2007年08月26日发行NI系列电子电路设计软件，NI Multisim v 10作为其中一个组成部分包含于其中。EDA在发达国家的应用状况EDA就是“Electronic Design Automation”的缩写技术已经在电子设计领域得到广泛应用。发达国家目前已经基本上不存在电子产品的手工设计。一台电子产品的设计过程，从概念的确立，到包括电路原理、PCB版图、单片机程序、机内结构、FPGA的构建及仿真、外观界面、热稳定分析、电磁兼容分析在内的物理级设计，再到PCB钻孔图、自动贴片、焊膏漏印、元器件清单、总装配图等生产所需资料等等全部在计算机上完成。EDA技术借助计算机存储量大、运行速度快的特点，可对设计方案进行人工难以完成的模拟评估、设计检验、设计优化和数据处理等工作。EDA已经成为集成电路、印制电路板、电子整机系统设计的主要技术手段。美国NI公司（美国国家仪器公司）的Multisim 9软件就是这方面很好的一个工具。而且Multisim 9计算机仿真与虚拟仪器技术（LABVIEW 8）（也是美国NI公司的）可以很好的解决理论教学与实际动手实验相脱节的这一老大难问题。学员可以很好地、很方便地把刚刚学到的理论知识用计算机仿真真实的再现出来。并且可以用虚拟仪器技术创造出真正属于自己的仪表。极大地提高了学员的学习热情和积极性。真正的做到了变被动学习为主动学习。这些在教学活动中已经得到了很好的体现。还有很重要的一点就是：计算机仿真与虚拟仪器对教员的教学也是一个很好的提高和促进。Multisim 被美国NI公司收购以后，其性能得到了极大的提升。最大的改变就是：Multisim 9与LABVIEW 8的完美结合：新特点：(1)可以根据自己的需求制造出真正属于自己的仪器； (2)所有的虚拟信号都可以通过计算机输出到实际的硬件电路上; (3)所有硬件电路产生的结果都可以输回到计算机中进行处理和分析。Multisim 9组成：1 构建仿真电路2 仿真电路环境3 multisim - 单片机仿真4 FPGA、PLD，CPLD等仿真5 FPGA、PLD，CPLD等仿真6 通信系统分析与设计的模块 7 PCB设计模块：直观、层板32层、快速自动布线、强制向量和密度直方图8 （自动布线模块）仿真的内容：1 器件建模及仿真；2 电路的构建及仿真；3 系统的组成及仿真；4 仪表仪器原理及制造仿真。器件建模及仿真：可以建模及仿真的器件：模拟器件（二极管，三极管，功率管等）；数字器件（74系列，COMS系列，PLD，CPLD等）；FPGA器件。电路的构建及仿真：单元电路、功能电路、单片机硬件电路的构建及相应软件调试的仿真。系统的组成及仿真：Commsim 是一个理想的通信系统的教学软件。它很适用于如信号与系统、通信、网络等课程，难度适合从一般介绍到高级。使学生学的更快并且掌握的更多。Commsim含有200多个通用通信和数学模块，包含工业中的大部分编码器，调制器，滤波器，信号源，信道等，Commsim 中的模块和通常通信技术中的很一致，这可以确保你的学生学会当今所有最重要的通信技术。要观察仿真的结果，你可以有多种选择：时域，频域，XY图，对数坐标，比特误码率，眼图和功率谱。仪表仪器的原理及制造仿真：可以任意制造出属于自己的虚拟仪器、仪表，并在计算机仿真环境和实际环境中进行使用。PCB的设计及制作：产品级版图的设计及制作。美国NI公司提出的理念：“把实验室装进PC机中”“软件就是仪器编辑本段multisim 10概述通过直观的电路图捕捉环境, 轻松设计电路通过交互式SPICE仿真, 迅速了解电路行为借助高级电路分析, 理解基本设计特征通过一个工具链, 无缝地集成电路设计和虚拟测试通过改进、整合设计流程