模电课程设计报告

PAGEPAGE11南京工业大学信息科学与工程学院课程设计报告（2009—2010学年第一学期）课程名称：模拟电子线路设计班级：通信0802学号：07姓名：俞燕指导教师：李鑫2010年1月课程设计报告一．课程设计题目模拟电子线路课程设计二．目的与任务1、目的：①．学会知识的综合运用，将离散知识点组合，将数字电路，模拟电路课程综合。②．学会理论与实践相结合，以理论为基础设计电路，在实践中检验修正。③．能熟练运用multisim进行电路设计和仿真，并比较仿真和实际电路结果差异。④．重点训练器件的选择与匹配，调试的方法和技巧。⑤．锻炼自己的动手能力和自学能力。2.任务：增益可自动变化的放大器（a），(b，(c)，(d)，(e)。分值系数分别为0.9，1.0，1.1不等，任选一题进行设计制作。三．内容和要求1.内容：设计制作一个增益可自动变化的交流放大器(e)放大器增益可在1倍，2倍，3倍，4倍四档间巡回切换，切换频率为1Hz。电源采用±5V供电。通过数码管显示当前放大电路的放大倍数，用0，1，2，3表示1倍，2倍，3倍，4倍即可。对指定的任意一种增益进行选择和保持，保持后可返回巡回状态。2.要求设计方案原则：功能完整，结构简单，成本较低，个人特色。布线原则：逻辑清晰，接线牢固，测试方便，美观大方。3.器件列表：名称大小（数目），名称电阻1KΩ（2），2KΩ（2），3KΩ（2），3.9KΩ（1），10KΩ（1），100Ω（1）电容10μF（1），1μF（1）芯片μA741，4066BP,555,74LS138,7400,74LS160,4049BP，74LS48P４.整体设计思路（详见10）：①．放大器的的电压增益由反馈电阻控制，因此只要改变反馈电阻就能切换不同的增益范围。②．增益的自动切换，可通过译码器输出信号，控制模拟开关来实现不同的反馈电阻的接入。③．对某一种增益的选择，保持通常由芯片的地址输入和使能端控制。④．在进行巡回检测时，其增益的切换频率由时钟脉冲决定。课程设计报告5.器件选择：①μA741通用运算放大器②4066模拟开关③555定时器④74LS138译码器⑤与非门⑥74LS161计数器⑦反相器⑧集成显示译码器74LS48P课程设计报告6.仿真电路：7.仿真波形：课程设计报告8.实际电路：9.实际波形：①．一倍波形②.二倍波形课程设计报告③．三倍波形④.四倍波形10.电路具体设计思路因为需要设计增益可自动变化的交流放大器，所以用到741运放和4066BP模拟开关。4066BP模拟开关是用来控制反馈电阻的接得到不同大小的增益。根据741运放芯片功能示意图，741运放7引脚接+5V电源，4引脚-5V电源，3引脚是同相输入端，接入一个大小约为2KΩ的电阻，可以起到调节输出波形失真的作用。2引脚是反相输出端，用来接反馈电阻，之前接入模拟开关，为实现增益为1，2，3，4倍，所以选择反馈电阻为（实际电路）1KΩ，2KΩ，3KΩ，3.9KΩ，R1为1KΩ，再接入合适的源电压。根据4066BP芯片功能示意图，14引脚接入+5V电源，7引脚接地，1，2，13；3，4，5；9，6，8；10，11，12分别为四个模拟开关的引脚，13，5，6，7分别为控制端，接非门，其他分别为开关的两端，一端接反馈电阻。所以如图所示接线。课程设计报告A1A1555_VIRTUALGNDDISOUTRSTVCCTHRCONTRIC210nF16U774LS160DQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2VCC5V19VSS5V020R910.2K-SMTU8A7400N221718VSSJ1BKey=A0215VR1010kVCC0723C1100nFR7402kR8300k根据需要设计交流放大器的增益可在1倍，2倍，3倍，4倍四档间巡回切换，切换频率为1Hz。所以选用555定时器和74LS160D计数器，7400与非门。根据555定时器的芯片功能，以及震荡频率公式f=0.707*[(R1+2R2)C1]，要使f=1HZ，取R1=51KΩ，R2=51KΩ，C1=10μf,C2=10pF(保护电容)，引脚1接地，引脚8接+5V电源，参照数电资料如图接线，其中R10起到滤波作用。74LS160D计数器，时钟CLK和数据输入端A,B,C,D,清零~CLR,置数~LOAD，使能端NP、ENT，输出端QA,QB,QC,QD以及进位输出RCO.采用清零法，将3，4，5，6，8接地，1接+5V电源，7，10也接电源，在高电平下工作。指定的任意一种增益的保持，可以在10端接一个开关并接地，当开关闭合时一种增益进行保持，打开时，又可巡回反复。时钟CLK是由555定时器提供的1HZ的时钟脉冲，实现0000~0011的循环，切换频率为1HZ。用到输出端11，12，13，14，组合分别是0000，0001，0010，0011.代表1，2，3，4倍增益。7400与非门，8引脚接地，16引脚接+5V电源。1，2引脚接74LS160D的13，14引脚输出端。3接~LOAD，当输出0011时，与非门跳转重新置数为0000，课程设计报告根据设计需要，74LS160D输出分别为0000，0001，0010，0011的二进制代码（0，1仅代表高低电平），与控制4066BP模拟开关的二进制代码有一定的区别，所以需要74LS138D译码器，又因为它在低电平下工作，而模拟开关在高电平下工作所以又需要4049BD非门。①．74LS160D引脚3，4，5，8接地，6，16接+5V电源，因为从74LS160D输入前两位都为0，所以根据译码表，只需将1，2端接到74LS160D的13.14端即可，然后12，13，14，15译码输出。其它引脚未用。②．4049BD非门起到将低电平输入变为高电平输出，根据资料引脚7接地，14接+5V电源，选择内部四个非门对应分别连接。对应分别为，3~12，5~13，7~14，9~15.。非门的另一端与4066BP模拟开关的控制端相连，对应分别为13~2，5~4，6~6，12~10.因为要用数码管显示当前放大电路的放大倍数，用0，1，2，3表示1倍，2倍，3倍，4倍，所以要用数码管，因为存在译码的问题，所以要用74LS48D译码器。①．74LS48D译码器，根据资料译码输入，对应分别为14~7，13~1，12~2，11~6，3，4，5，16接+5V电源，8接地。根据数字显示需要，根据译码，如图连接数码管线路。课程设计报告11，实际连接电路思路①．用万用表检查面包板完好，线路无短路、断路；②.整体布局一下芯片的位置。③，连接555模块，参照仿真电路和资料确认连接无误然后进行测试，可以用一个发光二极管测试，看是否一闪一熄，再看波形是否为方波。④555正确后继续连接74LS160D计数器，7400与非门，数码管，看是否显示0，1，2，3，若正确继续连，若不正确则检查74LS160D计数器，7400与非门，数码管的线路是否正确。⑤检查741运算放大器时，若运放输入输出端（2、3之间）电压为零，符合虚断，则741工作正常；⑥，所有数字电路芯片都必须接地（7或8脚），接电源（14或16脚），才能正常工作；⑦连接用的导线管脚长一些比较好，不然容易造成电路故障。⑧，整体原则：不要给整机加电，要分级/分模块加电、调试；先局部调试，再整机调试；调试过程及测试数据要详细记录。12，故障及分析故障①：555不能产生所需要的方波，发光二极管一直亮，不闪烁原因：产生的方波频率太高，肉眼无法分辨二极管的闪烁方法：更换比较大的电阻电容故障②：数码管界限正确，却没有显示原因：引的地线到电源线上和一根导线松动了。故障③741运放接线正确，也达到虚断条件（741运放2、3脚电压为零），输出波形却只有一种增益原因：4066未接电源，没有正常工作方法：将其14脚接5V电源13.参考资料《集成电路器件资料》《电子技术基础（数字部分）》14，心得体会：从仿真电路开始我就觉得这次模电课程设计不是特别容易，需要学习的东西很多。所以这次课程设计必须以很认真的态度对待，这样才能获益匪浅。从仿真电路开始前认真的看了所需要芯片的功能以及连接方式，然后花了一个下午的时间将仿真电路图连好了。选用公式算出来的电阻和电容，课程设计报告数码管数字跳动比较快，而实际电路的数码管数字跳动则是正常的。观察输出波形出不来，又把电路连接看了几遍，发现运放6引脚虚接了，改正后波形输出正常了。在实验室实际连接电路时，我其实连了两遍，第一遍连接完了，一测试短路，我检查了两遍，决定放弃这次的连接，首先我的芯片整体布局存在问题，芯片的电源线和接地线搭不到一块去，其次，我用的导线管脚都比较短，容易造成电路连接不稳，断路。还有连接的时候电路混连的较多，容易造成短路。吸取这次教训后，我又将电路重新连了一次，注意了这些问题，有了第一次的经验，电路连接的也比较快了，面包板可以分为四小块，我将上面作为电源线，下面作为地线，然后统一连接至一条电源线，一条地线上，这样显得清楚方便。第二次的连接显然要比第一次的好，但是数码管常亮，不跳动，用发光二极管检测555一闪一熄正常，检查输出波形亦正常，最后用发光二极管测试后面连接的电路是否加电，后发现有根导线松动，摁紧后，数码管跳动正常了。但是电路整体测试，波形输出不出来。为找出电路问题，我在实验室呆了两天，还感冒了，不过我觉得值，我把问题找到了，首先我一直在运放的7引脚测试，应该在6引脚，难怪示波器没有一点输入波形的迹象，，我检查时也在7测，只是导通并不能说明什么。当我把这个问题解决后发现波形出来了，只是波形没变化，可能4066BP模拟开关未工作，一检查，发现芯片未加电，改正后发现一切正常了。虽然是几个小问题，但自己粗心，不耐心，花了比较多的时间才把问题检查出来。自己在这方面确实很欠缺锻炼，不懂的很多，但是我相信只要做好充足的准备，仔细耐心就没有完成不了的任务。为了找出问题所在，我测试每个引脚的输出情况，但是好像因为缺少耐心没有全部测完，把最关键的漏了，甚为遗憾，但是不负自己的付出，总算把问题