电子技术综合课程设计

第页目录第一部分课程设计任务与要求31、1课程设计目的31、2设计任务及要求31、3课程设计步骤4第二部分基本原理分析4一、简易信号发生器4二、简易频率计10第三部分软件仿真结果14第四部分电路板焊接安装15第五部分电路参数测试17第六部分心得体会19第七部分参考文献21附录A常用逻辑器件引脚排列示意图22附录B简易函数信号发生器元器件清单25附录C简易数字频率计元器件清单26第一部分课程设计任务与要求本课程为电子类、信息类专业开设的实践性很强的电子技术入门课，课程设计是重要的实践教学环节。使学生运用所学模拟电子技术、数字电子技术的理论，对模拟电子线路、数字电子线路以及模拟与数字综合电子线路进行设计、安装与调试。通过电子技术综合课程设计的综合训练，既可加深学生对基础知识的理解，又能培养学生独立思考、分析问题、解决问题的能力，还能培养工程实践能力、创新能力和综合设计能力。1、1课程设计目的1．掌握正弦波、方波及三角波信号发生器的设计、组装与调试方法；2．掌握数字频率计的设计与调试方法；1、2设计任务及要求1．设计一个的正弦波、方波和三角波方生器：(1)频率可调范围：2Hz—20KHz，分为4档：2—20Hz；20—200Hz；200Hz—2KHz；2—20KHz；(2)幅度可调范围：0—5V；(3)直流偏置可调。 2．设计一个简易数字频率计：(1)测量频率范围：1~100KHz，显示单位为Hz；(2)输入电压幅度VPP：100mV～10V；(3)输入测量误差：≤5‰(4)输入信号波形：任意周期信号；(5)显示方式：6位十进制数显示。1、3课程设计步骤1、绘制原理图2、对原理图进行软件仿真3、连接实物并进行调试4、记录实验结果并分析第二部分基本原理分析一、简易信号发生器运用集成运算放大器为主要器件，设计—个正弦波、三角波和方波产生电路，具有输出幅度调节、直流偏置调节和频率调节的功能；实现此功能的原理框图如下所示。信号发生器原理框图1．正弦波振荡电路由RC桥式正弦波振荡电路产生正弦波，正弦波的频率可通过R和C来调节。要求设计的电路频率为4个量程，可通过改变电容值来进行量程的切换，但所选择的最大电容不应超过几个微法。RC桥式振荡电路为了实现频率的微调功能，可将R选择为符合要求的电位器。当量程确定之后，通过调节电位器便可实现频率的微调。为了保护电路，电位器通常要和一个小电阻串联。为了使RC桥式正弦波振荡电路产生对称的正弦波，应选用双电源供电的运算放大器。正弦波电路电路图正弦波电路系统2．调偏电路通常RC桥式正弦波振荡电路产生的正弦波的偏移不会很大，但是经过逐级放大、器件本身的离散性以及高频时电容充放电的影响，输出的三角波会产生严重偏移，所以需要在电路中设置直流偏置电路，来调节偏移。偏置电路可由运算放大器组成的加法运算电路来实现，即实现正弦波和可调直流电压的叠加。这样不仅可以调节正弦波直流偏置，还可以调节后面电路产生的方波以及三角波的偏置。为了避免调偏电路产生的正弦波产生失真（进入运放的饱和区），通常调偏电路的放大倍数应小于1。调偏电路电路图如下：3．方波发生器方波发生器可由运算放大器组成的过零比较器来实现。方波发生器电路图如下：4．三角波发生器由运算放大器组成的积分电路可实现方波到三角波的转换。方波、三角波的频率与正弦波相同，均由RC正弦波振荡电路来调节。在积分电路中，积分时间常数与信号的频率应匹配，否则会导致输出三角波失真。信号的频率分为四个量程，因此积分电路中也应对应四个电容值，通过调节电容获得较好的三角波。如图3.2(a)所示，积分时间常数过小电容充放电速度过快，很快进入运放的饱和区，产生失真。如图3.2(b)所示，如果积分时间常数过大，电容的充放电会过慢，则输出三角波的电压数值就会过小。图3.2(a)积分时间常数过小图3.2(b)积分时间常数过大三角波发生器电路图如下：5．调幅电路为了使输出波形的幅度可调，也可采用运算放大器实现，具体电路自行设计。调幅电路电路图如下：二、简易频率计1．数字频率计的基本原理频率是单位时间（1S）内信号发生周期变化的次数。如果能在给定的1S时间内对信号波形计数，并将计数结果显示出来，就能读取被测信号的频率。数字频率计首先必须获得相对稳定与准确的时基信号，同时将被测信号转换成幅度与波形均能被数字电路识别的脉冲信号，然后通过计数器计算这一段时间间隔内的脉冲个数，将其换算后显示出来。数字频率计的框图见图3-3。放大整形放大整形电路脉冲计数器数据锁存电路译码驱动电路LED显示电路时钟电路单稳态清零脉冲秒脉冲输入图3-3频率计原理框图数字频率计由放大整形电路、脉冲计数器、数据锁存电路、译码驱动、LED显示电路、时钟电路和产生清零脉冲的单稳态电路组成。2．框图中各部分的实现方法及功能1）放大整形电路由双运算放大器NE5532组成，采用5V电源。其中一个运算放大器对输入信号进行放大，另一个运算放大器接成过零电压比较器，对放大后的信号进行整形，产生5V的脉冲信号，为了得到0—5V的TTL电平，可用带限幅的过零比较器。为了能够对直流周期信号的频率进行测量，需要在放大前加入滤波电路。2）时钟电路、锁存和清零脉冲晶振采用平常较为多见的时钟晶振，谐振频率为32.786kHz，用CD4060对其进行214分频，得到2Hz的信号，再由J-K触发器CD4027进行2分频得到需要的1秒的时钟信号。在时钟信号的上升沿用74HC374锁存器进行锁存。在时钟信号的上升沿用，用单稳态触发器CD4528产生周期为一秒、宽度25微秒的清零脉冲送至CD4518的CLR端，使脉冲计数器清零后重新开始计数。由于芯片的时间延时，可以保证在锁存器进行锁存之后，计数器才开始清零操作。各信号的波形如下图3-4：图3-4信号波形3）译码驱动和LED显示电路由四片BCD码译码驱动芯片CD4543和四个八段LED数码管组成。CD4543将74HC374锁存器输出的BCD码进行译码后驱动LED数码管显示。简易频率计电路图如下：第三部分软件仿真结果1、正弦波振荡电路仿真结果方波发生器仿真结果3、三角波发生器仿真结果第四部分电路板焊接安装元器件识别、筛选、检测准确清点和检查全套装配材料数量和质量，进行元器件的识别与检测，筛选确定元器件。电路板的焊接要求是：要求严格按电路原理图和PCB板实际连线进行电路安装，各元器件极性安装正确；焊点大小适中，无漏、假、虚、连焊，焊点光滑、圆润、干净，无毛刺；引脚加工尺寸及成形符合工艺要求，导线长度、剥头长度符合工艺要求，芯线完好，捻头镀锡；PCB板无烫伤和划伤处，整板清洁无污物；元器件、导线安装及字标方向均应符合工艺要求。焊接完成后电路板如下所示：第五部分电路参数测试正确选择仪表或仪器，测试电子产品中指定位置的相关参数，并记录测试结果；简易信号发生器：1.正弦波1)记录各量程所选择的电容和电阻参数；2)记录各量程实际产生的不失真正弦波的fmax和fmin；3)在各量程下，记录f=fmax以及f=min时，输出电压的可调范围。2.方波1)记录各量程实际产生的不失真方波的fmax和fmin；2)在各量程下，记录f=fmax以及f=min时，输出电压的可调范围。3.方波1)记录各量程实际产生的不失真三角波的fmax和fmin；2)在各量程下，记录f=fmax以及f=min时，输出电压的可调范围。简易频率计：在输入为正弦波、方波和三角波三种情况下，分别测试：满足误差要求情况下可测的fmax和fmin；2)f=fmax以及f=min时，记录可测输入电压的Vmax和Vmin测量所得数据填入下表焊接部分实际所测各项技术指标波形量程(hz)Fmin（hz）Fmax（hz）Fmin（V）Fmax（V）电容正弦波2k-20k1638215230.04-3.60-3.60.001uf200-2k20519000.2-3.80.06-3.30.01uf20-200192150.34-3.20.16-3.40.1uf2-202280.02-3.51uf方波2k-20k1640215260-3.90-3.80.001uf200-2k24518970-3.80-3.80.01uf20-200282140.3-30.02-3.40.1uf2-201220.2-2.21uf三角波2k-20k4400215300.3-3.80.1-2.80.001uf200-2k62818930.1-3.80.03-30.01uf20-2001032140.15-3.60.06-3.60.1uf2-202220.1-1.91uf最大频率21530hz最小频率1hz第六部分心得体会这次课设经过大家的共同努力终于顺利完成了。课设的过程是个自我探索、自我学习的过程，其中，我们不仅学到了专业的知识，也提升了自己的学习能力。经过了这次课程设计，大大的提高了我的分析问题的能力，同时也提高了运用EWB进行电路模拟仿真的能力和运用isis软件进行数字电路模拟的功能，将自己的从课堂上学到的模电和数电知识得到充分的发挥，解决了很多的问题，同时学习到了很多元件和芯片的各种用途和性能，从中也学到了很多书面上所没有搞清楚的问题。这次课程设计，让我学到了很多有用的知识和能力，这对以后的学习和工作都将是非常有益的。设计中遇到了很多实际性的问题，在实际设计中才发现，书本上理论性的东西与在实际运用中的还是有一定的出入的，所以有些问题不但要深入地理解，而且要不断地更正以前错误的思维。电路设计和仿真是一个很灵活的东西，它反映了你解决问题的逻辑思维和创新能力。它才是一个设计的灵魂所在。因此在整个设计过程中大部分时间是用在单元电路的理解和设计上面。很多单元电路时可以借鉴书本上的，单怎么样衔接和连线路才是关键的问题所在。这次设计，让我受益匪浅。我对数字电路和模拟电路的设计和运行中的逻辑关心等有了一定的认识和提高。对以前学的数字电路又有了一定新的认识，温习了以前学的知识，就想人们常说的温故而知新。此次课程设计基本上完成了老师所布置的任务，使自己对EWB和ISIS的使用更加熟悉，并巩固了学到的许多基础知识，为以后的毕业设计做了很好的知识储备，单仍存在许多不足之处;由于对软件的不熟悉，导致前期训练进度很慢，效果不好。对于基础知识的学习不够扎实，在做仿真时遇到了许多基础问题，都不能迅速解决。知识积累不够，在进行电路设计时没有思路，使总体进度较为缓慢，不能按时完成训练任务。软件仿真时的绘画仍有不足，经过几次返工，浪费了大量的时间和精力，受到了老师的批评和指正，得到了老师的很多帮助。再次衷心的感谢老师。有了这次课程设计的经验和教训，我将会在以后的课程设计和毕业设计中更加顺手，为及时快速的完成任务，做好了准备工作。第七部分参考文献电子技术综合术课程设计 中原工学院电工电子教研室高吉祥主编，电子技术基础实验与课程设计 电子工业出版社张永枫主编，电子技术基本技能实训教程 电子科技大学出版社王立欣主编，电子技术实验与课程设计 哈尔滨工业大学出版社电子技术基础（模拟部分）主编：康华光高等教育出版社电子技术基础（数字部分）主编：康华光高等教育出版社附录A常用逻辑器件引脚排列示意图附录B简易函数信号发生器元器件清单序号名称型号及参数数量1C11、C211uF22C12、C22、C320.1uF33C13、C23、C330.01uF34C14、C24、C341000pF35C312uF16D1、D21N414827DZ1、DZ21N473128RW100K（双联、含旋钮）19RW3100K（3296）110RW1、RW2、RW410K（3296）311R6、R77.5K212R8R205.1K213R96.2K114R10~R14、R5、R1710K715R15、R16100K216R18、R19、R22、R231K417RP1510118U1、U2、U3NE5532319排针2×4320排针2×3121排针2×2122LED1电源指示发光二极管123OUT＋、OUT－测量信号输入端2只24电源接线端子3位端子（电源接口）1只25测试针A、B、C、D426印刷电路板PCB板127R211M1附录C简易数字频率计元器件清单序号名称型号及参数数量1CP1100uF/16V12CU110.01uF13CY112pF14CY2可变电容30pF15Cin2uF16D11N414817DS1~DS6数码管（共阴）68RDSxx、RP1