企业实践1题目及指导说明.docx
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企业实践1题目及指导说明.docx
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企业实践1题目及指导说明
1.信号发生器
一、任务
设计制作一个可以输出正弦波、三角波、方波的信号发生器。
二、要求
1、基本要求
(1)可以输出三种波形:
正弦波、三角波、方波;
(2)输出波形频率范围1kHz10kHz;
(3)在
负载上输出正弦波幅度Vopp≥1V;
(4)用示波器观察时无明显失真;
2、发挥部分
在完成基本要求任务的基础上,增加如下功能:
(1)可以切换波形输出;
(2)输出频率可以进行显示;
(3)可以1Hz、10Hz、100Hz、1000Hz步进;
(4)增加输出电压幅度:
在频率范围内
负载电阻上正弦信号输出电压的峰-峰值Vopp=5V±1V;
三、评分标准
项目
满分
基本要求
设计与总结报告:
方案比较,理论分析与计算,电路图及有关设计文件,测试方法与仪器,测试数据及测试结果分析
50
实际制作完成情况
50
发挥部分
完成第
(1)项
10
完成第
(2)项
10
完成第(3)项
10
完成第(4)项
15
其他
5
四、方案设定
1.运用放大器的基本原理构造信号发生器电路。
正弦波发生电路
方波发生器参考电路
三角波发生器参考电路
2.调试基本电路,了解电路原理,对电路进行改进集成,使电路可以进行调频。
2.多路输出直流电源设计一
一、任务
设计并制作交流变换为直流的多路输出稳定电源。
二、要求
1.基本要求
(1)在输入电压220V、50Hz、电压变化范围+10%~-10%条件下,输出四路直流电源:
a.第一路输出电压为-5V,最大输出电流为1.5A;
b.第二路输出电压为+12V,最大输出电流为1.5A;
c.第三路输出电压为+5V,最大输出电流为3A;
d.第四路输出电压范围0~+30V可调,最大输出电流为1A;
(2)负载调整率≤1%(最低输入电压下,满载)
(3)纹波电压(峰-峰值)≤5mV(最低输入电压下,满载)
(4)效率≥40%
(5)电压调整率≤1%(输入电压220V变化范围+10%~-10%下,空载到满载)
(6)具有过流及短路保护功能
2.发挥部分
(1)实现第四路输出电压数码管显示功能
(2)过压保护
(3)提高电压调整率和负载调整率
(4)提高效率
三、评分意见
项目
满分
基本要求
设计与总结报告:
方案比较,理论分析与计算,电路图及有关设计文件,测试方法与仪器,测试数据及测试结果分析
50
实际制作完成情况
50
发挥部分
完成第
(1)项
9
完成第
(2)项
15
完成第(3)项
6
完成第(4)项
10
其他
10
四、方案设定
LM317型稳压器电源能够输出可调的直流正电压,它内部含有过流,过热保护,输入电压为正负15V,输出为1.25(1+Rp/R);可输出1.2~37V电压。
CW7812、CW7805分别可以输出正12V和正5V电压,CW7912、CW7905分别可以输出负12V和负5V电压。
有以上可知可以将LM317级CW系列的稳压器并联达到同时输出正负12V、正负5V及可调电压的要求。
1.直流稳压电源设计思路
(1)电网供电电压交流220V(有效值)50Hz,要获得低压直流输出,首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。
(2)降压后的交流电压,通过整流电路变成单向直流电,但其幅度变化大(即脉动大)。
(3)脉动大的直流电压须经过滤波电路变成平滑,脉动小的直流电,即将交流成份滤掉,保留其直流成份。
(4)滤波后的直流电压,再通过稳压电路稳压,便可得到基本不受外界影响的稳定直流电压输出,供给负载RL。
其中:
(1)电源变压器:
是降压变压器,它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压,并送给整流电路,变压器的变比由变压器的副边电压确定。
(2)整流电路:
利用单向导电元件,把50Hz的正弦交流电变换成脉动的直流电
(3)滤波电路:
可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除,从而得到比较平滑的直流电压。
(4)稳压电路:
稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定,不随交流电网电压和负载的变化而变化。
五、说明
1、需留出输出电流和电压测量端子;
2、输出电流可用高精度电流表测量;如果没有高精度电流表,可在采样电阻上测量电压换算成电流;
3、纹波电流的测量可用低频毫伏表测量输出纹波电压,换算成纹波电流。
3.数控信号发生器
一、设计任务
设计一个频率和电压都可调的信号发生器,该信号发生器能产生正弦波、矩形波和锯齿波信号,其原理示意图如下所示:
“+”“—”键
数控部分
信号输出
数字显示
稳压电源
二、设计要求
1.基本要求
⑴输出正弦波、矩形波和锯齿波三种波形,用开关切换输出;
⑵信号频率在100Hz~10kHz内;
⑶具有“+”、“-”步进调整功能,步进100HZ;
⑷可设置输出信号频率,并由数码管显示;
(5)自制稳压电源。
2.发挥部分
⑴频率可设置在10Hz~10kHz之间的任意一个值,步进10HZ;
⑵输出信号的电压在0~5V;
(3)输出电压具有“+”、“-”步进调整功能,步进0.1V。
三、评分标准
项目
满分
基本要求
方案设计与论证,理论计算与分析,电路图
50
实际完成情况
50
发挥部分
完成第⑴项
15
完成第⑵项
15
完成第⑶项
20
四、方案设定
1.人机接口模块
本系统采用4×4的矩阵键盘作为输入设备,用6位数码管作为显示器
2.信号发生部分
方案一:
由硬件产生。
由硬件产生的信号没有阶梯,波形光滑。
如果采用压控振荡器,
就可单片来控制信号的频率,能过电子开关来选择不同的振荡器投入工作,就可以输出不同的波形。
不过,不同波形需要用不同的振荡器来实现,电路较复杂,难以输出超低频的信号。
方案二:
由软件产生。
将各种波形的数据固定在单片机的程序存储器里,通过改变这些数据的输出速度便可以改变信号的频率,通过改变D/A转换器的参考电压便可以改变信号的最大值,硬件电路简单,成本低。
但输出的信号会出现阶梯。
3.D/A转换部分
单片输出的是数字信号,必须通过D/A转换后才能模拟信号。
方案一:
采用D/A转换器AD7543。
AD7543是一种串行的D/A转换器,1与单片机之间的连线少,布线方便,而且又是12位的D/A转换器,精度高。
但串行数据传输速度慢,
当频率较高时,必须减少每周期输出的点数,这将会导致阶梯现象更加明显,因此,此方案不宜使用.
方案二:
采用DAC0832。
这是8位的并行D/A转换器,转换速度快。
方案三:
采用2片DAC0832。
由其中一芯片的输出电压作为另一芯片的参考电压,这样就可以方便的控制最大输出电压。
若采用方案二,在输出电压较低的情况下,比如为1V时,输出的最大电压只有参考电压的1/5,这将会使精度降低,而方案三刚好可以解决这个问题,因此,本系统选择了方案三。
系统原理参考框图
单片机
4.简易数控低通滤波器
一、设计任务
设计一个极点频率可调的,具有低通二阶滤波器。
示意图如下:
通用二阶滤波器
220V/50Hz
12V-12V5V
二、设计要求
1.基本要求
⑴极点频率50Hz~10kHz可调;
⑶测试低通、高通和带通输出的幅频特性;
4自制一稳压直流电源,输出±12V,5V。
2.发挥部分
⑴极点频率可设置在50Hz~10kHz之间的任意一个值;
⑵增加带阻滤波功能;
3将带通电压输出转换为带通电流输出,且输出电流可达1A。
三、评分标准
项目
满分
基本要求
方案设计与论证,理论计算与分析,电路图
50
实际完成情况
50
发挥部分
完成第⑴项
15
完成第⑵项
5
完成第⑶项
20
三、方案设定
由DS3903构成的音频低通滤波器如图1所示。
该电路采用单电源供电,电源电压范围为2.7~5.5V。
包含一级前置衰减,5.0V供电时可处理5.0VP-P(1.77RMS)输入。
为了产生一个双极点(极点在同一频点)低通滤波器(每10倍频程衰减12dB),电容C3必须是C2的2倍以上,可变电阻POT0和POT1设置相同值,则截止频率(fC)计算如下:
fC=1.414/6.28RPOTC3其中,RPOT是可变电阻POT0和POT2设置对应的电阻值。
5.可控放大器
一、任务
设计并制作一个可控放大器,其组成框图如图1所示。
放大器的增益可设置;低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器的通带、截止频率等参数可设置。
图1可控放大器组成框图
二、要求
1.基本要求
(1)放大器输入正弦信号电压振幅为10mV,电压增益为40dB,通频带为100Hz~40kHz,放大器输出电压无明显失真。
(2)滤波器可设置为低通滤波器,其-3dB截止频率fc在1kHz~20kHz范围内可调,调节的频率步进为1kHz,2fc处放大器与滤波器的总电压增益不大于30dB,RL=1k。
(3)滤波器可设置为高通滤波器,其-3dB截止频率fc在1kHz~20kHz范围内可调,调节的频率步进为1kHz,0.5fc处放大器与滤波器的总电压增益不大于30dB,RL=1k。
(4)截止频率的误差不大于10%。
(5)有设置参数显示功能。
2、发挥部分
(1)放大器电压增益为60dB,输入正弦信号电压振幅为10mV,增益10dB步进可调,通频带为100Hz~100kHz。
(2)制作一个带通滤波器,中心频率50kHz,通频带10kHz,在40kHz和60kHz频率处,要求放大器与带通滤波器的总电压增益不大于45dB。
(3)上述带通滤波器中心频率可设置,设置范围40kHz~60kHz,步进为2kHz。
(4)电压增益、截止频率误差均不大于5%。
(5)其他。
三、说明
1.正弦输入信号由信号源提供。
2.放大器输出端应留测试端子。
3.设计报告正文应包括系统总体框图、核心电路原理图和主要的测试结果。
完整的电路原理图、重要的源程序和完整的测试结果可用附件给出。
四、评分标准
项目
满分
设计
报告
系统方案
4
理论分析与计算
3
电路设计
4
测试方案与测试结果
5
设计报告结构及规范性
4
总分
20
基本
要求
实际制作完成情况
50
发挥
部分
完成第
(1)项
15
完成第
(2)项
14
完成第(3)项
10
完成第(4)项
6
其他
5
总分
50
五、方案设定
1.放大电路
该放大采用四级放大,第一二级各放10db三四级分别放大20db.通过开关选通10db或20db,从而改变放大增益。
增益从10db到60db,步进可调为10db,经测试该放大电路能达到题目要求。
2.滤波电路的设计
使用uA741和2阶低通高通和带通实现有源滤波电路,二阶滤波使得滤波电路的下降由原来的-20dB/十倍频增加为-40dB/十倍频,使其更接近于理想情况。
第二阶为电压跟随器,利用电阻分压使得前一阶滤波的放大倍数消除。
低通滤波电路
高通滤波器
带通电路
6.开关稳压电源
一、任务
设计并制作如图1所示的开关稳压电源。
图1电源框图
二、要求
在电阻负载条件下,使电源满足下述要求:
1.基本要求
(1)输出电压UO可调范围:
30V~36V;
(2)最大输出电流IOmax:
2A;
(3)U2从15V变到21V时,电压调整率SU≤2%(IO=2A);
(4)IO从0变到2A时,负载调整率SI≤5%(U2=18V);
(5)输出噪声纹波电压峰-峰值UOPP≤1V(U2=18V,UO=36V,IO=2A);
(6)DC-DC变换器的效率
≥70%(U2=18V,UO=36V,IO=2A);
(7)具有过流保护功能,动作电流IO(th)=2.5±0.2A;
2.发挥部分
(1)进一步提高电压调整率,使SU≤0.2%(IO=2A);
(2)进一步提高负载调整率,使SI≤0.5%(U2=18V);
(3)进一步提高效率,使
≥85%(U2=18V,UO=36V,IO=2A);
(4)排除过流故障后,电源能自动恢复为正常状态;
(5)能对输出电压进行键盘设定和步进调整,步进值1V,同时具有输出电压、电流的测量和数字显示功能。
(6)其他。
三、说明
(1)DC-DC变换器不允许使用成品模块,但可使用开关电源控制芯片。
(2)U2可通过交流调压器改变U1来调整。
DC-DC变换器(含控制电路)只能由UIN端口供电,不得另加辅助电源。
(3)本题中的输出噪声纹波电压是指输出电压中的所有非直流成分,要求用带宽不小于20MHz模拟示波器(AC耦合、扫描速度20ms/div)测量UOPP。
(4)本题中电压调整率SU指U2在指定范围内变化时,输出电压UO的变化率;负载调整率SI指IO在指定范围内变化时,输出电压UO的变化率;DC-DC变换器效率=PO/PIN,其中PO=UOIO,PIN=UINIIN。
(5)电源在最大输出功率下应能连续安全工作足够长的时间(测试期间,不能出现过热等故障)。
(6)制作时应考虑方便测试,合理设置测试点(参考图1)。
(7)设计报告正文中应包括系统总体框图、核心电路原理图、主要流程图、主要的测试结果。
完整的电路原理图、重要的源程序和完整的测试结果用附件给出。
四、评分标准
项目
应包括的主要内容或考核要点
满分
设计
报告
方案论证
DC-DC主回路拓扑;控制方法及实现方案;提高效率的方法及实现方案
8
电路设计
与参数计算
主回路器件的选择及参数计算;控制电路设计与参数计算;效率的分析及计算;保护电路设计与参数计算;数字设定及显示电路的设计
20
测试方法与数据
测试方法;测试仪器;测试数据
(着重考查方法和仪器选择的正确性以及数据是否全面、准确)
10
测试结果分析
与设计指标进行比较,分析产生偏差的原因,并提出改进方法
5
电路图及设计文件
重点考查完整性、规范性
7
总分
50
基本要求
实际制作完成情况
50
发挥
部分
完成第
(1)项
10
完成第
(2)项
10
完成第(3)项
15
完成第(4)项
4
完成第(5)项
6
其他
5
总分
50
7.数字抢答器
一、任务
会用中规模集成电路(MSI)设计4人抢答器。
二、要求
基本要求
1、4路开关输入;
2、稳定显示与输入开关编号相对应的数字1~4;
3、基本可以实现抢答的功能
4、用四个二极管分别显示对应的抢答输入
2、发挥部分
在完成基本要求任务的基础上,增加如下功能:
1、具有数字显示功能;
2、输出具有唯一性和时序第一的特征;
3、一轮抢答完成后通过解锁电路进行解锁,准备进入下一轮抢答;
4、抢答器具有定时抢答功能;
三、评分标准
项目
满分
基本要求
设计与总结报告:
方案比较,理论分析与计算,电路图及有关设计文件,测试方法与仪器,测试数据及测试结果分析
50
实际制作完成情况
50
发挥部分
完成第
(1)项
10
完成第
(2)项
10
完成第(3)项
10
完成第(4)项
15
其他
5
四、方案设定
抢答器组成框图
抢答器的一般组成框图如上图所示。
它主要由开关阵列电路、触发锁存电路、解锁电路、编码电路和显示电路等几部分组成。
1、开关阵列电路:
该电路由多路开关所组成,每一名竞赛者与一组开关相对应。
开关应为常开型,当按下开关时,开关闭合;当松开开关时,开关自动弹出断开。
2、触发锁存电路:
当某一组开关首先被按下时,触发锁存电路被触发,在对应的输出端上产生开关电平信息
同时为防止其他开关随后触发而造成输出紊乱,最先产生的输出电平反馈到使能端上,将触发电路封锁。
3、解锁电路:
一轮抢答完成后,应将触发器使能端强迫置1或置0(根据芯片具体情况而定),解除触发锁存电路的封锁,使锁存器重新处于等待接收状态,以便进行下一轮的抢答。
4、编码电路:
将触发锁存电路输出端上产生的开关电平信息转换为相应的8421BCD码。
5、显示电路:
将编码电路输出的8421BCD码经显示译码驱动器,转换为数码管所需的逻辑状态,驱动LED数码管显示相应的十进制数码。
设计示例
开关阵列电路的设计
下图所示为4路开关阵列电路。
当任一开关按下时,对应输出为低电平,否则为高电平。
开关阵列电路
触发锁存电路的设计
下图所示为4路触发锁存电路。
图中,74LS373为8D锁存器,74LS20为双-4输入与非门,74LS04为六-反相器。
开关阵列电路连接在锁存器
输入端,当所有开关均未按下时,锁存器输出全为高电平,
的输出经4输入与非门和非门后的反馈信号为高电平,作用于锁存器使能端,使锁存器处于等待接受触发输入的状态;当任一开关按下时,输出信号
中相应一路为低电平,则反馈信号变为低电平,作用于锁存器使能端,使锁存器被封锁,不再继续接受触发输入,输出保持在封锁前的状态。
4路触发锁存电路
解锁电路的设计
下图所示为解锁电路,开关为常开开关。
当开关打开时,
中的低电平输出经4输入与非门和非门,再经过2输入或门后反馈至锁存器使能端,使锁存器被封锁;当开关闭合后,2输入或门的输出被强制设为高电平,送至锁存器使能端使得锁存器重新处于等待接受触发输入的状态。
解锁电路
编码电路的设计
下图所示为编码电路。
图中74LS147为二-十进制优先编码器,当任意输入为低电平时,输出为相应输入编号的8421BCD码的反码,再经非门后被转换为8421BCD码
编码电路
译码电路
图中CD4511为显示译码驱动器,LC5011为共阴极数码管。
输入的8421BCD码经显示译码后驱动数码管,显示相应的十进制数码。
译码显示电路
8.OCL音频功率放大器
一、任务
设计一台OCL音频功率放大器
二、要求
基本要求
1、分析电路组成及工作原理;
2、单元电路设计计算;
3、采用OCL音频功率放大电路;
4、连接并调试完整电路图;
发挥部分
1、最大不失真输出功率:
POM>=10W
2、负载阻抗(扬声器):
RL=8Ω
3、频率响应:
fL=100Hz,fH=15KHz
4、输入电压:
<=100mV
三、评分标准
项目
满分
基本要求
设计与总结报告:
方案比较,理论分析与计算,电路图及有关设计文件,测试方法与仪器,测试数据及测试结果分析
50
实际制作完成情况
50
发挥部分
完成第
(1)项
10
完成第
(2)项
10
完成第(3)项
10
完成第(4)项
15
其他
5
四、方案设定
设计举例(Po=6W)
参考电路
二、各级电压增益分配
整机电压增益:
由
有
V
输入级、中间级、输出级增益分别为:
有:
输入级为射随器,AU1=1,
取中间级增益都为8、输出级增益为9,稍有富裕。
三、确定电源电压
通常取最大输出功率Pom比Po大一些
最大输出电压可由Pom来计算(峰值)
Vp
考虑到晶体管饱和压降及发射极限流电阻上的压降,电源电压Vcc要大于Uom,一般为:
15V取VCC=15V
四、功率输出级计算
1、选择大功率管
最大反压:
V
每管最大电流:
A取ICM>=2.5A
每管最大集电极功耗:
W取PCM>=2.5W
注意二个功放管参数对称、β接近。
2、选择互补管,计算电阻
确定分流电阻(R19、R21)
要使互补管的输出电流大部分注入到功放管基极,通常
取R19=R20=0.2KΩ
平衡电阻:
R18=R20=R19/10=0.2/10=20Ω
互补管最大反压UCEM=30V
取100mA
W取200mW
偏置电阻一般:
取
取1.5mA
R17=R16
五、推动级
(略)
9.单键多档可调光LED节能光源
一、任务
设计制作一个可以单键多档可分段调光的LED节能光源。
二、要求
1、基本要求
(5)电路设计合理可行;
(6)元件选型正确,布局合理;
(7)调试过程无重大错误;
(8)可通过单键实现关、弱光、中光、和强光四档切换
2、发挥部分
在完成基本要求任务的基础上,增加如下功能:
(5)关闭状态时能自动处于待机状态,降低功耗;
(6)输出部分有相应的过流和短路保护;
三、评分标准
项目
满分
基本要求
设计与总结报告:
方案比较,理论分析与计算,电路图及有关设计文件,测试方法与仪器,测试数据及测试结果分析
60
实际制作完成情况
60
发挥部分
完成第
(1)项
20
完成第
(2)项
10
其他
10
四、设计方案提示
1.运用移位寄存器,实现档位切换;
2.运放构成加法器,实现强中弱信号输出不同电压;
3.运放构成V/I转换,实现LED灯的可变恒流驱动。
10.可调数显延时报警器
一、任务
设计制作一个可以设定不同延时时间(0~10Min)的延时报警器。
二、要求
1、基本要求
1.电路设计合理可行;
2.元件选型正确,布局合理;
3.调试过程无重大错误;
4.能完成不同设定时间的延时报警。
2、发挥部分
在完成基本要求任务的基础上,增加如下功能:
1.可实时数显剩余时间;
2.可数字设定延时时间;
三、评分标准
项目
满分
基本要求
设计与总结报告:
方案比较,理论分析与计算,电路图及有关设计文件,测试方法与仪器,测试数据及测试结果分析
60
实际制作完成情况
60
发挥部分
完成第
(1)项
20
完成第
(2)项
10
其他
10
四、设计方案提示
1.运用CD4060+晶振32768Hz实现精确秒脉冲;
2.运用74LS192构成看可预置计数器;
3.运用CD4511构成数码管显示。
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