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电子技术综合指导书
《电子技术综合》指导书
电子信息学院
2009.12
第一章概述
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。
通过课程设计各环节的实践,应使学生达到如下要求:
根据设计任务和指标,初选电路;通过调查研究、设计计算,确定电路方案;选择元器件,安装电路,独立进行试验,并通过调试改进方案;分析实验结果,写出设计总结报告;学会自己分析、找出解决问题的方法;对设计中遇到的问题,能独立思考,查阅资料,寻找答案;掌握一些测试电路的基本方法,实践中出现一般故障,能通过“分析、观察、判断、试验、再判断”的基本方法独立解决;能对实验结果进行分析和评价;
通过严格的科学训练和工程设计实践,树立严肃认真、一丝不苟、实事的科学作风,并培养学生具有一定的生产观、经济观及团结协作的精神。
第二章课程设计基本步骤和方法
1.方案设计——根据设计任务书给定的技术指标和条件,初步设计出完整的电路(这一阶段又称为“预设计”阶段)。
主要任务是准备好实验文件,其中包括:
画出方框图;画出构成框图的各单元的逻辑电路图;画出整体逻辑图;提出元器件清单;画出连接图。
要完成这一阶段的任务,需要设计者进行反复思考,大量参阅文献和资料,将各种方案进行比较及可行性论证,然后才能将方案确定下来。
具体步骤是:
⑴.明确待设计系统的总体方案;
⑵.把系统方案划分为若干相对独立的单元,每个单元的功能再由若干
个标准器件来实现,化分为单元的数目不宜太多,但也不能太少。
⑶.设计并实施各个单元电路。
在设计中应尽可能多地采用中、大规模集成电路,以减少器件数目,减少连接线,提高电路的可靠性,降低成本。
这要求设计者应熟悉器件的种类、功能和特点。
⑷.把单元电路组装成待设计系统。
设计者应考虑各单元之间的连接问题。
各单元电路在时序上应协调一致,电气特性上要匹配。
此外,还应考虑防止竞争冒险及电路的自启动问题。
衡量一个电路设计的好坏,主要是看是否达到了技术指标及能否长期可靠地工作。
此外还应考虑经济实用、容易操作、维修方便。
为了设计出比较合理的电路,设计者除了要具备丰富的经验和较强的想象力之外,还应该尽可能多地熟悉各种典型电路的功能。
只要将所学过的知识融会贯通,反复思考,周密设计,一个好的电路方案是不难得到的。
2.方案试验——对所选定的设计方案进行安装调试
由于生产实际的复杂性和电子元器件参数的离散性,加上设计者经验不足,一个仅从理论上设计出来的电路往往是不成熟的,可能存在许多问题,而这些问题不通过实验是不容易检查出来的,因此,在完成方案设计之后,需要进行电路的装配和调试,以发现实验现象与设计要求不相符合的情况。
该容将在第五章详细讲述。
3.工艺设计——完成制作实验样机所必需的文件资料,包括整机结构设计及印制电路板设计等
4.样机制作及调试——包括组装、焊接、调试等。
5.总结鉴定——考核样机是否全面达到规定的技术指标,能否长期可靠地工作,同时写出设计总结报告。
第三章设计题目及容
3.1简易信号发生器和简易频率计
3.1.1设计任务书
一、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;
二、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)频率可调围:
2Hz—20KHz,分为4档:
2—20Hz;20—200Hz;200Hz—2KHz;2—20KHz;
(2)幅度可调围:
0—5V;
(3)可调偏置。
2、设计一个简易数字频率计:
(1)测量频率围:
1~100KHz,显示单位为Hz;
(2)输入电压幅度VPP:
100mV~10V;
(3)输入信号波形:
任意周期信号;
(4)显示方式:
6位十进制数显示。
三、总结报告
1、总结“简易信号发生器和频率计”的设计、安装与调试过程;
2、分析安装与调试中发现的问题及故障排除的方法;
3、写出设计与制作的全过程,附上有关资料和图纸及心得体会。
3.1.2基本原理
一、信号发生器
简易信号发生器采用正弦波振荡电路产生正弦波,通过电容和电位器调节频率,由4个电容进行换档,分别控制4个量程,量程确定后通过电位器进行频率的微调。
为了得到对称的正弦波,运算放大器采用5V电源。
三角波产生电路中,可根据信号频率选择不同数值的电容。
电路中产生的正弦波、方波和三角波容易产生上下偏移,所以需要在电路中设置偏置电路,来调节偏移。
偏置电路可由运算放大器组成的加法电路来实现。
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。
原理框图如3-1:
图3-1信号发生器原理框图
二、频率计
1.数字频率计的基本原理
频率是单位时间(1S)信号发生周期变化的次数。
如果能在给定的1S时间对信号波形计数,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3-2。
图3-2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3-3:
图3-3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。
第四章课程设计涉及的主要仪器设备及工具
1.电路板一块
2.5V直流稳压电源一台
3.双踪示波器一台
4.万用表一块
5.烙铁一个
6.镊子一把
7.剪刀一把
注:
实验室常备元器件见附录A(仅供参考).
第五章参考文献
[1]任为民.电子技术课程设计指导书.:
中央广播电视大学,2001
[2]焦宝文.电子技术基础课程设计指南.:
清华大学,2002
[3]高吉祥.电子技术基础实验与课程设计.:
电子工业,2002
[4]王毓银.数字电路逻辑设计(第二版).:
高等教育,2005
[5]余孟尝.数字电子技术简明教程.:
高等教育,2003
[6]康华光.电子技术基础(数字部分).:
高等教育,2001
[7]阎石.数字电子技术基础.:
高等教育,2004
[8]王楚.数字逻辑电路.:
高等教育,1999
[9]欧阳星明.数字逻辑(第二版).:
华中科技大学,2005
[10]王永军.数字逻辑与数字系统(第3版).:
电子工业,2005
附录A
常用逻辑器件引脚排列示意图
NE5532
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