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开放性试验报告
学号:
B09020505
实验报告
题目
秒脉冲信号发生器
课程名称
开放性试验项目
学院
电子科学与工程学院
班级
电磁场与无线技术
姓名
陈晓
指导教师
薛梅
2011
年
6
月
日
项目设计任务书
学生姓名:
陈晓
专业班级:
电磁场与无线技术5班
指导教师:
薛梅
工作单位:
电子科学与工程学院
题目:
秒脉冲信号发生器
初始条件:
Multisim仿真软件;
芯片:
LM7805KC、LM555CN等。
要求完成的主要任务:
1、设计出完整的秒脉冲信号电路设计;
2、对电路原理各部分进行准确的分析;
3、本课设的技术要求较简单,不严格要求信号发生器的频率为1hz能了解原理及课程中制作过程即可。
时间安排:
13周理论讲解及任务安排;
14周方案设计、教师评价方案;
15仿真、绘制pcb;
16周列料单;
17周制作答辩、验收;
18周上交实验报告。
指导教师签名:
年月日
目录
摘要I
关键字1
1.Multisim软件简介1
2.设计目的、任务及要求3
2.1设计目的3
2.2设计任务3
2.3设计要求3
3.电路设计3
3.1设计构思3
3.2芯片介绍3
3.3原理设计6
3.3.1脉冲发生电路6
3.3.2整流滤波电路7
4.总体电路设计8
5.电路仿真8
5.1脉冲电路仿真8
5.2整流滤波电路仿真8
5.3整体电路仿真10
6.实物的制作11
6.1实物的焊接12
6.2电路的调试12
7.实验结果13
8.心得体会13
参考文献14
附录15
摘要
本次开放性试验是基于数字时序电路原理制作的,包括电路原理的设计,电路的仿真,和实物制作与调试。
仿真所用的是Multisim软件。
Multisim是美国国家仪器(NI)有限公司推出的以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。
本次试验采用555定时器,产生一定频率的震荡信号,并连接LED检验信号的工作性能。
关键字:
脉冲信号发生器555定时电路整流滤波电路
秒脉冲信号发生器电路设计
1.Multisim软件简介
EDA就是“ElectronicDesignAutomation”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Multisim9软件就是这方面很好的一个工具。
而且Multisim9计算机仿真与虚拟仪器技术(LABVIEW8)(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。
Multisim10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,减少建模错误并缩短上市时间。
凭借NIMultisim,您可以立即创建具有完整组件库的电路图,并利用工业标准SPICE模拟器模仿电路行为。
借助专业的高级S
PICE分析和虚拟仪器,您能在设计流程中提早对电路设计进行的迅速验证,从而缩短建模循环。
与NILabVIEW和SignalExpress软件的集成,完善了具有强大技术的设计流程,从而能够比较具有模拟数据的实现建模测量
图1Multisim10界面
2.设计目的、任务及要求
2.1设计目的
(1)能对简单的数字电路的原理图进行较完整的分析;
(2)能运用较基本的仿真软件如Multisim对电路进行仿真;
(3)能够对仿真中出现的问题快速的找到原因。
2.2设计任务及指标
电路完成对市电的整流滤波,选用晶振或者555实现震荡信号的产生,输出部分电路可采用走马灯、数码管等自选外扩电路。
2.3设计要求
(1)达到本次课设所要求的目的,能较完整的完成任务;
(2)能对设计电路过程中出现问题及时解决并分析其中原因;
(3)仿真结果与理论分析进行对比分析误差;
3.电路设计
3.1设计构思
本电路要求实现产生脉冲信号。
考虑用晶振或者555定时器可以完成该功能。
方案一,用晶振将5V直流电震荡成脉冲信号,在用分频器实现产生1hz的脉冲信号,本方案精度高,但是multisim软件环境中的晶振4脚悬空,实现不了仿真。
故,方案二,用555定时器,实现对电压的震荡,直接产生脉冲信号。
经讨论,本组采用第二种方案,并且用555定时器产生2hz脉冲信号。
3.2芯片介绍
电路中需要使用555和7805
555芯片引脚示意说明
1脚:
外接电源负端VSS或接地,一般情况下接地。
8脚:
外接电源VCC,双极型时基电路VCC的范围是4.5~16V,CMOS型时基电路VCC的范围为3~18V。
一般用5V。
3脚:
输出端Vo
2脚:
低触发端
6脚:
TH高触发端
4脚:
是直接清零端。
当端接低电平,则时基电路不工作,此时不论、TH处于何电平,时基电路输出为“0”,该端不用时应接高电平。
5脚:
VC为控制电压端。
若此端外接电压,则可改变内部两个比较器的基准电压,当该端不用时,应将该端串入一只0.01μF电容接地,以防引入干扰。
7脚:
放电端。
该端与放电管集电极相连,用做定时器时电容的放电。
在1脚接地,5脚未外接电压,两个比较器A1、A2基准电压分别为的情况下,555时基电路的功能表如表6—1示。
表555定时器的功能表
清零端4脚
低触发输入
高触发输入
SRFF
SR
输出
放电端3脚
0
¢
¢
¢¢
0
导通
1
小于1/3VCC
小于2/3VCC
10
1
截止
1
大于1/3VCC
小于2/3VCC
00
不变
不变
1
大于1/3VCC
大于2/3VCC
01
0
导通
1
小于1/3VCC
大于2/3VCC
11
X
X
三端稳压集成电路7805
7805电参数
参数
符号
测试条件
最小值
典型值
最大值
单位
输出电压
Vo
Tj=25℃
4.8
5.0
5.2
V
5.0mA<1o<1.0A,Po<15W
Vi=7.5vto20v
4.75
5.00
5.25
V
线性调整率
△Vo
Tj=25℃,Vi=7.5Vto25V
4.0
100
mV
Tj=25℃,Vi=8Vto12V
1.6
50
mV
负载调整率
△Vo
Tj=25℃,lo=5.0mAto1.5A
9
100
mV
Tj=25℃,lo=250mAto750mA
4
50
mV
静态电流
IQ
Tj=25℃
5.0
8
mA
静态电流变化率
△IQ
lo=5mAto1.0A
0.03
0.5
mA
Vi=8Vto25V
0.3
0.8
mA
输出电压温漂
△Vo/△T
lo=5mA
0.8
mV/
℃
输出噪音电压
VN
f=10Hzto100KHz,Ta=25℃
42
μV
纹波抑制比
RR
f=120Hz,Vi=8Vto18V
62
73
dB
输入输出电压差
Vo
lo=1.0A,Tj=25℃
2
V
输出阻抗
Ro
f=1KHz
15
mΩ
短路电流
1SC
Vi=35V,Ta=25℃
230
mA
峰值电流
1PK
Tj=25℃
2.2
A
3.3原理设计
3.3.1脉冲发生电路
图2脉冲产生电路
这里用到的是用555定时器设计的多谐振荡器,多谐振荡器的优点是在接电源之后就可以产生一定频率和一定幅值矩形波的自激振荡器,而不需要再外加
输入信号。
而用555定时器设计的多谐振荡器也有很多优点,由于555定时器内部的比较器灵敏度较高,而且采用差分电路形式,这样就使多谐振荡器产生的振荡频率受电源电压和环境温度变化的影响很小。
接通电源后,电容C2被充电,当VC上升到2/3VCC时,使输出电压为低电平,同事放电三极管T导通,此时电容C2通过RB和T放电,VC下降。
当VC
下降到2/3VCC时,V0翻转为高电平。
当放电结束后,T管截止,VCC将通过RA和RB向电容器C2充电,当VC上升到2/3VCC时,电路又翻转为低电平。
如此周而复始,于是,在电路的输出端就得到一个周期性的矩形波。
电路如图8所示。
输出波形占空比=R1/(R1+R2)=1/2。
输出波形如图9所示。
并可以算出脉冲波形周期。
T=(R1+R2+1K)Cln2=0.525s。
其中TPH=TPH=0.26S
图3输出脉冲信号
3.3.5整流滤波电路
图4整流滤波电路
本实验提供将220v市电转变为9v交流电的变压器,但是若将9v交流电转变为5v直流电一供555定时器正常工作。
是用桥式整流滤波电路,
四个二极管构成了整流滤波部分,而7805则实现了稳压作用。
4.总体电路设计
图5电路整体原理图
电路整体原理图如图5所示
5.电路仿真
5.1脉冲电路仿真
电路原理前面已经介绍,不再赘述。
其仿真电路如图12。
图12脉冲发生电路仿真图
图6
其仿真波形如图7所示。
图7脉冲电路仿真
从图中可以看出,两根参考线的位置分别为444.191ms和911.162ms。
两者之差为467.071ms。
与计算值0.525s稍大,说明电路中存在误差,这与计算机本身时钟限制有关,另外仿真图中只能出现两个周期的波形,也是这个原因。
而波形的占空比为稍大于二分之一,与原理分析基本一致。
5.整流电路的仿真
图8整流电路
图9整流电路仿真波形
5.3整体电路仿真
整体电路仿真即脉冲发生电路的仿真,见图7,此处不再累赘。
6.实物的制作
6.1实物制作
制作过程包括pcb板子的制作和元件的焊接
实物如图10所示
此处缺少实物图
6.2电路的调试
由于时间限制等问题,电路功能没有最终实现,这是本课设的一个遗憾之处。
图18电路调试
7.实验结果
经过多次的检验排查。
终于,在大家的齐心协力下电路终于实现了。
电源信号
电阻两短信号
电容两端信号
电路输出信号
8.心得体会
本次数电课设耗时两个多星期,期间我学到了很多东西。
对Multisim的学习时第一个收获,Multisim软件方便易学,是同类型电路中较简单的一个,便于入门。
其次加深了我对数电知识的掌握,尤其是时序电路知识。
还让我接触到了数字电路的焊接,了解了部分芯片的引脚规律。
在课程设计的过程中我遇到了许多挫折,如实物电路一直不能调试出来,但我认为挫折是一份财富,经历是一份拥有。
这次课程设计必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆。
在制作课设的这两个星期的日子里,可以说得是苦多于甜,但是可以学到很多很多的的东西,通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的,只有理论知识是远远不够的,只有把所学的理论知识与实践相结合起来,从理论中得出结论,才能真正为社会服务,从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到问题,可以说得是困难重重,难免会遇到过各种各样的问题,同时在设计的过程中发现了自己的不足之处,如电路焊接不够熟练,线路布置不清晰等,以及其中很多功能应用还未有深刻理解,要通过不断的实用和查找资料来完善自己此方面的能力。
此设计由于我们的学业不精和时间等客观问题,未能使设计达到完善,还有很多缺点和错误,如电路功能没有最终实现等。
希望老师能提出改进意见,谢谢老师对我们的辛勤栽培。
参考文献
1.康华光主编,电子技术基础(数电部分),高等教育出版社,2006
2.伍时和主编,数字电子基础,清华大学出版社,2009
3.阎石主编,数字电子基础,高等教育出版社,2006
4.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,2005.2
5.Victorp.Nelson主编.DIGITALLOGICCIRCUITANALYSIS&DESIGN数字逻辑电路分析与设计.北京:
清华大学出版社,2003
6.陈明义主编.数字电子技术基础(电类).中南大学出版社2004.1
附录
表4元件清单
220v—9v变压器
二极管1N1202:
10个
电容:
电解电容330uf(2个)
7.5uf(2个),10nf(2个)10uf(2个)
LED发光二极管:
2个
电阻:
50k(4个) ,1k(2个),510(2个)
芯片:
LM7805KC ,LM555CN
指导教师签字:
年月日
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- 开放性 试验报告