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实训
专业设计实训(Ⅰ)教学计划
一、实训目的
根据通电学院07电信、电科培养方案,结合社会对电子专业的实际需要,及对学生“技术应用能力的培养”,开设为期一周的专业设计实训教学。
专业设计实训Ⅰ是建立在已学的电工与电路、模拟电子技术和数字电子技术课程以后,综合运用课程所学的理论知识,实际进行课题的设计、安装和调试。
是一门知识应用、综合、智力开发创新、工程技能训练、理论性和实际性极强的课程。
其主要目的有以下几个方面:
(1)通过对电子技术的综合运用,使学到的理论知识相互融泄贯通,在认识上产生一个飞跃。
(2)初步掌握一般模拟电路、数字电路的设计方法,使学生得到一些工程设计的初步训练,并为以后的毕业设计奠定良好基础。
(3)培养同学自学能力,独立分析问题、解决问题的能力。
对设计中遇到的问题,通过独立思考、查找工具书、参考文献、寻求正确答案;对实践中碰到的一些问题,能通过观察、分析、判断、改正、再实践、再分析等基本方法去解决。
(4)通过专业设计实训这一教学环节,树立严肃认真,文明仔细,实事求是的科学作风,树立生产观点,经济观点和全局观点。
二、实训要求
(1)独立完成设计任务,通过专业设计实训,锻炼自己综合运用所学知识的能力,并初步掌握专业设计的方法和步骤,而不是照抄照搬,寻找现成的设计方案。
(2)熟悉和掌握电子CAD/Multisim等软件的使用方法。
(3)学会根据设计要求查阅资料和手册,正确选用和测量电子元器件。
(4)掌握常用电子仪器仪表、工具的工作原理及正确使用方法,如直流稳压电源、信号源、毫伏表、万用表、示波器等。
(5)掌握安装小型电子产品的基本技能和调试方法,善于在调试中发现问题和解决问题。
(6)写出完整的、符合要求的实训总结报告。
三、实训教学方法
电子技术设计实训作为集中实践性教学环节,应着重提高学生的自学能力,独立分析、解决问题的能力和动手进行电路实践的能力。
为了培养学生自学能力,需根据设计任务提出参考书目,让学生自学就可以了。
对于设计或实践中可能碰到的重点、难点,只要通过典型分析和讲解,启发学生的思路和自学的方法,以便达到举一反三的作用。
设计中还要教给学生查阅资料、使用工具书的方法,让他们遇到问题时,不是立刻找老师,而是通过独立思考,查阅资料和书籍,自己寻找答案。
要提高学生独立分析、解决问题的能力,必须为学生提供在设计实践中自己锻炼的机会和条件。
引导学生自主学习和钻研问题,明确设计要求,找出实现要求的方法。
鼓励学生开动脑筋、大胆探索,发挥主动性和创造性。
在时间安排上要留有余地,保证学生有条件独立地解决设计和实践中的问题。
同时,要采用经验交流、集体讨论、课题报告等形式,互相启发、集思广益。
四、实训内容
1.课题的选择
实训课题选择的是否合适,直接关系到学生完成的情况和教学效果。
必须根据教学要求、学生实际水平、能完成的工作量和实践条件,恰当的选题。
争取让不同程度的学生,经过努力能完成课程任务,在巩固所学知识,提高基本技能和能力等方面有所收获。
实训课题的主要内容均是基础课程中学过的知识,而且多是应用集成电路和分立元件组成的实用电子装置,具有一定的实用性和趣味性,反映了电子技术的新水平。
这些题目是以模拟电路、数字电路为主的综合性题目。
并且都是从学生实际出发选定的课题内容,设计方法难易适中。
2.实训课题与要求
课题一、数显音频信号发生器的设计与制作
课题说明:
音频信号发生器已广泛用于生产检验及工程、维修等,而在一些应用中还需要一定功率输出来带动负载,比如电声器件的测试等,此时功率放大器也是必需的。
1、基本要求:
(1)频率范围:
20Hz—20kHz.可调。
(2)输出电压:
0—5V可调,用电平表(dB)显示输出幅度。
(3)功率输出:
接8Ω/2W水泥电阻,PO≥1W。
(4)非线性失真:
100Hz-20KHz,≤3%。
(5)输入阻抗:
≥10KΩ。
(5)频率显示:
自制数字频率显示,用五位LED显示。
(6)自制系统所需直流电源。
2、其他要求:
为方便检测、调整、观察等,所有调节器件必须置于电路板正面底边,而所有显示器件必须置于电路板正面上边,并且要求整个系统安装在一块大板上。
课题二、半导体三极管β值测量仪的设计与制作
课题说明:
在电子产品设计、制作与维修中,经常需要测量三极管的放大系数β,而万用表自带的简易β测试装置准确性很差,为此本项目设计一个高精度β值测量仪。
1、基本要求
(1)被测三极管为NPN型,β值范围为β<200。
(2)用三个数码管显示β的大小,分别显示个位、十位和百位。
显示范围为0-199。
(3)响应时间不超过2秒,显示器显示读数清晰,注意避免出现“叠加现象”。
(4)β值超过测量范围时声光报警。
(5)电源采用5V或±5V供电。
2、扩充要求:
(1)可以测量任意极性(NPN、PNP)的三极管。
(2)三极管内部断路或短路时能发出警报声,要与β值超过测量范围时的报警声区别开来。
3、设计提示:
将三极管β值转换为其他可用仪器测量的物理量来进行测量,如电压,根据三极管电流IC=βIB的关系,当IB为固定值时,IC反映了β的变化,电阻RC上的电压VRC又反映了IC的变化,对VRC进行伏频转换,转换后的频率f就反映了β值的大小,然后再用计数器对f的信号进行一定时间的计数,最后通过计数器的保持输出经译码电路就可以显示β值。
系统方框如下图所示。
课题三、家庭电话线路防盗器的设计与制作
课题说明:
电话线路被偷窃占线使用的现象时有发生,致使有的电话用户额外增加费用,也常造成用户与电话局之间的纠纷。
设计一种防盗打器,要求电路简单、元件少、成本低、安装容易。
由于现场没有电话线路,也没有电话机,只能用模拟的方式实现。
1、基本要求
(1)当他人盗用你的电话时,发出干扰信号,使盗打电话无法正常通话,红色发光管点亮;
(2)本人使用电话时,绿色发光管点亮,防盗打器无干扰信号。
(3)由于主人可能白天不在家,当盗用者白天盗打电话时,盗打电话发出警示音进行干扰;晚上主人在家,盗打时能够用声光指示电话线路正在被盗打,并发出警示音进行干扰。
(4)自动累计盗打的次数,并用LED显示。
(5)自制系统所需直流电源
2、扩充要求
(1)当有人盗打电话,能使盗打者无法拔号。
能显示电话被盗打的日期与时间。
(2)用LED显示表明电话被盗打过,显示方式是:
显示“88”5秒,停30秒,不断往复,直到人工取消。
3、工作原理及设计思路
电话线路的电压在未被使用和正在使用两种情况下是不一样的。
未被使用时线路两端电压一般为48V左右,电话提机后电压降倒9-12V。
当主机挂机而有人盗打电话时,线路电压低于9-12V,防盗器发出噪声,并使其不能拨号。
下图为电话线路防盗器的组成框图。
电话线路防盗器框图
课题四、走廊路灯控制器的设计与制作
课题说明:
为了节约用电,通常希望安装在公共场所或走廊上的路灯,随环境的亮、暗,有人或无人而自动的关断和开启。
走廊路灯控制器框图
设计要求:
1、基本部分
(1)路灯用多个LED串联代替;并自制系统所用稳压电源。
(2)该控制器具有声音检测和环境亮度检测控制功能,当有(无)人走动,并处于暗(亮)环境下能够自动开(关)灯。
(3)能自动记录“走廊路灯”的开灯次数(用2位数码管显示)。
(4)能累计“路灯”开灯时间(用2位数码管显示)。
2、发挥部分
(1)“路灯”点亮(熄灭)能受环境亮度的控制(如:
环境亮度有“较暗”和“很暗”两挡,当位于“很暗”挡时(完全遮住光电传感器),两路“路灯”将都被点亮;当位于“较暗”挡时(局部遮住光电传感器),仅有一路“路灯”将被点亮。
(4)“路灯”点亮后能延时60秒自动熄灭,直到再次出现走路的声音。
课题五、数字式电容测量仪的设计与制作
课题说明:
框图中的外接电容是定时电路中的一部分。
当外接电容的容量不同时,与定时电路所对应的时间也有所不同,即C=f(t),而时间与脉冲数目成正比,脉冲数目可以通过计数译码获得。
设计要求:
1、基本部分
(1)自制稳压电源、绿色发光管指示接通电源,正常工作。
(2)被测电容的容量在0.01μF至10μF范围内
(3)根据测量范围设置合适的量程转换开关。
(4)用3个数码管显示测量结果,测量误差小于20%。
(5)当电容值超出上述范围时测量仪溢出报警,发出“嘀、嘀”音,红色发光管LED点亮。
(6)当电容短路时测量仪发出500Hz低沉声音,黄色发光管LED点亮。
2、发挥部分
(1)被测电容的容量扩大到1000PF至100μF范围内。
(2)测量误差小于10%。
课题六、粮库多点温度监控系统的设计与制作
课题说明:
在对温度要求较高的地方(比如粮库)需要对测试仓库的各个地方的温度进行监控,超过存储温度则需要报警,提醒管理人员打开换气设备。
本课题是模拟粮库的实际情况,为之设计一个温度监控报警系统。
设计要求:
1、基本部分
(1)主机可监控不少于3个点的温度变化,轮流显示各点情况。
(2)为了模拟粮库的实际情况,可用数显电路代替,当粮库温度在正常范围(≤30℃)时,数显电路会周而复始地按顺序"0-1-2-4-8-0-8-4-2-1"显示数字。
(3)所连接的测温点中只要有任何一个测量点的温度达到高温值(调试时用电烙铁靠近测温元件)时,数显电路按10Hz的速率重复显示“H”,并给出报警信号,当所有点的温度值降低到安全值后,数显电路回到
(2)正常显示,并解除报警。
(4)用两个数码管进行显示,第一位显示测点号,第二位显示测点的工作状态。
(5)自制系统所用直流电源。
2、发挥部分
(1)具有温度传感器失效判断与显示功能。
(2)其他功能,尽量考虑降低成本。
课题七、声控电子锁的设计与制作
课题说明:
声控电子锁是利用掌声的节奏开锁的,代码检测电路是系统的主要部分。
声控电子锁原理框图
假设掌声的节奏产生的序列脉冲为011101100,当中包括了开锁代码1101(代码可由用户另行设定)时,代码检测电路输出开锁信号。
因此,代码检测电路实为“1101序列检测器”。
在此提供设计要点。
设:
X为输入、Y为输出、S为状态,则状态表和状态转换图为:
序列数:
123456789
输入X:
011101100
输出Y:
000001000
状态S:
S0S1S2S2S3S4S2S3S0
分析状态转换图可见,无论X等于0或1,S1和S4的次态均一样,即S1和S4等价,所以可省去S4状态。
然后用Q1Q0对S0、S1、S2、S3进行编码,可以得到状态转换表。
选择触发器,由状态表求得代码为(1101)的检测电路。
QX
0
1
Q1nQ0n
Q1n+1Q0n+1Y
Q1n+1Q0n+1Y
00
000
010
01
000
100
10
110
100
11
000
011
S
Q1Q0
S0
00
S1
01
S2
10
S3
11
设计要求:
1、基本部分
(1)设计一个由掌声的节奏(序列脉冲)控制的电子锁,序列脉冲由4位0、1代码构成(代码可自行设定)。
当掌声产生的序列脉冲包含有自行设定的代码,使电路输出一个高电平(也可以是低电平有效),推动执行机构动作把锁打开。
执行机构可由两个LED模拟,用绿灯亮、红灯灭表示开锁,用绿灯灭、红灯亮表示关锁。
(2)掌声速度应与电路的时钟一致(例如1次/秒),电路中设一个LED指示时钟脉冲变化。
(3)若输入一次开锁信号未将锁打开,可重复三次,否则,启动音响报警电路并自锁。
2、发挥部分:
当锁打开时有机械执行机构动作。
课题八、数字温度计的设计
课题说明:
温度是非电量模拟信号,数字显示温度就必须将这一非电量信号转换成电量(电压或电流),然后将模拟电信号转换成数字信号,最后经译码电路、显示电路显示温度值。
温度传感元件较多,如热敏电阻、热电偶、温敏二极管、温敏三极管等。
比如温敏二极管或三极管在温度发生变化时be结的温度系数为-2mV/°C,利用这个特性可以测出环境温度的变化。
温度升高时,二极管中载流子的浓度按指数曲线升高,be结电流增加,若维持电流不变,则二极管的正向压降将减小,即温度升高,二极管的正向特性曲线将左移。
每增加1℃,正向压降VF大约减小2mV,即具有负的温度系数。
可见二极管的特性对温度很敏感
右图所示为二极管的伏安特性曲线。
但由于在0°C时温敏三极管be结存在的电压vbe不等于零,因此需要设计一个调零电路,使温敏三极管在0°C时的输出为零,使显示器的读数也为零。
当环境温度上升到100°C时,温敏三极管be结的电压增加到-200mV,这时应使电路的输出显示读数为100。
一般只需要调好0°C和满度,输出读数与温度就能对应。
数字温度计的系统框图如下图所示。
数字温度计框图
设计要求:
1、基本部分
(1)设计温度检测电路。
利用二极管的温度特性曲线,将环境温度值转换为对应的电压值,即系统的电压输出与环境温度为线性关系。
(2)被测温度范围0200°C。
当温度超出限定范围时声光报警,持续时间10秒。
(3)自制系统所需要的电源(+12V、-12V、+5V)。
(4)不用A/D转换芯片,采用U/F变换等方法测量,并用LED显示温度值。
可直接读出0199.9°C。
2、其它说明:
实验时验证三个值:
冰瓶0°C、环境温度、100°C沸水。
课题九、小功率数控直流电压源的设计
课题说明:
设计出有一定输出电压范围和功能的数控电源。
其原理示意图如下:
设计要求:
1.基本要求
(1)输出电压:
范围0~+9.9V,步进0.1V,纹波不大于10mV。
(2)输出电流:
500mA。
(3)输出电压值由数码管显示。
(4)由“+”、“-”两键分别控制输出电压步进增减。
(5)为实现上述几部件工作,自制一稳压直流电源,输出±15V,+5V。
数控直流电压源框图
2.发挥部分
(1)输出电压可预置在0~9.9V之间的任意一个值。
(3)扩展输出电压种类(比如三角波等)
课题十、小功率数控电流源的设计
课题说明:
设计并制作数控直流电流源。
输入交流200~240V,50Hz;输出直流电压≤10V。
其原理示意图如下所示。
数控电流源结构框图
设计要求:
1、基本要求
(1)输出电流范围:
200mA~1000mA;
(2)可设置并显示输出电流给定值,要求输出电流与给定值偏差的绝对值≤给定值的1%+10mA;
(3)具有“+”、“-”步进调整功能,步进≤10mA;
(4)改变负载电阻,输出电压在10V以内变化时,要求输出电流变化的绝对值≤输出电流值的1%+10mA;
(5)自制系统控制部分直流电源。
2、发挥部分
(1)输出电流范围为100mA~2000mA,步进5mA;
(2)设计、制作测量并显示输出电流的装置(可同时或交替显示电流的给定值和实测值),测量误差的绝对值≤测量值的0.1%+3个字;
(3)改变负载电阻,输出电压在10V以内变化时,要求输出电流变化的绝对值≤输出电流值的0.1%+1mA;
(4)纹波电流≤20mA(用示波器测量取样电阻上的纹波电压,纹波电流
)
说明:
根据自己能力任选做一个课题。
五、实训安排
专业设计实训安排在模拟电路和数字电路课程结束之后,一般是期未或假期。
时间为一周。
(1)布置任务(约占总学时10%)
由教师给学生布置设计任务,提出具体要求,讲解专业设计实训的方法、思路。
(2)设计(约占总学时30%)
学生根据设计要求,查找各种必要的资料,进行方案选择,并在计算机上用EDA软件设计出各单元电路、整体电路、计算和选择元件,进行虚拟调试,最后打印出原理图和PCB板图,并将设计结果存盘,交教师审查。
(3)安装与调试(约占总学时20%)
用仪器、仪表检测所要使用的电子元器件,精心设计、制作PCB板,按照设计图纸将所设计的电路分级安装、测试和总调。
(4)教师检查、验收(约占总学时20%)
对学生的作品全部按功能要求进行检查,合格评出成绩,不合格的指出问题,使其继续完善。
(5)撰写总结报告、答辩(约占总学时20%)
组织学生撰写设计总结报告、或设计论文,同时各教师抽取部分同学进行答辩。
实训进程安排表
序号
内容
时间(天)
1
选定设计课题,下达设计任务
课外时间
2
教师讲解、分析课题,传授设计的方法、思路。
0.5
3
学生查询资料,进行设计并完成仿真设计,教师审查
1.5
4
学生安装、调测,教师指导
1
5
教师验收、考查
1
6
学生撰写设计总结报告、部分答辩(抽查)
1
合计
5
六、考核内容与成绩评定
1、考核内容
考核内容主要包括:
理论设计能力、组装或焊接调试情况、解决问题的能力、总结报告情况、出勤情况、工作作风和科学态度等。
2、成绩评定
(1)理论设计与总结报告:
包括方案论证、电路工作原理分析、单元电路设计、仿真分析、元器件的选取、总结设计报告、课题说明书。
理论设计与总结报告成绩占总分40%;
(2)安装、调试:
包括元件检测、PCB板制作、安装焊接工艺、调试效果和电路是否正常工作等,占总成绩的30%分;
(3)其他:
出勤情况、工作作风、科学态度及答辩等,占总成绩的20%。
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