第一篇 电子技术基础课程设计的基础.docx
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第一篇电子技术基础课程设计的基础
第一篇电子技术基础课程设计的基础知识
电子技术基础课程设计包括选择课题、电子电路设计、组装、调试和总结报告等教学环节。
本篇介绍
课程设计的有关知识。
1-1电子电路的设计方法
在设计一个电子电路系统时,首先必须明确系统的设计任务,根据任务进行方案选择,然后对方案中
的各部分进行单元电路的设计、参数计算和器件选择,最后将各部分连接在一起,画出一个符合设计要求
的完整的系统电路图。
一、明确系统的设计任务要求
对系统的设计任务进行具体分析,充分了解系统的性能、指标、内容及要求,以便明确系统应完成的
任务。
二、方案选择
这一步的工作要求是把系统要完成的任务分配给若干个单元电路,并画出一个能表示各单元功能的整
机原理框图。
方案选择的重要任务是根据掌握的知识资料,针对系统提出的任务、要求和条件完成系统功能设计。
在这个过程中要敢于探索,勇于创新,争取方案的设计合理、可靠、经济、功能齐全、技术先进。
并且对方案要不断进行可行性和优缺点的分析,最后设计一个完整框图。
框图应能正确反映系统应完成的任务和各个组成部分的功能,能清楚表示系统的基本组成和相互关系。
三、单元电路的设计、参数计算和器件选择
根据系统的指标和功能框图,明确各部分任务,进行名,单元电路的设计,参数计算和器件选择。
1、单元电路的设计
单元电路是整机的一部分,只有把各单元电路设计好才能提高整体设计水平。
每个单元电路设计前都需明确本单元电路的任务,详细拟定出单元电路的性能指标,与前后级的关系,分析电路的组成形式。
具体设计时,可以模仿成熟的先进的电路,可以进行创新或改进,但都必须保证性能要求。
而且,不仅单元电路本身要求设计合理,各单元电路间也要互相配合,注意各部分的输入信号、输出信号和控制信号的关系。
2、参数计算
为保证单元电路达到功能指标要求就需要用电子技术知识对参数进行计算,例如放大电路中各电阻值、放大倍数;振荡器中电阻、电容、振荡频率等参数。
只有很好约理解电路工作原理,正确利用计算公式,计算的参数才能满足设计要求。
参数计算时,同一个电路可能有几组数据,注意选择一组能完成电路设计功能、在实践中能真正可行。
计算电路参数时应注意下列问题:
(1)元器件的工作电流、电压、频率和功耗等参数应能满足电路指标的要求。
(2)元器件的极限参数必须留有足够裕量,———般应大于额定值的1.5倍。
(3)电阻和电容的参数应选计算值附近的标称值。
3、器件选择
(1)阻容元件的选择电阻和电容种类很多,正确选择电阻和电容是很重要的。
不同的电路对电阻和
电容性能要求也不同,有些电路对电容的漏电要求很严,还有些电路对电阻、电容的性能和容量要求很高,例如滤波电路中常用大容量(100—3000uF)铝电解电容;为滤掉高频通常还需并联小容量(0.01~0.1uF)瓷片电容。
设计时要根据电路的要求选择性能和参数合适的阻容元件,并要注意功耗、容量、频率和耐压范围是否满足要求。
(2)分立元件的选择分立元件包括二极管、晶体三极管、场效应管、光电二(三)极管、晶闸管等。
根据其用途分别进行选择。
选择的器件种类不同,注意事项也不同。
例如选择晶体三极管时,首先注意是NPN型还是PNP型管,是高频管还是低频管,是大功率管还是小功率管,并注意管子的参数是否满足电路的设计要求。
(3)集成电路的选择由于集成电路可以实观很多单元电路甚至整机电路的功能,所以选用集成电路设计单元电路和总体电路既方便又灵活:
它不仅使系统体积缩小,而且性能可靠,便于调试及运用,在设计电路时颇受欢迎。
集成电路有模拟集成电路和数字集成电路。
国内外已生产出大量集成电路,器件的型号、原理、功能、特性可查阅有关手册或者在网站上查找,一般元件资料以PDF的格式保存:
需要安装adobecrobatreader
软件查看。
以下是国内常用电子网站的网址:
选择的集成电路不仅要在功能和特性实现设计方案,而且要满足功耗、电压、速度、价格等多方面要求。
四、电路图的绘制
为详细表示设计的整机电路及各单元电路的连接关系,设计时需绘制完整电路图。
电路图通常是在系统框图、单元电路设计,参数计算和器件选择的基础上绘制的,它是组装维修的依据。
绘制电路图时要注意以下几点:
(1)布局合理、排列均匀、图面清晰、便于看图、有利于对图的理解和阅读。
有时一个总电路由几部分组成,绘图时应尽量把总电路画在一张图纸上。
如果电路比较复杂,需要绘制几张图;则应把主电路画在同一张图纸上,而把一些比较独立或次要的部分画在另外的图纸上,并在图的断口两端做上标记。
标出信号从一张图到另一张图的引出点相引入点:
以此说明各图纸在电路连线之间
的关系。
(电路图的分层结构,便于系统资源重复利用,详细情况请参阅protel99se里面的示例)
有时为了强调并便于看清各单元电路的功能关系,每一个功能单元电路的元件应集中布置在一起,并尽可能按工作顺序排列。
(2)注意信号的流向,一般从输入端或信号源画起,由左至右或由上至下按信号的流向依次画出各单元电路,而反馈通路的信号流向则与此相反。
(3)图形符号要标准,图中应加适当的标注。
图形符号表示器件的项目或概念。
电路图中的中、大规模集成电路器件,一般用方框表示,在方框中标出它的型号,在方框的边线两侧标出每根线功能名称和管
脚号。
除中、大规模器件外,其余元器件符号应当标准化。
(4)连接线应为直线。
并且交叉和折弯应最少。
通常连接线可以水平布置或垂直布置,一般不画斜线。
互相连通的交叉线,应在交叉处用圆点表示。
根据需要,可以在连接线上加注信号名或其他标记,表示其功能或其去向。
有的连线可用符号表示,例如器件的电源一般标电源电压的数值,地线用符号表示时注意区分数字地和模拟地。
设计的电路是否能满足设计要求,还必须通过组装、调试进行验证。
1-2电子电路的组装,调试与总结
电子电路设计好后,便可进行组装、调试、最后对课题内容进行全面总结。
一、电子电路的组装
电子技术基础课程设计中组装电路通常采用焊接和在面包板上插接两种形式。
焊接组装可提高学生焊接技术,但器件可重复利用率低。
在面包板上元器件用插接方式组装电路便于调试,可提高器件重复利用率。
下面介绍在面包板上用插接方式组装电路的方法。
1、集成电路的装插
插接集成电路时首先应认清方向,不要倒插,所有集成电路的插入方向要保持,注意管脚不能弯
2、元器件的位置
根据电路图的各部分功能确定元器件在面包板的位置,并按信号的流向将元器件顺序地连接,以易于调试。
3、导线的选用和连接
导线直径应和面包板插孔直径相一致;过粗会损坏插孔,过细则与插孔接触不良。
为检查电路的方便、根据不同用途,导线可以选用不同的颜色,一般习惯是正电源用红线,负电源用蓝线,地线用黑线,信号线用其他颜色的线等。
连接用的导线要求紧贴在面包板上,避免接触不良。
连线不允许跨接在集成电路上,一般从集成电路周围通过,尽量做到横平竖直,这样便于查线和更换器件。
组装电路时注意,电路之间要共地。
正确的组装方法和合理的布局,不仅使电路整齐美观,而且能提高电路工作的可靠性,便于检查和排除故障。
二、电子电路的调试
通常有以下两种调试电路的方法:
第一种是采用边安装边调试的办法。
把一个总电路按框图上的功能分成若干单元电路分别进行安装和调试,在完成各单元电路调试的基础上逐步扩大安装和调试的范围,最后完成整机调试。
对于新设计的电路,此方法既便于调试,又可以及时发观和解决问题。
该方法适于课程设计中采用。
第二种方法是整个电路安装完毕,实行一次性调试,这种方法适于定型产品。
调试时应注意做好调试记录:
准确记录电路各部分的测试数据和波形,以便于分析和运行时参考。
一般调试步骤如下
1、通电前检查
电路安装完毕,首先直观检查电路各部分接线是否正确,地线,电源,信号线,元件间有无短路,器件有无接错。
2、通电检查
接入电路所要求的电源电压,观察电路中各部分器件有无异常现象。
如果出观异常现象,则应立即关断电源,待排除故障后方可重新通电。
3、单元电路调试
在调试单元电路时应明确本部分的调试要求,按调试要求测试性能指标和观察波形。
调试顺序按信号的流向进行,这样可以把前面调试过的输出信号作为后一级的输入信号,为最后整机联调创造条件。
电
路调试包括静态和动态调试,通过调试掌握必要的数据、波形、观象,然后对电路进行分析、判断、排除
故障,完成调试要求。
4、整机联调
各单元电路调试完成后就为整机调试打下了基础。
整机联调时应观察各单元电路连接后各级之间的信号关系,主要观察动态结果,检查电路的性能和参数,分析测量的数据和波形是否符合设计要求,对发现的故障和问题及时采取处理措施。
电路故障的排除可以按下述8种方法进行:
信号寻迹法寻找电路故障时,一般可以按信号的流程逐级进行。
从电路的输入端加入适当的信号,用示波器或电压表等仪器逐级检查信号在电路内各部分传输的情况,根据电路的工作原理分析电路的功能是否正常,如果有问题,应及时处理。
调试电路时也可从输出级向输入级倒推进行,信号从最后一级电路的输入端加入,观察输出端是否正常,然后逐级将适当信号加入前面—级电路输入端,继续进行检查。
这里所指的适当信号是指频率、电压幅值等参数应满足电路要求,这样才能便调试顺利进行。
对分法把有故障的电路分为两部分,先检测这两部分中究竟是哪部分有故障,然后再对有故障的部分对分检测,一直到找出故障为止。
采用对分法。
可减少调试工作量。
分割测试法对于一些有反馈的环形电路,如振荡器、稳压器等电路。
它们各级的工作情况互相有牵连,这时可采取分割环路的方法,将反馈环去掉,然后逐级检查,可更快地查出故障部分。
对自激振荡现象也可以用此法检查。
电容器旁路法如遇电路发生自激振荡或寄生调幅等故障,检测时可用一只容量较大的电容器并联到故障电路的输入或输出端,观察对故障现象的影响,据此分析故障的部位。
在放大电路中,旁路电容失效或开路,使负反馈加强,输出量下降,此时用适当的电容并联在旁路电容两端,就可以看到输出幅度恢复正常,也就可断定旁路电容的问题。
这种检查可能要多处实验才有结果,这时要细心分析可能引起故障的原因。
这种方法也用来检查电源滤波和去耦电路的故障。
对比法将有问题的电路的状态、参数与相同的正常电路进行逐项对比。
此方法可以较快地从异常的参数中分析出故障。
替代法把已调试好的单元电路代替有故障或有疑问的相同的单元电路(注意共地),这样可以很快判断故障部位。
有时元器件的故障不很明显;如电容漏电、电阻变质、晶体管和集成电路性能下降等,这时用相同规格的优质元器逐一替代实验,就可以具体地判断故障点,加快查找故障点的速度,提高调试效率。
静态测试法故障部位找到后,要确定是哪—个或哪几个元件有问题,最常用的就是静态测试法和动态测试法。
静态测试是用万用表测试电阻值、电容漏电、电路是否断路或短路,晶体管和集成电路的各引脚电压是否正常等。
这种测试是在电路不加信号时进行,所以叫静态测试。
通过这种测试可发现元器件的故障。
动态测试法当静态测试还不能发现故障原因时;可以采用动态测试法。
测试时在电路输入端加上适当的信号再测试元器件的工作情况,观察电路的工作状况,分析、判别故障原因。
组装电路要认真细心,要有严谨的科学作风。
安装电路要注意布局合理。
调试电路要注意正确使用测量仪器,系统各部分要”共地”,调试过程中不断跟踪和记录观察的观象、测量的数据和波形。
通过组装调试电路,发现问题、解决问题,提高设计水平,满地完成设计任务。
三、课程设计总结报告
课程设计的总结报告是对学生写科学论文和科研总结报告的能力训练。
通过写报告:
不仅把设计、组装、调试的内容进行全面总结,而且把实践内容上升到理论高度。
总结报告应包括以下几点:
(1)课题名称。
(2)内容摘要。
(约150字)关键词(3~5个)
(3)设计内容及要求。
(4)简单论述关于本次设计课题牵涉的技术的过去
(5)比较选定设计的系统方案,画出系统框图。
(6)单元电路设计、参数计算和器件选择。
(7)画出完整的电路图,并说明电路的工作原理。
(8)组装调试的内容。
包括:
使用的主要仪器和仪表。
调试电路的方法和技巧。
测试的数据和波形并与计算结果比较分析。
调试中出现的故障、原因及排除方法。
(9)总结设计电路的特点和方案的优缺点,指出课题的核心及实用价值,提出改进意见和展望。
(10)列出系统需要的元器件。
(11)列出参考文献。
(12)收获、体会。
第二篇基础课程设计题目选
一、设计并制作一数字式温度计
〖基本要求〗采用电桥法,利用PT~100热电阻对0~200℃测温范围进行测量并送LED数码管显示,要求测量分辨率为0.1℃,数据测量间隔时间为5秒。
〖提高要求〗1)针对不同的铂热电阻讨论不同的温度信号测量办法
2)利用电路对测温电路进行非线性校正,提高测温精度(电路非线性校正和EPROM查表法非线性校正两种方法)
3)讨论误差的形成因素和减少误差的措施
4)进行简单的温度开关控制
〖参考原理框图〗系统参考原理框图如下:
显示电路
A/D转换
放大电路
电桥电路
时钟电路
供电电路
〖主要参考元器件〗
MCl4433
(1),LM324
(1),七段数码管(4),CD4511
(1),MC1413
(1),铂热电阻使用普通精密电位器代替。
二、有源滤波系统
〖基本要求〗:
1)设计二阶有源低通滤波器。
要求截止频率为1000赫兹,电压放大倍数为15,品质因素为0.707
2)设计二阶有源高通滤波器。
要求截止频率为100Hz,电压放大倍数为10,品质因素为0.707
2)设计二阶有源带通滤波器。
要求中心频率为1000Hz
〖提高要求〗:
〖参考原理、框图〗
〖主要参考元器件〗LM324
三、十二小时电子钟
〖基本要求〗利用基本数字电路制作小时电子钟,要求显示时分秒;并能实现校时和校分的功能。
〖提高要求〗1)针对影响电子钟走时精度的因素提出改进方案
2)增加日期显示
3)实现倒计时功能
4)整点报时(非语音报时)
5)定时功能
〖参考原理框图〗:
显示电路
译码电路
24进制时计数器
时校
60进制分计数器
译码电路
显示电路
分校
60进制秒计数器
译码电路
显示电路
秒校
分频器
晶体振荡器
单次或连续的脉冲
〖主要参考元器件〗:
CD4060,74LS74,74LS161,74LS248
四、电平感觉检测仪
〖基本要求〗:
采用光电式摇晃传感器,其检测范围为±90℃,每摇晃一度传感器就输出一个脉冲信号给计数单元,在给定时间内测量到的脉冲数目就能表明该人的电平感觉,测试时采用头戴式传感器、闭上双目,单脚立地:
保持静止,开始测试。
定时时间为1分钟
〖提高要求〗
〖参考原理、框图〗:
〖主要参考元器件〗CD4060,555,74LS74
五、便携式快速心律计
基本要求〗利用数字电路制作一便携式快速心律计,用于在较短时间内测量脉搏跳动速率:
并使用LED显示。
〖提高要求〗1)提高测量精度的方法
2)设计能比较准确测量1S内心跳的电路
〖参考原理框图〗
计数译码显示电路
控制电路
倍频器
放大与整形
传感器
基准时间产生电路
〖主要参考元器件〗CD4060,4528,4518;4511,14526
六、数字式定时开关
〖基本要求〗设计并制作一数字式定时开关,此开关采用BCD拨盘预置开关时间,其最大定时时间为9秒,计数时采用倒计时的方式并通过一位LED数码管显示。
此开关预置时间以后通过另一按钮控
制并进行倒计时,当时间显示为0时,开关发出开关信号,输出端呈现高电平,开关处于开态,再按按钮时,倒计时又开始。
计时时间到驱动扬声器报警。
〖提高要求〗l)输出部分加远距离(100m)继电器进行控制
2)延长定时时间
3)探讨提高定时精度的方法
〖参考原理框图〗
译码显示
计时器
秒脉冲发生器
控制电路
报警电路
外部操作开关
〖主要参考元器〗:
CC4511,CC14522,CD4060
七、透明度报警器
〖基本要求〗:
通过判断收到的被动光强的变化判断透明度;当透明度变化时报警
〖提高要求〗
〖参考原理、框图〗利用光强度伺服环路实现发光二极管发射的光线稳定均匀,光敏三极管接收到的信号通过电流电压变换、积分器处理,送入比较器、与设定信息进行比较
〖主要参考元器件〗LM324
八、八路抢答器
〖基本要求〗利用数字电路设计一八路抢答器,要求允许八路参加,并具有锁定功能,用LED实现最先抢答的队号码,系统设置外部清除键,按动清除键,LED显示器自动清零灭灯。
〖提高要求〗1)按钮到控制中心距离为20M
2)数字显示功能:
数字抢答器定时为30S,启动开启键以后要求Ⅰ)定时开始;Ⅱ)扬声器要短暂报警;Ⅲ)发光二极管亮灯;如果在30S内抢答有效,计时结束,30S内抢答无效,系统短暂报警,发光二极管灯灭
3)计分显示,可以进行加/减分
〖参考原理框图〗
译码显示
数据锁存器
8线-3线优先编码器
门控电路
开关电路
按键输入
〖主要参考元器〗74LS148,74LS48,74LS279
九、篮球竞赛30S计时器
〖基本要求〗
1)具有显示30S计时功能
2)设置外部操作开关,控制计数器的直接清零,启动和暂停/连续功能
3)在直接清零时,要求数码显示器灭灯
4)计时器为30S递减计时,计时间隔为1S
5)计时器递减计时到零时,数码显示器不能灭灯,同时发出光电报警信号
〖提高要求〗
〖参考原理框图〗
〖主要参考元器〗:
NE555
(1),74ls161
(1),74LSl92
(2)
十、峰值检波系统
〖基本要求〗设计一峰值检波系统测量某建筑物的最大承受力。
设计要求及技术指标如下:
器的输出信号为0~5mV(400Kg/mV)
2)测量值用数字显示,显示范围为0000~1999
3)峰值电压保持稳定
〖提高要求〗1)传感器的输出信号分为4档:
1~10V,10~100V,100V~1Mv,要求能
够自动切换量程
〖参考原理框图〗
译码显示
A/D转换
采样/保持
放大器
数字锁存电路
采样保持控制电路
传感器
〖主要参考元器件〗
uA74l、集成采样/保持器LF398,74LS121,MC1403,MC14433,CC4511,MC1413,LED数码管
十一、交通灯控制器
〖基本要求〗:
用数字电路实现下面功能
南北向绿灯亮,东西向红灯亮30S
南北向黄灯亮,东西向红灯亮6S
南北向红灯亮,东西向绿灯亮30S
南北向红灯亮,东西向绿灯亮6S
〖提高要求〗
1)要求显示剩余时间
2)增加拐弯时序
3)增加自动夜间开关功能,黄灯亮(使用光敏三极管)
4)增加手动功能,方便盲人通过
〖参考原理框图〗
〖主要参考元器件〗:
74LS74,74LS00,74LS168,74LS248,74LS164,74LS08
十二、可编程函数发生器
〖基本要求〗
1)用开关输入8位二进制数,要求输出50Hz~1KHz的方波
2)要求使用D/A转换方式
3)要求频率按照由小到大自动变化
〖参考原理框图〗
波形发生电路
压控方波发生器
D/A转换
00~FFH
其他波形
方波输出
〖主要参考元器〗DAC0832,LM741,9013
十三、V/F转换式温度计
〖基本要求〗
1)V/F计数方式
2)测量范围为0~100摄氏度
3)采用热敏晶体管
〖提高要求〗
1)数字化显示
2)提高测量精度的方法
3)改用廉价的555方式
〖参考原理框图〗:
放大
V/F转换
热敏晶体管
输出
调零调满
在温度发生变化时,热敏晶体管的b-e结正向压降温度系数为:
-2mV/℃,因为在0℃存在一个基本电压所以需要一个调零电路。
〖主要参考元器〗LM741,LM331
十四、远距离数据测量
〖基本要求〗采用PT-100进行温度测量,测温范围为0~200℃,数据现场离控制室有50m,要求在控制室进行温度测量值的数字显示,采用有线方式传送。
〖提高要求〗:
1)对现场的开关进行控制,如果温度低于100℃,开关闭合,反之,断开
2)设计采用无线方式延长探测距离的方案
〖参考原理框图〗
V/F转换
放大滤波
温度信号
F/V转换
A/D转换
显示
〖主要参考元器〗LM741:
LM331,ICL7107
十五、简易电子琴
〖基本要求〗产生e调8个音阶的振荡频率,它分别由1、2、3、4、5、6、7、0号数字键控制。
其频率分别为:
1:
261.6、2:
293.6、3:
329.6、4:
349.2、5:
392.0、6:
440.0、7:
439.9、0:
523
〖提高要求〗1)循环播放,每个1S
2)利用集成功放放大该信号,驱动扬声器
3)设计一声调调节电路,改变生成声音的频率
〖参考原理框图〗
RC环形多谐振荡
3-8线译码器
8-3线编码器
按键
声音输出
声音
〖主要参考元器〗74LS148,74LS138,74S04,74LS00,LM386
十六、数字式电容测试仪
〖基本要求〗1)设计一个能测量电容容量在100pF~100uF之间的测试仪
2)用3位数码管显示
3)多测量量程
〖提高要求〗1)超量程判断及显示
2)击穿电容测试保护
〖参考原理框图〗
数码显示器
译码器
计数器
RC振荡电路
微分电路
单稳电路
电容
〖主要参考元器〗
CC40106,LM324,CC4518,CC4049,74LS14,74LS74
十七、带报警器的密码电子锁和门铃电路
〖基本要求〗1)按钮分别为1,2...9个按钮
2)用发光二极管作为输出指示灯
3)设计门铃电路,按动门铃按钮,发生500Hz的频率信号,并可使编码电路清零,同时可解除报警。
〖提高要求〗1)将指示灯换成继电器进行控制。
2)密码顺序不对或密码有误时系统主动复位,当开锁时间超过5Min时,则蜂鸣器发出1KHz的信号报警。
〖参考原理框图〗
开锁控制电路
编码电路
编码按键
门铃按钮
控制电路
报警电路
门铃电路
〖主要参考元器〗:
CC4017,NE555,9013,8050,IN4148
十八、多路数据采集系统
〖基本要求〗1)实现4路温度信号的采集
2)温度范围为0~20℃,采用PT-100电阻
3)采用31/2AD转换器;LED数码管显示
〖提高要求〗1)系统的输入为差动输入
2)讨论非线性校正约方法
3)讨论提高测试精度的方法
4)讨论多路开关对测试的影响
〖参考原理框图〗
多路开关
前置放大
传感器电路
显示电路
A/D转换
前置放大
传感器电路
前置放大
传感器电路
前置放大
传感器电路
〖主要参考元器件〗
CD4051,LM324,ICL7107
十九、家用电风扇控制逻辑电路设计
〖基本要求〗1)实现风速的强、中、弱控制(—个按钮控制,循环):
2)实现睡眠风、自然风。
正常风三种风态(—个按钮控制,循环)
3)LED显示状态
〖提高要求〗1)按键提示音
2)定
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