电子技术课程设计指导书11.docx
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电子技术课程设计指导书11
电子技术课程设计指导书
中国石油大学（北京）电子信息系
2008年11月
第1章课程设计的目的与要求
1.1课程设计目的····························3
1.2课程设计内容和步骤·························3
1.3报告要求·····························4
1.4考核方式·····························4
第2章课程设计题目
2.1波形发生器····························5
2.2温度监测与控制电路····························6
2.3直流稳压电源的设计（仿真）····················6
2.4电机转速测量显示器························7
2.5电子秤·····························8
2.6数字脉冲周期测量仪（仿真）······················9
2.7可预置的定时显示报警系统（仿真）·················10
2.8简易数字频率计设计·························11
2.94人智力竞赛抢答器························12
2.10汽车尾灯控制电路设计（仿真）···················13
2.11篮球竞赛30秒计时器（仿真）····················14
2.12交通控制器（仿真）·························15
2.13数字式电容测量仪····························16
2.14步进电机控制器的设计（仿真）··················17
附录1电子系统的设计方法····························19
附录2常用电容的基本知识····························24
附录3常用电阻的基本知识····························29
附录4可选用的元器件····························36
第1章课程设计的目的与要求
《电子技术课程设计》，是以数字电子技术、模拟电子技术为理论基础，根据课题任务的具体要求，由学生独立完成方案设计、模拟仿真、硬件组装、实际调试和撰写总结报告等一系列任务，具有较强的综合性，可以大大提高学生运用所学理论知识实际解决问题的能力。
本课程设计任务书包括了数字电子技术和以模拟电子技术两方面的课题，每组同学要分别选做一个题目，按要求完成电路设计、仿真、组装调试，并分别写出相应的课设实验报告.每组两人，每人都要写出自己的课设报告，指导教师将根据学生各个环节的完成情况给出评定成绩。
1.1课程设计目的
（1）掌握数字、模拟电路的一般设计方法，具备初步的电路设计能力。
初步掌握电子电路的计算机辅助设计、仿真方法。
（2）学会借助各种信息资源（包括网络资源、书刊教材手册等）查阅所需资料。
（3）熟悉常用电子器件的类型和特性并学会合理选用。
（4）初步掌握普通电子电路的组装、调试等基本技能。
（5）提高综合运用所学的理论知识去独立分析和解决问题的能力。
（6）进一步熟悉电子仪器的正确使用方法。
（7）学会撰写课程设计总结报告。
（8）培养严谨、认真的科学态度和踏实细致的工作作风。
1.2课程设计内容和步骤
（1）设计
根据所选课题的任务、要求和条件，首先要查阅相关资料，进行总体方案的设计，然后对单元电路进行选择、设计，计算各单元电路的参数和各种元器件的参数值，最后画出总体电路图（原理图），并在计算机上进行仿真。
（2）调试
设计方案经指导教师审查后，学生可进入实验室领取元器件等材料，在实验箱或面包板上组装插接，然后调试电路，排除故障，使之达到设计指标要求，并测量出相应的参数。
（3）撰写总结报告
课设报告是对课设工作的全面总结。
包括对课程设计任务和目的、方案的选择、电路工作原理、调试分析过程等方面详细的叙述。
特别要对课设过程中所遇到的问题、解决的方法、参加课程设计实践的体会和对课程设计的建议等认真总结，写入总结报告。
学生应按规定的格式编写设计报告。
1.3报告要求
（1）课题名称
（2）设计任务和要求
（3）设计方案的选择（多个方案的比较）、系统框图、各单元电路的原理图和它们的工作原理以及计算说明。
元器件的参数、使用方法、引脚等加以说明。
（4）重点总结调试过程中出现的问题、现象及分析故障的原因，并采取解决问题的方法和手段。
整理记录的数据，分析结果。
（5）收获体会、存在问题和进一步的改进意见等。
（6）设计报告统一用A4纸打印。
每人需独立完成一份课设报告书。
总结报告应认真撰写，实事求是，力争写出自己的特点。
抄袭他人的报告按作弊处理。
（7）引用参考书、文献中的图表、数据时，要注明参考书、文献名称、作者、出版日期和页码。
1.4考核方式
课程设计成绩将根据以下几个方面进行评定：
（1）设计方案的正确性与合理性：
10分
（2）仿真：
20分
（3）实际动手能力（安装、调试中分析解决问题的能力，创新精神等）：
30分
（4）课设总结报告：
20分
（5）答辩情况：
20分
共计100分
第2章课程设计题目
本课程设计共提供了14个题目以供选择。
将涉及到模拟、数字、单片机等综合性内容。
希望通过设计过程，使同学们对所学电子技术基础知识有系统及深入的了解和掌握。
2.1波形发生器
本课题要求设计一个正弦波-方波-三角波发生器。
由正弦波发生器（如文氏电桥振荡器）产生正弦波，然后将正弦波送人过零比较器，得到方波，再将方波送入积分电路得到三角波。
设计要求：
1．根据技术指标要求自选方案设计出原理电路图，分析工作原理，选择适当的元器件。
2．利用Protel99SE对所设计电路进行仿真调试。
3．制作PCB电路板图。
4．组装调试所设计的电路，使之达到性能要求。
5．记录实验结果，对所设计的电路进行综合分析。
6．撰写设计报告，写出收获和体会。
提示：
波形发生器电路的参考系统框图
主要技术指标：
频率范围：
100Hz~10KHz；
频率控制方式：
通过改变RC时间常数；
输出电压：
正弦波VPP5V；
方波VPP4V；
三角波VPP3V；
波形特性：
方波上升时间小于2s；
三角波非线性失真小于1%；
正弦波谐波失真小于3%。
元器件的选用可参考附录4
2．2温度监测与控制电路*
要求运用四臂电桥电路、差动集成运放、滞回比较器、继电器等设计温度监测与控制电路。
检测电路中用热敏电阻Rt作为测温元件。
电路能实时监控温度，当温度超过设定值（如60±2˚C）时，能自动停止加热，否则将开始加热。
具有自动指示“加热”与“停止”功能。
（不设计加热电路）
由51单片机控制进行温度采集和LED显示，将温度测量结果显示出来。
*
设计要求：
1．根据技术指标要求自选方案设计出原理电路图，分析工作原理，选择适当的元器件。
2．利用Multisim（或Protel99SE）对所设计电路进行仿真调试。
3．制作PCB电路板图。
4．编写用单片机控制A/D转换和温度显示的程序。
*
5．在面包板上组装调试所设计的温度测量、控制电路。
在单片机实验箱上调试温度显示程序。
*
6．记录实验结果，分析所能实现的温度测量、显示精度。
7．撰写设计报告，写出收获和体会。
元器件的选用可参考附录4
2．3直流稳压电源的设计（仿真）
要求设计一个能输出正负5V的直流稳压电源。
输入电压为交流220V，最大输出电流为IL=500mA，稳压系数Sr≤5%，电网电压波动正负10%。
设计要求：
1．根据技术指标要求自选方案设计出原理电路图，分析工作原理，选择适当的元器件。
2．利用Protel99SE对所设计电路进行仿真调试。
3．制作PCB电路板图。
4．记录实验结果，测量直流稳压电源的稳压系数和内阻。
5．撰写设计报告，写出收获和体会。
提示：
1、设计电路框图如图所示，稳压电路使用集成电路选7805和7905稳压器。
2、测量稳压系数，在负载电流为最大时，分别测得输入交流比220V增大和减小10%的输出ΔVo，并将其中最大一个代入公式计算Sr，当负载不变时，Sr=ΔVoVI/ΔVIVO。
3、测量内阻，在输入交流为220V，分别测得负载电流为0时的ΔVo及负载电流为最大值时的ΔIL，则ro=ΔVO/ΔIL。
2.4电机转速测量显示器
利用开关式霍尔传感器作为转速测量传感器测量电机转速，并用LED数码显示器显示出转速值。
该电机的转速范围为0～999转/分。
设计内容：
1、使用开关式霍尔传感器测量转速；
2、用555定时器构成秒脉冲发生器；
3、用三位数码显示器显示转速；
4、测量误差为±1转。
5、手动清零、手动测量。
设计要求：
1．根据技术指标要求自选方案设计出原理电路图，分析工作原理，选择适当的元器件。
2．利用Multisim和Protel99SE对所设计电路进行仿真调试。
3．制作PCB电路板图。
4．在面包板上组装调试所设计的电路，使之达到性能要求。
5．记录实验结果，对所设计的电路进行综合分析。
6．撰写设计报告，写出收获和体会。
系统框图：
说明：
待测电机和开关式霍尔传感器由实验室提供。
开关式霍尔传感器及电机等由老师提供；电路元器件的选用可参考附录4。
2.5电子秤*
本课程设计的电子秤，运用金属箔式应变传感器构成全桥测量电路，通过精密差动运算放大器放大测量信号。
由51单片机控制A/D转换器把模拟信号转变成数字信号，然后把数字信号送到显示电路中去显示出重量测量值。
设计内容：
1.运用金属箔式应变传感器构成全桥测量电路；常态时应变片阻值为350Ω，电桥电源为±4V;
2.设计精密差动运算放大器，放大倍数为24。
3.分析电路输出电压和标准重量的线性关系，建立具体的数学模型，将电压量纲（V）改为重量纲（g）。
4.*由51单片机控制A/D转换电路和LED显示电路，将转换成数字信号的重量测量结果显示出来。
设计要求：
1．根据技术指标要求自选方案设计出原理电路图，分析工作原理，选择适当的元器件。
建立数学模型，求得电压与重量的线性对应关系。
2．利用Protel99SE对所设计电路进行仿真调试。
3．制作PCB电路板图。
4．在面包板上组装调试所设计的精密差动运算放大电路。
之后，与全桥测量电路及单片机实验箱联调，最终实现重量的测量与显示。
*
5．记录实验结果，对所设计的电路性能（如测量精度等）进行综合分析。
6．撰写设计报告，写出收获和体会。
金属箔式应变传感器由老师提供；电路元器件的选用可参考附录4。
2.6数字式脉冲周期测量仪（仿真）
数字式脉冲周期测量仪可用于测量脉冲周期，由标准的周期为1ms的脉冲信号对被测脉冲进行测量。
其原理图如下。
在测量控制信号作用下被测脉冲经过门控电路生成门控制信号控制主控门，经门控电路后生成一个宽度为被测信号一个周期的脉冲，即为门控信号；此门控信号打开主控门的时间为被测脉冲的一个周期，计数器在主控门打开时记录通过的时标脉冲个数；当主控门关闭时，计数器停止计数，此时显示器上显示的数字是在门控信号打开主控门的时间内通过主控门的时标脉冲数，即为被测脉冲周期时间。
设计指标：
1、两位数字显示，测量脉冲周期范围为1-99ms;
2、测量灵敏度为1V；
3、手动清零，手动测量；
4、测量精度为±1ms。
设计要求：
1．自选方案设计出原理电路图，分析工作原理，选择适当的元器件。
2．利用Multisim对所设计电路进行仿真调试。
3．用Protel99SE画原理图并制作PCB电路板图。
4．记录实验结果，对所设计的电路进行综合分析。
5.撰写设计报告，写出收获和体会。
2.7可预置的定时显示报警系统（仿真）
要求设计一个可预置定时时间的定时显示报警电路。
用户可任意设置定时时间，定时时间一到，电路报警。
设计内容：
1．设计一个可任意预置定时时间（预置时间范围：
1秒~99秒）的显示报警系统。
系统能手动清零。
2．要求电路从预置时间开始倒计时，倒计时至0秒时，电路发出报警。
报警声持续1S。
3．要求显示计时时间。
4．定时时间预置可用拨码开关来实现。
5．555振荡器产生频率为1kHz的脉冲信号，经多级分频产生周期为1s的信号，作为计数器的时钟脉冲。
6．系统清零信号脉冲用开关和基本RS触发器组成的电路产生。
设计要求：
1．自选方案设计出原理电路图，分析工作原理，选择适当的元器件。
2．利用Multisim对所设计电路进行仿真调试。
3．用Protel99SE画原理图并制作PCB电路板图。
4．记录实验结果，对所设计的电路进行综合分析。
5．撰写设计报告，写出收获和体会。
提示：
可预置定时时间的定时显示报警电路参考系统框图
时间预置
计数器
译码器
显示器
控制
分频器
555
报警
2.8简易数字频率计设计
要求设计一个简易的数字频率计，其信号是给定的比较稳定的脉冲信号。
设计内容：
1、测量信号：
方波、正弦波、三角波；
2、测量频率范围:
1Hz~9999Hz;
3、显示方式：
4位十进制数显示;
4、时基电路由555构成的多谐振荡器产生（当标准时间的精度要求较高时，应通过晶体振荡器分频获得）;
5、当被测信号的频率超出测量范围时，报警。
设计要求：
1．自选方案设计出原理电路图，分析工作原理，选择适当的元器件。
2．利用Multisim对所设计电路进行仿真调试。
3．用Protel99SE画原理图并制作PCB电路板图。
4．在面包板上组装调试所设计的电路，使之达到性能要求。
5．记录实验结果，对所设计的电路进行综合分析。
6．撰写设计报告，写出收获和体会。
元器件的选用可参考附录4
2.94人智力竞赛抢答器
本课题要求设计一台可供4名选手参加比赛的智力竞赛抢答器。
设计内容：
1．4名选手编号为：
1、2、3、4。
各有一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号对应，也分别为1、2、3、4。
2．给主持人设置一个控制按钮，用来控制系统的清零（编号显示数码管灭灯）和抢答的开始。
3．抢答器具有数据锁存和显示的功能。
抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，该选手编号立即锁存，并在编号显示器上显示该编号，同时扬声器给出音响提示。
同时封锁输入编码电路，禁止其他选手抢答。
优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。
4．抢答器具有定时（9秒）抢答的功能。
当主持人按下开始按钮后，要求定时器开始倒计时，并用定时显示器显示倒计时时间，同时扬声器发出音响，音响持续0.5秒。
5．参赛选手在设定的时间（9秒）内抢答，抢答有效，扬声器发出音响，音响持续0.5秒。
同时定时器停止倒计时，编号显示器上显示抢答选手的编号，定时显示器上显示剩余抢答时间。
并保持到主持人将系统清零为止。
6．如果定时抢答时间已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效。
系统扬声器报警（音响持续0.5秒），并封锁输入编码电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器显示0。
7．555定时器产生频率为1kHz的脉冲信号，经多级分频产生周期为1s的信号。
作为定时计数器的CP信号。
设计要求：
1．自选方案设计出原理电路图，分析工作原理，选择适当的元器件。
2．利用Multisim对所设计电路进行仿真调试。
3．用Protel99SE画原理图并制作PCB电路板图。
4．在面包板上组装调试所设计的电路，使之能完成抢答器的各项功能。
5．记录实验结果，对所设计的电路进行综合分析。
6．撰写设计报告，写出收获和体会。
提示：
4人定时抢答器电路的参考系统框图
元器件的选用可参考附录4
2.10汽车尾灯控制电路设计（仿真）
本课题要求设计一个汽车尾灯的控制电路。
汽车尾部左右两侧各有3个指示灯（用发光二极管模拟）。
设计内容：
1.能手动测试尾灯的好坏。
2.汽车正常运行时，6个指示灯全灭。
3.汽车右转弯时，右侧3个指示灯按右循环顺序依次点亮。
4.汽车左转弯时，左侧3个指示灯按左循环顺序依次点亮。
5.汽车临时刹车时，所有指示灯同时闪烁。
6.555定时器产生频率为1kHz的脉冲信号，经多级分频产生周期为1s的信号，作为电路的时钟脉冲。
设计要求：
1．自选方案设计出原理电路图，分析工作原理，选择适当的元器件。
2．利用Multisim对所设计电路进行仿真调试。
3．用Protel99SE画原理图并制作PCB电路板图。
4．记录实验结果，对所设计的电路进行综合分析。
5．撰写设计报告，写出收获和体会。
提示：
汽车尾灯的控制电路参考系统框图
显示电路
译码电路
开关控制电路
计数电路
K0
K1
2.11篮球竞赛30秒计时器（仿真）
本课题要求设计一个用于篮球竞赛的30秒计时器。
计时时间一到，电路报警。
设计内容：
1．设计一个30秒计时器显示报警系统。
2．设置外部操作开关，用来控制计时器的直接清零、启动和暂停/连续功能。
3．要求电路启动后开始倒计时，计时间隔为1s，倒计时至0秒时，电路发出光电报警。
报警声持续3S。
4．要求显示计时时间，计时时间到，显示器不能灭灯。
5．555定时器产生频率为1kHz的脉冲信号，经多级分频产生周期为1s的信号，作为计数器的时钟脉冲。
设计要求：
1．自选方案设计出原理电路图，分析工作原理，选择适当的元器件。
2．利用Multisim对所设计电路进行仿真调试。
3．用Protel99SE画原理图并制作PCB电路板图。
4．记录实验结果，对所设计的电路进行综合分析。
5．撰写设计报告，写出收获和体会。
提示：
30秒计时器电路的参考系统框图
译码
显示
计数器
秒脉冲发生器
外部操作开关
控制
电路
报警
电路
2.12交通控制器（仿真）
本课题要求设计一个铁路和公路交叉路口的交通控制器。
该交叉路口的平面位置示意图如下图所示。
A、B是两个栏杆，P1、P2处设置两个压敏传感器，用于检测是否有火车通过路口。
（P1、P2点相距较远，一列火车不会同时压在两个压敏元件上）。
当有火车通过交叉路口时，栏杆放下，禁止车辆和行人通行，当火车通过交叉路口后，栏杆抬起，路口放行。
B
设计内容：
1．当火车由东向西或由西向东通过P1P2段，且当火车的任何部分位于P1P2之间时，栏杆A、B应同时放下，否则A、B同时抬起。
2．路口设置红、绿两色交通灯指示灯。
在栏杆A、B放下时，路口的红色交通灯亮，绿色交通灯灭；当栏杆A、B抬起时，路口的绿色交通灯亮，红色交通灯灭。
3．在栏杆A、B刚抬起或刚放下时，鸣响警铃，要求铃声持续15秒。
设计要求：
1．自选方案设计出原理电路图，分析工作原理，选择适当的元器件。
2．利用Multisim对所设计电路进行仿真调试。
3．记录实验结果，对所设计的电路进行综合分析。
4．撰写设计报告，写出收获和体会。
提示：
栏杆A、B的抬起、放下及交通灯的控制由时序控制电路实现。
X1
其中：
1．输入信号X1、X2由压敏元件发出：
当火车压到压敏元件时，X1（或X2）=1，否则X1（或X2）=0。
2．输出信号Z控制栏杆A、B及交通等的动作：
Z=1时，A、B抬起，红灯亮，绿灯灭；Z=0时，A、B放下，红灯灭，绿灯亮。
3．CP：
控制电路的时钟信号，由555定时器产生，5V，1000Hz。
2.13数字式电容测量仪
本课题要求设计一个数字电容测试仪。
设计内容：
1．设计一个能测量电容范围在0.01µF-100µF之间的电容测试仪。
2．用3个数码管显示。
3．测量精度要求10（准确值以万用表的测量值为准）
设计要求：
1．自选方案设计出原理电路图，分析工作原理，选择适当的元器件。
2．利用Multisim对所设计电路进行仿真调试。
3．用Protel99SE画原理图并制作PCB电路板图。
4．在面包板上组装调试所设计的电路，使之达到性能要求。
5．记录实验结果，对所设计的电路进行综合分析。
6．撰写设计报告，写出收获和体会。
提示：
利用555定时器将电容的大小转换成与之相对应的脉冲数，测量脉冲数目并进行译码，用数码管显示结果。
数字式电容测试仪参考系统框图如下：
元器件的选用可参考附录4
2.14步进电机控制器的设计（仿真）
要求设计一个步进电机脉冲分配控制器。
步进电机主要由转子和定子组成，定子上绕制了A、B、C三相线圈。
当三相定子绕组轮流接通驱动脉冲时，产生磁场吸引转子转动，每次转动的角度称为步距。
根据三相绕组所加脉冲的方式不同而产生不同的步距，其中三相三拍方式的步距为3°，三相六拍方式为1.5°。
根据不同的信号频率形成不同的转速。
由三相脉冲加入的不同相序形成正转或反转。
步进电机控制系统示意图
步进电机几个工作方式和对应的脉冲序列：
设计要求和技术指标：
1、设计能实现三相三拍和三相六拍两种控制的步进电机控制器，要求能使步进电机实现正转和反转。
2、步进电机运行步数能够预置，每转一步自动减1，直到减到零，此时步进电机应能停止运转。
3、设计时钟脉冲电路，时钟脉冲频率范围为：
10～1000Hz，连续调节。
设计要求：
1．自选方案设计出原理电路图，分析工作原理，选择适当的元器件。
2．利用Multisim对所设计电路进行仿真调试。
3．记录实验结果，对所设计的电路进行综合分析。
4．撰写设计报告，写出收获和体会。
附录1电子电路的设计方法
一、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。
1、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。
2、设计方案选择
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。
设计方案选择的重要任务是根据掌握的知识和资料，针对系统提出的任务、要求和条件，完成系统的功能设计。
在这个过程中要敢于探索，勇于创新，力争做到设计方案合理、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，最后是设计出一个完整的框图。
框图必须正确反映系统应完成的任务和各组成部分的功能，清楚表示系统的基本组成和相互关系。
[1]单元电
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