电子线路设计与制作实训方案1231.docx

1、电子线路设计与制作实训方案1231电子设计与制作实训-课程设计2013年3月物电学院 陶昌目录一 课程实训目的和要求： 4二 步骤与安排： 5三 教学内容 71 电子电路设计方法 72放大电路的一般设计 83 集成运算放大器应用电路的设计 94 直流稳压电源的设计 105 数字电子系统设计 106 组合逻辑电路的设计方法 117 时序逻辑电路的设计方法 118电子电路安装、调试方法 11四 设计题目（可选） 14题一彩灯控制器（一） 14题二方向指示控制器 14题三整点报时数字钟 16题四：医院病人紧急呼叫系统 16题五十字路口自动红绿灯指挥系统 17题六 竞赛抢答器 18题七 冰箱全自动保护

2、器 18题八节能型公共走道灯 19题九温度控制器 20题十稳压管稳压值分档筛选器 21题十一 数字频率计 21题十二非接触式红外数显转速表 22题十三数字式电容测量仪 22题十四具有大小月份自动调节功能的数字钟 23题十五 多用信号发生器 24一 课程实训目的和要求：目的：电子电路课程设计是建立在已学的模拟电子技术和数字电子技术课程以后，综合运用这两门课程所学的理论知识，实际的进行一次课题的设计、安装和调试，其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。课程设计和平时作业题是有区别的，作业题是为了加深对课堂所讲知识的理解，它内容较窄、训

3、练第一，且是经过抽象加工后给出的理想化的条件，因而有唯一答案，而课程设计是实际的电路装置，它涉及的知识面广，需要综合运用所学的知识，它一般没有固定的答案、需要从实际出发、通过调查研究，查寻资料、方案比较及设计、计算等环节，才能得到一个较理想的设计方案，更重要的是，它不光是停留在理论设计和书面答案上，而要做出符合设计要求的实际电路。所以说，课程设计是一门知识的应用、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。2初步掌握一般电子电路设计的方法，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

4、独立思考、查找工具书、参考文献、寻求正确答案；对实验中碰到的一些问题，能通过观察、分析、判断、改正、再实验、再分析等基本方法去解决。4通过课程设计这一教学环节，树立严肃认真，文明仔细，实事求是的科学作用，树立生产观点，经济观点和全局观点。要求：1要独立完成设计任务，通过课程设计，锻炼自己综合运用所学知识的能力，并初步掌握电子技术设计的方法和步骤，而不是照抄照搬，寻找现成的设计方案。2熟悉电子线路CAD中Multisim10、AD9、PSPICE软件的使用方法。3学会查阅资料和手册，学会选用各种电子元器件。4掌握常用的电子仪器仪表使用，如直流稳压电源、直流电压、电流表、信号源、示波器等。5学会掌

5、握安装电子线路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能够写出完整的课程设计总结报告。二 步骤与安排：一、电子电路课程设计的步骤(一)方案设计1拟定系统方案框图画出系统框图中每框的名称、信号的流向，各框图间的接口。2方案的分析和比较所拟的方案可以有多种，因此要对这些方案进行分析和比较。比较方案的标准有三：一是技术指标的比较，哪一种方案完成的技术指标最完善的；二是电路简易的比较，哪一种方案在完成技术指标的条件下，最简单、容易实现；三是经济指标的比较，在完成上指标的情况下，选择价格低廉的方案。经过比较后确定一个最佳方案。(二)单元电路的设计和计算对每一个功能框图进行设计和计算；1选

6、择电路的结构和型式；2组成电路的中心元件的选择；3电路元件的计算、选择如电阻元件、计算出电容的容量，然后根据标称值选定电容的容量和耐压。4核算所设计的电路是否满足要求。5画出单元电路的原理电路图。(三)总体设计1把各个单元电路联接起来，注意各单元电路的接口、耦合等情况。画出完整的电气原理图。2列出所需用元件明细表以上步骤采用计算机设计和仿真，利用EDA软件Multisim10、AD9、PSPICE对所需设计的电路进行设计和调试。(四)安装和调试（待定）在安装之前，最好能对各个元件的质量进行测试和检验，以减少调试中的故障。在安装过程中，尽量注意安装的技术规范化和避免损坏元件。然后是调试，包括单元

7、电路的性能调试和整个电路的技术指标测试。在调试过程中，要善于发现问题，并找出解决办法，从中摸索出调试的一般方法和规律，总结出有用的实践经验。(五)总结报告课程设计总结报告，包括对课程设计中产生的各种图表和资料进行汇总，以及对设计过程的全面系统总结，把实践经验上升到理论的高度。总结报告中，通常应有以下内容：(1)设计任务和技术指标；(2)对各种设计方案的论证和电路工作原理的介绍；(3)各单元电路的设计和文件参数的计算；(4)电路原理图和接线图，并列出元件名细表；(5)实际电路的性能指标测试结果，画出必要的表格和曲线；(6)安装和调试过程中出现的各种问题、分析和解决办法；(7)说明本设计的特点和存

8、在的问题，提出改进设计的意见；(8)本次课程设计的收获和体会。二、时间安排电路课程设计时间安排：9-10周理论，13-18每周完成一个实训项目。 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，讲解课程设计的方法、思路。2设计(约占总学时50%-80%)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Multisim10、AD9、PSPICE软件设计出各单元电路、整体电路、计算和选择元件参加，进行虚拟调试，最后打印出原理图和接线图，并将设计结果存盘。3安装调试(软件仿真，此部分内容不进行)(约占总学时30%)在实验室将所设计的电路安装、调试。（待定）4总

9、结报告(约占总学时10%) 三 教学内容1 电子电路设计方法1 概 述一、典型模拟电子系统的组成模拟电子系统又叫模拟电子装置，它是由一些基本功能的模拟电路单元组成而成的。通常人们所用到的扩音机、收录机、温度控制器、电子交流毫伏表、电子示波器等，都是一些典型的模拟电子装置。尽管它们各有不同的结构原理和应用功能，但就其结构部分而言，都是由一些基本功能的模拟电路单元有机组成的一个整体。 一般情况下，一个典型的模拟电子电路系统，都是由图2-1所示的几个功能框图构成。系统的输入部分一般有两种情况：一是非电模拟物理量(如温度、压力、位移、固体形变、流量等)通过传感器和检测电路变换成模拟电信号作为输入信号；

10、二是直接由信号源(直流信号源或波形产生器作为交变电源)输入模拟电压或电流信号。系统的中间部分大多是信号的放大、处理、传送和变换等模拟单元电路，使其输出满足驱动负载的要求。系统的输出部分为执行机构(执行元件)，通称之为负载。它的主要功能是把输入符合要求的信号变换成其它形式的能量，以实现人们所期望的结果。比如扬声器发声、继电器、电动机动作、示波管显示等。系统的供电部分供出各种电子单元电路的直流电流和作信号变换处理有的一定频率一定幅值的交流电源(信号源)。由于系统的输入部分和输出部分涉及其它的学科内容，这部分的理论知识只要求“拿来我用”即可，不作重点研究。我们的重点则放在信号的放大、传送、变换、处理

11、等中间部分的设计，另外为保证系统中间部分正常工作，供电电源的设计也是我们要讨论的内容。综上所述，模拟电子系统的设计，所包含的主要内容如下：(一)模拟信号的检测、变换及放大电路(二)波形的产生、变换及驱动电路系统(三)模拟信号的运算及组合模拟运算系统(四)直流稳压电源系统(五)不同功率的可控整流和逆变系统等二、模拟电路设计的主要任务和基本方法模拟电路知识告诉我们，任务复杂的电路，都是由简单的电路组合而成的，电信号的放大和变换也是由一些基本功能电路来完成的，所以要设计一个复杂的模拟电路可以分解成若干具有基本功能的电路，如：放大器、振荡器、整流滤波稳压器，及各种波形变换器电路等等，然后分别对这些单元

12、电路进行设计，使一个复杂任务变成简单任务，利用我们学过的知识即可完成。在各种基本功能电路中，放大器应用的最普遍，也是最基本的电路形式，所以掌握放大器的设计方法是模拟电路设计的基础。另外，由于单级放大器性能往往不能满足实际需要，因此在许多模拟系统中，采用多级放大电路，显然，多级放大电路是模拟电路中的关键部分，它又具有典型性，是课程设计经常要研究的内容。随着生产、工艺水平的提高，线性集成电路和各种具有专用功能的新型元器件迅速发展起来，它给电路设计工作带来了很大的变革，许多电路系统已渐渐由线性集成块直接组装而成，因此，必须十分熟悉各种集成电路的性能和指标，注意新型器件的开发和利用，任借基本的公式和理

13、论，以及工程实践经验，适当的选取集成元件，经过联机调试，即可完成系统设计。由于分立元件的电路目前还在大量使用，而且分立元件的设计方法比较容易为初学设计者所掌握，有助于学生熟悉各种电子器件，以及电子电路设计的基本程序和方法，学会布线、焊接、组装、调试电路基本技能。为此，本章首先选择分立元件模拟电路的设计，帮助学生逐步掌握电路的设计方法，然后重点介绍集成运算放大器应用电路和集成稳压电源的设计。2放大电路的一般设计一、单级放大电路的设计设计一个分压式射阻偏置的典型放大电路(原理图2-4示)给出的技术指标要求为：电压放大倍数Av=100；输入信号电压Ui=20mV,f=1KHZ;负载电阻RL=6K；工

14、作温度范围045。3 集成运算放大器应用电路的设计1 反相比例运算电路的设计和调试设计要求：设计一个基本反相比例放大器，其性能指标和已知条件如下：闭环电压放大倍数AUf,闭环带宽BWf，闭环输入电阻Rif，最小输入信号电压Uimim,最大输出电压UOM，负载电阻RL，工作温度范围。电路如图2-6所示。2 同相比例放大器的设计和调试设计要求：设计一个同相比例放大器，其性能指标和已知条件如下：闭环电压放大倍数AUf，闭环带宽BWf，闭环输入电阻Rif，最大输出电压UOM，最小输入信号电压Uimim，负载电阻RL，工作温度范围。3 多级交流放大器的设计设计要求：设计一个两级交流放大器，其性能指标和已

15、知条件如下：中频电压放大倍数1000倍，输入电20k，通频带20Hz50Hz,最大不失真输出电压5V，负载电阻20k。4文式桥振荡电路的设计和调试设计要求：设计一个振荡荡频率为fo=1kHz的文式桥正弦波振荡器，4 直流稳压电源的设计一、 设计要求任务，设计一个对偶式直流稳压电源。技术指标：输出直流电压UO=15V，最大输出电源IO=IA，电压调整率SU0.1%/V，输出端纹波抑制比SR60dB，有完善的过载、短路保护措施。5 数字电子系统设计一、 典型数字系统的组成任何一个数字电子系统，大多由五个基本部分组成，如图3-1所示。其中(1)被测、被控制对象及模拟系统是输入电子系统的电或非电的物理

16、信息(如电信号电压，电流信息或非电物理量温度、压力、位移、流量等)；(2)输入电路是用来接收被测被控的信息，并进行必要的变换和处理(如接收的是温度，则要通过温度传感器变换成电信号，并应用模数转换转变成数字信息)；(3)控制运算及处理电路则是向输入输出电路发出控制信号，接收输入电路送来的数字信息按规定要求作必要的逻辑或算术的运算处理，将其结果至输出电路，并发出相应控制信号，使输出电路对外送出结果。从图3-1还可以看出(3)的信息传输具有双向功能，且对(1)还有起动控制功能。(4)输出电路接收(3)送来的运算处理结果和控制信息、或按规定将某些中间结果返送回(3)进行再运算和处理、接收(3)送来的最

17、终结果并作必要的变换数模变换、处理、放大去驱动(1)的被测、被控对象或直接显示、或经打印机输出终值。(5)电源和信号源是向系统各部分提供直流稳压电源和必要的信号源。综上所述可知，(3)部件为整个数字电子系统中的核心部件，且是数字电子系统设计的主体。通常这个核心部件又都是由相关的组合逻辑电路和时序逻辑电路所组成，故数字电子系统的课程设计，也就是被分解的组合逻辑电路、时序逻辑电路及其它特殊功能电路的设计。二、 数字电子系统设计的步骤数字电子系统的设计步骤也是按方案设计、单元电路设计、单元和方案试验等顺序进行。具体就是依据课题设计任务书规定的技术指标要求，应用综合的方法拟出系统结构框图，确定各功能框

18、图的电路类型，选择合适的数字集成芯片的规格型号，按所选芯片片脚功能连接组合成一个完整的数字电子系统，搭接线路试验符合要求即可。由此可以看出，由于数字集成芯片的引入，使数字电子系统的设计方法大大简化，计算工作量大大减少（只用到一些逻辑设计计算），特别是中、大规模集成芯片的引入应用，使系统结构非常简单，可靠性大大提高，成本降低，重量减轻，做到小型化、微型化。6 组合逻辑电路的设计方法1 设计一个在三处均能控制同一盏灯亮灭的灯控器。2 设计一个译码显示电路7 时序逻辑电路的设计方法1 设计一个双向（可逆）六进制同步计数器。2 设计一个串行数据检测器。要求是：连续输入三个或三个以上的“1”时，输出为“

19、1”，其它输入情况下，输出为“0”。3用555构成单稳态触发器，用555（或556）构成多谐振荡器4八路移存型彩灯控制器2具体要求：（1）彩灯控制电路要求控制8个以上彩灯。（2）要求彩灯组成二种以上花型。每种花型连续循环两次，各种花型轮流交替。8电子电路安装、调试方法 调试方法 电路安装完毕，不要急于通电，先要认真检查电路接线是否正确，包括错线（连线一端正确，另一端错误）少线（安装时漏掉的线）多线（连线两端在电路图上都是不存在的线），在实验中时常发生。若发生上述情况，而又未被查出，无法进行调试，有时因连线的错误往往给人造成错觉，以为问题是元件故障造成。比如把TTL两个门电路的输出端无意中连在一

20、起，引起电平不高不低，人们很容易认为是元件损坏了。查线的方法，一是按照设计的电路图检查安装的线路。把电路图中的连线按一定顺序在安装好的线路中逐一对应检查，这种方法比较容易找出错线和少线。另一种是按照实际线路来对照电路原理图，把每个元件的引脚连线的去向一次查清，检查每个去处在电路图上是否都存在了。这种方法不但可查出错线和少线，还很容易查到是否多线。查线时最好用指针或万用表“”档或用数字万用表“”档的蜂鸣器来测量，而且尽可能直接测量元器件引脚，这样可以同时发现接触不良的地方。调试用的仪器（1）数字万用表（或指针式万用表）（2）示波器（3）信号发生器3调试方法调试方法有以下两种：第一种是采用边安装边

21、调试的方法。第二种方法是整个电路安装完毕，进行一次性调试，这种方法一般适用于定型产品和需要相互配合才能运行的电路。如果电路中包括模拟电路，数字电路和微机系统，一般不允许直接连用。不但它们的输出电压和波形各异，而且对输入信号的要求也不同。如果盲目连在一起，可能会使电路出现不应有的故障，甚至造成元器件的损坏，一般情况下，要求把这三部分分开，对各部分分别进行调试，再经过信号和电平转换电路后实现整机联调。具体调试步骤：1通电观察把经过测量后的电源电压加入电路，电源接通后，不要急于测量数据和观察结果，首先应观察有无异常现象，包括有无冒烟，是否闻到异常气味，手摸元件是否发烫，电源是否有短路现象等。如果出现

22、异常现象，应立即关断电源，待排除故障后，方可重新通电。然后再测量各元器件引脚电源的电压，而不是测量各路总电源电压，以保证元器件正常工作。2分块调试分块调试是把电路按功能分成不同的部分，把每部分看作一个模块进行调试，在分块调试的过程中，逐步扩大调试范围，最后实现整机调试。比较理想的调试顺序是按照信号流向进行，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。分块调试包括静态和动态调试，静态调试是指在没有外加信号的条件下，测试电路信号的电位，比如模拟电路的静态工作点，数字电路的各输入端和输出端的高低电平值及逻辑关系等。动态调试可以利用前级的输出信号作为本功能块的输入信号，也可以利用自身的信号源来

23、检查功能块的各级指标是否满足设计要求，包括信号幅度、波形形态、相位关系、频率、放大倍数等。对于信号产生电路，一般只看到动态指标，把静态和动态测试的结果与设计的指标加以比较，经深入分析后，对电路的参数进行合理的修正。3整机联调在分块调试的过程中，因逐步扩大调试范围，实际上已经完成了某些局部联调工作。下面要做好各功能块之间的接口电路的测试工作，再把全部电路接通，就可实现整机联调。整机联调只需观察动态结果，就是把各种测量仪器和系统本身提供的信息与设计指标逐一对比，找出问题，然后进一步修改电路的参数，直到完全符合设计要求为止。4系统精度及可靠性测试系统精度是设计电路时很重要的一个指标。如果是测量电路、

24、被测元器件本身应该是由精度高于测量电路的仪器进行测试，然后才能作为标准元器件接入电路校准精度。例如电容量测量电路，校准精度时所用的电容不能以标称值计算，而要经过高精度的电容表测量其准确值后，才可作为校、准电容。对于正式产品，应该就以下几个方面进行可靠性测试：（1）杭干扰能力。（2）电网电压及环境温度变化对装置的影响。（3）长期运行实验的稳定性。（4）抗机械振动的能力。5注意事项（1）调试前先要熟悉各种仪器的使用方法，并仔细加以检查，避免由于仪器使用不当或出现故障时做出错误判断。（2）测量用的仪器地线和被测电路的地线连在一起，只有使仪器和电路之间建立公共参考点，测量的结果才是正确的。（3）调试过

25、程中，发现器件或接线有问题需要更换和修改时，应该先关断电源，待更换完毕经认真检查后才可重新通电。（4）调试过程中，不但要认真观察和测量，还要善于记录。包括记录观察的现象，测量的数据、波形及相位关系，必要时在记录中要附加说明，尤其是那些和设计不符的现象更应是记录的重点。依据记录的数据才能把实际观察到的现象和理论预计的结果加以定量比较，从中发现电路设计和安装上的问题，加以改进，以进一步完善设计方案。（5）安装和调试自始自终要有严谨的科学作风，不能采取侥幸心理。出现故障时要认真查找故障原因，仔细作出判断。切不可一遇故障解决不了就拆掉线路重新安装。因为重新安装的线路仍然存在各种问题，况且原理上的问题不

26、是重新安装就能解决的。四 设计题目（可选）题一彩灯控制器（一）要求：1控制红、绿、黄一组彩灯循环闪亮，变化的规律是：红 红绿 绿 黄绿黄 全亮 全灭 红，如此循环，产生“流水”般的效果。2彩灯白天不亮，夜晚自动亮。3“流水”的速度由快到慢，再由慢到快循环变化。设计提示：1彩灯的亮灭共有七种情况，可设计一个七进制的计数器，用计数器的状态控制彩灯的亮灭；计数器应能够自启动。2“流水”的速度的控制可用两片555定时器电路实现。两片555接成振荡频率不同的多谐振荡器，用频率低的振荡器上积分电容的三角波信号，调制另一个频率高的振荡器的振荡频率，使其高低往复变化。3.用光敏器件（光敏电阻、光敏二极管、光敏

27、二极管等）检测周围环境的光强，以区分白天、夜夜，控制彩灯的亮灭。图1 彩灯控制器框图之一题二方向指示控制器要求： “方向之星”是装在小汽车后窗上一组灯饰，由左右两排十余个小灯及中间一个大灯组成，起美观、提示作用。1. 根据汽车的运行状态，控制左边排灯依次闪亮、右边排灯依次闪亮及中间大灯-“STOP”灯亮灭。2. 配套设计的一个声光提示系统，提示驾驶员在转弯结束后，及时关闭转向灯。3排灯依次闪亮的时钟信号由555电路提供。设计提示：1排灯依次闪烁，对应电路设计就是控制某电路的一组输出，使其依次输出一个有效电平。可用顺序脉冲发生器，或用计数器配合二进制译码器实现。2汽车运行状态有正常行驶、减速、左

28、转、右转及紧急状态等。要分析在所有运行状态以及它们的不同组合状态下，各种被控灯具的亮灭情况，找到其间的逻辑关系，决定左排灯、右排灯的亮与不亮，而用一个顺序脉冲发生器或二进制译码器的输出同时控制左右两排灯中的哪一个亮，这样可以保证闪烁的对称性，同时电路的也最简洁。3逻辑关系要经过化简后，用最合适的电路实现。4. 汽车、摩托车用蓄电池供电，电瓶电压一般为6V、12V，故不宜采用TTL电路。图2 “方向之星”控制器框图 题三十字路口自动红绿灯指挥系统要求：1. 自动完成“绿黄红绿”工作循环。2. 每种信号的时间不等。如：绿灯亮20秒黄灯亮5秒红灯亮15秒，如此循环。3. 用倒计时的方法数字显示当前信

29、号的剩余时间，提醒行人和司机。* 4信号灯的时间分别可调，以适应不同路口、不同时段的各种交通流量的需求。设计提示：1电路由状态计数器、可预置计数器、显示电路以及控制逻辑电路等几部分组成。其核心是一个用于记录系统目前所处状态（如红灯亮、或绿灯亮等）的“状态”计数器。本题要求的的信号灯在“绿、黄、红”三个状态内循环，因此状态计数器显然是三进制的。2可预置计数器（一般用倒计数的减法计数器）用于控制各种状态的时间，并显示目前状态剩余时间。该计数器每溢出一次，一方面要提供状态计数器切换到下一状态的时钟信号，同时要完成自身的重新置数，以开始下一轮的计时。1 由于在不同的状态下，需要停留的时间不同（如红灯亮

30、15秒、绿灯亮10秒等），因而要求在不同的状态下向倒计时计数器置入不同的数。可以用控制“绿、黄、红”三个灯亮灭的状态计数器的输出作为条件，通过控制逻辑，决定下一轮倒计时需要预置的数。2 倒计时显示可用的减法计数器可选用有置数功能的TTL电路74192。题四 竞赛抢答器要求：1. 设计一个四人参赛的抢答器，准确分辨、记录第一个有效按下抢答键者，并用声、光指示。2. 每组有一个计分器。从预置的分开始，由主持人控制。答对者加分，答错则扣分。3. 安排倒计数定时器。若预定时间内无人抢答，自动给出信号停止抢答，以免冷场。4主持人没有宣布抢答开始时，抢答不起作用。主持人宣布抢答开始时，按“开始”键，抢答开

31、始。同时启动倒计数定时器，倒计数定时器的时间可以随意预置。* 5具有较强的可扩展性。设计提示：1此问题的关键是要存住第一抢答者的信息，并阻断以后抢答者的信号。可用触发器或锁存器辅以逻辑门实现。（例如用TTL电路的74373）2倒计时可用可逆计数器构成的减法计数器完成。（例如用TTL电路的74192）3加减计分可以用十进制可逆计数器完成，个位不变，十位以上参与加减。4各单元电路分别设计、调试，最后合成。图9 抢答器框图题五 节能型公共走道灯要求：1设计一个公共走道灯的控制电路，当夜晚有人路过时自动点亮，过一会自动熄灭。2能根据周围环境光线的强弱，区分白天、夜晚，实现节能。设计提示：1此电路的核心是一个单稳态电路。平时处在稳态，路灯不亮。若有人