八路抢答器课程设计

南昌航空大学课程设计1课程设计说明书课程设计名称：电路课程设计课程设计题目：二阶低通滤波器与八路抢答器学院名称：电子信息工程学院专业：电子信息工程班级:学号：姓名：评分：教师：2014年10月26日南昌航空大学课程设计2电子课程设计任务书2014－2015学年第1学期第1周－4周注：1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带一份备查。2、课程设计结束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务存档。内容及要求1.完成Protel制图（原理图、pcb制图）2.模拟电路课程设计：八路抢答器3.数字电路课程设计：二阶低通滤波器4.模拟电路、数字电路课程设计二选一的电路--八路抢答器的制作与调试进度安排1.布置任务、查阅资料、选择方案，领仪器设备；3天；2.仿真、画PCB线路板图、领元器件；5天3.制作、焊接；3天4.调试；3天5.验收；1天6.提交报告学生姓名：指导时间：第1～4周指导地点：E楼311室任务下达2014年9月1日任务完成2014年9月26日考核方式1.评阅√□2.答辩√□3.实际操作√□4.其它√□指导教师系（部）主任南昌航空大学课程设计3目录前言-----------------------------------------------------------------------------4第一章Protel制图--------------------------------------------------------01.1设计要求----------------------------------------------------------------01.2原理图设计-------------------------------------------------------------11.3绘制PCB----------------------------------------------------------------2第二章模拟电路课程设计-----------------------------------------------32.1设计要求---------------------------------------------------------------32.2电路方案设计---------------------------------------------------------32.3电路的组成和工作原理---------------------------------------------42.4电路中的参数计算及元器件的选择------------------------------92.5电路仿真---------------------------------------------------------------10第三章数字电路课程设计-----------------------------------------------113.1设计要求---------------------------------------------------------------113.2电路方案设计---------------------------------------------------------123.3电路的组成和工作原理---------------------------------------------123.4电路中的参数计算及元器件的选择------------------------------153.5电路仿真---------------------------------------------------------------17第四章电路的组装与调试---------------------------------------------194.1电路元器件的排版及焊接-------------------------------------------194.2电路的查错与调试----------------------------------------------------194.3测试结果与分析-------------------------------------------------------20参考文献-----------------------------------------------------------------------21结论----------------------------------------------------------------------------22附录1---------------------------------------------------------------------------23附录2---------------------------------------------------------------------------24附录3---------------------------------------------------------------------------27南昌航空大学课程设计4前言二阶有源低通滤波器是运放的典型应用，也是我们常做的实验之一。在这次课程设计中我们分别采用压控电压源和无限增益多路反馈来实现二阶低通滤波。此次模电部分的设计主要利用放大器和电阻，电容。随着时代的发展，电子产品越来越成为我们日常生活中不可缺少的一部分，小到手表，MP3，手机。大到彩电，冰箱。电子产品使我们的生活越发的便利。其已经成为了人们生活中不可或缺的一部分了。并且电子产业的发展也尤为迅猛，竞争也越发的激烈。在现在，电视上有各种各样的抢答节目，丰富了人们的生活。而为了寻求公平公正，就需要设计一种能不依人的主观意愿来判断的设备来规范比赛。因此，人们利用各种资源和条件设计出很多的抢答器，从最初的简单抢答按钮，到后来的显示选手号的抢答器，再到现在的数显抢答器，其功能在一天的趋于完善不但可以用来倒计时抢答，还兼具报警，计分显示等等功能，有了这些更准确地仪器使得我们的竞赛变得更加精彩纷呈，也使比赛更突显其公平公正的原则。本次数字电路的设计主要利用常见的74LS系列集成电路芯片和555芯片，并通过划分功能模块进行各个部分的设计，最后完成了八路智力竞赛抢答器的设计。本次电子课程设计数字电路部分就是要求设计一八路抢答器，其实现的主要功能有八路抢答功能和30秒倒计时功能。并且本次课程设计实验报告详细了的介绍了八路抢答器的设计过程。报告的第一章是介绍Protel制图的设计任务及要求，其中说明原理图的设计及pcb板的绘制。第二章介绍了模拟电路中二阶低通滤波电路的设计及仿真。其中具体地说明了电路的方案实现，电路的工作原理及仿真。第三章介绍了数字电路也就是八路抢答器的设计。其中介绍了八路抢答器方案的设计和工作原理，并对参数进行了详细的计算使其在仿真器中能仿真成功以期在焊接和调试中尽量的少出错。第四章则是电路的组装和对具体的焊接电路过程中的调试，以及对焊接时遇到的问题的解决方案。纵观本次八路抢答器的设计制作，结果还是很成功的，基本要求达到的功能都具备了。南昌航空大学课程设计0第一章Protel制图1.1设计要求一．根据给出的电路图用Protel软件画出原理图要求：修改并适当调整元件位置，确保电路原理图的正确、美观及易读。二．设计合适尺寸的PCB边框，并画出PCB板图要求：1.学生绘制PCB板图后,需交指导老师审查。2.学生凭有指导老师签字的申请单，方可制作。3.双面PCB板最大尺寸限制：≤120mm×140mm单面PCB板最大尺寸限制：≤150mm×200mm。4.芯片、电阻、电容的焊盘及过孔直径为1.8mm,其他器件的焊盘根据器件管脚直径应≥1.8mm。5.连线宽度不小于0.5mm（一般选择0.6～0.8mm）。电源线、地线应加宽。6.芯片、电容及其他器件安装后会覆盖正面焊盘的，正面（TopLayer层）焊盘上不能直接走线。要用以下方式走线。如图1.1：南昌航空大学课程设计1图1.1：PCB板绘制要求1.2原理图设计图1.2：PCB板原理图设计南昌航空大学课程设计21.3绘制pcb板图1.3：PCB板绘制南昌航空大学课程设计3第二章模拟电路课程设计2.1设计要求二阶低通滤波器的设计分别用压控电压源和无限增益多路反馈二种方法设计电路截止频率f=3kHz增益A=22.2电路方案设计一．用压控电压源实现二．用无限增益多路反馈实现南昌航空大学课程设计42.3电路的组成和工作原理2.3.1二阶压控电压源低通滤波电路有源二阶压控电压源低通滤波器基础电路如图2.1所示：图2.1：有源二阶压控电压源低通滤波器基础电路它由两节RC滤波电路和同相比例运算电路组成，在集成运放输出端与集成运放同相输入端之间通过1C引入一个正反馈。在不同的频段，反馈的作用效果也有很大的不同，当信号频率pff时（pf为截止频率），由于1C的容抗很大，反馈信号很弱，因而对电压放大倍数的影响也很小，可以使增益31RRAfv；当信号频率pff时（pf为截止频率），虽然1C的容抗很小，但由于2C的容抗很小，使得集成运放同相输入端的信号也很小，输出电压必然也很小。所以，只允许低频率信号通过。我们可以令)1(SC1)()(1)(11122121212ufufvcARCRRSRRCCSSGAA（3）使（3）式的分母多项式为零,解此一元二次方程,可得到传递函数的两个极点是南昌航空大学课程设计5212121212122122212212]4)([)(RRCCRRCCRRCRRCSS，（4）定义21211RRCCn（5）为滤波电路的特征角频率。定义2121121RRCCfp（6）为滤波电路的通带截止频率。则有pnf2(7)定义31RRAfuf（8）为此滤波电路的反馈电压放大倍数。定义)A1()(uf112212121CRCRRRRCCQ(9)为此滤波电路的等效品质因数,在数值上它等于pff时滤波器的电压放大倍数与通带电压放大倍数之比。将上面的式子代入(2)式得22221)(1nnnnnvcQSSQSSA（10）为了求出二阶有源低通滤波器的频率响应,可令(8)式中的jS,由此求得其幅频响应和相频响应为南昌航空大学课程设计6）（）（12])(1[)Qarctg(-)(11]1[)(2n2122222nnnvcQjA纵坐标用归一化后的幅值取对数表示,设oA为滤波器在通带内的电压放大倍数,数值上31RRAAfufo，则22222])(1[lg10)(lg20QAjAnnovc(13)，由式(13)可以求出不同Q值下的幅频特性,如图2.2所示。图2.2：二阶压控电压源的幅频特性曲线由图可见,当Q=0.707时,幅频特性最平坦,而当Q01707时,在通带截止频率附近幅频特性曲线将会上翘。Q值越大特性曲线上翘得越厉害。南昌航空大学课程设计7可见Q值具有重要的意义,Q值不同,幅频特性曲线的形状也不同。在设计滤波器时,Q值是一个重要的参数。定义11ppfRRRffSp1(14)为通带截止频率对R1的灵敏度系数,可以通过求dfcp/dR1得到21Sp1fR(15)上式表示如果R1增加1%,通带截止频率将减小0.15%.同理21212pppfCfCfRSSS(16)要合理地选择集成运算放大器。为保证所设计的滤波器能够稳定地工作,一般要求所选集成运放在pff附近的开环电压放大倍数vA满足下式2150CCAv(17)一般集成运放的开环