电路设计

第一节模拟电路设计方法第二节数字电路设计方法第三节单片机控制第二章电路快速设计方法第一节模拟电路设计方法•2．1晶体管放大器设计•1、电路工作原理及基本关系式•（1）、工作原理•分压式电流负反馈偏置电路见图2.1.1阻容耦合共射极放大器•（2）、基本关系式•2、性能指标与测试方法•电压放大倍数•输入电阻•输出电阻•频率特性和通频带•3、设计举例•例设计一阻容耦合单级晶体管放大器。•4、电路安装与调试•（1）.静态工作点测量与调整•（2）.性能指标测试与电路参数修改•（3）.测量结果验算与误差分析•5、负反馈对放大器性能的影响•负反馈的电压放大倍数将下降，其表达式为•（1）、提高放大器增益的稳定性•（2）、扩展放大器的通频带•（3）、改变放大器的输入电阻与输出电阻1VVFVAAAF1VVFVAAAF•6、设计任务•设计课题：单级阻容耦合晶体管放大器设计•（1）、已知条件+VCC=+12V，RL=2k，Vi=10mV，Rs=600。•（2）、性能指标要求AV30,Ri2k,Ro3k,20Hz,500kHz,电路稳定性好。•（3）、实验仪器设备低频信号发生器EE1641B1台失真度测量仪BS-21台•晶体管毫伏表DA-161台数字万用表UT20031只•双踪示波器COS5020或TDS2101台试验面包板1块•直流稳压电源（双路输出）1台元器件及工具1盒•（4）、设计步骤与要求•2.2RC有源滤波器的快速设计•1、滤波器的传输函数与性能参数•本节主要介绍具有巴特沃斯响应的二阶RC有源滤波器的设计。•滤波器的快速设计方法•已知条件•已知滤波器的响应特征（巴特沃斯或切比雪夫）、滤波器的电路形式（VCVS或MFB），滤波器的类型（低通、高通、带通、带阻及阶数n）、滤波器的性能参数、、或BW。设计步骤根据截止频率，从图中选定一个电容C（单位）的标称值，使其满足（1-6-5）从设计表表1-6-2~1-6-5中查出与对应的电容值及K=1时的电阻值。再将这些电阻值乘以参数K，得电阻的设计值。实验调整并修改电容、电阻值，测量滤波器的性能参数，绘制幅频特性。注意事项①电阻的标称值尽可能接近设计值。②在测试过程中，若某项指标偏差较大，则应根据设计表调整修改相应元件的值。100CKfC3、设计举例（1）．二阶低通滤波器设计例1设计一个二阶压控电压源低通滤波器，要求截止频率=2kHz，增益=2。（2）、二阶高通滤波器设计例2设计一个二阶无限增益多路反馈高通滤波器,要求截止频率ƒc=100Hz,增益Av=5.（3）、二阶带通滤波器设计例3设计一个二阶压控电压源（VCVS）带通滤波器，要求中心频率ƒ0=1kHz,增益Av=2，品质因数Q=10。（4）、二阶带阻滤波（陷波）器设计例4设计一个能抑制50Hz工频干扰信号的陷波器，要求品质因数Q≥10，增益Av1。4、设计任务设计课程：语音滤波器设计性能指标要求实验仪器设备设计步骤与要求第二节中规模（MSI）组合逻辑电路及其应用设计小规模（SSI）、中规模（MSI）时序逻辑电路及其应用电路设计一、MSI组合逻辑电路设计1、MSI组合逻辑电路设计原则和步骤MSI组合逻辑电路的设计是以所用MSI个数最少、品种最少，同时MSI间的连线也最少作为最基本的原则。其设计步骤如下：1逻辑抽象，列出真值表；2写出逻辑函数表达式；3将逻辑函数化间或变换MSI所需要形式的函数式；4画出逻辑电路图。2、MSI组合逻辑电路常用芯片介绍（1）、编码器（74LS148）（2）、译码器（74LS139/138/154/47/48/CC4055）1通用译码器（74LS139/138/154）2显示译码/驱动器（74LS48/47/CC4055）a）数码显示器发光二极管显示器液晶显示器（LCD）b）译码驱动器发光二极管显示的译码/驱动器（74LS48/74LS47）BCD-7段译码/液晶驱动器（CC4055）•（3）、数据选择器和函数发生器（74LS153/151）•1数据选择器（74LS153/74LS151）•2函数产生器•（4）、模拟开关（CC4066/4051/4052）•（5）、全加器（74LS83）3、应用电路设计例1、用2片双4选1数据选择器74LS153和门电路设计一个7段显示/8421BCD码的转换电路（1）列出真值表（见表2.2.9）（2）写出逻辑表达式（3）画出电路图（见图2.2.13）例2.用一片全加器74LS83和门电路，设计一个4位二进制数/BCD码的变换电路（1）列出真值表（见表2.2.10）（2）写表达式（3）由表达式画出电路（见图2.2.14）4、设计任务（根据要求，学生任选一个）设计课题1：用与非门设计一开关报警控制电路●设计要求①某设备有A，B，C3只开关，只有在开关A接通的条件下，开关B才能接通，而开关C则只有在开关B接通的条件下才能接通，违反这一操作规程，则发出报警信号；②写出设计步骤并画出所设计的逻辑电路图；③安装电路并测试电路的逻辑功能；④观察与分析电路中的竞争冒险现象并采取措施消除之。设计课题2：用与非门设计一个4位代码的数字锁●设计要求①设计一个保险箱用的4位代码数字锁，4位代码A、B、C、D4个输入端和一个开锁用的钥匙插孔输入端E，当开箱时（E=1），如果输入的代码（例如ABCD=1010）与设定的代码相同，则保险箱被打开，即输出端Z=1，否则电路发出报警信号；②写出设计步骤，画出最简单的逻辑电路图（提示除代码设置所需的反相器外，最简逻辑电路不会超过5个与非门电路）；③安装并测试电路的逻辑功能（提示试验时锁被打开或报警信号可用发光二极管指示）。设计课题3：用与非门的逻辑功能74LS00和异或门74LS86设计一可逆的4位码变换器●设计要求①控制信号C=1时，它将8421码转换为格雷码，C=0时，它将格雷码转换为8421码；②写出设计步骤，列出码变换关系真值表并画出逻辑电路图；③安装电路并测试逻辑电路的功能（提示试验的输出码状态可用发光二极管指示）。设计课题4：用2片4位全加器74LS83和门电路设计一位8421BCD码加法器●设计要求①加法器输出的和数也为8421BCD码；②写出设计步骤并画出逻辑电路图；③安装电路并测试逻辑电路的功能（提示加法器相加输出的和数可用7段显示器指示）。二、小规模（SSI）时序逻辑电路及其应用电路设计1、SSI组合逻辑电路设计原则和步骤SSI时序逻辑电路的设计原则是:当选用小规模集成电路时,所用的触发器和逻辑门电路的数目应最少,而且触发器和逻辑门电路的输入端数目也应为最少，所设计的逻辑电路应力求最简，并尽量采用同步系统。其设计步骤如下：（1）．逻辑抽象。（2）．状态化简，得出最简的状态转换图。（3）．状态编码。（4）．选定触发器的类型并求出状态方程、驱动方程和输出方程。（5）．根据驱动方程和输出方程画出逻辑电路图。（6）．检查设计的电路能否自动启动。2、应用电路设计例1.设计一个带有进位输出端的六进制计数器（1）逻辑抽象，得出状态图（表）如图2.2.1所示的电路状态转换图。（2）状态编码若无特殊要求，取自然二进制（000~101）为S0~S5的编码，于是便得到了表2.2.1所示的状态编码表。（3）确定触发器的类型和个数触发器个数n=3；选取JK触发器(74LS76)（4）根据编码的状态表，列出状态转换表，（包含触发器的激励表），写出状态方程、驱动方程和输出方程（5）根据式（2-2-5）和式（2-2-6）画出六进制计数器的逻辑图（见图2.2.20）（6）检查电路是否自启动。图2.2.21是图2.2.20电路完整的状态转换图。（7）校核图2.2.22中画出了图2.2.20所示电路的时序图。不难看出，这种触发器是在CP下降沿触发翻转。3、时序逻辑电路初始状态的设置在时序逻辑电路的设计时，往往假定初始状态是确定的，实际上在接通电源时电路的初始状态是随机的，所以应采取措施使电路自动产生置数脉冲将电路置为预定的初始状态。图2.2.25就是利用RC电路实现置数。图（a）为用双D触发器74LS74实现的开机清“0”电路；如果对置数脉冲的波形有一定要求，则可采用图（b）所示电路；图（c）为同步可逆计数器74LS91的开机置数电路。设计任务（根据要求，学生任选一个）设计课题1：用JK触发器附加必要的门电路，设计一个环形计数器已知条件电路状态转换图如图2.2.28所示。设计要求1列出电路的状态转换表，写出状态方程，画出逻辑电路和时序图；2安装并测试电路的时序状态（用发光二极管指示）。设计课题2：用JK触发器附加必要的门电路，设计一满足图2.2.29所示时序要求的时序电路设计要求1列出电路的状态转换图，写出状态方程、输出方程和驱动方程，画出逻辑电路图；2安装电路并测试电路的时序。设计课题3：用D触发器或JK触发器附加必要的门电路，设计一个伪随机信号发生器已知条件序列号为000100110101111（重复出现）。设计要求1列出电路状态转换表，写出状态方程及驱动方程，画出逻辑电路图；2安装电路并测试电路的输出代码（用发光二极管指示）。设计课题4：用JK触发器和必要的组合逻辑电路，设计一个满足2.2.30所示控制电路设计要求1用一个译码器74LS48驱动4个LED7段显示管，轮流显示4位十进制数；2分别设计其数据选择电路和控制电路，并画出完整的逻辑电路图；3安装并测试显示控制电路的功能。三、中规模（MSI）时序逻辑电路及其应用电路设计1、MSI时序逻辑电路芯片介绍（1）、异步计数器（74LS90/92/93）（2）、可编程4位二进制同步计数器（CC40161/40163）（3）、加/减同步计数器（74LS190/191/192/193）（4）、顺序脉冲发生器（CC4017）（5）、4位双向移位寄存器（74LS194）（6）、4位并行存取移位寄存器（74LS95）2、应用电路设计例1、“12翻1”小时计数器设计（1）列计数器状态转换表或画时序波形图（2）选择触发器和计数器（3）求复位信号和置位信号（4）根据控制方程式画计数器的逻辑电路图例2．M序列脉冲产生器电路设计分析功能，列出状态表设计计数器和译码电路例3．汽车尾灯控制电路设计设计要求假设汽车尾部左右两侧各有3个指示灯（用发光二极管模拟）a.汽车正常运行时指示灯全灭；b.右转弯时，右侧3个指示灯按右循环点亮；c.左转弯时左侧3个只是扽按左循环顺序点亮；c.临时刹车时所有指示灯同时闪烁。（1）列出尾灯与汽车运行状态表（见表2.2.24）（2）设计单元电路（3）开关控制电路。（4）设计汽车尾灯总体参考电路（见图2.2.35）例4．篮球竞赛30s计时器设计（1）根据设计要求，绘制原理框图（2）设计单元电路（3）设计篮球竞赛30s计时器参考电路（见图2.2.39）•3、数字电路的安装与调试技术•（1）、.集成电路器件的功能测试•①仪器检测法•②功能实验检查法•③替代法•（2）.数字电路的调试方法•①替代法•②对比法•③对分法•（3）、几种基本电路的测试方法•①集成逻辑门电路•②集成触发器电路•③计数器电路•④译码显示电路•4、设计任务（根据实际情况，学生任选一个）•设计课题1：设计M=125的十进制加/减可逆计数器•给定的主要无器件74LS00、74LS76、74LS192、74LS48，及发光二级管数码显示器等。•计数器的功能要求•计数规律为•接通电源时电路能够自启动；•③手控分别实现如、减计数和自动实现加减可逆计数；•④用数码管显示计数器的值。•设计步骤与要求•拟定设计方案，选择功能部件，画出设计的逻辑电路图，简述其工作原理；•电路安装与调试，检验、修正电路的设计方案，记录实验现象；•画出最后经实验通过的逻辑电路。•设计课题2：设计汽车尾灯显示控制电路•给定的主要器件一片74LS194、两片74LS00、一片555集成定时器及发光二极管等。•显示控制电路的功能要求•设计步骤与要求拟定设计方案，写出必要的设计方案步骤，画出逻辑电路图；安装与调试电路，使其满足功能要求。•设计课题3：设计彩灯循环