电子技术课程设计报告

电子技术课程设计报告班级：xx姓名：xx学号：xx指导教师：x开课时间:x至x学年第x学期目录秒表数码显示电路数字秒表电路设计音频小信号前置放大电路设计信号发生器设计频率计设计红外线控制自动水龙头一、课程设计的目的1、熟悉电子技术的运用，掌握数字电子技术和模拟电子技术的实际运用2、熟练掌握Multisim的操作，用来仿真模拟的电子线路并得到运行结果，以待进一步改进3、将所学到的知识与实际更好地结合，熟练的在实际中运用二、课程设计的要求秒表数码显示电路数字秒表电路设计。利用外部提供1MHz时钟，完成0~59小时59分59秒范围内的计时，通过按键设置计时起点与终点，计时精度为10ms。音频小信号前置放大电路设计设计音频小信号前置放大电路，并用合适软件模拟，。具体要求如下：（1）放大倍数Au≥1000；（2）通频带20Hz~20KHz；（3）放大电路的输入电阻RI≥1M，输出电阻RO＝600（4）绘制频响扫描曲线。说明：设计方案和器件根据题目要求自行选择，但要求在通用器件范围内。测试条件：技术指标在输入正弦波信号峰峰值Vpp=10mv的条件进行测试信号发生器设计设计一个能够输出正弦波、三角波和矩形波的信号源电路，电路形式自行选择。输出信号的频率可通过开关进行设定，具体要求如下：1输出信号的频率范围为100Hz~2kHz，频率稳定度较高，2步进为100Hz。要求输出是正弦波信号，信号无明显失真。3三角波和矩形波占空比连续可调。4利用软件示波器测量出其输出频率的上限和下限及其输出电压的范围。频率计设计设计一个能够测量正弦波信号频率的电路。具体要求如下：（1）测频范围为1~9999Hz，精度为1Hz。（2）用数码管显示测频结果。（3）当信号频率超过规定的频段时，设有超量程显示。测试条件：在输入信号峰值为的情况下测试。参考元器件：74HC160/161，74HC138，74HC00，74HC573，74HC393、TL082，CD4511，CD4060晶振等。红外线控制自动水龙头设计电路及软件模拟。技术要求：1、用红外线检测，当有人手靠近（10cm）水龙头时，自动出水；2、人手远离水龙头时停止出水；3、水龙头采用由电子阀门控制的水龙头。三、课程设计的内容秒表数码显示电路数字秒表电路设计。数字式秒表，必须有数字显示。按设计要求，须用数码管来做显示器。题目要求最大记数值为99分秒，那则需要六个数码管。要求计数分辨率为秒，那么我们需要相应频率的信号发生器。分频电路有多种选择方案，可以使用专用的分频器，也可通过触发器进行分频，还可以用计数器分频，本次设计中用10进制计数器74HC160对1MKz进行分频，因为是取10000分之一，所以使用了4个计数器，尽管用74HC160较多，有点浪费，但其在电路中的连接方式较为简单。74HC160是同步十进制加法计数器，它有异步清零、同步置数等功能。设计六进制加法计数器：使用74LS160芯片实现六进制加法计数器：74160从0000状态开始计数，当输入第6个CP脉冲（上升沿）时，输出Q3Q2Q1Q0＝0110，此时=0，反馈给端CR一个清零信号，立即使Q3Q2Q1Q0返回0000状态，接着,CR端的清零信号也随之消失，74160重新从0000状态开始新的计数周期。反馈归零逻辑为代码中为1的Q相与非。设计60进制加法计数器将两个74ls160串联，并在0101处得到清零信号设计100进制加法计数100进制计数器完整电路：音频小信号前置放大电路设计。1）采用分立式元件前置放大级：以单端输入双端输出且带恒流源的的差动放大电路作为第一级，以双端输入单端输出的差动放大电路作为第二级。优点：双端输出的差动放大电路利用其电路的高度对称性以及局部交流负反馈可以很好的将共模干扰信号屏蔽。之后利用单端输出的差动放大电路将双端浮地输出转化为单端输出。中间级：采用带射极旁路电容的共射放大电路。优点：共射放大电路具有良好的优良的电压放大和电流放大作用。输出级：采用共集组态的射极输出器电路。优点：共集组态的射极输出器具有高输入电阻和低输出电阻，可以很好地降低对前置级电路的负荷，并具有良好的带负载能力。2）主体设计关于音频小信号前置放大电路设计，现主要分为两大部分。第一部分、高低通滤波电路考虑到音频放大电路需要放大的频率范围为20Hz-20kHz。因而决定在放大电路的前级加上滤波电路，将频率高于20kHz以及低于20Hz的信号滤去。滤波电路选用二阶压控电压源低通滤波电路和二阶压控电压源高通滤波电路。第二部分、放大部分电路采用两级NE5532放大电路。3）电路设计低通滤波电路部分电路图理论计算：根据相关知识：该低通滤波电路的上限截止频率的平方与R1、R2、C1、C2的乘积成反比。代入数据算得上限截止频率为。之所以调到这个值是因为在将电路组合后能够在20kHz后将增益衰减到1000倍以下。高通滤波电路部分：理论计算：经过理论计算，该电路的下限截止频率约为20Hz。放大部分电路工作原理输入信号由C1左端进入，经C1滤波后一部分经1M电阻接地，这样可以保证输入电阻为1M。另一部分接入NE5532进行第一级放大，放大倍数由电阻R3和R4的倍数进行控制，第二级放大同理是由电阻R5和R6的倍数进行控制，其中R3=R4=10k,R5=R6=1500k，每一级都可以放大16倍，两级一共可以放大256倍左右，又因为滤波电路每级放大两倍，总共放大倍数达到1024倍，满足放大倍数达到1000倍的要求，两级放大之间的电容C2起到滤波作用，最后一级的输出经滤波电容C3后接600的电阻最后接地。这样输出电阻可以达到600。通频带由滤波电路控制在20Hz-20kHz之间，可以满足条件。完整电路完整电路10Hz运行结果完整电路20Hz运行结果完整电路20kHz运行结果完整电路30kHz运行结果信号发生器设计方波正弦波三角波↑↑↑图1方波、正弦波、三角波、信号器原理图1.设计思路原理：首先由555定时器组成的多谐振荡器产生方波，然后由积分电路将方波转化为三角波，最后用低通滤波器将方波转化为正弦波，但这样的输出将造成负载的输出正弦波波形变形，因为负载的变动将拉动波形的崎变。2.各组成部分的工作原理：方波发生电路的工作原理如下图方波发生电路利用555与外围元件构成多谐振荡器，来产生方波的原理。?用555定时器组成的多谐振荡器如图2所示。接通电源后，电容C2被充电，当电容C2上端电压Vc升到2Vcc/3时使555第3脚V0为低电平，同时555内放电三极管T导通，此时电容C2通过R2、R3放电，Vc下降。当Vc下降到Vcc/3时，V0翻转为高电平。电容器C2放电所需的时间为?：t=?(?R2?+R3)?C2ln2???????????????????????????????????????????????????555多谐振荡器积分电路低通滤波器当放电结束时，T截止，Vcc将通过R1、R2、R3?向电容器C2充电，Vc由Vcc/3?上升到2Vcc/3所需的时间为?：tH=?(R1+R2+?R3)?C2ln2=(?R1+R2+?R3)?C2????????????????????当Vc上升到2Vcc/3时，电路又翻转为低电平。如此周而复始，于是，在电路的输出端就得到一个周期性的矩形波。其震荡频率为?：f=1/（tL+tH）=(R1+2R2+2R3)?C2?3.方波、三角波积分电路产生三角波RC积分电路是一种应用比较广泛的模拟信号运算电路。在自动控制系统中，常用积分电路作为调节环节。此外，RC积分电路还可以用于延时、定时以及各种波形的产生或变换。?由555定时器组成的多谐振荡器输出的方波经C4耦合输出，如图3所示为RC积分电路，再经R与C积分，构成接近三角波。其基本原理是电容的充放电原理。4.三角波——正弦波转换电路的工作原理图4三角波产生正弦波原理图PS:此采用低通滤波的方法将三角波变换为正弦波。图中所需的元件数值大小由计算得出。5.整体设计电路构思整体函数发生器的设计电路如下：图5设计总电路图总电路图的原理：555定时器接成多谐振荡器工作形式，CX为定时电容，C2的充电回路是R1→R3→R2→C2；CX的放电回路是CX→R2→R3→IC的7脚(放电管)。由于R2+R3R1，所以充电时间常数与放电时间常数近似相等，由IC的3脚输出的是近似对称方波。按图所示元件参数，其频率为500Hz左右，调节电位器RP可改变振荡器的频率。方波信号经R4、C4积分网络后，输出三角波。三角波再经R5、C5、R6、C6低通滤波电路，输出近似的正弦波。C7是电源滤波电容。发光二极管LED1用作电源指示灯。6.实际操作过程为达成要求中的步进，故将CX设计成20个电容的串联，以达到步进的目的，实际电路图如下：输出结果截图：7.步进设计设计电路图：采用电容串联的形式达到步进的结果起始100Hz步进100Hz.步进至2000Hz频率计设计方案论证与比较：利用石英振荡器发生信号比较稳定，但在仿真中难以实现。故选用555定时器555定时器简介：555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。555定时器的内部电路框图如右图所示。它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个RS触发器，一个放电管T及功率输出级。它提供两个基准电压VCC/3和2VCC/3555定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器C1的反相输入端的电压为2VCC/3，C2的同相输入端的电压为VCC/3。若触发输入端TR的电压小于VCC/3，则比较器C2的输出为0，可使RS触发器置1，使输出端OUT=1。如果阈值输入端TH的电压大于2VCC/3，同时TR端的电压大于VCC/3，则C1的输出为0，C2的输出为1，可将RS触发器置0，使输出为低电平。它的各个引脚功能如下：1脚：外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。2脚：低触发端TR。3脚：输出端Vo4脚：是直接清零端。当此端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TR、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。5脚：VC为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只μF电容接地，以防引入干扰。6脚：高触发端TH。7脚：放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。8脚：外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是~16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3~18V。一般用5V。在1脚接地，5脚未外接电压，两个比较器A1、A2基准电压分别为的情况下。表—1555定时器的功能表清零端高触发端TH低触发端TRQ放电管T功能0xx0导通清零101x保持保持1101截止置11001截止置11110导通清零多谐振荡器又称为无稳态触发器，它没有稳定的输出状态，只有两个暂稳态。在电路处于某一暂稳态后，经过一段时间可以自行触发翻转到另一暂稳态。两个暂稳态自行相互转换而输出一系列矩形波。多谐振荡器可用作方波发生器。接通电源后，输出假定是高电平，则T截止，电容C充电。充电回路是VCC—R1—R2—C—地，按指数规律上升，当上升到2Vcc/3时（TH、端电平大于Vc），输出翻转为低电平。Vo是低电平，T导通，C放电，放电回路为C—R2—T—地，按指数规律下降，当下降到Vcc/3时（TH、端电平小于Vc），输出翻转为高电平，放电管T截止，电容再次充电，如此周而复始，产生振荡，经分析可得输出高电平时间T=(R1+R2)Cln2输出低电平时间T=R2Cln2振荡周期T=(R1+2R2)Cln21．算法设计?频率是周期信号每秒钟内所含的周期数值。第一个图的方波频率为16Hz,第二个图的方波频率为1?Hz，故而将A段设为闸门开的时段，A段用1秒时间记录待测的输入脉冲数目，测试电路中设置一个闸门产生电路，用