电子技术综合指导书

《电子技术综合》指导书电子信息学院2009.12电子技术综合第-1-页共-10-页第一章概述本课程为电子类、信息类专业开设的实践性很强的电子技术入门课，课程设计是重要的实践教学环节。使学生运用所学模拟电子技术、数字电子技术的理论，对模拟电子线路、数字电子线路以及模拟与数字综合电子线路进行设计、安装与调试。通过电子技术综合课程设计的综合训练，既可加深学生对基础知识的理解，又能培养学生独立思考、分析问题、解决问题的能力，还能培养工程实践能力、创新能力和综合设计能力。通过课程设计各环节的实践，应使学生达到如下要求：根据设计任务和指标，初选电路；通过调查研究、设计计算，确定电路方案；选择元器件，安装电路，独立进行试验，并通过调试改进方案；分析实验结果，写出设计总结报告；学会自己分析、找出解决问题的方法；对设计中遇到的问题，能独立思考，查阅资料，寻找答案；掌握一些测试电路的基本方法，实践中出现一般故障，能通过“分析、观察、判断、试验、再判断”的基本方法独立解决；能对实验结果进行分析和评价；通过严格的科学训练和工程设计实践，树立严肃认真、一丝不苟、实事求是的科学作风，并培养学生具有一定的生产观、经济观及团结协作的精神。电子技术综合第-2-页共-10-页第二章课程设计基本步骤和方法1．方案设计——根据设计任务书给定的技术指标和条件，初步设计出完整的电路（这一阶段又称为“预设计”阶段）。主要任务是准备好实验文件，其中包括：画出方框图；画出构成框图的各单元的逻辑电路图；画出整体逻辑图；提出元器件清单；画出连接图。要完成这一阶段的任务，需要设计者进行反复思考，大量参阅文献和资料，将各种方案进行比较及可行性论证，然后才能将方案确定下来。具体步骤是：⑴．明确待设计系统的总体方案；⑵．把系统方案划分为若干相对独立的单元，每个单元的功能再由若干个标准器件来实现，化分为单元的数目不宜太多，但也不能太少。⑶．设计并实施各个单元电路。在设计中应尽可能多地采用中、大规模集成电路，以减少器件数目，减少连接线，提高电路的可靠性，降低成本。这要求设计者应熟悉器件的种类、功能和特点。⑷．把单元电路组装成待设计系统。设计者应考虑各单元之间的连接问题。各单元电路在时序上应协调一致，电气特性上要匹配。此外，还应考虑防止竞争冒险及电路的自启动问题。衡量一个电路设计的好坏，主要是看是否达到了技术指标及能否长期可靠地工作。此外还应考虑经济实用、容易操作、维修方便。为了设计出比较合理的电路，设计者除了要具备丰富的经验和较强的想象力之外，还应该尽可能多地熟悉各种典型电路的功能。只要将所学过的知识融会贯通，反复思考，周密设计，一个好的电路方案是不难得到的。2．方案试验——对所选定的设计方案进行安装调试由于生产实际的复杂性和电子元器件参数的离散性，加上设计者经验不足，一个仅从理论上设计出来的电路往往是不成熟的，可能存在许多问题，而这些问题不通过实验是不容易检查出来的，因此，在完成方案设计之后，需要进行电路的装配和调试，以发现实验现象与设计要求不相符合的情况。该内容将在第五章详细讲述。3．工艺设计——完成制作实验样机所必需的文件资料，包括整机结构设计及印制电路板设计等4．样机制作及调试——包括组装、焊接、调试等。5．总结鉴定——考核样机是否全面达到规定的技术指标，能否长期可靠地工作，同时写出设计总结报告。电子技术综合第-3-页共-10-页第三章设计题目及内容3.1简易信号发生器和简易频率计3.1.1设计任务书一、设计目的1、掌握正弦波、方波及三角波信号发生器的设计、组装与调试方法；2、掌握数字频率计的设计与调试方法；二、设计任务及要求1、设计一个的正弦波、方波和三角波方生器：(1)频率可调范围：2Hz—20KHz，分为4档：2—20Hz；20—200Hz；200Hz—2KHz；2—20KHz；(2)幅度可调范围：0—5V；(3)可调偏置。2、设计一个简易数字频率计：(1)测量频率范围：1~100KHz，显示单位为Hz；(2)输入电压幅度VPP：100mV～10V；(3)输入信号波形：任意周期信号；(4)显示方式:6位十进制数显示。三、总结报告1、总结“简易信号发生器和频率计”的设计、安装与调试过程；2、分析安装与调试中发现的问题及故障排除的方法；3、写出设计与制作的全过程，附上有关资料和图纸及心得体会。3.1.2基本原理一、信号发生器简易信号发生器采用正弦波振荡电路产生正弦波，通过电容和电位器调节频率，由4个电容进行换档，分别控制4个量程，量程确定后通过电位器进行频率的微调。为了得到对称的正弦波，运算放大器采用5V电源。三角波产生电路中，可根据信号频率选择不同数值的电容。电路中产生的正弦波、方波和三角波容易产生上下偏移，所以需要在电路中设置偏置电路，来调节偏移。偏置电路可由运算放大器组成的加法电路来实现。为了使输出波形的幅度可调，也可采用运算放大器实现，具体电路自行设计。电子技术综合第-4-页共-10-页原理框图如3-1：调偏电路频率可调正弦波正弦波振荡电路方波三角波调节幅度图3-1信号发生器原理框图二、频率计1．数字频率计的基本原理频率是单位时间（1S）内信号发生周期变化的次数。如果能在给定的1S时间内对信号波形计数，并将计数结果显示出来，就能读取被测信号的频率。数字频率计首先必须获得相对稳定与准确的时基信号，同时将被测信号转换成幅度与波形均能被数字电路识别的脉冲信号，然后通过计数器计算这一段时间间隔内的脉冲个数，将其换算后显示出来。数字频率计的框图见图3-2。图3-2频率计原理框图数字频率计由放大整形电路、脉冲计数器、数据锁存电路、译码驱动、LED显示电路、时钟电路和产生清零脉冲的单稳态电路组成。2．框图中各部分的实现方法及功能1）放大整形电路由双运算放大器NE5532组成，采用5V电源。其中一个运算放大器对输入信号进行放大，另一个运算放大器接成过零电压比较器，对放大后的信放大整形电路脉冲计数器数据锁存电路译码驱动电路LED显示电路时钟电路单稳态清零脉冲秒脉冲输入电子技术综合第-5-页共-10-页号进行整形，产生5V的脉冲信号，为了得到0—5V的TTL电平，可用带限幅的过零比较器。为了能够对直流周期信号的频率进行测量，需要在放大前加入滤波电路。2）时钟电路、锁存和清零脉冲晶振采用平常较为多见的时钟晶振，谐振频率为32.786kHz，用CD4060对其进行214分频，得到2Hz的信号，再由J-K触发器CD4027进行2分频得到需要的1秒的时钟信号。在时钟信号的上升沿用74HC374锁存器进行锁存。在时钟信号的上升沿用，用单稳态触发器CD4528产生周期为一秒、宽度25微秒的清零脉冲送至CD4518的CLR端，使脉冲计数器清零后重新开始计数。由于芯片的时间延时，可以保证在锁存器进行锁存之后，计数器才开始清零操作。各信号的波形如下图3-3：锁存信号1S待测信号时钟信号锁存信号清零信号25S25S图3-3信号波形3）译码驱动和LED显示电路由四片BCD码译码驱动芯片CD4543和四个八段LED数码管组成。CD4543将74HC374锁存器输出的BCD码进行译码后驱动LED数码管显示。电子技术综合第-6-页共-10-页第四章课程设计涉及的主要仪器设备及工具1．电路板一块2．5V直流稳压电源一台3．双踪示波器一台4．万用表一块5．烙铁一个6.镊子一把7.剪刀一把注：实验室常备元器件见附录A（仅供参考）.电子技术综合第-7-页共-10-页第五章参考文献[1]任为民.电子技术课程设计指导书.北京：中央广播电视大学出版社,2001[2]焦宝文.电子技术基础课程设计指南.北京：清华大学出版社,2002[3]高吉祥.电子技术基础实验与课程设计.北京：电子工业出版社,2002[4]王毓银.数字电路逻辑设计（第二版）.北京：高等教育出版社,2005[5]余孟尝.数字电子技术简明教程.北京：高等教育出版社,2003[6]康华光.电子技术基础(数字部分).北京：高等教育出版社,2001[7]阎石.数字电子技术基础.北京：高等教育出版社,2004[8]王楚.数字逻辑电路.北京：高等教育出版社,1999[9]欧阳星明.数字逻辑（第二版）.湖北：华中科技大学出版社,2005[10]王永军.数字逻辑与数字系统（第3版）.北京：电子工业出版社,2005电子技术综合第-8-页共-10-页附录A常用逻辑器件引脚排列示意图16151413121110456712398fYgYaY0A1A2ALT/BIRBORBI3AbYcYdYeYBCD-七段译码器74LS47CCVGND16151413121110456712398LT/BIRBORBIBCD-七段译码器74LS48CCVfgabcde0AGND3A1A2A16151413121110456712398LT/BIRBORBIBCD-七段译码器CC4511DDVfgabcde0A3A1A2ASSV输入输出RBILHLLHHH××a~gL××××有效(测灯)无效(消隐)74LS47/48和CD4511功能表BIA3A2A1A0LT×正常显示××××LLLL×无效(消零)8421BCD码456712388D锁存器54AC273CR910GND1716151420191813121177665544QDDQQDDQCCV00112233QDDQQDDQCP输入输出CPLHQn××(清零)8D锁存器54AC273功能表LCRDnLLHHH(Qn=Dn)(Qn=Dn)(备注)456712388D锁存器CT54/74LS373EN910GND1716151420191813121177665544QDDQQDDQCCV00112233QDDQQDDQLE输入输出LELLQnH保持8D锁存器CT54/74LS373功能表ZENDnLLHLH(Qn=Dn)(Qn=Dn)(备注)L×(高阻)HH××电子技术综合第-9-页共-10-页456712388D锁存器74LS374/377EN910GND1716151420191813121177665544QDDQQDDQCCV00112233QDDQQDDQCP输入输出CPLLQn××保持8D锁存器74LS374/377功能表ZENDnLLHLH(Qn=Dn)(Qn=Dn)(备注)H××(高阻)456712384D锁存器CC4042M4D4QSSV1716151420191891D1Q2Q3Q4Q2D3DDDVCP1Q2Q3Q输入输出CPLLQn×4D锁存器CC4042功能表MDnHQn=Dn(透明)Qn=Dn(锁存)(备注)H×L××Qn=Dn(透明)Qn=Dn(锁存)H161514131211104567123981R4R-S锁存器CC4044DDVSSV1S1Q2R2S2Q3R3S3Q4R4S4QEN161514131211104567123981R4R-S锁存器74LS279CCVGND1AS1BS1Q2R2S2Q3R3AS3Q4R4S4Q3BS1615141312111045671239831Q1CP11Q01Q1CR21Q双十进制计数器CD4518DDVSSV1EN32Q2CR12Q02Q2CP22Q2EN输入输出CPCRLLHHQ3Q2Q1Q0××保持加法计数LCD4518功能表LLLLEN加法计数其它状态161514131211104567123981/EXTEXTRC1Q1A1B1CR1Q2Q2Q2CR2B2A双单稳态触发器CD4538DDVSSV1EXTC2/EXTEXTRC2EXTC输入输出QABLLHQH双单稳态CD4538功能表××××××LHHLHLHLHCR电子技术综合第-10-页共-10-页161514131211104567123981/EXTEXTRC1Q1A1B1CR1Q2Q2Q2CR2B2A双单稳态触发器74LS123CCVGND1EXTC2/EXTEXTRC2EXTC输入输出QABLLHQH双单稳态74LS123功能表××××××LHHLHLHLHCRLH4123555定时器THDv