电子技术课程设计doc-商丘师范学院物理与信息工程系.docx

电子技术课程设计 电子技术课程设计是电气、电子、机电及其相关专业教学中的一个重要组成部分。通过电子技术课程设计的训练，可以全面调动学生的主观能动性，融会贯通其所学的“模拟电子技术”、“数字电子技术”和“电子技术实验”等课程的基本原理和基本分析方法，进一步把书本知识与工程实际需要结合起来，实现知识向技能的转化，以便毕业生走上工作岗位能较快地适应社会的要求。一、课程设计的基本方法和步骤 通常，电路设计的最终任务是制造出成品电路板或整机。而电子技术课程设计的任务可以分成两种：一种是纯理论设计，即仅要求设计出电路图纸和写出设计报告；另一种是不仅要求设计出电路图纸和写出设计报告，还要求做出试验产品。一般说来，设计者接受某项设计任务后，其设计步骤大致分为五个环节。1课题分析 根据课题设计要求和技术指标，结合已掌握的基本理论，查阅文献资料，收集同类电路图作为参考，并分析同类电路的性能；然后考虑这些参考电路中哪些元器件需要改动或替换，哪些参数需要另外计算才能达到设计要求等，从总体上把握设计方案，从而对课题的可行性作出准确判断。2方案论证 根据系统的总体要求，把电路划分成若干功能块，从而得到系统框图。每个框图里边可以是一个或几个基本单元电路，并将总体指标分配给每个单元电路，然后根据各单元电路所要完成的任务来决定电路的总体结构。 为完成系统的总体要求，由系统框图到单元电路的具体结构是多种多样的，经过较为详细的方案比较和论证，以技术上的可行性、使用上的安全可靠性和较高的性价比为主要依据，最后选定方案。3方案实现 尽量选用市场上可以提供的中、大规模集成电路芯片和各种分立元件等电子器件，并通过应用性设计来实现各功能单元的要求以及各功能单元之间的协调关系。本步骤的要点是： 熟悉目前数字或模拟集成电路等电子器件的分类、特点，从而合理选择所需要的电子器件。要求工作可靠、价格低廉。 对所选功能器件进行应用性设计时，要根据所用器件的技术参数和应完成的任务，正确估算外围电路的参数；对于数字集成电路要正确处理各功能输入端。 要保证各功能器件协调一致地工作。对于模拟系统，按照需要采用不同辊合方式把它们连接起来6对于数字系统，协调工作主要通过控制器来完成。4安装调试（纯理论设计者不包括该环节） 首先将所设计的电子系统在实验板或逻辑电路实验箱上进行安装与调试，其目的是使所设计的电路达到任务书中的各项要求。 安装与调试过程应按照先局部后整机的原则，根据信号的流向逐个单元进行；使各功能单元都要达到各自技术指标的要求，然后把它们连接起来进行统调和系统测试。调试包括调整与测试两部分：调整主要是调节电路中可变元器件或更换元器件(部分电路的更改也是有的)，使之达到性能的改善；测试是采用电子仪器测量电路相关节点的数据或波形，以便准确判断设计电路的性能。调试步骤大致如下： (1)通电观察 在电路与电源连线检查无误后，方可接通电源。电源接通后，不要急于测量数据和观察结果，而要先检查有无异常，包括有无打火冒烟，是否闻到异常气味，用手摸模元器件是否发烫，电源是否有短路现象等。如发现异常，应立即关断电源，等排除故障后方可重新通电。然后测量电路总电源电压及各元器件引脚的电压，以保证各元器件正常工作。 (2)分块调试 分块调试是把电路按功能不同分成不同部分，把每个部分看作一个模块进行调试；在分块调试过程中逐渐扩大范围，最后实现整机调试。 分块调试顺序一般按信号流向进行，这样可把前面调试过的输出信号作为后一级的输入信号，为最后联调创造有利条件。 分块调试包括静态调试和动态调试。静态调试是指在无外加信号的条件下测试电路各点的电位并加以调整，以达到设计值。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、低电乎值和逻辑关系等。通过静态测试可及时发现已损坏和处于临界状态的元器件。静态调试的目的是保证电路在动态情况下正常工作，并达到设计指标。动态调试可以利用自身的信号，检查功能块的各种动态指标是否满足设计要求，包括信号幅值、波形形状、相位关系、频率、放大倍数等。对于信号电路一般只看动态指标。 测试完毕后，要把静态和动态测试结果与设计指标加以比较，经深入分析后对电路参数进行调整，使之达标。(3)整机联调 在分块调试的过程中，因是逐步扩大调试范围的，实际上已完成某些局部电路问的联调工作。在联调前，先要做好各功能块之间接口电路的调试工作，再把全部电路连通，然后进行整机联调。整机联调就是检测整机动态指标，把各种测量仪器及系统本身显示部分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、调整电路的参数，直至完全符合设计要求为止。在有微机系统的电路中，先进行硬件和软件调试，最后通过软件、硬件联调实现目的。 调试过程中，要始终借助仪器观察，而不能凭感觉和印象。使用示波器时，最好把示波器信号输入方式置于“DC”挡，它是直流锅合方式，可同时观察被测信号的交直流成分。被测信号的频率应在示波器能稳定显示的范围内。如频率太低，观察不到稳定波形时，应改变电路参数后再测量。例如，观察只有几赫兹的低频信号时，通过改变电路参数，使频率提高到几百赫兹以上，就能在示波器中观察到稳定信号并可记录各点的波形形状及相互问的相位关系。测量完毕，再恢复到原来的参数，继续测试其他指标。完成安装调试，达到设计任务的各项技术指标后，一定要撰写课题设计报告，以便验收和评审。课程设计报告的内容如下：（1）课题名称（2）设计任务及要求（3）电路设计其内容包括以下几个部分：·确定方案。对于考虑的方案，经过比较后，选择最佳方案；·单元电路的设计和元器件的选择；·画出完整的电路图和必要的波形图，并说明工作原理；·计算出各元器件的主要参数，并标在电路图中恰当的位置；（4）设计体会（5）参考文献二、电子技术课程设计报告要求课程设计文字不少于5000字（4页以上），A4页面。课程设计报告各部分要求如下：1封面不带页眉、页码直接套用参考格式（在参考格式上更改）。2正文带有页眉、页码。各部分参考如下：课题名称（小二号黑体字、居中）1 设计任务与要求（四号黑体字、居左顶格）XXXXXX（五号宋体）2 设计原理（四号黑体字、居左顶格）XXXXXX（五号宋体）2.1 XXX（小四号黑体字、居左顶格）XXXXXX（五号宋体）2.1.1 XXX（五号黑体字、居左顶格）XXXXXX（五号宋体）2.3 XXX（小四号黑体字、居左顶格）XXXXXX（五号宋体）2.3.2 XXX（五号黑体字、居左顶格）XXXXXX（五号宋体）3 电路设计（四号黑体字、居左顶格）XXXXXX（五号宋体）3.1 XXX（小四号黑体字、居左顶格）XXXXXX（五号宋体）3.1.1 XXX（五号黑体字、居左顶格）XXXXXX（五号宋体）3.3 XXX（小四号黑体字、居左顶格）XXXXXX（五号宋体）3.3.3 XXX（五号黑体字、居左顶格）XXXXXX（五号宋体）4 设计体会（四号黑体字、居左顶格）XXXXXX（五号宋体）写出设计过程中的收获与体会参考资料（四号黑体字、居左顶格，无序号）参考文献应以期刊为主，数量不少于10篇（格式参见参考格式）。3有关说明（1）设计报告中汉字为黑体或宋体（按照要求进行），英文字母及数字为Times New Roman字体。（2）英文缩写第一次出现时要有英文解释，如下列文字处第一次出现的STM：“扫描隧道显微镜STM（Scanning Tunneling Microscope）是”。（3）公式按照(1)、(2)、(3)标出序号，公式居中，序号右对齐。（4）图形居中，要清晰标准，按照图1、图2、图3标出序号（同时带有图注），而图序号及图注位于图下居中。（5）表格采用三线表，居中，并按照表1、表2、表3标出序号（同时带有表注），表序号及表注位置在表上居中；（6）上交方式下学期报到时（2月27、28日）将课程设计的电子稿及一份A4打印稿交辅导员。三、电子技术课程设计参考范例20XX届本科电子技术课程设计8路智力竞赛抢答器的设计姓 名： A A A 系 别： 物理与信息工程系 专 业： 电子信息工程 学 号： * 指导教师： XXX 20YY年A月物理与信息工程系课程设计评审表学生姓名专业年级学号设计题目评价内容评价指标评分权值评定成绩业务水平有扎实的基础理论知识和专业知识；能正确设计实验方案（或正确建立数学模型、机械结构方案）；独立进行实验工作；能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题；能正确处理实验数据；能对课题进行理论分析，得出有价值的结论40论文（设计说明书、图纸）质量综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理；实验正确，分析处理科学；文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，书写工整规范，图表完备、整洁、正确；论文结果有应用价值；图纸绘制符合国家标准，质量符合要求；计算及测试结果准确；工作中有创新意识；对前人工作有改进或突破，或有独特见解40工作量、工作态度按期完成规定的任务，工作量饱满，难度较大；工作努力，遵守纪律；工作作风严谨务实20合计100指导教师评语8路智力竞赛抢答器的设计1 设计任务与要求1.1 基本功能设计一个智力竞赛抢答器，可同时供8名选手或8个代表队参加比赛，其编号分别是0、1、2、3、4、5、6、7，各用一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号相对应，分别是S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7。给节目主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零（编号显示数码管灭灯）和抢答的开始。抢答器具有数据锁存和显示功能。抢答开始，若有选手按动抢答按钮，编号立即锁存，并在LED数码管上显示选手的编号，同时扬声器发出音响提示 此外要封锁输人电路，禁止其他选手抢答，并将优先抢答选手的编号直保持到主持人将系统清零为止。1.2 扩展功能 抢答器具有定时抢答，且一次抢答的时间长度可以由主斤主持人（如30 s）。当节目主持人启动“开始”键后，要求定时器立即减计时，并用显示器显示，同时扬声器发出短暂的音响，音响持续时间为0.5 s左右。 参赛选手在设定的时间内抢答，抢答有效；有效抢答结束定时器停止工作显示器上显示选手的编号和抢答时刻的时间，并保持到主持人将系统清零为止。 如果定时抢答的时间已到，却没有选手抢答，本次抢答无效，系统短暂报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后做无效抢答，时间显示器上显示00。2 设计原理定时抢答器的总体框图如图1所示，它由主体电路和扩展电路两部分组成。主体电路完成基本的抢答功能，即开始抢答后，当选手按动抢答键时，能显示选手的编号，同时能封锁输入电路，禁止其他选手抢答；扩展电路完成定时抢答的功能。图1 定时器总体框图图1所示的定时抢答器的工作过程是：接通电源时，节目主持人将开关置于“清除”位置，抢答器处于禁止工作状态，编号显示器灭灯，定时显示器显示设定的时间；当节目主持人宣布抢答题目后，说一声“抢答开始”，同时将控制开关拨到“开始”位置，扬声器发出音响提示，抢答器处于工作状态，定时器倒计时开始。当定时时间到，却没有选手抢答时，系统报警，并封锁输入电路，禁止选手在超时后抢答。当选手在定时时间内按动抢答键时，抢答器要完成以下四项工作： 优先编码电路立即分辨出抢答者的编号，并由锁存器进行锁存，然后由译码电路显示编号； 扬声器发出短暂音响，提醒节目主持人注意。 控制电路要对输人编码电路进行封锁，避免其他选手再次进行抢答。 控制电路要使定时器停止工作，时间显示器上显示剩余抢答时间并保持到主持人将系统清零为止。当选手将问题回答完毕，主持人操作控制开关使系统回复到禁止工作状态，以便进行下轮抢答。3 电踣设计3.1 抢答电路 抢答电路的功能有两个：是能分辨选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，供译码显示电路用；二是要使其他选手的按键操作无效。选用优先编码器74LS148和RS锁存器74LS279可以完成上述功能，其电路组成如图2所示。图2 抢答器电路其工作原理是：当主持人的控制开关处于“清除”位置时，RS触发器的端为低电平，输出端（4Q1Q）全部为低电平，于是74LS48的0，显示器灭灯；74LS48的选通输入端0， 74LS48处于工作状态，此时锁存电路不工作。当主持人将开关拨到“开始”位置时，优先编码电路和锁存电路同时处于工作状态，即抢答器处于等待工作状态，等待输入端、··· 、输人信号。当有选手将键按下时（如按下S5，74LS148的输出000，0，经RS锁存器后，CTR1，B1，74LS279处于工作状态； 4Q3Q2Q101，经74LS48译码，显示器显示“5”。此外，CTR1，使74LS148的端为高电平74LSl48处于禁止工作状态，封锁了其他按键的输人。当选手按下的键松开后，74LS148的为高电平；但由于CTR维持高电平不变，所以，74LS148仍处于禁止工作状态，其他按键的输入信号不会被接收。这就保证了抢答者的优先性以及抢答电路的准确性。当优先抢答者回答完问题后，由主持人操作控制开关S，使抢答电路复位，以便进行下一轮抢答。3.2 定时电路 节目主持人根据抢答题的难易程度，设定一次抢答的时间长度，通过预置时间电路对计数器进行预置。现选用十进制同步加减计数器74LS192进行设计，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供，具体电路如图3所示。电路工作原理请同学们根据数字电路课程所学内容自行分析。图3 可预置时间的定时电路3.3 报警电路 由555定时器和三极管构成的报警电路如图4所示。其中555定时器构成多谐振荡器，振荡频率为其输出信号经三极管推动扬声器。PR为控制信号，当PR为高电平时，多谐振荡器工作；反之，电路停振。图4 报警电路3.4 时序控制电路 时序控制电路是抢答器设计的关键。它要完成以下三项功能：主持人将控制开关拨到“开始”位置时，扬声器发声，抢答电路和定时电路进人正常工作状态。当参赛选手按动抢答键时，扬声器发声，抢答电路和定时电路停止工作。 当设定的抢答时间到，无人抢答时，扬声器发声，同时抢答电路和定时电路停止工作。 根据上面的功能要求以及图2和图3，设计的时序控制电路如图5所示。（a）抢答定时电路的时序控制电路 （b）报警电路的时序控制电路图5 时序控制电路图中，门G1的作用是控制时钟信号CP的放行与禁止，门G2的作用是控制74LS148的输人使能端。图2-15（a）的工作原理是：主持人将控制开关从“清除”位置拨到“开始”位置时来自于图2-12中的74LS279的输出CTR0，经G3反相，Al，则从555输出瑞来的时钟信号CP能够加到74LS192的CPD时钟输人端，定时电路进行递减计时；同时，在定时时间未到时，来自图2-13中74LS192的借位输出端1，门G2的输出0，使74LS148处于正常工作状态，从而实现功能的要求。当选手在定时时间内按动抢答键时，CTR1，经G3反相，A0，封锁CP信号，定时器处于保持工作状态；同时，门G2的输出1，74LS148处于禁止工作状态，从而实现功能的要求。当定时时间到时，来自74LS192的0，1，74LS148处于禁止工作状态，禁止选手进行抢答。同时，门G1处于关门状态，封锁CP信号，使定时电路保持00状态不变，从而实现功能的要求。74LS121用于控制报警电路及发声的时间。3.5 整机电路经过以上各单元电路的设计，便得到定时抢答器的整机电路，如图6所示。图 6 定时器的主体逻辑电路图4 设计体会设计过程中参考资料1 崔本亮,张雷.八位竞赛抢答器电子系统电路分析与设计J.现代电子技术,2009,32(20):198-199.2 韩满林.用触摸屏和PLC实现四人抢答器的控制设计J.电子工程师,2007,33(12):77-80.3 赵玉珠.测量仪表与自动化M.山东东营:石油大学出版社,1997.