2012年_电子技术课程设计

1电子技术课程设计指导教师：郝艾芳，肖烜2012.92题纲1.任务和目的2.内容和进度安排3.评分标准4.电子系统设计方法5.选题分组要求6.选题介绍7.实验报告的撰写31.任务和目的电子技术课程设计是继电子技术理论和实验之后的重要实践教学环节。任务是在学生掌握和具备基础知识和单元电路设计能力之后，进一步学习电子电路系统设计方法和实验方法，进一步掌握EDA仿真设计工具，进一步掌握常用仪器仪表应用，着重培养学生的独立分析问题和解决问题的能力，为以后从事电子系统设计、开发和应用打好基础。42.内容和进度安排2.1周一上午，4#252选题介绍。电子系统设计方法介绍。实验报告撰写介绍。分组（2人一组，各班自由结合）并确定选题（整个设计过程老师不提供电路图52.2周一下午，图书馆或网络查阅资料（充分利用图书馆及网上资源），认真阅读设计要求，根据技术指标，进行方案分析、论证计算，独立完成设计完成选题方案与器件选型，按选题要求完成电路图设计。62.3周二，周三，4#342进行EDA仿真，验证并修正设计，完善方案。注：周二上午9点未能提供电路图的同学不能进行EDA仿真。周三下午2:00提供所有元器件。72.4周四，周五，4#252硬件安装、调试，达到选题的设计要求。2.5课后完成报告撰写及PCB图的绘制10月12日下班前交王波老师(4#248)68912462，延期不收。83.评分标准（20分）认真查阅资料，独立完成选题方案与器件选型，按选题要求完成电路图设计。（25分）独立完成EDA仿真，验证并修正设计电路。（35分）独立完成硬件安装，调试。（10分）报告规范，内容齐全，语句通顺，错误少。（5分）完成PCB图的绘制，布局合理，器件连接正确。（5分）考勤及器件、设备的完好性。94.电子系统设计方法参考文献：《数字电子技术基础》李庆常主编，第10章数字系统的设计。•电子系统设计的一般方法课题分析方案论证方案实现系统仿真样机研制104.1课题分析根据技术指标的要求，弄清系统功能和性能要求，了解目前该领域中类似系统所能达到的水平，查找有否有借鉴电路，如有，电路需经何种改动或电路参数需要哪些设计计算，电路性能即可达到指标要求等。114.2方案论证按照系统总的要求，把电路划分成若干个功能块，从而得到系统框图。每个框即是一个单元电路，按照系统性能指标要求，规划出各单元电路所要完成的任务，确定输出与输入的关系，决定单元电路的结构。经过详细的方案比较和论证，以技术上的可行性和较高的性能价格比为依据，最后选定方案。124.3方案实现电子系统（尤其是数字系统）的实现大致有以下几种方法：•采用通用的集成逻辑器件组成。•采用单片微处理器作为核心实现。•采用可编程逻辑器件PLD。•设计功能完整的数字系统芯片。13采用通用的集成逻辑器件进行设计：•熟悉集成电路的分类、特点，从而合理地选择所用芯片。•对所选各功能块进行应用性设计时，正确设计计算外围电路的参数，对于数字集成电路要特别注意正确处理各功能输入端。•要保证各功能块协调一致地工作。144.4系统仿真•系统仿真就是利用计算机内的EDA软件（本次设计用Multisim2001）对所设计的电路进行模拟仿真，这样，可以事先验证设计的正确性，排除错误。•系统仿真可以大大缩短设计时间，减少故障出现的可能性，提高系统的可靠性。154.5样机研制样机研制是设计完成后，按照设计加工制造的第一台设备。它主要包括工艺设计以及安装调试等内容。学生在实验室大都是在逻辑实验箱上进行，验证是否达到任务书中各项要求。16安装与调试•安装过程按照先局部后整机的原则。•把系统划分为若干功能块，根据信号的流向逐块装调，使各功能块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。•在局部电路调试中，要注意各信号输入端的正确处理和恢复，一般不允许悬空，以便使调试工作顺利进行。17•通常安装调试工作的第一步：根据实验板或实验箱为设计者提供的使用面积和各元器件体积大小，画出一张简单的装配图，以确定各元器件的实际位置，这对于后面的布线和调试工作是十分重要的。•第二步：把元器件按照装配图指示的位置插入实验板或实验箱的面板上，然后进行接线。在接线时，应首先连接各集成块的电源线和地线，然后插入外围电路各元器件，最后完成各集成块之间的信号连线。18•检查接线确定无误后方可通电。•在安装调试中常见的故障有3种，接错线、漏接线和逻辑设计错误，排除方法可利用“故障点跟踪测试法”。•调试过程要借用示波器、万用表、逻辑笔等测试仪器。195.选题分组要求1.交通灯控制器:每班不多于4组2.数字温度计：每班不多于4组3.出租车计价器：每班不多于4组4.数字波形合成器:每班不多于4组5.自拟题用电子技术的设计方法设计一个电子线路系统；设计系统难易程度不低于上述几题，提交设计要求及设计方案。206.选题介绍6.1交通灯控制器6.2数字温度计6.3出租车计价器6.4数字波形合成器216.1交通灯控制器6.1.1设计要求设计一个交通灯控制器，控制主支两个干道的交通灯，每干道均有红、黄、绿三盏灯。22（1）满足如图所示的顺序工作流程。主干道绿灯亮、支干道红灯亮20秒主干道黄灯亮、支干道红灯亮4秒主干道红灯亮、支干道黄灯亮4秒主干道红灯亮、支干道绿灯亮12秒23（2）满足下图所示的时序工作流程。主干道红灯主干道黄灯主干道绿灯支干道绿灯支干道黄灯支干道红灯循环周期20秒16秒4秒12秒4秒24秒24（3）主干道黄灯亮时，支干道红灯以1Hz的频率闪烁；支干道黄灯亮时，主干道红灯以1Hz的频率闪烁。（4）主、支干道各信号灯亮时，需配合有时间提示，以数字显示出来，方便行人与机动车观察。主、支干道各信号灯亮的时间均以每秒减“1”的计数方式工作，直至减到“0”后主支干道各信号灯自动转换。（5）（选做）主、支干道绿灯、黄灯、红灯亮的时间可以调整。256.1.2设计框图减计数器状态译码器置数控制主控制器秒脉冲发生器译码显示主干道信号灯支干道信号灯红灯闪烁控制器266.1.3推荐器件清单•74192（BCD同步加/减计数器）•74244（八缓冲器/接收器）•其他TTL常用器件276.2数字温度计6.2.1设计要求采用温度传感器设计一个数字温度计，实时测量环境温度。测量温度采用数码管显示，格式为：XXX.X，其中第一位为符号位，后两位整数温度值和最后一位为小数温度值。286.2.1设计要求基本指标要求：1、测量温度范围：0~50°，测量精度0.5°。2、超限报警，报警温度可设定，并且能进行数字显示。296.2.2设计原理•数字温度计组成框图如图所示，它由温度传感器、A/D转换器和数码显示器等组成。•AD590:单片集成两端式感温电流源温度传感器•ICL7107:3.5位A/D转换器•4个八段数码管温度传感器A/D转换器数码显示器306.2.3实验内容及要求（1）选用AD590作为温度传感器，设计环境温度采样电路AD590是半导体结效应式温度传感器，利用硅热敏晶体管PN结的温度敏感特性测量温度的变化测量温度，其输出电流值与绝对温度成线性关系。注意：1）将输出电流转换为电压值。2）输出为绝对温度，利用运放将其转换为摄氏温度。31（2）选用ICL7107作A/D转换及显示驱动器件，设计信息采集与显示电路31/2位双积分A/D转换器ICL7107为CMOS自动稳零双积分型集成器件，内含时钟振荡器、七段译码器、显示驱动器、参考源及时钟系统。32（3）选用数码管进行温度显示不需要进行显示译码，根据ICL7107的驱动能力选择合适的限流电阻，直接驱动数码共阳极数码管。33（4）根据标准值进行温度校准调节变阻器（绝对温度转换为摄氏温度的电路中应设计有电位器，以便调整。）使数码管显示为当前温度测量值（标准值），从而实现温度校准。34（5）（选做）根据个人能力及时间情况，选做兴趣数字温度计设计部分兴趣数字温度计组成框图如图所示。温度传感器A/D转换器数码管显示器超限报警温度调整设备356.2.4推荐器件清单•ICL7107，A/D转换，且驱动数码管•AD590：温度传感器•LM324：集成运放•数码管：共阳极，4个•电位器：1k，200k366.3出租车计价器6.3.1设计要求设计一个出租车自动计费器电路。（1）计费器具有行车里程计费，等候时间计费及起价等三部分。3位数码管显示最大金额为99.9（单位：元）。37（2）行车里程单价(*.00元)，等候时间单价(*.00元/5分钟)及起价(*.00元)均可以由键盘输入。此实验中行车里程单价和等候时间单价均由开关设置，起价由拨码开关（数字实验箱上配有此开关）设置。38（3）先通过一个开关和一按钮将起步价置入，然后按下reset，计费值清零并根据里程脉冲和等候脉冲计数（手工输入或接入实验箱的单脉冲）。（4）3位数码管显示每公里或每5分钟刷新一次，实时地显示当前的费用。39选做内容•用CD4060分频器和无源晶振设计一个脉冲发生电路。•在各个按钮和单刀双掷开关上做去抖动电路使得电路的稳定性能够提高。406.3.2设计原理•出租车自动计费是根据客户用车的实际情况而自动显示车费的数字仪表。仪表根据用车起价、行车里程计费及等候时间计费三项，求得客户用车的总费用，通过数码自动显示。•该自动计费电路包括行车里程计费电路、等候计费电路、起价计费电路、总费用计算、计数译码及显示电路等几个部分。41•行车里程计费电路将汽车行驶的里程数转换成与之成正比的脉冲个数，然后由计数译码电路变成收费金额，实验中可用一个脉冲源模拟。•等候计费电路需将等候时间变成脉冲个数，且每个脉冲所表示的金额应该与里程计费等值。•起价计费电路可以通过计数器的预置端直接进行数据预置，也可以按照当量起价转换成脉冲，向计数器输入脉冲。•总费用为上述三种费用之和，经过译码器将总费用在3位数码管上显示出来。42（1）总体设计方案•行车里程数和等候数脉冲都是可以从外部输入，也可以由内部的晶振分频产生。•本实验设定：1）汽车每行驶10m产生一个脉冲，则1公里产生100个脉冲，行车里程费用每公里刷新一次。2）汽车每等待5分钟产生100个脉冲，等待计费每5分钟刷新一次。43•输入的时钟经过计数器，产生另外一个计费脉冲。行车里程计数器比例乘法器（CD4527）计费脉冲行车里程数脉冲行车里程数脉冲74LS273锁存信号44•计费计数器的输出先接到锁存器74LS273，然后接到数码管的译码器上，再接7段数码管，就可以显示了。45（2）原理框图计到100复位2位BCD计数器比例乘法器锁存信号行车里程数脉冲里程单价比例系数行车计费脉冲行车里程计费电路原理框框图462位BCD计数器比例乘法器等候时间脉冲等候单价比例系数等候计费脉冲锁存信号计到100复位等待时间计费电路原理框图47起价等候计费脉冲行车计费脉冲总费计数数码管显示数据锁存数据译码总费计费及锁存显示电路原理框图486.3.4主要器件清单•CD4527（比例乘法器）•74LS273（锁存器）•双掷开关•按钮496.4.1设计要求（1）设计一个具有高频率稳定度和高相位稳定度的两相正弦信号源（2）正弦信号频率f=400Hz（3）稳定度Δf/f≤10-46.4数字波形合成器的设计50（4）两相信号A、B间相差90（5）相位误差Δ≤3（5）幅值=5V0.2V（6）正弦信号非线性失真系数г1%516.4.2设计原理•参见《数字电子技术基础》李庆常主编第10章数字系统设计之“数字波形合成器的设计”。•首先把要合成的正弦波的一个周期分为N等分，用具有N个阶梯的正弦波来逼近所要求的正弦波。N越大，其逼近程度越好，但同时电路实现也越复杂。所以要综合考虑这两方面的因素，根据技术指标的要求，合理选择N值。52数字波形合成器的首要任务就是合成这种阶梯波，然后通过LPF把其中的高次谐波分量滤除，就获得了所需正弦波。536.4.3主要器件•uA741•其他TTL或CMOS器件547.实验报告的撰写•实验报告是对实验工作整理后写出的简单扼要的书面报告。整理实验结果和撰写