电气专业课程设计最新课件.doc

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1、紫金学院电光系08级电气专业电子线路课程设计实施计划1 电子线路课程设计目的和基本内容 电子线路课程设计是一门理论和实践相结合的课程。它融入了现代电子设计的新思想和新方法，架起一座利用单元模块实现电子系统的桥梁，帮助学生进一步提高电子设计能力。对于推动信息电子类学科面向21世纪课程体系和课程内容改革，引导、培养大学生创新意识、协作精神和理论联系实际的学风，加强学生工程实践能力的训练和培养，促进广大学生踊跃参加课外科技活动和提高毕业生的就业率都会起到了良好作用。该课程主要内容：（1）了解和掌握一个完整的电子系统设计方法和概念；（2）通过对电子系统的设计、实验仿真、安装和调试，了解和掌握电子系统研

2、发产品的基本过程。（3）了解和掌握一些常见的单元电路设计方法和在电子系统中的应用：包括模拟电路、数字电路，信号调理电路、放大电路，滤波电路、比较电路、光电耦合电路，信号发生电路、计数器电路等。（4）通过编写设计文档与报告，进一步提高学生撰写科技文档的能力。（5）电子线路课程设计课题：设计并制作一个具有选频特性的简易两位数字式频率计电路。2 电子系统设计简介2.1 电子系统基本构成（1）电子系统的构成电子系统可以由若干子系统组成，子系统可以由若干子功能，模块组成，子功能模块可以由若干电子器件组成。电子系统构成示意图如图1。图1 电子系统构成示意图图1 电子系统构成示意图。2.2 电子系统设计工程

3、问题（1）电子系统设计的一般方法：图1 电子系统构成示意图（2）总体方案的设计与选择：电子系统设计要求：注重可行性、性能、可靠性、成本、功耗、使用方便和易维护性等。由技术指标将系统功能分解为若干子系统，形成若干单元功能模块。（3）单元电路的设计与选择：尽量采用熟悉的电路，注重开发利用新电路、新器件。要求电路简单，工作可靠，经济实用。2.2 电子系统设计的一般流程电子系统设计的一般流程如图2。图2 电子系统设计的一般流程图2.3 编写设计文档与总结报告设计文档的编写： （1）系统设计要求与技术指标的确定。 （2）方案选择与可行性论证。 （3）单元电路设计、元件、参数选择与仿真结果. （4）参考资

4、料。总结报告的编写： （1）设计工作的进程记录。 （2）原始设计修改部分的说明。 （3）电路原理图及程序清单。 （4）功能与测试结果(仪器的使用及型号)。 （5）系统使用说明。3 简易数字式频率计原理3.1 电子计数器测频原理周期性信号在单位时间内重复出现的次数，称为电流/电压的频率。频率计又称为频率计数器，是一种专门对信号频率进行测量的电子测量仪器，不论频率计技术指标如何定义，其基本工作原理都类似，频率测量原理如图3。图3 频率测量基本原理图若在一定的时间间隔T内的计得这个周期性信号的重复次数个为No时，则被测信号的频率F为：F = No/T式中：F为频率，单位为Hz。 No为计数器计数值，

5、计数器计数定时时间为T。 一般的数字式频率计主要由四个部分构成：输入电路、闸门电路，计数显示电路和控制电路，频率和周期测量原理框图如图4。图4 频率和周期测量原理方框图在一个频率测量的周期过程中，被测频率信号在输入电路中经过放大、滤波和整形、形成特定的被测脉冲，送到主门的一个输入端。主门的另外一个输入端为时基电路产生电路产生的闸门脉冲（定时计数信号）。在闸门脉冲开启主门的期间，特定的被测脉冲才能通过主门，从而进入计数器进行计数，计数器的显示电路则用来显示被测信号的频率值，内部控制电路则用来完成各种测量功能之间的切换并实现测量设置。3.2 周期测量原理周期测量原理框图如图4，脉冲宽度测量计算公式

6、：T =No*To 式中：T为被测脉冲宽度，单位为s，To为时标，No为计数器计数值。3.3 简易数字式频率计方框图简易数字式频率计方框图如图5。译码显示被测信号计数器计数控制整形电路时基信号发生器清零电路计数定时电路图5 简易数字式频率计方框图4 主要技术指标和要求4.1 主要技术指标频率计电路的输入信号为正弦信号：频率：1Hz10KHz，幅度：峰-峰值300mV。输入信号整形电路：（1）设计一个电压放大器， 增益510倍可调。（2）设计一个电压比较器，参考端基准电压为1.0V左右。（3）设计一个中心频率为200Hz1KHz的有源带通滤波器，使计数器能够对频率通带内的信号进行正常计数，其余则

7、不计数。计数器电路：（1）设计一个2位的十进计数器、译码驱动和显示电路。（2）要求频率计具有自动测频、自动清零、数据显示和数据保持功能。4.2发挥部分（1）频率计电路要求具有较高的抗干扰性能（采用TLP521光耦隔离器）。.（2）频率计具有A、B双通道自动测频、数据显示和数据保持功能。（3）频率计实现A、B通道号的显示。4.3 实物要求根据频率计测频原理，结合模电和数电的基础理论知识，完成对简易数字式频率计方案和电路设计和仿真，并在面包板上完成连接、装配、调试和演示。4.4 实验仪器示波器：TDO2022A功率函数信号发生器： SP1631A三路稳压电源：MPS-3003L-3 万用表：UNI

8、-T4.5主要器件及典型电路形式（1）本次课程设计用器件介绍 ：74LS00 、74LS04、74LS20、74LS32、74LS160 、74LS47、74LS123 、74LS74 、74HCT573 、CD4020、LM339 、TLP521、OP07、LM324、七段LED数码管、发光二极管、开关二极管和三极管等。（2）典型数字电路形式：十进计数器、译器显示及驱动电路 、逻辑控制电路、比较器、分频器、光电隔离器、时基信号发生器、单稳态信号发生器。（3）典型模拟电路形式：放大器 、跟随器、二阶有源带通滤波器。集成运放电路均采用5V供电。4.6 电子线路课程设计报告内容与格式课程设计报告书

9、写格式应符电子线路课程设计报告书写格式范例。课程设计报告应包括如下内容：1、前言、设计要求与技术指标的确定； 2、方案选择、可行性论证和工作原理；3、单元电路设计、元件和参数选择4、仿真结果； 5、原始设计修改部分的说明； 6、功能与测试结果(仪器的使用及型号)； 7、安装与调试中发现的问题、故障排除方法及改进措施；结论；参考资料；附录。附录中应包含的内容：总电路图、单元电路图、元件布局图、输入/输出信号接线图、主要集成电路管脚排列图、真值表和全部元器件清单。5 电子线路课程设计内容5.1 简易数字式频率计电路设计简易数字式频率计电原理图如图6。图6 简易频率计电原理图5.2 电路工作原理如图

10、6，本设计主要包括电压放大电路、有源带通滤波电路、整形电路、计数、译码驱动电路和逻辑控制电路等。（1）被测正弦波信号通过放大器放大，有源带通滤波器滤波，电压比较器整形后，如果被测信号频率落在滤波器通带内，频率计进行测频，否则频率计不测频。（2）由LM555产生周期约2s的时基信号，是频率计的主要工作时序，在该信号的一个周期的时间内，频率计可以完成清零，计数、显示和计数结果保持，在下一周期时重复上述过程。简易频率计工作波形示意图如图7。图7 简易频率计工作波形示意图（3）用LM555时基信号发生器产生的周期信号的上升沿，触发由74LS123电路构成的单稳态发生器1，产生对计数器清零的脉冲信号，使

11、计数器在工作前归零，该脉冲信号的宽度一般约1ms左右，由该单稳态电路的RC参数值决定。（4）计数器清零后，需要一个定时脉冲信号控制计数器的计数，可用清零脉冲信号的下降沿，触发另一个单稳电路2，从而产生一个标准的1s定时计数脉冲。在该定时计数脉冲的持续时间内，计数器可以计数，频率计完成对输入被测信号的测频。定时计数脉冲的宽度为1s左右，由单稳态电路2的RC参数值决定。（5）二级十进计数器电路由两个74LS160组成，译码驱动与显示电路由74LS47和七段共阳数码管组成。6 各单元电路设计与安装6.1 放大器、有源带通滤波器和电压比较器设计（1）放大器设计该放大器可以把技术指标规定的输入信号放大到

12、足够的电平，以驱动后面的电压比较器，放大器可采用OP07集成运放，如图8所示。图8 由OP07构成的放大器电路（2）带通滤波器设计带通滤波电路的设计中心频率为1KHz左右，通带宽度BW=100Hz左右。巴特沃斯滤波器： 特点是带内带外最佳平稳，但低阶的过度带比较宽。切比雪夫滤波器： 特点是过度带可以很窄，但带内带外幅频震荡比较严重。典型的有源带通滤波器电路如图9。带通滤波器中心频率和带宽的调整：带通滤波器的中心频率和带宽主要是由滤波器中RC元件参数确定，通常可先选定电容器C值，再调节电阻阻值，一般可采用电位器调节。带通滤波器采用集成运放OP07。图9 典型的有源带通滤波器电路图9 有源带通滤波

13、器电路图9典型的有源带通滤波器电路（3）比较器设计比较器电路如图10，电压比较器的主要作用是把输入模拟信号转换成数字信号，使计数器可以对输入信号正确计数，电压比较器参考端的基准电压调整为1.0V左右，当输入端电压大于参考端电压时，该比较器电路实现翻转，完成对输入信号的整形。电压比较器可采用LM339，该芯片中含四个独立的比较器电路，由于其输出端为集电极开路，必须外接4K7上拉电阻才可正常工作。图10 电压比较器电路6.2 时基电路设计 时基信号电路主要采用NE555集成电路，时基信号周期不小于3秒左右，555时基信号电路及工作波形图如图11。图11 555时基信号产生电路及工作波形图6.3 计

14、数器及译码驱动电路设计计数器、译码驱动和显示电路可分别采用74LS160、74LS47 和 LED七段共阳数码管。 74LS47译码驱动的输出是低电平有效，由74LS160组成的十进计数器电路如图12。图12 由74LS160组成的十进计数器电路6.4 计数器清零和计数定时信号发生器设计计数器清零和定时计数信号电路均采用74LS123单稳态电路构成，74LS123内部含两个独立的单稳态电路，图13为由74LS123单稳态电路构成的定时计数和计数器清零电路，在该电路中，通常是固定Ct，调整电路中的Rt值，可以得到不同脉宽的输出信号。图13 由74LS123单稳态电路构成的定时计数和计数器清零电路

15、6.5 部分发挥电路设计（1）光耦隔离器的应用在设计实现发挥部分的功能时，可以采用相对独立的电路来完成特定的功能。例如，采用光耦隔离器以提高该电路的抗干扰性能，电路如图14。图14 采用光耦隔离器的抗干扰电路图（2）分频器的应用CD4020是14位二进制串行分频器，CD4040对在时钟输入端的信号可以实现12位二进制串行计数分频。图15 二进制串行14位分频器CD4020（3）双通道输入控制与通道号显示电路设计双通道输入控制电路可采用555时基电路，时基信号周期不小于3秒。通道号显示电路可采用74HCT573和七段数码管，两片74HCT573分别预置字符1和2 ，由双通道输入控制电路分时选通。

16、6.6 电路设计参考布局图电路设计完毕，在面包板上搭接电路之前，首先要考虑本设计信号的基本走向和各元器件在面包板上的相应位置，合理的元器件布局可以方便联线和电路调试，面包板上频率计电路的元器件布局设计参考如图16。图16 电路设计参考布局图7 电路调试与测试方法7.1 调试前注意事项在电路调试之前要注意以下事项：（1）检查芯片位置方向，检查芯片电源和地连线正确。（2）检查各芯片和器件的连接线是否正确。（3）检查LED数码管各个管脚连线是否正确。（4）放大器和滤波器电路采用5V供电，数字电路电压为+5V。7.2 电路调试方法注意：为简化和方便整体电路的调试工作，可根据每一个单元电路的技术要求进行

17、相对独立的调试，每部分电路工作正常后，再进行其它电路的调试工作。（1）放大器特性测试调整输入信号为频率为1KHz，幅度为峰-峰值300mV：用示波器观察输入信号和放大器输出信号的波形，调整放大倍数为10。（2）滤波器特性测试调整输入信号为频率为10Hz10KHz，信号幅度为峰-峰值300mV：用示波器观察输入信号和滤波器输出端信号的幅度差异，测出-3dB带通滤波电路幅频特性曲线。（3）电压比较器性能测试电压比较器的信号输入端，保持输入信号频率为1KHz，幅度为1.5V，调整电压比较器的电平基准电压：用示波器观察电压比较器输出端应出现具有TTL电平的1KHz脉冲信号。（4）计数器、译码驱动和显示

18、电路调试 计数器电路在不加输入信号的状态下，计数器、译码驱动和显示电路如接线正确，数码管应该显示00，否则检查连接或更换器件。（5）时基信号电路性能测试用示波器观察NE555电路输出端，电路正常时，应输出低频方波信号，占空比为50%。一般电容取值100uF，调节R值，可以得到理想波形。（6）计数器清零和定时计数信号电路性能测试 计数器清零和定时计数信号发生器均采用单稳态电路构成，74LS123内部含两个独立的单稳态电路，可以分别产生计数器清零脉冲和定时计数信号。采用NE555电路的时基信号上升沿，作为清零信号电路的输入触发信号，清零信号的宽度由R1、C1值确定，一般调节为1mS左右。清零信号加

19、到计数器的清零端。用清零信号的下降沿，作为定时计数信号电路的输入触发信号，定时计数信号的宽度由R2、C2值确定，一般调节为1S左右，用示波器观察74LS123单稳电路的输入和输出端，应有周期变化的脉冲波形。定时计数信号应加到计数器的计数控制端。8 课程设计日程与教室安排8.1 设计阶段9.13 上午8：00 10：00 上课 地点：教B-103室。 下午资料收集、文献综述、方案论证。 答疑地点：实B206室。8.2 实验仿真阶段9.14 （电气一班）全天实验仿真 地点：实B204、205室。9.15 （电气二班）全天实验仿真 地点：实B204、205室。9.15 8：00 10：00（电气一班

20、）交课程设计的电路初步设计方案及相关资料，符合设计要求者，可领取课程设计用元器件及工具。9.16 8：00 10：00（电气一班）交课程设计的电路初步设计方案及相关资料，符合设计要求者，可领取课程设计用元器件及工具。注：递交初步设计报告地点：实B311和实B 206室。元器件及工具领取地点：实B212室。8.3 安装调试阶段9.16 9.17 电路设计和安装。 地点：实A105室和实B206室9.18 9.20 电路调试和验收。 地点：实A105室和实B206室9.23 上午 每个同学递交电子线路课程设计打印稿。地点：实B311室。8.4实验室开放时间上午 8：0012：00 ，下午 13：0

21、017：00（实A105室和实B206室）晚上 18：30：0020：30 （实B 206室） 9 考核与评分标准电子线路课程设计要求一人一组、独立完成，在学生设计过程中鼓励自主设计，积极创新。学生的课程设计成绩主要从出勤情况、设计论证、设计仿真、实物验收、回答问题、设计报告等方面评定： 1. 出勤情况：考查学生能否服从指导教师安排，是否无故缺勤，有无迟到早退现象等； 2. 设计论证：考查学生对设计方案的论证、相关知识的理解情况，考查学生是否具有独立分析、解决问题的能力，在规定时间内能否完成基本部分电路，以及提高部分电路的完成情况；3. 设计仿真：考查学生基本的实验仿真能力和熟练程度等； 4.

22、 实物验收：考查学生对整体设计项目的掌握和实施情况及电路验证准确程度： 5. 设计报告：考查学生是否认真撰写设计报告，报告内容是否客观实际，论文格式是否符合科技论文要求； 6.由指导教师根据以上5个方面给出每个学生的的成绩，其中出勤情况(10%)、设计论证（10%)、设计仿真(10%)、实物验收(50%)、论设计报告(20%)。学生成绩分为优秀、良好、中、及格、不及格。优秀：无缺课、迟到、早退，学习态度端正；设计方案正确、相关理论知识准备充分；实验操作熟练；独立完成全部设计项目、圆满完成设计的基本部分和提高部分，并有创新之处；能够正确回答指导教师的问题；论文报告书写规范、内容完成并符合客观实际

23、，质量优秀；对整体设计项目的理解和掌握程度好。良好：无缺课、迟到、早退，学习态度端正；设计方案正确、相关理论知识准备充分；实验操作熟练；独立完成全部设计项目、圆满完成设计的基本部分和提高部分；能够正确回答指导教师的问题；论文报告书写规范、内容完成并符合客观实际，质量优秀；对整体设计项目的理解和掌握程度良好。中：无缺课、迟到、早退，学习态度端正；设计方案正确、相关理论知识准备较充分；实验操作较较熟练；独立完成全部设计项目、较好地完成设计的基本部分；能够正确回答指导教师的问题；论文报告书写规范、内容完成并符合客观实际，质量良好；对整体设计项目的理解和掌握程度较好。及格：无缺课、迟到、早退，学习态度

24、端正；设计方案基本正确、相关理论知识准备较充分；实验操作熟练程度一般；能在老师和同学的协助下完成设计项目的基本部分；能够较正确回答指导教师的问题；论文报告书写规范、内容完成并符合客观实际，质量一般；对整体设计项目的理解和掌握程度一般。有以下情况之一者为不及格：无故缺课学时超过总课时三分之一及以上，学习态度不端正；无设计论证方案，相关理论知识准备不足；未完成设计项目的基本部分；论文报告书写不规范、错误明显；抄拷他人实验程序或论文报告。10 参考资料1 谢自美. 电子线路综合设计. 武汉: 华中科技大学出版社. 20062 郭勇. 余小平. 电子系统综合设计. 北京: 北京大学出版社. 20073

25、 蒋立平. 数字逻辑电路与系统设计. 北京: 北京电子工业出版社. 20084 高吉祥. 电子技术基础实验与课程设计. (2版). 北京: 电子工业出版社. 20055 杨刚. 电子系统与实践. 北京: 电子工业出版社. 20036 谢自美. 电子线路设计.实验测试（第二版）武汉：华中科技大学出版社. 20007 胡宴如. 耿苏燕. 模拟电子技术基础北京：高等教育出版社. 20038 杨吉祥 詹宏英 电子测量技术基础南京：东南大学出版社. 1999总体设计参考电路图1总体设计参考电路图2课程设计指导老师：张永请 电气一班：朱 丹 王彬彬 李盛辉 电气二班：曾志鹏 王丽君 王 艳 电子线路课程设

26、计报告 姓名： 楷体_GB2312 小三 加粗 居中 学号：楷体_GB2312 小三 加粗 居中专业： 楷体_GB2312 小三 加粗 居中日期： 楷体_GB2312 小三 加粗 居中南京理工大学紫金学院电光系 2010-9-15请留出一个汉字的空间，下同1 引言（或绪论）（可作为正文第1章标题，用小3号黑体，加粗，并留出上下间距为：段前0.5行，段后0.5行）（小4号宋体，1.5倍行距）11 （作为正文2级标题，用4号黑体，加粗）（小4号宋体）1.1.1 （作为正文3级标题，用小4号黑体，不加粗）（小4号宋体）2 （作为正文第2章标题，用小3号黑体，加粗，并留出上下间距为：段前0.5行，段后

27、0.5行）（小4号宋体）注：1正文中表格与插图的字体一律用5号宋体；2正文各页的格式请以此页为标准复制，页眉中的页码用阿拉伯数字表示（本文档的页码已设置成自动格式）；3为保证打印效果，学生在打印前，请将全文字体的颜色统一设置成黑色。（空2行） 结 论（小3号黑体，居中）（小4号宋体，1.5倍行距）（空2行） 参 考 文 献（小3号黑体，居中）1 （小4号宋体，行距18磅）2 3 例如：1 刘谋佶, 吕志咏, 丘成昊, 等. 边条翼与旋涡分离流M. 北京: 北京航空学院出版社, 1988. 24-27. 2 傅惠民. 二项分布参数整体推断方法J. 航空学报，2000，21（2）： 155-158

28、. 3 朱刚. 新型流体有限元法及叶轮机械正反混合问题D. 北京：清华大学，1996. 4 辛希孟. 信息技术与信息服务国际研讨会论文集：A集C. 北京：中国社会科学出版社，1994. 5 陈永康，李素循，李玉林. 高超声速流绕双椭球的实验研究A. 见：北京空气动力研究所编. 第九届高超声速气动力会议论文集C. 北京：北京空气动力研究所，1997：9-14. 6 孔祥福. FD-09风洞带地面板条件下的流场校测报告R. 北京空气动力研究所技术报告 BG7-270，北京：北京空气动力研究所，1989.7 黎志华，黎志军. 反馈声抵消器P. 中国专利：ZL，19860924. 关于页眉：电子线路课程设计（宋体小二加粗） 第1页 共3页 （中文宋体5号 数字Times New Roman 5号）