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1、电子技术课程设计电子技术课程设计 信息科学与技术学院信息科学与技术学院 陈磊陈磊概述概述课程设计的总过程课程设计的总过程设计实例介绍设计实例介绍概述概述时间：时间：2周周题目：题目：数显式数显式 测量电路的设计测量电路的设计1.特点特点系统设计系统设计：包含各单元电路之间，与负载、与输入电路之间的包含各单元电路之间，与负载、与输入电路之间的包含多种单元电路（模拟、数字）的设计包含多种单元电路（模拟、数字）的设计功能配合功能配合、时序配合时序配合。模拟电路和数字电路知识和理论的综合运用。模拟电路和数字电路知识和理论的综合运用。2.教学方法教学方法教师：讲解重点（共两次课），答疑，指导教师：讲解重
2、点（共两次课），答疑，指导学生：设计（不允许抄袭）学生：设计（不允许抄袭）、安装、调试、安装、调试（要求学生独立完成，需要教师帮助调试将计入成绩（要求学生独立完成，需要教师帮助调试将计入成绩）3.教学安排教学安排分四分四阶段：阶段：一：预设计一：预设计框图设计、总体框图设计、总体电路设计电路设计.1天天二：安装调试二：安装调试3天天三：印刷电路板图设计三：印刷电路板图设计3天天四：总结、答辩四：总结、答辩.1天天两个班交叉进行两个班交叉进行4.评分标准评分标准：框图和总体电路设计框图和总体电路设计15%；安装调试安装调试40%;印刷电路板图设计印刷电路板图设计15%；总结报告及答辩总结报告及答
3、辩30%。概述概述课程设计的全过程课程设计的全过程设计实例介绍设计实例介绍课程设计的全过程课程设计的全过程:给定任务书给定任务书查资料查资料安装调试安装调试印刷电路板图设计印刷电路板图设计.具体任务要求具体任务要求.使用的主要元器件使用的主要元器件框图设计框图设计总体电路设计总体电路设计.具体任务要求具体任务要求：2.采用一只发光二极管、两只采用一只发光二极管、两只LED数码管显示。数码管显示。1.测量测量NPN硅三极管的直流电流放大系数硅三极管的直流电流放大系数 199。测试条件：测试条件：3.测量电路误差绝对值不超过测量电路误差绝对值不超过4.数显清晰、稳定数显清晰、稳定显示时间大于人眼的
4、滞留时间（显示时间大于人眼的滞留时间（0.1S)。IB10 A，允许误差允许误差 2。14V VCE 16V，对不同对不同值的值的三极管，三极管，VCE基本不变。基本不变。.使用的主要元器件使用的主要元器件：1.选择器件的因素选择器件的因素：考虑性能、价格、货源、体积等。考虑性能、价格、货源、体积等。尽量减少元件类型。尽量减少元件类型。电阻：电阻：1M，最大不超过最大不超过10M，1/4W,碳膜电阻碳膜电阻电容：非电解电容电容：非电解电容100PF 0.5 F，考虑频率、考虑频率、性能稳定性、价格，独石电容性能稳定性、价格，独石电容通用集成运放通用集成运放LM324高阻型集成运放高阻型集成运放
5、LF351通用型集成电压比较器通用型集成电压比较器LM311集成定时器集成定时器NE555二五十进制计数器二五十进制计数器74LS90BCD七段译码器七段译码器74LS47双双D上升沿触发器上升沿触发器74LS74六施密特反相器六施密特反相器74LS14四四2输入与非门输入与非门CC4011共阳极共阳极LED七段数码管七段数码管2.使用的主要集成器件：使用的主要集成器件：给定任务书给定任务书查资料查资料安装调试安装调试印刷电路板图设计印刷电路板图设计框图设计框图设计总体电路设计总体电路设计课程设计的全过程课程设计的全过程:课设指导书课设指导书分四部分分四部分：参考电路：参考电路：N沟道结型场效
6、应管夹断电压测量电路沟道结型场效应管夹断电压测量电路电路的基本组成，主要单元电路（电路的基本组成，主要单元电路（VPVx、Vxf、数数显显）的设计、参数计算，各单元之间的连接。）的设计、参数计算，各单元之间的连接。（任务书）（任务书）元件使用说明元件使用说明：熟悉各芯片功能、使用方法熟悉各芯片功能、使用方法设计过程设计过程：电子电路系统设计的几大步骤、方法。：电子电路系统设计的几大步骤、方法。目的：了解目的：了解物理参数测量物理参数测量的基本原理的基本原理和和数显电路数显电路的设计方法和步骤的设计方法和步骤给定任务书给定任务书查资料查资料安装调试安装调试印刷电路板图设计印刷电路板图设计框图设计
7、框图设计总体电路设计总体电路设计课程设计的全过程课程设计的全过程:框图设计框图设计方案设计：方案设计：定出实现它的整体方案定出实现它的整体方案（确定主要功能块、单元（确定主要功能块、单元电路及相互联系），并用电路及相互联系），并用方框图表示出来。方框图表示出来。用用B5纸画出。纸画出。参考参考P4图图1-3。VPVX转换电路转换电路压控振荡器压控振荡器10进制进制计数器计数器被被测测场场效效应应管管与与门门计数时间产生电路计数时间产生电路10进制进制计数器计数器清零信号产清零信号产生电路生电路七段译码器七段译码器七段译码器七段译码器给定任务书给定任务书查资料查资料安装调试安装调试印刷电路板图设
8、计印刷电路板图设计框图设计框图设计总体电路设计总体电路设计课程设计的全过程课程设计的全过程:VX转换电路；转换电路；VXf转换电路：压控振荡器；转换电路：压控振荡器；计数时间产生电路；计数时间产生电路；计数、译码、显示电路；计数、译码、显示电路；清清0信号产生电路等。信号产生电路等。2.绘制总体电路图：绘制总体电路图：用用A4纸画出纸画出。参考。参考P14图图1-13。总体电路的设计总体电路的设计总体电路的设计总体电路的设计（选择元器件，具体电路设计并计算参数（选择元器件，具体电路设计并计算参数（选择元器件，具体电路设计并计算参数（选择元器件，具体电路设计并计算参数）：）：）：）：1.1.主要
9、单元电路主要单元电路 设计和参数计算设计和参数计算：给定任务书给定任务书查资料查资料安装调试安装调试印刷电路板图设计印刷电路板图设计此阶段结束于：第二次课上课此阶段结束于：第二次课上课之前之前每人交框图（每人交框图（B5纸）、总体电路图（纸）、总体电路图（A4纸）各纸）各1份份预设计预设计框图设计框图设计总体电路设计总体电路设计课程设计的全过程课程设计的全过程:概述概述课程设计的总过程课程设计的总过程设计实例介绍设计实例介绍结型场效应管夹断电压数显式测量电路结型场效应管夹断电压数显式测量电路VDS=10Va.漏源电压漏源电压VDS=10V，允许误差允许误差5%；b.漏极电流漏极电流ID=10A
10、，允许误差允许误差1A;此时的栅源电压此时的栅源电压VGS 夹断电压夹断电压VP（1）测量测量N沟道结型场效应管夹断电压沟道结型场效应管夹断电压VP（负值，绝对值负值，绝对值9.9)。测试条件测试条件：1.设计要求设计要求：换被测管，测试条件不变。换被测管，测试条件不变。（2）采用两只采用两只LEDLED数码管、数码管、一只发光二极管一只发光二极管显示。显示。（3）设设D、G、S三个插孔，当被测场效应管插入时，打开三个插孔，当被测场效应管插入时，打开电源，显示器即显示该场效应管的夹断电压电源，显示器即显示该场效应管的夹断电压VP的绝对值，的绝对值，响应时间不超过响应时间不超过2秒。秒。（4）在
11、温度基本不变（在温度基本不变（20左右）时，测量误差的绝对值左右）时，测量误差的绝对值,n为显示器的读数。为显示器的读数。最大显示数字为最大显示数字为9.9。显示的数字清晰显示的数字清晰显示周期大于人眼的滞留时间显示周期大于人眼的滞留时间0.1S。为使计数准确，计数器开始计数前，应为使计数准确，计数器开始计数前，应先先清清0；为使数字显示清晰，在译码、显示前，可为使数字显示清晰，在译码、显示前，可先送锁存器先送锁存器锁存锁存。转换电路转换电路压控振荡器压控振荡器计数时间计数时间产生电路产生电路&计数器计数器锁存器锁存器译码器译码器显示器显示器X被测参数被测参数VXV1V2V3清零信号清零信号产
12、生电路产生电路锁存信号锁存信号产生电路产生电路2.2.框图设计框图设计：（1 1）数显式测量电路的结构框图和工作波形数显式测量电路的结构框图和工作波形：工作波形图工作波形图说明：说明：如果计数时间远小于人眼的滞留时间如果计数时间远小于人眼的滞留时间（0.1S），锁存器可锁存器可以省略；并利用译码器的消隐端，使数码管在计数时间内为暗状以省略；并利用译码器的消隐端，使数码管在计数时间内为暗状态，效果更佳。态，效果更佳。通常取通常取计数时间远小于计数时间远小于0.1S，显示时间显示时间0.5S。显示时间显示时间TCTdV1V2V3清清0信号信号锁存信号锁存信号VPVX转换电路转换电路压控振荡器压控振
13、荡器10进制进制计数器计数器被被测测场场效效应应管管与与门门计数时间产生电路计数时间产生电路10进制进制计数器计数器清零信号产清零信号产生电路生电路七段译码器七段译码器七段译码器七段译码器（2 2）结型场效应管夹断电压数显式测量电路的结构框图）结型场效应管夹断电压数显式测量电路的结构框图（1）主要单元电路设计和参数计算主要单元电路设计和参数计算3.3.总体电路设计总体电路设计VPVX转换电路转换电路压控压控振荡器振荡器计数时间产生电路计数时间产生电路：计数、译码、显示电路计数、译码、显示电路清零信号产生电路清零信号产生电路运放运放A1和电阻和电阻R20R24、JFET组成深度负反馈电路；组成深
14、度负反馈电路；D2、D3保护二极管，正常工作时，相当于开路。保护二极管，正常工作时，相当于开路。由运放两输入端的虚短、虚断、由运放两输入端的虚短、虚断、JFET的栅极不取电流，有的栅极不取电流，有IDI1思考：如何实现思考：如何实现 VX转换转换？VPVX转换电路转换电路（1）固定固定IB，则，则IC IC=IB提示提示采用固定偏流电路采用固定偏流电路由由测试条件测试条件：14VVCE16V，且对不同且对不同 值值，VCE的值基本不变。的值基本不变。集电极回路中集电极回路中既不能有既不能有RC，也不能有也不能有RE。IB=VCCVBERb可选择合适的可选择合适的VCC、Rb。由由测试条件测试条
15、件：IB=10A，允许误差允许误差2%；注：注：反相放大器反相端反相放大器反相端“虚地虚地”，BJT应如何接？应如何接？（2）采用运放构成的）采用运放构成的电压并联负反馈电压并联负反馈使使VOIC 取取IC为运放电路的输入电流为运放电路的输入电流RbVCCIBICRC为取出为取出IC可：可：运算放大器在深度负反馈下运算放大器在深度负反馈下“虚短虚短”、“虚断虚断”，电压并联负反馈下电压并联负反馈下“虚地虚地”。为将为将IC与运放反相输入相接与运放反相输入相接且保证且保证BJT工作于线性区：工作于线性区：RbVCCVCCICIBRbICIB-15V“虚地虚地”主要单元电路设计和参数计算主要单元电
16、路设计和参数计算VPVX转换电路转换电路压控压控振荡器振荡器计数时间产生电路计数时间产生电路：计数、译码、显示电路计数、译码、显示电路清零信号产生电路清零信号产生电路压控压控振荡器振荡器v1tV1m-V1mvatVam-VamTXt1t2工作原理、波形工作原理、波形R5_+324vaR2v1C1_+324R8R4R7RWR2VXR3D1330k360k1.8k560k15k330p24k10k反相积分器反相积分器同相迟滞比较器同相迟滞比较器参数计算参数计算：1.由迟滞比较器的阈值确定由迟滞比较器的阈值确定R4、R5的值的值又又为保证积分器的线性度，要求为保证积分器的线性度，要求VamV1m，2
17、.由振荡频率由振荡频率fx与与VP的关系确定的关系确定R2、R8振荡频率与振荡频率与VX的关系的关系设设R2R8,则则t1t2,即即TXt1思考：思考：数显式测量数显式测量电路与此有何异同电路与此有何异同？主要单元电路设计和参数计算主要单元电路设计和参数计算VPVX转换电路转换电路压控压控振荡器振荡器计数时间产生电路计数时间产生电路：计数、译码、显示电路计数、译码、显示电路清零信号产生电路清零信号产生电路显示时间显示时间TCTdV1V2V3清清0信号信号锁存信号锁存信号要求要求电路电路tctd2/3VCC1/3VCCvCvOv2R11R12vO+VCCC2vC0.01uF12348765555
18、1v2显示时间显示时间：td=(R12+R11)C2ln2=0.5S计数时间计数时间：tc=R12C2ln2=30ms取取C2=0.33 F得得R12=110k、R11=1.8M 计数时间计数时间Tc应应0.1s，一般取一般取5msTc0.1s，一般取一般取0.3sTcCP1QAQBQCQD74LS90(1)NR0（1）R0（2）R9（2）R9（1）CP2CP1QAQBQCQD74LS90(2)CLR思考思考：数显式测量电路与此是否相同数显式测量电路与此是否相同？高电平有效高电平有效正向正向电流电流8 10mA正向压降正向压降1.8V共阴极数码管（第共阴极数码管（第a段）段）8421BCD码码
19、？agABCD 74LS495VRD译码、显示电路：译码、显示电路：74LS49、共阴数码管共阴数码管思考思考：数显式测量电路与此是否相同数显式测量电路与此是否相同？拉电流拉电流驱动发光二极管驱动发光二极管 低电平有效低电平有效8421BCD码码？agABCD 74LS47提示：提示：74LS47、共阳数码管共阳数码管 灌电流灌电流驱动发光二极管驱动发光二极管5VRD主要单元电路设计和参数计算主要单元电路设计和参数计算VPVX转换电路转换电路压控压控振荡器振荡器计数时间产生电路计数时间产生电路：计数、译码、显示电路计数、译码、显示电路清零信号产生电路清零信号产生电路清零信号产生电路清零信号产生
20、电路C4R13v211CLR(计数器清零）计数器清零）two=0.7R13C4Txmintpd取取C4=150pF，R13=56k74LS90的清的清0信号为正脉冲，计数前先清零。信号为正脉冲，计数前先清零。需在计数时间信号需在计数时间信号V2（高电平）上升沿到来时产生清零信号。高电平）上升沿到来时产生清零信号。twotwotwo9090清零端的延迟时间清零端的延迟时间（2）绘制总体电路图（注意事项）绘制总体电路图（注意事项）布局合理，疏密有致。（纸张尺寸布局合理，疏密有致。（纸张尺寸:A4）注意信号流向：通常从输入端或信号源画起，按信号流向注意信号流向：通常从输入端或信号源画起，按信号流向的
21、主通道，由左至右，由下至上（或反之），将各单元电的主通道，由左至右，由下至上（或反之），将各单元电路依次排列成路依次排列成S形。形。集成电路用示意图（集成电路用示意图（非管脚图非管脚图）表示，只标出）表示，只标出型号型号和和有用有用管脚号管脚号。与非门与非门和和反相器反相器按按单个门电路单个门电路的符号画出。的符号画出。&1与非门与非门反相器反相器分立元件，包括分立元件，包括电源、地线电源、地线用用符号符号表示，标出数值，电阻、表示，标出数值，电阻、电容等应选用标称值。电容等应选用标称值。连线应横平竖直，交叉点应用黑圆点标出。连线应横平竖直，交叉点应用黑圆点标出。（4）关于溢出报警电路关于溢出
22、报警电路 数显式测量电路对此没有要求！数显式测量电路对此没有要求！CC4010、电阻、电容电阻、电容:多谐振荡器，输出的方多谐振荡器，输出的方波信号经与门波信号经与门6，使蜂，使蜂鸣器闹响，发出报警信鸣器闹响，发出报警信号。号。74LS74：双：双D上升沿触发器，上升沿触发器，异步清异步清0端低电平有效。端低电平有效。74LS74-2：作反相器。作反相器。当当VP的绝对值大于的绝对值大于9.9时时,QD被置被置0Q由由0变变1，为，为74-1的的CP送去触发信号；送去触发信号；原理原理:74-1开机或计数开始清开机或计数开始清0，在计数时间，在计数时间D端被充电至高电平。端被充电至高电平。当出
23、现溢出触发信号时，来当出现溢出触发信号时，来CP信号，信号，74-1接收接收D，输出高电平，输出高电平，开启与门开启与门74LS11报警；报警；思考题思考题（1）如何将）如何将值转换为电流值？值转换为电流值？（2）如何将电流信号转换为电压信号？）如何将电流信号转换为电压信号？（3）如何将电压信号转换为频率信号？）如何将电压信号转换为频率信号？（4）适当选取哪里的参数可实现）适当选取哪里的参数可实现TX时间内计数的值等于时间内计数的值等于值？值？（5）计数器何时清零？为什么？）计数器何时清零？为什么？（6）计数器后是否还需要锁存器？）计数器后是否还需要锁存器？（7）如何使计数器计数时数码管不显示数字？）如何使计数器计数时数码管不显示数字？通知通知1.本周一本周一：框图和原理电路设计。：框图和原理电路设计。2.本周二上午本周二上午1，2节节（科（科202）上第二次课，）上第二次课，课课前前交框图和总体电路图（每人一份）；课堂讨论交框图和总体电路图（每人一份）；课堂讨论并布置下一阶段任务。并布置下一阶段任务。