电子综合课设报告

电子技术综合课程设计报告班 级：姓 名：学 号：指导老师：日 期：20 / 22文档可自由编辑打印目录一、设计任务及技术指标2二、设计步骤和方法3三、设计内容及原理41.简易信号发生器的设计42.简易数字频率计的设计6四、安装与调试91.安装92.遇到的问题及解决办法102.1元器件用错102.2二极管焊反103.调试及数据记录104.遇到的问题及解决方法114.1无法起振114.2三角波形严重失真114.3 220Hz档波形失真124.4计数器不计数错误125总结12五、心得体会13六、所用仪器和设备14七、 参考文献14八、附录15一、 设计任务及技术指标课程电子技术综合题目简易信号发生器和简易频率计设计目的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；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：2Hz20KHz，分为4档：220Hz；20200Hz；200Hz2KHz；220KHz； (2) 幅度可调范围：05V； (3) 直流偏置可调。2、设计一个简易数字频率计： (1) 测量频率范围：1100 KHz，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。成果要求1.设计报告一本； 要求：内容完整，图表完备诶，字迹工整，条理清晰，分析有据。2.计算机图纸两张（原理图和PCB图）； 要求：布局合理，清晰完整，图形大小合适，图形和符号要规范。3.所用元器件清单；4.电路实体和仿真。二、 设计步骤和方法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：明确待设计系统的总体方案；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。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。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.方案试验方案试验即时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。三、设计内容及原理1.简易信号发生器的设计1.1基本原理基本原理框图如下所示：基本原理为：通过振荡器产生正弦波，然后通过整形电路将正弦波变换成方波，再由积分电路将方波变成三角波。此次设计的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。1.2正弦波产生电路振荡的幅度平衡条件| |是表示振荡电路已达到稳幅振荡时的情况。若要振荡电路能够自行起振，开始时必须满足的幅度条件。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，分由别控制4个量程，量程确定后通过电位器进行频率的微调。1.3调偏电路电路中产生的正弦波以及后面要产生的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，偏置电路可由运算放大器组成的加法电路来实现。为了避免调偏电路产生的正弦波产生失真，通常调偏电路的放大倍数应小于1。1.4方波产生电路由运算放大器组成的过零比较器可实现将正弦波转换为方波的功能。1.5三角波产生电路由运算放大器组成的积分电路可实现将方波转换为三角波的功能。 方波和三角波的频率与正弦波的频率相同，可通过正弦波振荡电路来调节。 在积分电路中，信号的周期和积分时间常数两者在数值上有一定的要求。当信号频率改变时，也应相应地改变积分电路中的电容值。1.6 调幅电路由运放组成的比例电路来实现，反馈电阻由电位器构成，即可达到调幅的目的。再在电路的最后加上一个电压跟随器，提高了电路的带负载能力，也使负载与电路隔离开来。2.简易数字频率计的设计频率计是我们经常会用到的实验仪器之一，其基本功能是：测量正弦信号、方波信号、尖脉冲信号以及其它各种单位时间内变化的物理量，因此它的用途十分广泛。在基础理论和专业技术基础上，通过对数字频率计的设计，用十进制数字来显示被测信号频率的测量。1.基本原理频率是单位时间（1S）内信号发生周期变化的次数。如果我们能在给定的 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间，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1。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，放大倍数选用50；另一个运算放大器接成过零电压比较器，对放大后的信号进行整形，产生5V的脉冲信号。要想得到TTL脉冲信号，需要设计成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。3.脉冲计数器由两片CD4518双BCD码加法计数器组成，对周期性的脉冲信号进行计数并产生4位BCD码输出送至数据锁存电路。单稳态电路产生的周期为一秒、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。4.数据锁存电路锁存器的作用是将计数器在 1s 结束时所计得的数进行锁存，使显示器上能稳定地显示此时计数器的值。如图 1(b)所示，1s 计数时间结束时，逻辑控制电路发出锁存信号 IV，将此时计数器的值送译码显示器。选用两个 8 位锁存器 74L273 可以完成上述功能。当时锁存信号 CP 的正跳变来到时，锁存器的输出等于输入，从而将计数器的输出值送到锁存器的输出端。高电平结束后，无论 D 为何值，输出端的状态仍保持原来的状态不变。所以在计数期间内，计数器的输出不会送到译码显示器。由三片74HC374锁存器组成，在时钟电路产生的秒脉冲（送至74HC374的CLK端）的作用下，对脉冲计数器输出的4位BCD码进行锁存，同时在Q端产生输出。5.译码驱动和LED显示电路由六片BCD码译码驱动芯片CD4543和六个八段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。6.时钟电路和单稳态电路由14级二进制分频器CD4060和双J-K触发器CD4027组成时钟电路，晶振采用平常较为多见的时钟晶振，谐振频率为32.786kHz。CD4060内部含有14级的二进制串行计数器，可以进行214分频，32.768kHz谐振频率经过内部14级计数器 214=16384分频得到2Hz的精确频率后，由J-K触发器CD4027进行2分频得到需要的1秒的时钟，用来控制74HC374锁存电路的工作。时钟信号同时又作为锁存器的锁存信号，直接送到锁存器74HC374，在时钟信号的上升沿进行锁存。CD4528双单稳态触发器在秒脉冲的上升沿作用下，产生输出宽度为25us的清零脉冲，使脉冲计数器清零后重新开始计数。由于单稳态触发器的时间延时，可以保证锁存器进行锁存之后，计数器才开始清零操作。四、安装与调试 1.安装周日中午我们就发了元器件，开始了下午的焊接安装工作，器件一个一个的发下来，我们也一个一个的记录下来，并放好。元器件发的差不多了，我们开始了安装工作，我和搭档一人一个板子，按照课设指导书上的原理图焊接了起来。焊接时我们采用了先小后大先高后低的焊接顺序逐步焊接。由于两个人相互合作比较顺利，没到晚上我们的板子就焊好了。2.遇到的问题及解决办法2.1元器件用错虽然我们焊板子焊的不慢，但是其中遇到的问题还是不少的。其中最大的问题就是发器件时发的510的用于限流的电阻发成了510K，42个电阻我们组全焊错了，由于 510K的电阻相比510的电阻阻值相差较大，如果不替换的话可能会造成数码管亮度很低或者直接不亮，所以无奈只能全部拔掉，全换成510的电阻。2.2二极管焊反其次就是二极管由于有正负极性，所以在焊接的时候偶尔会焊错，刚开始的时候不知道，只是按照自己通过万用表测量的二极管极性对照着电路板中的焊了上去，后来有同学过来问我们二极管怎么焊的时候我们经过咨询别人，才知道我们焊反了二极管不过这不是什么大问题，重新把二极管拔下来，按正确方法焊上去就没问题了。3.调试及数据记录进过周一上午的焊接工作的收尾，下午就发剩下的一些小器件和所需片子开始了下午的调试工作。调试也是工作量最大，花费精力最多的部分。我们先对信号发生器进行了调试，我们采用先局部后整体的调试顺序，先对正弦波的产生进行调试，接着对方波产生电路进行调试，然后对三角波产生电路进行调试，最后对整体电路进行调试，用示波器加各种波形的输出端，通过调节RW1来使电路起振产生正弦波，用通过调节RW3调节波形是输出不失真。并通过调节跳线帽来控制输出频率的档位，调节RW来实现频率的调节，用示波器来测量输出，并将各种波形不同档位的频率记录了下来。通过调试RW3调节波形使波形处于临界失真状态记录下了可调节的电压幅度范围。接下来我们对数字频率计进行调试，我们将数字频率计的输入接试验台上的信号发生器的输出，通过数码管的显示示数读出所测的数据与实验台上信号发生器的示数相比较来判断数字频率计电路是否能正常工作。4.遇到的问题及解决方法4.1无法起振电路的调试是整个课设中除了仿真最费心费事的一件事，调试中遇到的第一个问题就是，刚开始的时候不知道，直接连上示波器之后，什么波形都没有，以为是电路连错了，检查了一遍电路发现没有少焊什么器件，后来检查原来是有一根连接电源的导线没有连接好，解决问题之后，通过调节RW1使振荡电路顺利起振，有通过调节RW3使波形不失真，正弦波行也就顺利的出来了。4.2三角波形严重失真方波产生之后通过积分电路产生三角波，但是产生的三角波在示波器上显示严重失真了，基本上看不到三角波的形状，只能看到形似噪声信号的幅度很小的波形，调节示波器和RW3总是出不来波形，最后通过同学的帮助通过调节RW1、示波器和RW3才出来了波形，不过波形不是很准确，不过已经很不错了，基本能看到波形形状了。4.3 220Hz档波形失真当我们开始记录数据时，发现频率档位调到220Hz时，可能由于频率太小了，尤其是把频率调到最小时，不管怎么调节波形总是失真的，后来请教别人，发现别人的也是这问题，也就不把它太在意了。4.4计数器不计数错误当我们对数字频率计调试时发现电路通电后发现频率计的中间两个数码管显示着数字0，起初以为这没问题，但是通过调节频率发现这两个数码管显示的数字一直是0不会变化，反复测试过之后还是不会变化，换了一个CD4518 双BCD加法计数器之后还是同样的问题，接着我们又换了一个译码器，问题依然没有解决，该换的器件我们都换了，还是一筹莫展，最后我们才想起来可能是焊电路板的时候可能哪儿连错了，或者其他的问题，这个问题一直没有解决。5总结调试时遇到的问题总是各种各样、千奇百怪的，但是有些问题是完全可以避免的，像焊电路板之前先检查一下器件是否正确，调试时电路连线是否正确连通，二极管是否焊反，等等，只要我们在安装和调试的时候的细心一点，这些问题出现的可能性就很小了。五、心得体会一周的课程设计不到一周时间就结束了，经过这一周的不懈的努力与搭档的团结协作，我们小组终于做完了课程设计，我也学会了很多东西。1.这次课设中最深刻的是以后在焊电路板的时候，一定要先检验一下所需要的电阻、电容、二极管、等元器件，因为在这次课设焊电路板时需要焊40多个510的电阻，结果老师在发的时候发成了510K，由于我们在焊之前没有测试一下电阻的阻值，结果40多个电阻就这样全焊错了，所以在以后焊电路板之前一定要先检验一下元器件是否有误，确认无误之后再焊。2.课设中我再次体会到了掌握基础知识的重要性，像通过色环读电阻，那样会使我们在工作中用到时得心应手，尤其是掌握好数电、模电的知识，以及更深层次的理论知识与实践相结合，而不是知其然而不知其所以然运用时糊糊涂涂造成麻烦，这样做起事来也会事半功倍的。3.此次课设培养了我的动手能力，记得大二课设做数字万用表的时候焊过一次电路板，电子大赛培训又焊过几次板子，虽然焊过了好几次，但焊的还是不够实用、美观，有的地方存在连焊，造成电路出错，也不能光图快，这样会在无形中增加了调试的难度。4.本次课设也培养了我团结合作的精神，这次课设中需要焊两个板子，如果是一个人那工作量会很大，所以很多问题需要在和搭档的共同的努力下共同完成的，这也让我意识到，未来的工作中这种合作精神将更为必要，我也会将这种合作精神应用于我的日常生活中。六、所用仪器和设备1、仪器设备1）5V直流稳压电源一台2）双踪示波器一台3）万用表一块4）烙铁一个5）镊子一把6）钳子一把2、器件1）电路板两块2）简易函数信号发生器元器件清单（见附录）3）简易数字频率计元器件清单（见附录）七、 参考文献1 康华光.电子技术基础(模拟部分).北京：高等教育出版社,20012 康华光.电子技术基础(数字部分).北京：高等教育出版社,20013 中原工学院 电子技术综合指导书 电子信息学院，2009.124 阎石，数字电子技术基础 第四版 北京：高等教育出版社5 电路设计Protel 99及仿真 北京 中国铁道出版社 曾祥富主编 20006 Protel 99 SE 原理图与PCB及仿真 清源计算机工作室 编著 机械工业出版社 2004.1八、附录附录1：信号发生器电路原理图附录2：频率计电路原理图附录3：元器件清单简易函数信号发生器元器件清单序号名称型号及参数数量1C11、C211uF22C12、C22、C320.1uF33C13、C23、C33 0.01uF34C14、C24、C341000pF35C312uF16D1、D21N414827DZ1、DZ21N473128RW100K（含旋钮）19RW3100K（3296）110RW1、RW2、RW410K（3296）311R6、R77.5K212R8 R205.1 K213R96.2K114R10 R14、R5、R1710K715R15、R16100K216R18、R19、R22、R231K417RP1510118U1、U2、U3NE5532319排针24320排针23121排针22122LED1电源指示发光二极管123OUT、 OUT测量信号输入端2只24电源接线端子3位端子1只25测试针A、B、C、D426印刷电路板PCB板127R211M1简易数字频率计元器件清单序号名称型号及参数数量1CP1100uF/16V12CU110.01uF13CY112pF14CY2可变电容30pF15Cin2uF16D11N414817DS1 DS6数码管（共阴）68RDSxx、RP1510439RY120M110RY2330K111RU11、RU12310K212RU121、 RU1251272K413RU122、 RU124100K214U1、U2、 U1474HC374315U3 U6、U15、U16, CD4543616U7、U8、 U13CD4518317U9CD4060118U10CD4027119U11CD4528120U12NE5532121Y1晶振32.768KHz122LED1电源指示发光二极管123IN、 IN测量信号输入端2只24电源接线端子3位端子（电源接口）1只25测试针A、B、C、D、E526印刷电路板PCB板1附录4：安装好的实物图