电子技术综合设计Word文档格式.docx
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10
良好:
资料查阅充实,加5分
一般:
6
较差:
4
2
问题回答
准确回答问题
回答问题准确无误,加5分
3
软件仿真
仿真功能正确、参数测试正确
30
综合结果特别优秀的加10分
20
硬件制作
工作稳定、参数测试正确
布局焊接美观、测试准确5
5
设计报告
设计报告工整、规范5
15
合计
90
优秀等级:
总分≥105分,其中基本分≥80分。
良好等级:
总分≥90分,其中基本分≥70分。
中等等级:
总分≥70分,其中基本分≥60分。
及格等级:
总分≥60分,其中基本分≥50分。
不及格等级:
总分≤59分,或有下列行为之一者,直接评为不及格。
(1)抄袭行为,指资料查阅、软件仿真电路、硬件电路原理图等其中之一直接拷贝同学的、或设计报告抄袭达30%以上者。
(2)缺设计报告,规定时间内不能提交设计报告。
(3)不能按时完成者,指选题、资料查阅及回答提问、仿真设计及检查验收、硬件制作及测试验收等环节规定的最终时间。
选题:
每人自由选其中1题,选题一周后不能更改。
一、放大器设计
放大器是应用广泛的基本模拟电路,主要用于小信号的放大,基本性能指标有增益系数、输入电阻、输出电阻、通频带(带宽)等,依据不同的性能要求选用不同的集成运放作为放大器件,不同的集成运放其增益带宽积为不同的常数,输入电阻决定于第一级、输出电阻决定于最后一级。
1、要求完成原理设计并通过软件仿真部分
(1)输入为100mV的正弦信号,负载电阻1KΩ,放大器的性能参数为:
增益40dB、输入电阻50Ω、输出电阻≤10Ω、通频带范围300Hz~4000Hz。
(2)输入为0.5mV的正弦信号,负载电阻1KΩ,设计放大器的性能参数为:
增益80dB、输入电阻≥200KΩ、输出电阻≤50Ω、通频带范围20Hz~400KHz。
(3)输入为10mV的正弦信号,负载电阻1KΩ,设计放大器的性能参数为:
增益60dB、输入电阻10KΩ、输出电阻≤20Ω、通频带范围500Hz~10KHz,要求增益可调,调节步进10dB。
软件仿真部分元器件不限,只要元器件库中有即可,但需要注意合理选取。
2、要求实际制作部分
上述(3)输入为10mV的正弦信号,负载电阻1KΩ,设计放大器的性能参数为:
硬件制作部分核心元器件:
LM324、uA741、DAC0832,电阻电容不限。
二、滤波器设计
滤波器是限制信号的频率范围,用于提取有用信号、滤除噪声干扰信号、提高信噪比。
滤波器类型有无源滤波器和有源滤波器,其中又分为低通、高通、带通、带阻、全通等。
滤波器的主要性能参数有:
截止频率、下降速率、品质因素等。
(1)低通滤波器电路,截止频率分别为300Hz、1KHz,衰减速率≥40dB/十倍频。
(2)高通滤波器电路,截止频率分别为300Hz、1KHz,衰减速率≥40dB/十倍频。
(3)带通滤波器,频率范围300Hz~3400Hz,衰减速率≥40dB/十倍频。
(4)四阶椭圆形低通滤波器,带内起伏≤1dB,-3dB通带为50kHz,要求在200kHz处小于-50dB,-3dB通带误差不大于5%。
上述(4)四阶椭圆形低通滤波器,带内起伏≤1dB,-3dB通带为20kHz,要求在80kHz处小于-50dB,-3dB通带误差不大于5%。
uA741、LM324、9013,电阻电容不限。
交通灯定时控制系统的设计、制作
在城镇街道的十字交叉路口,为了保证交通秩序和行人安全,一般在每条道路上各有一组红、黄、绿交通信号灯,其中红灯亮,表示该条道路禁止通行;
黄灯亮表示该条道路上未过停车线的车辆停止通行,已过停车线的车辆继续通行;
绿灯亮表示该条道路允许通行。
交通灯控制电路自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换,指挥各种车辆和行人安全通行,实现十字路口交通管理的自动化。
1、设计任务及要求
设计一个十字路口的交通灯定时控制系统,基本要求如下:
(1)甲车道和乙车道两条交叉道路上的车辆交替运行,每次通行时间都设为25秒。
(2)每次绿灯变红灯时,黄灯先亮5秒钟,才能变换运行车道。
(3)黄灯亮时,要求每秒钟闪亮一次。
选做扩展功能:
(4)十字路口有数字显示灯亮时间,要求灯亮时间以秒为单位作减计数;
(5)要求通行时间和黄灯亮的时间均可在0~99s内任意设定。
2、设计原理
(1)分析系统的逻辑功能,画出其框图
交通灯定时控制系统的原理框图如图1所示。
它主要由控制器、定时器、译码器和秒脉冲信号发生器等部分组成。
秒脉冲发生器是该系统中定时器和控制器的标准时钟信号源,译码器输出两组信号灯的控制信号,经驱动电路后驱动信号灯工作,控制器是系统的主要部分,由它控制定时器和译码器的工作。
图中:
TL:
表示甲车道或乙车道绿灯亮的时间间隔为25秒,即车辆正常通行的时间间隔。
定时时间到,TL=1,否则TL=0。
TY:
表示黄灯亮的时间间隔为5秒。
定时时间到,TY=1,否则,TY=0。
ST:
表示定时器到了规定的时间后,由控制器发出状态转换信号,由它控制定时器开始下一个工作状态的定时。
定时器
甲车道信号灯
秒脉冲
发生器
TLTYST
译码器
控制器
乙车道信号灯
图1交通灯控制系统原理框图
(2)画出交通灯控制系统的ASM(算法状态机)图
一般十字路口的交通灯控制系统的工作状态及其功能如表1:
表1
控制器状态
信号灯状态
车道运行状态
S0(00)
S1(01)
S3(11)
S2(10)
甲绿,乙红
甲黄,乙红
甲红,乙绿
甲红,乙黄
甲车道通行,乙车道禁止通行
甲车道缓行,乙车道禁止通行
甲车道禁止通行,乙车道通行
甲车道禁止通行,乙车道缓行
控制器应送出甲、乙车道红、黄、绿灯的控制信号。
为简便起见,把灯的代号和灯的驱动信号合二为一,并作如下规定:
AG=1:
甲车道绿灯亮;
BG=1:
乙车道绿灯亮;
AY=1:
甲车道黄灯亮;
BY=1:
乙车道黄灯亮;
AR=1:
甲车道红灯亮;
BR=1:
乙车道红灯亮。
由此得到交通灯的ASM图,如图2所示:
ARBY
ST
AGBR
TY
TL
ARBG
AYBR
图2交通灯控制系统的ASM图
(3)单元电路的设计
①定时器
定时器由与系统秒脉冲同步的计数器构成,要求计数器在状态转换信号ST作用下,先清零,然后在时钟上升沿作用下,计数器从零开始进行增1计数,向控制器提供模5的定时信号TY和模25的定时信号TL。
②控制器
控制器是交通管理的核心,它应该能够按照交通管理规则控制信号灯工作状态的转换。
从ASM图可以列出控制器的状态转换表,如表2所示:
表2
输入
输出
现态
状态转换条件
次态
状态转换信号
TLTY
00
01
11
10
0X
1X
X0
X1
10
00
控制器的逻辑图自行设计。
③译码器
译码器的主要任务是将控制器的输出Q1、Q0的4种工作状态翻译成甲、乙车道上的6个信号灯的工作状态。
控制器的状态编号与信号灯控制信号之间的关系如表3所示。
译码器电路请自行设计。
表3
Q1Q0
AGAYAR
BGBYBR
00
01
11
100
010
001
3、设计内容与步骤
(1)在Multisim工具软件中设计电路并进行仿真,仿真结果正确则进入下一步骤;
(2)安装、调试定时电路;
(3)安装、调试控制器电路;
(4)安装、调试译码器电路,其输出接甲、乙车道上的6只信号灯(用发光二极管代替),验证电路的逻辑功能;
(5)安装、调试秒脉冲产生电路;
(6)完成交通灯控制电路的联调,并测试其功能。
4、参考元器件
集成电路:
74LS741片,74LS002片,74LS1532片,74LS1632片,NE5551片
电阻:
52K
1只,200
6只
电容:
F1只,0.1
F1只
其他:
发光二极管6只
多功能数字钟电路设计
1、功能要求:
①基本功能:
以数字形式显示时、分、秒的时间,小时计数器的计时要求为“12翻1”,并要求能手动快校时、快校分或慢校时、慢校分。
②扩展功能:
定时控制,其时间自定;
仿广播电台正点报时—自动报正点时数。
2、设计步骤与要求:
①拟定数字钟电路的组成框图,要求先实现电路的基本功能,后扩展功能,使用的器件少,成本低;
②设计各单元电路,并用Multisim软件仿真;
③在通用电路板上安装电路,只要求显示时分;
④测试数字钟系统的逻辑功能;
⑤写出设计报告。
设计报告要求:
写出详细地设计过程(含数字钟系统的整机逻辑电路图)、调试步骤、测试结果及心得体会。
3、给定的主要器件:
74LS00(4片),74LS160(4片)或74LS161(4片),74LS03(OC,1片),74LS04(2片),74LS20(2片),74LS48(4片),数码管BS202(4只),发光二极管(2只),555(2片)。
4、仪器和设备:
稳压电源(或数字逻辑学习机),双宗示波器,数字万用表、数字通用板、拨线钳和电烙铁等。
5、参考文献:
1、《电子技术基础课程设计指南》清华大学出版社、焦宝文主编;
2、《电子线路设计大全》华中科技大学出版社、陈碗儿主编
3、《数字电子技术基础》清华大学出版社、阎石主编
4、《TTL集成电路大全》电子工业出版社
6、数字电子钟的设计提示
扩展部分
1)、数字电子计时器组成原理
图1数字电子计时器的结构框图
2)、用74160实现12进制计数器
图2用整体置零法构成的12进制计数器
3)、校时电路
当刚接通电源或时钟走时出现误差时,都需要进行时间的校准。
校时是数字钟应具有的基本功能,一般电子钟都有时、分、秒校时功能。
为使电路简单,这里只进行分和小时的校准。
校时可采用快校时和慢校时两种方式。
校时脉冲采用秒脉冲,则为快校时;
如果校时脉冲由单次脉冲产生器提供则为慢校时。
图3中C1、C2用于消除抖动。
校时脉冲
图3校时电路
4、时基电路
图4由555定时器构成的多谐振荡器
5、定时控制电路
数字钟在指定的时刻发出信号,或驱动音响电路“闹时”,或对某装置进行控制,都要求时间准确,即信号的开始时刻与持续时间必须满足规定的要求。
例如,要求上午7点59分发出闹时信号,持续时间为1分钟。
7时59分对应数字钟的时计数器的状态为(Q3Q2Q1Q0)H1=0111,分十位计数器的状态为(Q3Q2Q1Q0)M2=0101,分个位计数器的状态为(Q3Q2Q1Q0)M1=1001。
若将上述计数器输出为“1”的所有输出端经过与门电路去控制音响电路‘可以使音响电路正好在7点59分响,且持续时间1分钟停响。
所以闹时控制信号Y的表达式为:
Y=(Q2Q1Q0)H1(Q2Q0)M2(Q3Q0)M1
如果用与非门和集电极开路门电路实现,上式可改写为:
图5定时控制电路
6、仿电台正点报时电路
仿电台正点报时电路的功能要求是:
每当数字钟计时快要到正点时发出声响,通常按照4低音1高音的顺序发出声响,以最后一声高音结束的时刻为正点时刻。
设4声低音(约500Hz)分别发生在59分51秒、53秒、55秒及57秒,最后一声高音(约1kHz)发生在59分59秒,它们的持续时间为1秒。
根据以上设定可得到电台正点报时时的分十位状态Q2M2Q0M2=11(0101),分个位的状态为Q3M1Q0M1=11(1001),秒十位状态为Q2S2Q0S2=11(0101),秒个位的状态为Q0S1=1(1、3、5、7、9)。
而发低音还是高音只与秒个位有关,根据设定可列表如表1所示:
由表中的状态可总结出如下结论:
秒个位的第三位Q3S1可用来作为鸣低音或高音的控制信号,即
Q3s1=0时,输入500Hz的低频信号至音响电路
Q3S1=1时,输入1kHz的高频信号至音响电路。
表1正点报时状态功能表
CP(秒)
Q3S1Q2S1Q1S1Q0S1
功能
Cp(秒)
50
51
52
53
54
55
0000
0001
0010
0011
0100
0101
鸣低音
停
56
57
58
59
0110
0111
1000
1001
鸣高音
数字式竞赛抢答器
1、设计任务与要求
(1)设计一个可容纳8组参赛的数字式抢答器,每组设一个按钮,供抢答使用。
(2)抢答器具有第一信号鉴别和锁存功能,使除第一抢答者外的按钮不起作用。
(3)设置一个主持人“复位”按钮。
(4)主持人复位后,开始抢答,第一信号鉴别锁存电路得到信号后,由指示灯显示抢答组的编号,同时扬声器发出2~3秒的音响。
(5)设置一个计分电路,每组开始预制100分,由主持人计分,答对一次加10分,答错一次减10分。
显示
电路
译码
锁存器
优先编
码电路
抢答按钮
主电路
报警电路
控制电路
主持人
控制开关
显示电路
译码电路
计分电路
预制
扩展功能电路
加分减分
图1抢答器总体框图
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构成,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。
扩展电路完成各选手的得分显示功能。
定时抢答器的工作过程是:
接通电源时,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;
抢答开始时,主持人将控制开关拨到“开始”位置,扬声器给出声响提示,抢答器处于工作状态,这时,抢答器完成以下工作:
(1)优先编码器电路立即分辨出抢答者编号,并由锁存器进行锁存,然后由译码显示电路显示编号;
(2)扬声器发出短暂声响,提醒主持人注意;
(3)控制电路要对输入编码电路进行封锁,避免其他选手再次进行抢答;
(4)当选手将问题回答完毕,主持人操作计分开关,计分电路采用十进制加/减计数器、数码管显示。
本轮抢答完毕,主持人操作控制开关,使系统回复到禁止工作状态,以便进行下一轮抢答。
单元电路设计:
(1)抢答电路
抢答电路包括抢答按钮、优先编码电路、锁存器、译码显示电路。
抢答电路的功能有两个:
一是能分辨出选手按键的先后,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。
(2)控制电路
控制电路主要完成以下功能:
主持人将控制开关拨到“开始”位置时,控制扬声器发声,使抢答电路进入正常抢答工作状态;
当参赛选手按动抢答键时,让扬声器发声,并使抢答电路停止工作。
(3)报警电路
可以用555构成的多谐振荡器推动扬声器发声。
(4)计分电路
计分电路与主电路相互独立,由主持人控制进行加、减计数。
(2)安装调试各单元电路;
(3)测试定时抢答器的逻辑功能,以满足设计功能要求;
(4)画出定时抢答器的系统逻辑电路图;
(5)写出设计性实验报告。
优先编码器:
74LS148;
RS锁存器:
74LS279;
显示译码器:
74LS48;
可预制数同步可逆十进制双时钟计数器:
74LS192;
两输入四与非门:
74LS00;
单稳态多谐振荡器:
74LS121;
555定时器:
NE555;
发光二极管;
共阴极数码显示器。
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- 电子技术 综合 设计