电子技术综合设计

电子技术综合设计

1、选题安排

实行网上自由选题，每人1题，包含若干个软件仿真设计小题、其中有1道小题在仿真实现的基础上要求完成硬件制作，具体要求见选题。

设计流程：查阅有关文献资料→拟定电路原型→依据性能指标，进行参数计算，确定电路元器件参数→画出原理电路→仿真分析验证设计方案、调整有关电路参数→实际制作、测试电路性能参数→写出设计报告。

时间安排：选题结束后，自己安排时间进行课题资料查阅、原理方案设计和参数计算，然后进行软件仿真（可以利用自己的PC机或利用实验室开放时间段预约后到实验室进行仿真实验），完成上述工作后预约第一阶段检查验收，验收合格后，凭指导教师验收签字单到实验中心领取器材进行硬件制作部分，完成调试后，经指导教师验收签字，最后，撰写课程设计总结报告并提交到实验中心。

成绩评定：严格按评分标准进行成绩评定，不及格等级者需要重修。

2、设计报告要求

编写课程设计的总结报告是对学生写科学论文和科研总结报告的能力训练。通过写总结报告，不仅将设计、组装、调试的内容进行全面总结，而且可以将实践内容上升到理论高度。总结报告应包括以下内容：

（1）课题名称；

（2）内容摘要；

（3）设计内容及要求；

（4）系统方案设计，分析比较各种方案的优缺点，画出系统框图；

（5）单元电路设计、参数计算和器件选择；

（6）画出完整的电路图，并说明电路的工作原理；

（7）组装调试部分：使用的主要仪器，调试电路的方法和技巧，测试的数据和波形并与计算结果比较分析，调试中出现的故障、原因及排除方法；

（8）总结设计电路的特点，并提出改进意见；

（9）收获和体会；

（9）附录：列出参考文献；列出系统需要的元器件清单。

3、评分标准

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。

总结：1、设计放大电路第一步确定反馈类型：运放器一般都用负反馈，使得放大电路稳定，正反馈电路会造成放大电路的不稳定。

2、正相放大与反向放大的区别：正相放大不发生相位的改变，且总是放大；反相放大会发生相位滞后180°，且不仅可以放大也可以缩小。

3、低通滤波器会造成相位滞后，高通滤波器会造成相位超前。

4、放大器中滤波器决定通频带，反馈支路决定增益。万用表测量的是有效值。

5、Q（品质因素）是相移造成的。

6、设计放大器的思路：1）确定反馈类型

2）确定滤波器

3）调节通频带

4）调节增益

5）调试

7、741的带宽增益积为1M，如果带宽fh为400Khz，一级只能放大2.5倍。

（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。

总结：1、设计放大器时，对于较高的通频带，应注意芯片的带宽增益积。带宽增益积=增益*通频带（约等于上限频率），所以芯片的增益都有一定的限制范围。

2、放大器只放大幅值，并不改变频率，如若输入与输出的频率发生改变，原因可能是发生了自激振荡。

３、芯片内阻大约为１Ｍ欧姆，要求反馈电阻不能过大，如果与内阻相近，那么虚断原则将不会成立。一般反馈电阻在１～１００Ｋ欧姆左右。

（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：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。

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、要求完成原理设计并通过软件仿真部分

（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。

总结：1、RC低通滤波器中，R的阻值会影响运放器的输入电阻，实际运放中靠近原点附近存在死区，当输入电流很小时，运放器将会工作在类似于截止区的死区，从而无法如预期中放大。

2、低通滤波器一般可以放置在中间级。放置在输入级，R的电阻将会影响输入电阻；放置在输出级将会影响输出电阻，均会使得其工作在死区，所以一般滤波器放置在中间级，如若放置在输入或输出级，应使得R的电阻足够小，不影响输入或输出电阻，一般R的总值不宜超过1M。

3、运放器的输出电阻比较小，一般输出级的电阻不应影响运放器的输出电阻。

4、一级放大，出于输入、输出电阻的考虑，低通滤波器一般置于输入级，高通滤波器一般置于输出级。

（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%。

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（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%。

硬件制作部分核心元器件：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：

T L：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，T L=1，否则T L=0。

T Y：表示黄灯亮的时间间隔为5秒。定时时间到，T Y=1，否则，T Y=0。

S T：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。

（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：

（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S T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T Y和模25的定时信号T L。

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

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

Q1Q 0AG AY AR BG BY BR

00 01 11 101 0 0

0 1 0

0 0 1

0 0 1

0 0 1

0 0 1

1 0 0

0 1 0

（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：74LS74 1片， 74LS00 2片(TTL与非门)，74LS153 2片(数据选择器)，74LS163 2片(同步清零加法计数器)，NE555 1片（555定时器制作多谐振

荡器）

电阻：52KΩ 1只，200Ω 6只

电容：10μF 1只， 0.1μF 1只

其他：发光二极管 6只

１、秒脉冲信号发生器：采用NE555芯片，接成多谐振荡器，周期计算公式：

T 1.44R1 2R2C1

2、逻辑门：74HC4072：四引脚或门 74HCT4002：四引脚或非门

74LS00 ：二引脚与非门 74LS04：非门

74LS27：三引脚或非门 74LS74：D触发器

7SEG-COM-CATHODE:七段共阴极显示器

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

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