南京理工大学2012年电子线路课程设计课件
南京理工大学电子电工综合实验
电子电工综合实验（Ⅱ）实验报告—多功能数字计时器设计姓名: 学号：学院(系):电子工程与光电技术学院专业: 通信工程指导：电子技术中心实验日期： 2012年9月目录1．电路目的 (3)2．设计内容简介及要求 (3)3．实验原理 (3)3.1 整体设计原理 (3)3.2秒信号发生器 (4)3.3 计数器 (5)3.4 清零电路 (6)3.5 校分电路 (7)3.6 报时电路 (7)4．遇到的问题及解决方法 (8)4.1 调试过程 (8)4.2问题与解决 (9)4.3感想与体会 (9)5．附录 (10)5.1参考文献 (10)5.2电路总图 (11)5.3元件清单 (11)5.4芯片引脚图 (12)一．实验目的1.巩固所学集成电路的工作原理和使用方法，学会在单元电路的基础上进行小型数字系统设计；2.培养大家的动手能力，独立完成实验电路的连接；3.增强分析问题与解决问题的能力，通过发现问题和解决问题对集成电路形成更全面的认识，提高调试电路的实验技能。
二．设计内容简介与要求设计制作一个0分00秒～9分59秒的多功能计时器,要求如下：1）设计一个脉冲发生电路，为计时器提供秒脉冲（1HZ），为报时电路提供驱动蜂鸣器的高低脉冲信号（1KHZ、2KHZ）；2）设计计时电路：完成0分00秒～9分59秒的计时、译码、显示功能；3）设计清零电路：具有开机自动清零功能，并且在任何时候，按动清零开关，可以对计时器进行手动清零。
4）设计校分电路：在任何时候，拨动校分开关，可进行快速校分。
（校分隔秒）5）设计报时电路：使数字计时器从9分53秒开始报时，每隔一秒发一声，共发三声低音，一声高音；即9分53秒、9分55秒、9分57秒发低音（频率1kHz），9分59秒发高音（频率2kHz）；6）系统级联。
将以上电路进行级联完成计时器的所有功能。
三．实验原理3.1 整体设计原理数字计时器是一个对标准频率（1Hz）进行计数的计数电路。
由于计数的起始时间与所需要的起点可能会不相同，所以需要在电路上加一个校分电路，以便将分时刻跳到想要的时刻，这也是为了让蜂鸣器尽快的响起。
南京理工大学电子线路课程设计(优秀)
南京理工大学电子线路课程设计实验报告摘要本次实验利用QuartusII7.0软件并采用DDS技术、FPGA芯片和D／A转换器，设计了一个直接数字频率信号合成器，具有频率控制、相位控制、测频、显示多种波形等功能。
并利用QuartusII7.0软件对电路进行了详细的仿真，同时通过SMART SOPC 实验箱和示波器对电路的实验结果进行验证。
报告分析了整个电路的工作原理，还分别说明了设计各子模块的方案和编辑、以及仿真的过程。
并且介绍了如何将各子模块联系起来，合并为总电路。
最后对实验过程中产生的问题提出自己的解决方法。
并叙述了本次实验的实验感受与收获。
关键词数字频率信号合成器频率控制相位控制测频示波器AbstractThis experient introduces using QuartusII7.0software, DDS technology，FPGA chip and D／A converter to design a multi—output waveform signal generator in which the frequency and phase are controllable and test frequency,display waveform.It also make the use of software QuartusII7.0 a detailed circuit simulation, and verify the circuit experimental results through SMART SOPC experiment box and the oscilloscope.The report analyzes the electric circuit principle of work,and also illustrates the design of each module and editing, simulation, and the process of using the waveform to testing each Sub module. Meanwhile,it describes how the modules together, combined for a total circuit. Finally theexperimental problems arising in the process of present their solutions. And describes the experience and result of this experiment.Keywords multi—output waveform signal- generator frequency controllable phase controllable test frequency oscilloscope目录一、实验目的与要求 (4)二、电路工作原理 (4)三、子模块设计原理 (8)3.1 分频电路 (8)3.2频率预置和调节电路 (11)3.3累加寄存电路 (13)3.4相位控制电路 (15)3.5波形存储电路 (15)3.6测频电路 (18)3.7译码显示电路 (20)3.8波形选择电路 (22)3.9 节省ROM的设计 (23)3.10总电路 (25)3.11AM调制 (25)四、调试 (29)五、编程下载 (29)六、波形结果 (29)七、结论 (32)八、实验小结 (32)参考文献 (33)一．实验目的与要求本实验使用DDS的方法设计一个任意频率的正弦信号发生器，要求具有频率控制、相位控制、测频、切换波形，动态显示以及使能开关等功能。
南理工模电课件7-1
7.1 反馈的基本概念和分类
1. 反馈的基本概念 2. 反馈的分类 3. 负反馈的组态(类型)
第七章 反馈放大电路
7.1 反馈的基本概念和分类 1. 反馈的基本概念 (1) 反馈概念的引出 对于电子系统，在输入信号一定时，要求输 出信号是稳定的，但由于各种因素的影响， 输出信号会发生不应有的变化。因此，需要 设法将输出信号的变化送回到输入回路，让 输入信号根据输出量的变化作调整，以保持 输出量的稳定，这一过程就是“反馈”。
Rf1、Rf2： 直流反馈
Re1： 交流反馈
Re2： 交流反馈
(5) 电压反馈和电流反馈
从需要稳定的输出量和输出端的采样方式 来划分，反馈分为以下两种： 电压反馈：反馈信号和输出电压成正比。 电流反馈：反馈信号和输出电流成正比。
X f kVo
X f kIo
判断电压和电流反馈的方法
将输出端短路(即令vo=0)： 如果原来的反馈是电压反馈，则反馈 消失；如果反馈仍存在，则原来的反 馈一定是电流反馈。
R1、Re2：直流负反馈
例题1
Rf、Re11、Ce ： 交流负反馈 电压串联
若要实现电 压串联负反 馈，Rf应接 何处？并标 示出运放的 同相和反相 输入端。
例题2
作业
314页：7.1.1
314页：7.1.2 315页：7.1.7 注意：为了便于7.1.7题答案统一，指 定i接输出端，j接输入端。作业中不 必画出电路连接图，直接给出各个端 点如何对接即可。
IRCe：：R需实b1 要现稳反IB 定馈的的T1量元IC R器c 件 V(C采C 样R电b2 阻)，对输IE 出电VCC 流进行采样 Re
ReIE ReIC：反馈信号 (采样量)
温度 IC IE Re IE VBE ( VB Re IE ) IB IC
南京理工大学 数字电路课件
P
A
X B C Q 高位
0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7
≥1
F（Q，X，P）
F(Q,X,P)=m0+m1+m4+m6+m7
P
A
X B C Q 高位
&
F（Q，X，P）
F(Q,X,P)=m0m1m4m6m7
③ 利用高电平输出有效的译码器和或非门。 F(Q,X,P)=m2+m3+m5
74148为8线—3线优先编码器, 输入为低电平有效,输出 为3位二进制反码,HPRI是最高位优先编码器的说明.图 中: ST端为输入控制端,当ST=0时,电路处于正常工作状 态; 当ST=1时,电路禁止工作, Y2Y1Y0=111 .
YS：选通输出端.
YS=ST I0I1I2I3I4I5I6I7
A 0 0 0 0 1 1 1 1
B 0 0 1 1 0 0 1 1
C 0 1 0 1 0 1 0 1
F 0 0 0 1 0 1 1 1
(2) 化简、求最简函数表达式 BC 00 A 0 1
01
11
1
10
1
1
1
F=AB+AC+BC =AB· BC AC·
(3) 画电路图
F
&
&
&
&
A
B
C
例
设计一个两位二进制数比较器。
设计一个具有互相排斥输入条件的编码器. 输入: X0 、X1、X2 、X3 对应关系：
输入 X0 X1 X2 X3
输出：A1、A0
A1 A0 0 0 0 1 1 0 1 1
南理工模电课件9-2
f0
2
1 LC
2
1 C 1C 2 L C1 C2
电容三点式LC振荡电路优缺点
优点： ❖ 反馈取自电容，电容对高次谐波分量阻抗很 小，故反馈电压中高次谐波分量小，输出波 形好。 ❖ C1、C2容量可选得较小，谐振频率高，可达 100MHZ，多应用于高频电路。
缺点： ❖ 振荡频率受极间电容影响。 ❖ 要改变振荡频率可调C1、C2 ，但影响起振条 件，所以该电路适合产生固定频率的信号， 要改变频率，通常在L一侧串联或并联一个小 的可变电容。
当外加电压的频率和石英晶体的固有频率相等 时，石英晶体振动的幅度最大，这种现象称为 在压石电英谐晶振体，两因面此施石加英机晶械体力又，称会为在石相英应晶的体方谐向振 产器生。电场。
在石英晶体两面外加电场，晶片会产生形变， 如果施加交变电压，则晶片会产生周期振动。
(b) 石英晶体的等效电路
Co — 晶片静态电容(几 ~ 几十 pF) C — 晶体的动态电容(10-4 ~ 10-1 pF)(小) L — 晶体的动态电感(102 ~ 103m H)(大) R — 等效摩擦损耗电阻(100Ω)(小)
旁路电容
a 180 f 180 a f 360
振荡频f率 0 2： π1LC
可以选用β较大的 管子，增加互感 M，或增加副边 线圈的匝数(增大 反馈信号的强度)， 使正反馈的幅度 条件得以满足， 易于起振。
变压器反馈式LC振荡电路优缺点
优点：
❖ 调节频率方便，采用可变电容，可获得一个 较宽的频率调节范围。
❖ 一般用于产生10MHZ以下的信号。
缺点：
❖ 结构复杂，有变压器，体积大。 ❖ L小，Q值小，选频性能差。
3. 三点式LC振荡电路
南理工模电课件3-2
3.2 放大电路的基本知识
1. 放大电路的表示方法 2. 放大电路的分类及模型 3. 放大电路的主要性能指标
3.2 放大电路的基本知识（教材1.2节内容）
Vs : 信号源电压 Rs : 信号源内阻 放大电路主要用于放大微弱信号，使输出电
Vi : 输入电压 I i : 输入电流 压或电流在幅度上得到放大，输出信号的能 正弦信号的相量表示 量得到加强。 Vo : 输出电压 I o : 输出电流
1V 200 20 lg( 200)dB 46dB AV 5mV
1V / 2k 100 20 lg(100)dB 40dB AI 5A
4 4 AP 200 100 2 10 10 lg( 2 10 )dB 43dB
输入电阻
输入电阻是从放大电路的输入端看进去的交 流等效电阻
测试输入电阻时，可以在放大电路的输入端 外加一交流测试电压VT，测量出输入电流IT， VT 根据Ri 算出Ri。 I
T
返回
输出电阻
输出电阻是放大电路在断开负载后，从输出端看进 去的等效交流电阻。
返回
频率响应基本概念
放大电路中的二极管、三极管等器件具有电容效应， 放大电路中具有耦合电容以及分布电容和电感，因此 放大电路的输出信号会随输入信号的频率而改变。
AV Vo AV a V
i
频率响应基本概念
放大电路的频率响应指的是，在输入正弦信号情况 下，输出随频率连续变化的稳态响应。 具体的说，放大电路的增益和输入信号频率之间的 函数关系称为该电路的“频率响应”或“频率特 性”。
互导放大电路适用于信号源内阻Rs和负载电阻 RL均较小的场合
南京理工大学课程设计
课程设计报告——直流斩波电路设计姓名：闫耀程学号:0810190142指导老师：李强直流斩波电路的设计摘要：本文主要介绍的是直流斩波电路的设计，通过对直流源，控制电路，驱动电路和保护电路的设计完成整个直流斩波电路的设计。
关键词：直流斩波；控制；驱动；保护。
引言：直流斩波器(DC Chopper)又称为截波器，它是将电压值固定的直流电，转换为电压值可变的直流电源装置，是一种直流对直流的转换器(DC/DC Converter)已被被广泛使用，如直流电机之速度控制、交换式电源供应器(Switching-Power-Supply)等。
直流斩波是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为DC/DC变换。
斩波器的工作方式有两种，一是脉宽调制方式，Ts（周期）不变，改变Ton（通用，Ton为开关每次接通的时间），二是频率调制方式，Ton不变，改变Ts（易产生干扰）。
其具体的电路由以下几类：降压斩波器（Buck Chopper电路），其输出平均电压Uo小于输入电压Ui，输出电压与输入电压极性相同。
升压斩波器（Boost Chopper电路），其输出平均电压Uo大于输入电压Ui，输出电压与输入电压极性相同降压或升压斩波器（Buck-Boost Chopper电路）降压或升压斩波器（Cuk Chopper电路）Sepic斩波电路Zeta斩波电路，其中前两种是最基本的电路。
复合斩波电路——不同基本斩波电路组合多相多重斩波电路——相同结构基本斩波电路组合直流传动是斩波电路应用的传统领域，而开关电源则是斩波电路应用的新领域，前者的应用是逐渐萎缩，而后者的应用方兴未艾、欣欣向荣，是电力电子领域的一大热点。
用直流斩波器代替变阻器可节约电能(20~30)%。
直流斩波器不仅能起调压的作用(开关电源)，同时还能起到有效地抑制电网侧谐波电流噪声的作用。
当今软开关技术使得DC/DC发生了质的飞跃，美国VICOR公司设计制造的多种ECI 软开关DC/DC变换器，其最大输出功率有300W、600W、800W等，相应的功率密度为(6、2、10、17)W/cm^3，效率为(80-90)%。
2012年课程设计讲解
右端为输出；同一块插板上的同类元器件应采用同一组装方式， 距离插板表面的高度应大体一致，各元件间的距离应视周围元件 的多少而定，一般不能太密，以方便检查和调试电路。元器件型 号或标称值应朝同一方向，并能看到其极性和标志以便检查。元 器件的引线一般不宜剪得过短，以利重复使用。
（３）图形符号要标准，图中应加适当的标注。电路图中的中，大规 模集成电路器件，一般用方框表示，在方框中标出它的型号，在方框的 两侧标出每根线的功能名称和管脚号。
（４）连线一般画成水平线或垂直线，并尽可能减少交叉和拐弯。 对于相互交叉的线，应在交叉处用圆点标出 。
（５）数字电路中的门电路、触发器在总电原理图中常用门电路符 号、触发器符号来画，而不按接线图形式画。如按接线图形式画， 由于ＣＭＯＳ集成电路不用的输入端不能悬空，因此，要对不用的 输入端进行处理，否则该图不正确。
3.布线的原则 布线要有步骤地进行，一般是先布电源线和地线，然后按组
装图从输入级、中间级到输出级依次连接好各元器件。在此条件 下，尽量做到接线短、接线少、测量方便，尽量使电源线和地线 靠近电路板周边。
附件一 电路安装范例
附件一 电路安装
电路的检测
１．调试前的直观检查
按照原理电路图，检查连线是否正确、检查元器件安装情况 和电源的供电情况。
严禁拷贝他人电路，发现近乎完全一样的电路图 以零分处理。
课程设计报告要求
报告格式：按附件四：《模拟电子线路基础课程设计报告格式》 撰写，用A4纸打印，不按要求的后果自负。
设计方案：预设计方案至少要准备两个以上，并进行比较说明 选择实验方案的理由。
电路的安装
逻辑清晰、接线牢固、测试方便、美观大方
南理工模电课件1
模拟信号示意图
T / C
在时间和幅值上 均连续的信号
t/s
模拟电路示例
温度 传感器 电信号 信号
自然界中大部分信号 为模拟信号，模拟电 路的重要性可见一斑
放大
滤波
采样 保持 A/D 转换
计算机
自动测温系统方框图
2、课程的地位和作用
本课程是电气信息类学生的重要专业技术 基础课，主要研究半导体器件的性能、参 数和应用，介绍常用模拟电子线路的基本 原理、分析计算和测试方法，培养学生对 常用实际电路的分析、计算、测试和设计 的能力。
南京理工大学
任课教师、课件制作：宗志园
课 程 介绍
1、课程的内涵 模拟电路 → 处理模拟信号的电子电路
信 号 电流流通的闭合回路，主要组成： 时间离散、幅值连续信号 的 电源、负载、开关、导线、电子 时间连续、幅值离散信号 分 元器件和辅助设备 数字信号 类 时间离散、幅值离散信号 模拟信号
时间连续、幅值连续信号
6、成绩评定
闭卷笔试(85分)＋实验(15分)
7、学习策略
课堂听讲
总结比较Fra bibliotek适当练习
注重实践
二极管、晶体三极管、场效应管
本课程涉及的模拟电子线路知识
单 级 放 大 电 路 多 级 放 大 电 路
晶体三极管放大电路 场效应管放大电路 差动放大电路 功率放大电路
放大电路的频率响应 负反馈放大电路
直流稳压电源电路
集 成 运 算 放 大 器
应用
运算电路 信号产生电路 滤波电路
正弦波发生器 方波发生器 锯齿波发生器
3、教材和参考资料
康华光(华中理工)
南京理工大学_数字电路课件
若用高电平VH表示逻辑“0”,用低电平VL表示逻辑 “1”,则称为负逻辑约定,简称负逻辑.
在本课程中,如不作特殊说明,一般都采用正逻辑表示.
VH和VL的具体值,由所使用的集成电路品种以及所 加电源电压而定,有两种常用的集成电路:
2. 格雷码(Gray码) 格雷码为无权码,特点为：相邻两个代码之间仅有一
位不同,其余各位均相同.具有这种特点的代码称为循环码, 格雷码是循环码.
格雷码和四位二进制码之间的关系:
设四位二进制码为B3B2B1B0,格雷码为R3R2R1R0,
则
R3=B3, R2=B3 B2 R1=B2 B1 R0=B1 B0
常见的BCD码有8421码、5421码、2421码、余3码等。
十进制数
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
8421码
0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001
常用BCD码
5421码
2421码
0000 0001 0010 0011 0100 1000 1001 1010 1011 1100
1.1.2 几种简单的编码 1. 二 - 十进制码 (BCD码)( Binary Coded Decimal codes)
用四位二进制代码来表示一位十进制数码,这样的代 码称为二-十进制码,或BCD码.
四位二进制有16种不同的组合,可以在这16种代码中 任选10种表示十进制数的10个不同符号,选择方法很多.选 择方法不同,就能得到不同的编码形式.
按权展开式：
n1
(N) 8
ai
8i
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5、设计能输出多种波形（三角波、锯齿波、方波等）的多 功能波形发生器； 6、自己添加其他功能。
四、设计报告要求
1、设计文裆 2、电路设计文件 3、设计感想
1、设计文裆
★ ★ ★ ★ 封面：包括名称，学号，姓名，设计时间等； 摘要和关键词（中英文）； 目录； 正文： *设计要求说明 *方案论证（整体电路的工作原理） *各子模块设计原理
*调试 *仿真 *编程下载 ★ 结论； ★ 参考文献。
2、电路设计文件
* 原理图文件； * VHDL原文件； * 波形仿真文件； * 高级语言程序及其生成的RAM文件（.mif)。
3、设计感想
* 设计过程中遇到的问题及解决问题的方法； * 设计的收获与感受；
* 期望及要求；
4、系统具有清零和使能的功能；
5、利用实验箱上的D/A转换器件将ROM输出的数字信号转换 为 模拟信号，能够通过示波器观察到正弦波形； 6、通过开关（实验箱上的Ki）输入DDS的频率和相位控制字， 并能用示波器观察加以验证；
Байду номын сангаас
设计提高部分要求
1、通过按键（实验箱上的Si）输入DDS的频率和相位控制字， 以扩大频率控制和相位控制的范围；(注意：按键 后有消颤电路) 2、能够同时输出正余弦两路正交信号； 3、在数码管上显示生成的波形频率； 4、充分考虑ROM结构及正弦函数的特点，进行合理的配置， 提高计算精度；
电子线路课程设计
电子技术中心
直接数字频率合成器
讲解提纲 一、设计内容
二、设计原理
三、设计要求 四、设计报告要求
一、设计内容
设计一个频率及相位均可控制的具有正弦和余 弦输出的直接数字频率合成器（Direct Digital Frequency Synthesizer 简称DDFS或DDS）。
二、设计原理
(3)波形存储器
相位量化序列
N位
地 址
波形ROM
数 正弦幅度量化序列 据 D位
作用：进行波形的相位—幅值转换。 原理： ROM的N位地址
把0O—360O的正弦角度离散成具有2N个样值的序列
ROM的D位数据位
则2N个样值的幅值量化为D位二进制数据
(4)D/A转换器
D/A转换器的作用 把已经合成的正弦波的数字量转换成模拟量。
1、概念
直 接 数 字 频 率 合 成 器 （ Direct Digital Frequency Synthesizer）是一种基于全数字技术， 从相位概念出发直接合成所需波形的一种频率合成 技术。
2、DDS的组成及工作原理
频率预置与 K
调节电路 N位
N位 波形 S(n) D/A S(t) 低通 累加器 滤波器 存储器 D位 转换器
fc
(1)频率预置与调节电路
作用：实现频率控制量的输入； 不变量K被称为相位增量，也叫频率控制字。
(2)累加器
频率控制字K N位
加法器
N位
相位量化序列
寄存器
fc
N位
相位累加器的组成= N位加法器+N位寄存器
相位累加器的作用：在时钟的作用下，进行相位累加
注意：当相位累加器累加满量时就会产生一次溢出，完成一 个周期性的动作。
基准时钟fc
频率和相位均可控制的具有正弦和余弦输出的DDS 核心单元电路示意图
三、设计要求
基本要求
提高要求
设计基本要求
1、利用QuartusII软件和SmartSOPC实验箱实现DDS的设计；
2、DDS中的波形存储器模块用Altera公司的Cyclone系列FPGA 芯片中的RAM实现，RAM结构配置成212×10类型； 3、具体参数要求：频率控制字K取4位；基准频率fc=1MHz,由 实验板上的系统时钟分频得到；
思考题：
1、产生的信号频率是多大？ DDS的输出频率为： f0=fCK/2N
（fC为基准时钟频率， N为累加器的位数）
2、产生的信号频率范围是多少？
DDS输出的最低频率 DDS输出的最高频率 K=1时 fC/2N Nyquist采样定理决定，即fC/2， K的最大值为2N-1
结论：只要N足够大，DDS可以得到很细的频率间隔。 要改变DDS的输出频率，只要改变频率控制字K即可。
data1 data [11..0] clk result [11..0]
4位频率 控制字K
result [11..0]
data2
q[11..0] data2
正弦ROM 4位相位控制字P
addr [11..0] q[9..0] clk
10位D触发器
data [9..0] clk q[9..0]
正弦波 数值输出
Sin(t)
t
(5) 低通滤波器
D/A转换器的作用 滤除生成的阶梯形正弦波中的高频成分，将其变 成光滑的正弦波。
Sin(t)
Sin(t)
t
t
余弦ROM
addr [11..0] q[9..0] clk
10位D触发器
data [9..0] clk q[9..0]
余弦波 数值输出
相位累加器
data1
12位相位寄存器