设计报告模板

电子综合设计与制作

设计题目：电子线路课程设

烟台南山学院

专业：电气技术

班级：161

姓名：万里

学号：xxxxxxxx

指导老师：xxx

2017年12月5日

第一章课程设计目的 (1)

1.1 设计目的 (1)

1.2 设计任务及要求 (1)

第二章设计步骤 (2)

2.1 总体原理框图 (2)

2.2 各具体电路设计分析 (2)

2.3 D/A 转换电路（数模转换器）的设计 (4)

2.4 A/D转换器ICL7107 (5)

2.41 31/2位双积分型A/D转换器ICL7107的基本特点 (5)

2.42 ICL7107引脚功能 (6)

2.43 ICL7107的工作原理 (7)

第三章各单元电路工作原理及参数计算 (9)

第四章电路总体设计 (10)

第五章元件及其介绍 (11)

5.1材料清单 (11)

第六章实验结果及分析实验焊接、调试及实验结果分析 (12)

第七章自选题设计循环灯设计 (13)

第1章设计目的 (13)

第2章电路设计 (13)

2.1 元器件的选择 (13)

2.2各元器件的介绍 (14)

2.3电容的介绍 (14)

2.4 LED的介绍 (15)

第3章图表 (16)

3.1 电路原理图 (16)

第4章注意事项 (17)

4.1电解电容的使用注意事项 (17)

4.2 使用protel99的注意事项 (18)

第5章结论 (18)

第一章课程设计目的

可调直流稳压电源一般由电源变压器，整流滤波电路及稳压电路所组成。变压器把家用照明电交流电压220V变为所需要的低压交流电。桥式整流器把交流电变为直流电。经滤波后，稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。本设计主要采用直流稳压构成集成稳压电路，通过变压，整流，滤波，稳压过程将220V交流电，变为稳定的直流电，并实现电压可在3V-10V可调。

1.1 设计目的

1．学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握模拟电路设计的基本方法、设计步骤，培养综合设计与调试能力。

2．学会直流稳压电源的设计方法和性能指标测试方法。

3．培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。

4.本课程为电子技术专业的一门必修课程。是《模拟电子技术》、《数字电子技术》课程结束后的一次大型实践教学环节。本课程的任务是让学生掌握文献检索、资料查询的基本方法，根据课题要求具备确定最佳方案的能力，通过理论设计和实施设计方案，进一步加深对理论知识的理解、增强对模拟、数字电子器件的应用能力，提高学生动脑动手、分析问题、解决问题的能力，增强学生的工程素质，培养学生的创新意识和团结协作能力。

1.2 设计任务及要求

设计一种输出电压连续可调的集成稳压电源，输出电压在3---10V之间连续可调，输出最大电流可达10A。要求制作产品并调试

第二章设计步骤

2.1 总体原理框图

根据设计指标要求，该稳压电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路和指示电路等组成。原理方框如下图2.1.1所示。

2.2 各具体电路设计分析

直流稳压电源的基本原理

直流稳压电源一般由电源变压器T、整流滤波电路及稳压电路所组成，基本框图如图2.2.1所示。

电源变压器T的作用是将电网220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压Ui

整流电路：将交流电压Ui变换成脉动的直流电压。再经滤波电路滤除较大

的纹波成分，输出纹波较小的直流电压U1。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。

无源滤波电路和有源滤波电路,如图2.2.4所示：

各滤波电容C满足RL-C＝（3~5）T/2，或中T为输入交流信号周期，RL为整流滤波电路的等效负载电阻。

在稳压电源中一般用四个二极管组成桥式整流电路，整流电路的作用是将交流电压u2变换成脉动的直流电压u3。滤波电路一般由电容组成，其作用是把脉动直流电压u3中的大部分纹波加以滤除，以得到较平滑的直流电压UI。UI与交流电压u2的有效值U2的关系为：Ui=(1.1~1.2)*Ui (2-2-1) 稳压电路：

三端可调稳压器: 三端可调稳压器因具有稳定度高、适应性强、使用方便的优点，得到广泛应用。最大输出电流1.5A以下三端可调稳压器，正电压输出的国产型号为CW117、CW217、CW317,他们的输出电压均为1.2~37V,最大输出电流IoM用后缀加以区别，标L为0.1A，M为0.5A,不标字母为1.5A。 CW117为军品，它的结温为-55~+150°， CW227为工业品；它的节结、温为-25~+150°它们的电压调整率Su≤0.05%/V，电流调整率Si≤1%。CW337为民品；它的结温为0~+125°它们的电压调整率Su≤0.07%/V，电流调整率Si≤1.5%。

2.3 D/A 转换电路（数模转换器）的设计

数模转换电路，采用两块DAC0832 集成块，它是一个8 数/模转换电路，这里只使用高4 位数字量输入端。由于DAC0832 不包含运算放大器，所以需要外

接一个运算放大器相配，才构成完整的D/A 转换器，低位DAC 输出模拟量经9：1 分流器分流后与高位DAC 输出模拟量相加后送入运放，具体实现，由900 Ω和100 Ω的电阻相并联分流实现，运放将其转换成与数字端输入的数值成正比的模拟输出电压，运放采用具有调零的低噪声高速优质运放NE5534 2DAC0832 芯片的特点：DAC0832 最具特色是输入为双缓冲结构，数字信号在进入D/A 转换前，需经过两个独立控制的 8 位锁存器传送。其优点是D/A 转换的同时，DAC 寄存器中保留现有的数据，而在输入寄存器中可送入新的数据。系统中多个D/A 转换器内容可用一公共的选通信号选通输出。

COMp/Bal 的作用为,通过调节外接电阻, 以达到改善放大器的性能和输出电压；

2.4 A/D转换器ICL7107

2.41 31/2位双积分型A/D转换器ICL7107的基本特点

①ICL7107是31/2位双积分型A/D转换器 属于CMoS大规模集成电路

它的最大显示值为士1999 最小分辨率为100uV 转换精度为0.05士1 个字。

②能直接驱动共阳极LED数码管 不需要另加驱动器件 使整机线路

简化 采用士5V两组电源供电 并将第21脚的GND接第30脚的IN 。

③在芯片内部从V+与COM之间有一个稳定性很高的2.8V基准电源

通过电阻分压器可获得所需的基准电压VREF 。

④能通过内部的模拟开关实现自动调零和自动极性显示功能。

⑤输入阻抗高 对输入信号无衰减作用。

⑥整机组装方便 无需外加有源器件 配上电阻、电容和LED共阳极

数码管 就能构成一只直流数字电压表头。

⑦噪音低 温漂小 具有良好的可靠性 寿命长。

⑧芯片本身功耗小于15mw 不包括LED 。

⑨不设有一专门的小数点驱动信号。使用时可将LED共阳极数数码

管公共阳极接V+

⑩可以方便的进行功能检查。

2.42 ICL7107引脚功能

V+ 和V-分别为电源的正极和负极

a 1-g1, a2-g2 ,a3-g3 分别为个位、十位、百位笔画的驱动信号 依次接

个位、十位、百位LED显示器的相应笔画电极。

bc4 千位笔画驱动信号。接千位LED显示器的相应的笔画电极。

Oscl-OSc3 时钟振荡器的引出端 外接阻容或石英晶体组成的振荡器。第38脚至第40脚电容量的选择是根据下列公式来决定 Fosl = 0.45/RC COM 模拟信号公共端 简称“模拟地” 使用时一般与输入信号的负端以及基准电压的负极相连。

TEST 测试端 接 +5V时数码管显示1888

VREF VREF- 基准电压正负端。 CREF 外接基准电容端。

INT(27脚)是一个积分电容器 必须选择温度系数小不致使积分器的输入电压产生漂移现象的元件

IN+ 和IN- 模拟量输入端 分别接输入信号的正端和负端。

AZ 积分器和比较器的反向输入端 接自动调零电容CAz 。如果应用在

200mV满刻度的场合是使用0.47μF 而2V满刻度是0.047μF。

BUF 缓冲放大器输出端 接积分电阻Rint。其值在满刻度200mV时选用47K 而2V满刻度则使用470K

2.43 ICL7107的工作原理

双积分型A/D转换器ICL7107是一种间接A/D转换器。它通过对输入模拟电压和参考电压分别进行两次积分 将输入电压平均值变换成与之成正比的时间间隔T2然后利用脉冲时间间隔Tc进而得出相应的数字性输出。它的原理性框图如图所示： 它包括积分器、比较器、计数器 控制逻辑和时钟信号源。积分器是A/D转换器的心脏 在一个测量周期内 积分器先后对输入信号电压和基准电压进行两次积分。比较器将积分器的输出信号与零电平进行比较 比较的结果作为数字电路的控制信号。时钟信号源的标准周期Tc 作为测量时间间隔的标准时间。它是由内部的两个反向器以及外部的RC 组成的。其振荡周期Tc=2RCln1.5=2.2RC 。

计数器对反向积分过程的时钟脉冲进行计数。控制逻辑包括分频器、译码器、相位驱动器、控制器和锁存器。分频器用来对时钟脉冲逐渐分频 得到所需的计数脉冲频率fc。译码器为BCD-7段译码器 将计数器的BCD码译成LED数码管七段笔画组成数字的相应段码。驱动器是将译码器输出对应于共阳极数码管七段笔画的逻辑电平变成驱动相应笔画的方波。控制器的作用有三个 第一 识别积分器的工作状态，适时发出控制信号使各模拟开关接

通或断开使A/D 转换器能循环进行。第二 识别输入电压极性，控制LED 数码管的负号显示。第三 当输入电压超量限时发出溢出信号使千位显示“1" 其余码全部熄灭。 锁存器用来存放A/D 转换的结果 锁存器的输出经译码器后驱动LED 。IC7107每个测量周期为自动调零（AZ ）、信号积分（INT ）和反向积分（DE ）三个阶段。

第一阶段： 自动调零阶段AZ 转换开始前（转换控制信号VL=0) 先将计时器清零并接通开关S2使积分电容C 完全放电。

第二阶段：信号积分INT ， 令开关S1合到输入信号Vi 一侧，积分器对Vi 进行固定时间Tl 的积分，积分结果为 V0 =dt R Vi c T ?-1

01= -Vi RC T 1 上式说明 在Tl 固定条件下V0与Vi 成正比。

第三阶段 反向积分DE 令开关S1转至参考电压VREF 一侧，积分器反向积分。如果积分器的输出电压上升至零时所经过的积分时间为T2则可得：

V0 = 01R VREF C 1T20=-?Vi RC

T dt Vi RC

T VREF RC T 12= T2=Vi VREF

T 1 T2与Vi 成正比，就把输入电压变成了时间T2。令时钟脉冲CD 的周期为Tc 计数器在T2时间内计数值为N 得： T2=NTc 代入上式得： N=TCVREF

T1Vin 分析可知 T1,Tc 、VREF 固定不变 计数值N 仅与Vin 成正比 实现了模拟量到数字量的转变。

第三章各单元电路工作原理及参数计算

电路工作原理当220 交流电经变压器产生低压交流电时，电流信号经过电桥整流时产生单向脉动电压，然后再经过滤波电路的滤波输出交流成分较少的平滑的直流电压，最后输出范围为3~10V的电压。二、元件参数的计算电容C1用于抵消长线传输而引起的电感，其容量可选择在1uF以下，故选择C1为0.1uF的电容；电容C2的选择，因为C2为滤波电容，从理论上来讲，滤波电容越大，放电过程越慢，，平均值越高，故选择C2为2200uF的电容。电容C3改善负载的瞬态响应，以减小输出电压中的纹波，故选择C3=10uF的电容。C4使输出电压平滑稳定，故选择C4=470uF的电容。 LM317三端可调双电源稳压电路，正输出电压是可调的。电路中的VREF=V31(或V21)=1.2V，R2=(120~240)Ω,为保证空载情况下输出电压稳定，故选择220Ω。选择RP1为5kΩ，使电压在3~10V之间可调

第四章电路总体设计

第五章元件及其介绍

5.1材料清单

①变压器：变压器的功能是将220V的交流电变换成整流电路所需要的低压交流电。

②整流电路：整流电路是利用二极管的单向导电特性，将变压器的次级电压变换成单向直流。

③滤波电路：滤波电路的作用是平波，将波动直流变换成比较平滑的直流。

④稳压电路：滤波电路的输出电压还是有一定的波动，对要求较高的电子设备，还要稳压电路，通过稳压电路的输出电压几乎就是恒定电压。

元件选择:

① LM317集成块一块；

②220伏变12伏的变压器一个，电源线一根，螺丝螺母各一个，

输出导线两根；

③0.33uf的瓷介电容一个， 1000uf的电解电容一个，1uF的电解

电容一个，10uf的电解电容一个；

④IN4007型号的二极管；

⑤电阻R1不超过240Ω，这里取240Ω，RW取6.8KΩ的电位器可

以满足输出电压调节范围；R2取240Ω可保证发光二极管正常发光；

⑥绿色或红色发光二极管一个。

第六章实验结果及分析实验焊接、调试

及实验结果分析

按照画好的电路图，把元器件放在PCB板上进行排版，然后按照元器件从低到高进行焊接。不能靠板上的线路连接的，用到导线连好，完成一个完整的电路。然后在实验室进行调试。在接入输入信号好，用万用表测量输出数值其结果如下：

在此次设计任务中虽然实验结果与理想结果有一定的误差，但是还是满足设计任务。在现实生活中，精准的直流电源不可能这么简单，要是实现更加接近理想的情况这需要更多的器件，通过复杂的电路来实现。

第七章自选题设计循环灯设计

第1章设计目的

1.了解并掌握数字电子技术课程所学的基础知识。

2.通过对实际知识的掌握，学会用其进行基本的电路设计。

3.熟悉常用集成数字芯片，并掌握其结构组成、工作原理及逻辑功能，进一步学会使用其进行电路的设计。

4.了解并熟悉数学电子技术的基本思想和方法、原理。

5.培养学生在遇到难题时，会用科学分析和解决问题的方法。

6.培养学生的综合设计能力，严谨认真的工作作风和实事求是的工作态度。

第2章电路设计

2.1 元器件的选择

2.2各元器件的介绍

电阻的介绍全部电阻均为 1/8 W 碳膜电阻。 R2 、 R4 、 R6 为 2.7k Ω（红、紫、红）； R1 、 R3 、 R5 为 13kΩ（棕、橙、橙）。

2.2.1碳膜电阻介绍：

碳膜电阻器具有以下特点：

①有良好的稳定性，电压的改变对阻值的影响极小，且温度系数低。

②高频特性好，可制成高频电阻器和超高频电阻器。

③固有噪声电动势小，在1OμV/V以下。

④精度高，通过对膜切割螺纹可调整阻值，制成精密电阻器。

⑤脉冲负荷稳定，对脉冲的适应性好。

⑥制作容易，生产成本低，价格便宜，但体积较大。

⑦应用范围非常广泛，适用于交流、直流和脉冲电路。

2.3电容的介绍

1）电解电容的作用电解电容在电路中的作用

①滤波作用，在电源电路中，整流电路将交流变成脉动直流，而在整流电路之后接入一个较大容量的电解电容，利用其充放电特性，使整流后脉动直流电压变成相对比较稳定的直流电压。在实际中，为了防止电路各部分供电电压因负载变化而产生变化，所以在电源输出端及负载的电源输入端一般接有数十至数百微法电解电容．由于大容量电解电容一般具有一定电感，对高频及脉冲干扰信号不能有效地滤除，故在其两端并联了一只容量为0.001--0.lpF电容，以滤除高频及脉冲干扰．

②耦合作用：在低频信号传递与放大过程中，为防止前后两级电路静态工作点相互影响，常采用电容耦合．为了防止信号中低频分量损失过大，一般总采用容量较大的电解电容。

2）电解电容的检测方法电解电容常见故障有，容量减小，击穿短路及漏电，其中容量变化是因电解电容在使用或放置过程中其内部电解液逐渐干涸

引起，而击穿与漏电一般为所加电压过高或本身质量不佳引起。判断电解电容好坏一般采用万用表电阻档进行测量．具体方法为：将电容两脚短路进行放电，用万用表黑表笔接电解电容正极。红表笔接负极(对指针式万用表，用数字式万用表测量时表笔互调)，正常时表针应先向电阻小方向摆动，然后逐渐返回直至无穷大处。表针摆动幅度越大或返回地速度越慢，说明电容容量越大，反之则说明电容容量越小．如表针指在中间某处不再变化，说明此电容漏电，如电阻指示值很小或为零，则表明此电容已击穿短路．因万用表使用电池电压一般很低，所以在测量低耐压电容时比较准确，而当电容耐压较高时，尽管测量正常，但加上高压时则有可能发生漏电或击穿现象．

2.4 LED的介绍

LED（Light Emitting Diode）是半导体发光器件，能让很小的通过电流几乎全部转化成可见光。

ＬＥＤ光源除了无汞、节能、节材、对环境无电磁干扰、无有害射线五项优点之外，在照明领域中，特别是在景观照明中，还有很多优势。

①高光效 LED光效达50～200流明/瓦，光谱窄，单色性好，几乎所有发出的光都可利用，且无需过滤直接发出色光。

②高节能具有电压低、电流小、亮度高的特性。一个10～12瓦的LED光源发出的光能与一个35～150瓦的白炽灯发出的光能相当。同样照明效果LED 比传统光源节能80%～90%。

③光色多可以选择白色或彩色光，红色、黄色、蓝色、绿色、黄绿色、橙红色等。ＬＥＤ可控性好，色彩丰富的特点，色彩构成几乎无限。按照三基色原理加数字灰度控制技术，原理上可演变出几乎超越大自然存在的任意色彩。

④安全性高 LED光源使用低电压驱动, 发光稳定，无污染，没有50Hz频闪，没有紫外线B波段，色温5000K，最接近太阳色温5500K。

⑤寿命长 LED利用固态半导体芯片将电能转化为光能，外加环氧树脂封装，可承受高强度机械冲击，LED单管寿命10万小时，光源寿命在2万小时以上，按每天工作12小时寿命也在5年以上。

⑥快速响应 LED发光管响应时间很短。采用专用电源给LED光源供电时，达到最大照度的时间小于10ms。

⑦运行成本低其他光源不仅耗电是LED光源的2-10倍，而且几乎每月都要更换，在器件更换和人工方面的花费很大。因此选用使用寿命长的LED光源从长远看非常经济。

⑧ＬＥＤ供电简便，既可直流供电，又可脉冲供电。

第3章图表

3.1 电路原理图

图3.1 电路原理图

3.2 印制板图

图3.2 印制版图

3.3 3D印制板图

图3.3 3D印制版图

第4章注意事项

4.1电解电容的使用注意事项

1、电解电容由于有正负极性，因此在电路中使用时不能颠倒联接。在电源电路中，输出正电压时电解电容正极接电源输出端，负极接地，输出负电压时则负极接输出端，正极接地．当电源电路中滤波电容极性接反时，因电容滤波作用大大降低，一方面引起电源输出电压波动，另一方面又因反向通电时，相当于一个电阻使电解电容发热．当反向电压超过某值时，电容反向漏电电阻将变得很小，这样通电工作不久，可使电容因过热而炸裂损坏。

2．加在电解电容两端电压不能超过其允许工作电压，在设计实际电路时应根据具体情况留有一定余量，在设计稳压电源滤波电容时，如果交流电源电压为220~时变压器次级整流电压可达22V，此时选择耐压为25V电解电容一般可以满足要求．但是，假如交流电源电压波动很大且有可能上升到250V以上时，最好选择耐压30V以上电解电容。

3，电解电容在电路中不应靠近大功率发热元件，以防因受热而使电解液加速干涸．

4、对于有正负极性信号滤波，可采取两个电解电容同极性串联方法，当作一个无极性电容使用。

4.2 使用protel99的注意事项

1. 电源线和地线尽量加粗。

2. 去耦电容尽量与VCC直接连接

3. 设置Specctra 的DO文件时，首先添加Protect all wires命令，保护手工布线不被自动布线重布。

4. 如果有混合电源层，应该将该层定义为Split/mixed Plane,在布线之前将其分割，布完线之后，使用Pour Manager的Plane Connect进行覆铜。

5. 将所有的器件管脚设置为热焊盘方式，做法是将Filter设为Pins,选中所有的管脚，修复属性，在Thermal选项前打勾。

6. 手动布线时把DRC选项打开，使用动态布线（Dynamic Route）。

操作注意事项

操作时一定要注意安全，不能带电操作；焊接时要防止虚焊、假焊，防止过热烧坏元件。

第5章结论

经过精心的制作，终于完成了循环灯的设计。本文第1章主要论述了设计循环灯的意义及其使用，第2章对所使用的元器件做了详细的介绍，第3章列出了电路原理图和印制板图，清新的显示出了电路的组成。第4章说明了各元器件使用的注意事项。

在这次学习的过程中，我们理解了三极管工作特性，熟练掌握了Protel 99软件的使用，增加了对电解电容的认识，虽然曾遇到过困难，我们都通过查阅资料或向别人请教得以解决，这不仅使我们获得了学习经验，还培养了对电子器件的兴趣。

一、设计目的