電子課程設(shè)計(jì)報(bào)告(1)

1、.網(wǎng)線測(cè)試儀一 課程設(shè)計(jì)目的本次課程設(shè)計(jì)主要結(jié)合模擬電子技術(shù)，數(shù)字電子技術(shù)理論知識(shí)設(shè)計(jì)一個(gè)網(wǎng)線測(cè)試儀，網(wǎng)線測(cè)試儀就是用來測(cè)試網(wǎng)線連接狀況的。本次課程設(shè)計(jì)起到鞏固所學(xué)知識(shí)，加強(qiáng)綜合能力，培養(yǎng)電路設(shè)計(jì)能力，提高實(shí)驗(yàn)技術(shù)，啟發(fā)創(chuàng)新思想的效果。二 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)線測(cè)試功能的設(shè)計(jì)：接通電源后，555定時(shí)器開始工作，產(chǎn)生方波。其方波上升沿觸發(fā)4017BT-5V的CP1端，因4017BP的MR接地時(shí)，各Y端有譯碼輸出。而輸出端（Y0Y9）只有一個(gè)高電平循環(huán)出現(xiàn)，其余均為低電平。由此構(gòu)成如下回路：發(fā)光管LED1被測(cè)網(wǎng)線第一根副機(jī)電路中發(fā)光管LED9VD10VD16之一另一根被測(cè)網(wǎng)線主機(jī)D1-D8之一。這樣

2、。如果主機(jī)電路中的LED1被點(diǎn)亮，副機(jī)中的LED9也被點(diǎn)亮，則表示被測(cè)網(wǎng)線第一根線為“通”其它也如此。對(duì)網(wǎng)線進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，如果LED1、LED2、LED4-LED8、LED17有不亮者，即表示此路不通。如果LED9一LED16非順序點(diǎn)亮，則表示線序有誤。當(dāng)保持開機(jī)狀態(tài)，該測(cè)試儀將會(huì)不斷地對(duì)網(wǎng)線進(jìn)行自動(dòng)重復(fù)測(cè)試。其原理圖如圖所示：555方波信號(hào)發(fā)生LED顯示部分分頻器三 方案比較1 ）555定時(shí)器與石英晶體振蕩器的比較晶振是石英振蕩器的簡稱，英文名為Crystal，它是時(shí)鐘電路中最重要的部件，它的主要作用是向顯卡、網(wǎng)卡、主板等配件的各部分提供基準(zhǔn)頻率，它就像個(gè)標(biāo)尺，工作頻率不穩(wěn)定會(huì)造成相關(guān)設(shè)備工作

3、頻率不穩(wěn)定，自然容易出現(xiàn)問題。晶振還有個(gè)作用是在電路產(chǎn)生震蕩電流,發(fā)出時(shí)鐘信號(hào).。它用一種能把電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的晶體在共振的狀態(tài)下工作，以提供穩(wěn)定，精確的單頻振蕩。在通常工作條件下，普通的晶振頻率絕對(duì)精度可達(dá)百萬分之五十。高級(jí)的精度更高。有些晶振還可以由外加電壓在一定范圍內(nèi)調(diào)整頻率，稱為壓控振蕩器（VCO）。振在數(shù)字電路的基本作用是提供一個(gè)時(shí)序控制的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)刻。數(shù)字電路的工作是根據(jù)電路設(shè)計(jì)，在某個(gè)時(shí)刻專門完成特定的任務(wù)，如果沒有一個(gè)時(shí)序控制的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)刻，整個(gè)數(shù)字電路就會(huì)成為“聾子”，不知道什么時(shí)刻該做什么事情了。晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘信號(hào)。通常一個(gè)系統(tǒng)共用一個(gè)晶振，便于各部分保持同步

4、。有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同的晶振，而通過電子調(diào)整頻率的方法保持同步。晶振通常與鎖相環(huán)電路配合使用，以提供系統(tǒng)所需的時(shí)鐘頻率。如果不同子系統(tǒng)需要不同頻率的時(shí)鐘信號(hào)，可以用與同一個(gè)晶振相連的不同鎖相環(huán)來提供。電路中，為了得到交流信號(hào)，可以用RC、LC諧振電路取得，但這些電路的振蕩頻率并不穩(wěn)定。在要求得到高穩(wěn)定頻率的電路中，必須使用石英晶體振蕩電路。石英晶體具有高品質(zhì)因數(shù)，振蕩電路采用了恒溫、穩(wěn)壓等方式以后，振蕩頻率穩(wěn)定度可以達(dá)到10(-9)至10(-11)。廣泛應(yīng)用在通訊、時(shí)鐘、手表、計(jì)算機(jī)需要高穩(wěn)定信號(hào)的場(chǎng)合。555 定時(shí)器成本低，性能可靠，只需要外接幾個(gè)電阻、電容，就可以實(shí)現(xiàn)多諧振蕩器

5、、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它也常作為定時(shí)器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測(cè)量及自動(dòng)控制等方面。555 定時(shí)器的內(nèi)部電路框圖和外引腳排列圖分別如圖 2.9.1 和圖 2.9.2 所示。它內(nèi)部包括兩個(gè)電壓比較器，三個(gè)等值串聯(lián)電阻，一個(gè) RS 觸發(fā)器，一個(gè)放電管 T 及功率輸出級(jí)。它提供兩個(gè)基準(zhǔn)電壓VCC /3 和 2VCC /3 555 定時(shí)器的功能主要由兩個(gè)比較器決定。兩個(gè)比較器的輸出電壓控制 RS 觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當(dāng) 5 腳懸空時(shí)，則電壓比較器 C1 的同相輸入端的電壓為 2VCC /3，C2 的反相輸入端的電壓為VCC /3。若觸發(fā)輸

6、入端 TR 的電壓小于VCC /3，則比較器 C2 的輸出為 0，可使 RS 觸發(fā)器置 1，使輸出端 OUT=1。如果閾值輸入端 TH 的電壓大于 2VCC/3，同時(shí) TR 端的電壓大于VCC /3，則 C1 的輸出為 0，C2 的輸出為 1，可將 RS 觸發(fā)器置 0，使輸出為 0 電平。555的應(yīng)用： 555定時(shí)器（1）構(gòu)成施密特觸發(fā)器，用于TTL系統(tǒng)的接口，整形電路或脈沖鑒幅等； （2）構(gòu)成多諧振蕩器，組成信號(hào)產(chǎn)生（3）構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，用于定時(shí)延時(shí)整形及一些定時(shí)開關(guān)中。雖然石英晶體振蕩頻率的穩(wěn)定度高，但是受環(huán)境溫度的影響較大。而由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器的器沒有此缺點(diǎn)而且功能穩(wěn)定，適

7、用范圍廣，所以采用555定時(shí)器來產(chǎn)生方波。（2）4017BD-5V與3-8譯碼器的比較因?yàn)?017輸出信號(hào)均是高電平，而，3-8譯碼器輸出是低電平，跳變?yōu)榈碗娖绞菬袅?。要想使燈在跳變?yōu)楦唠娖綍r(shí)亮需要在輸出端加非門使電路變得復(fù)雜，所以選用4017。四 電路設(shè)計(jì)及理論分析（1）555方波信號(hào)發(fā)生器原理圖原理：它內(nèi)部包括兩個(gè)電壓比較器，三個(gè)等值串聯(lián)電阻，一個(gè)RS觸發(fā)器，一個(gè)放電管T及功率輸出級(jí)。它提供兩個(gè)基準(zhǔn)電壓VCC/3和2VCC /3。555定時(shí)器的功能主要由兩個(gè)比較器決定。兩個(gè)比較器的輸出電壓控制RS觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當(dāng)5腳懸空時(shí)，則電壓比較器C1的同相輸入端的電壓

8、為2VCC/3，C2的反相輸入端的電壓為VCC/3。若觸發(fā)輸入端TR的電壓小于VCC/3，則比較器C2的輸出為0，可使RS觸發(fā)器置1，使輸出端OUT=1。如果閾值輸入端TH的電壓大于2VCC/3，同時(shí)TR端的電壓大于VCC /3，則C1的輸出為0，C2的輸出為1，可將RS觸發(fā)器置0，使輸出為0電平。圖1-1 555定時(shí)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)電容的初始電壓Uc0，t0時(shí)接通電源，由于電容電壓不能突變，所以高、低觸發(fā)端VTHVTL=0<1/3VCC，比較器A1輸出為高電平，A2輸出為低電平，即RD=1，SD=0（1表示高電位，0表示低電位），R-S觸發(fā)器置1，定時(shí)器輸出Uo=1，此時(shí)Q=1，定時(shí)器內(nèi)部

9、放電三極管截止，電源VCC經(jīng)向電容C充電，UC逐漸升高。當(dāng)UC上升到1/3VCC時(shí)， 輸出由0翻轉(zhuǎn)為1，這時(shí)RD=RS=1，R-S 觸發(fā)順保持狀態(tài)不變。所以0<t<t1期間,定時(shí)器輸出Uo為高電平1。t=t1 時(shí)刻，Uc上升到2/3Vcc，比較器A1的輸出由1變?yōu)?，這時(shí)RD=0，RS=1，R-S 觸發(fā)器復(fù)0，定時(shí)器輸出Uo=0。 t1<t<t2期間，Q=0，放電三極管T導(dǎo)通，電容C通過R2放電。Uc按指數(shù)規(guī)律下降，當(dāng)Uc<2/3VCC時(shí)比較器A1輸出由0變?yōu)?，R-S觸發(fā)器的RD=SD=1，Q的狀態(tài)不變，Uo的狀態(tài)仍為低電平。 t=t2時(shí)刻，Uc下降到1/3Vc

10、c，比較器A2輸出由1變?yōu)?，R-S觸發(fā)器的RD=1，SD=0，觸發(fā)器處于1，定時(shí)器輸出Uo=1。此時(shí)電源再次向電容C放電，重復(fù)上述過程。通過上述分析可知，電容充電時(shí)，定時(shí)器輸出Uo=1，電容放電時(shí)Uo=0， 0，電容不斷地進(jìn)行充、放電，輸出端便獲得矩形波。多諧振蕩器無外部信號(hào)輸入，卻能輸出矩形波，其實(shí)質(zhì)是將直流形式的電能變?yōu)榫匦尾ㄐ问降碾娔?。圖1-2 555多諧振蕩器原理圖 振蕩周期T=T1+T2。T1為電容充電時(shí)間，T2為電容放電時(shí)間。充電時(shí)間T1=（R1+R2）C20.7（R1+R2）C；放電時(shí)間T2=R2C20.7R2C； 矩形波的振蕩周期T=T1+T2=2（R1+2R2）C0.7（R

11、1+2R2）C。q=（脈寬tw）/（周期T）。圖1-3多諧振蕩器的工作波形在電路圖中周期T1=（R1+R2）C20.7（R1+R2）C =0.7*530*1=0.37，T=T1+T2=2（R1+2R2）C0.7（R1+2R2）C=0.7*（400+2*130）*1=0.46s，占空比q=T1/T=0.80（2）分頻器以及顯示部分原理圖工作原理：40174017BT有3個(gè)輸（MR、CP0和CP1），MR為清零端，當(dāng)在MR端上加高電平或正脈沖時(shí)其輸出O0為高電平，其余輸出端（O1O9）均為低電平。CP0和CPl是2個(gè)時(shí)鐘輸入端，若要用上升沿來計(jì)數(shù)，則信號(hào)由CP0端輸入若要用下降沿計(jì)數(shù)則信號(hào)由CPl

12、端輸入。 若有連續(xù)脈沖輸入時(shí)，其對(duì)應(yīng)的輸出端依次變?yōu)楦唠娖綘顟B(tài)，可直接用作順序脈沖發(fā)生器。高電壓在顯示部分形成回路，由此可也判斷網(wǎng)線是否是通路。由于4017有10個(gè)輸出端但是在原理圖只用了8個(gè)輸出端，所以在LED17亮之后經(jīng)過兩個(gè)脈沖周期后LED1才繼續(xù)亮。12腳為進(jìn)位腳，當(dāng)4017計(jì)數(shù)10個(gè)脈沖之后，將輸出一個(gè)脈波，代表產(chǎn)生進(jìn)位，接地后不影響輸出。14腳為頻率輸出信號(hào)，有一定的工作電壓，所以R3，R4有分壓功能保證14腳正常工作，LED3指示燈亮表示可以正常工作。五、電路總框圖六 仿真結(jié)果與分析采用CD4017制作的網(wǎng)線測(cè)試儀電路如下圖所示,其工作原理是:   接通電源后，NE555得電工作，產(chǎn)生方波，LED0閃亮。其方波上升沿觸發(fā)CD4017的CP端，因CD4017的CR接地時(shí)，各Y端有譯碼輸出。而輸出端(YOY9)只有一個(gè)高電平循環(huán)出現(xiàn)，其余均為低電平。由上電路圖可知，構(gòu)成如下的回路：發(fā)光管LED1被測(cè)網(wǎng)線第一根副機(jī)電路中發(fā)光管LED10VD11VD17之一另一根被測(cè)網(wǎng)線主機(jī)VD2-VD8之一。這樣。如果主機(jī)電路中的LED1被點(diǎn)亮，副機(jī)中的