電子技術(shù)課程設(shè)計報告

電子技術(shù)課程設(shè)計報告專業(yè)：電子類年級：2013級學(xué)號：20132213740姓名：張培浩成績：指導(dǎo)教師：邱相艷題目數(shù)字電子時鐘設(shè)計及波形發(fā)生器的設(shè)計數(shù)字電子時鐘1.大致功能：顯示時、分、秒；可以24小時制；具有校時功能，可分別對小時和分鐘單獨校時；由晶體振蕩器提供標準時間的基準信號。由晶振電路產(chǎn)生1Hz標準秒信號。1.1秒、分為00～59六十進制計數(shù)器。1.2時為00～23二十四進制計數(shù)器。1.3可手動校時：能分別進行秒、分、時的校時。只要將開關(guān)置于手動位置，可分別對秒、分、時進行手動脈沖輸入調(diào)整或連續(xù)脈沖輸入的校正。2.功能具體模塊介紹：秒脈沖發(fā)生器脈沖發(fā)生器是數(shù)字鐘的核心部分，它的精度和穩(wěn)定度決定了數(shù)字鐘的質(zhì)量，通常用晶體振蕩器發(fā)出的脈沖經(jīng)過整形、分頻獲得1Hz的秒脈沖。如晶振為32768Hz，通過15次二分頻后可獲得1Hz的脈沖輸出。計數(shù)譯碼顯示秒、分、時分別為60、60、24進制計數(shù)器、秒、分均為60進制，即顯示00～59，它們的個位為十進制，十位為六進制。時為二十四進制計數(shù)器，顯示為00～23，個位仍為十進制，而十位為三進制，但當十進位計到2，而個位計到4時清零，就為二十四進制了。所有計數(shù)器的譯碼顯示均采用BCD—七段譯碼器，顯示器采用共陰或共陽的顯示器。校時電路在剛剛開機接通電源時，由于時、分、秒為任意值，所以，需要進行調(diào)整。設(shè)置開關(guān)在手動位置，分別對時、分、秒進行單獨計數(shù)，計數(shù)脈沖由單次脈沖或連續(xù)脈沖輸入。3.原理圖及說明分析：1.秒脈沖電路由晶振32768Hz經(jīng)14分頻器分頻為2Hz，再經(jīng)一次分頻，即得1Hz標準秒脈沖，供時鐘計數(shù)器用。2.單次脈沖、連續(xù)脈沖這主要是供手動校時用。若開關(guān)K1打在單次端，要調(diào)整時、分、秒即可按單次脈沖進行校正。如K1在單次，K2在手動，若開關(guān)K1處于連續(xù)端，則校正時，不需要按動單次脈沖，即可進行校正。單次、連續(xù)脈沖均由門電路構(gòu)成。3.秒、分、時計數(shù)器這一部分電路均使用中規(guī)模集成電路74LS161實現(xiàn)秒、分、時的計數(shù)，其中秒、分為六十進制，時為二十四進制。從圖中可以發(fā)現(xiàn)秒、分兩組計數(shù)器完全相同。當計數(shù)到59時，再來一個脈沖變成00，然后再重新開始計數(shù)。圖中利用“異步清零”反饋到/CR端，而實現(xiàn)個位十進制，十位六進制的功能。時計數(shù)器為二十四進制，當開始計數(shù)時，個位按十進制計數(shù)，當計到23時，這時再來一個脈沖，應(yīng)該回到“零”。所以，這里必須使個位既能完成十進制計數(shù)，又能在高低位滿足“23”這一數(shù)字后，時計數(shù)器清零，圖中采用了十位的“2”和個位的“4”相與非后再清零。4．譯碼、顯示譯碼、顯示很簡單，采用共陰極LED數(shù)碼管LC5011-11和譯碼器74LS248，當然也可用共陽數(shù)碼管和譯碼器。軟件仿真結(jié)果：數(shù)字變化以及應(yīng)用效果基本正確。注：上圖為電路中用到的二分頻電路測試仿真結(jié)果，可見，二分頻應(yīng)用結(jié)果大致正確。PCB版圖：實際成品效果圖：波形發(fā)生器1.大致功能：能產(chǎn)生方波、三角波和正弦波，輸出波形頻率范圍為0.02Hz∽20kHz且連續(xù)可調(diào)；正弦波幅值為±10V，失真度小于2%；方波幅值為10V；三角波峰-峰值為20V；各種波形幅值均連續(xù)可調(diào)。2.功能具體模塊介紹：先用一塊LM358運放做出方波經(jīng)過積分電路獲得三角波，再由三角波經(jīng)過低通濾波轉(zhuǎn)為正弦波。3.原理圖及說明分析：沒有接通時，，滯回比較器V0=+UZ，則集成運放同相輸入端，同時給C充電，使VR由0上升，在Vi之前，不變；當時，V0跳變到-VZ。當V0=-VZ時,,同時C經(jīng)反向輸入端等效電阻）使VR降低，在VR＞Vi之前V0=-VZ不變，當VR＜Vi時，Vi跳變到+VZ。（1）方波部分方波的波幅由穩(wěn)壓管的參數(shù)決定，這里使用１０Ｖ，方波的周期取決于充放電回路RC的數(shù)值。若R或C其中一個增大，和周期T均會增大，頻率f也會增大。計算周期T：通過對方波發(fā)生電路的分析，可以想象，與改變輸出電壓的占空比，就必須使電容正向和反向充電的時間常數(shù)不同。利用二極管的單向?qū)щ娦钥梢砸龑?dǎo)電流流經(jīng)不同的通路，則占空比可調(diào)。則可求出周期T：帶入值得T=48.4f=1/T=20KHz（２）三角波部分在方波發(fā)生電路中，當閾值電壓數(shù)值較小時，可將電容兩端的電壓看成為近似三角波。所以只要將方波電壓作為積分運算電路的輸入，在其輸出就得到三角波電壓。如(b)圖的仿真結(jié)果所示，當方波發(fā)生電路的輸出電壓u01=-Uz時，積分運算電路的輸出電壓u0將線性下降；而當u01=Uz時，將線性上升。積分電路的輸入電壓u01，而且u01不是+Uz，就是-Uz，所以輸出電壓的表達式為式中u0(t0)為初態(tài)時的輸出電壓。設(shè)初態(tài)時u01正好從-Uz躍變?yōu)?Uz,則式子變?yōu)榉e分電路反向積分，u0隨時間的增長線性下降，一旦u0=-UT，再稍減小，u01將從+Uz躍變?yōu)?Uz。式子變?yōu)閁0(t1)為u01產(chǎn)生躍變時的輸出電壓。積分電路正向積分，u0隨時間的增長線性增大，一旦u0=+UT，再稍加增大，u01將從-UZ躍變?yōu)?UZ，回到初態(tài)，積分電路又開始反向積分。電路重復(fù)上述過程，因此產(chǎn)生自己震蕩。由以上分析可知，u0是三角波，幅值為±UT；u01是方波，幅值為±UZ，由于積分電路引入了深度電壓負反饋，所以在負載電阻相當大的變化范圍里，三角波電壓幾乎不變。設(shè)正向積分起始值為-UT，終了值為+UT，積分時間為二分之一周期，則有+UT=得出震蕩周期震蕩頻率調(diào)節(jié)電路中的R5，可以改變震蕩頻率和三角波的幅值。（3）正弦波部分在三角波電壓為固定頻率或頻變化很小的情況下，可以考慮用低通濾波（或帶通濾波）的方法將三角波變換為正弦波，輸入電壓的頻率等于輸出電壓的頻率。將三角波按傅里葉級數(shù)展開其中Um是三角波的幅值。軟件仿真結(jié)果：設(shè)計感想及總結(jié)：個人比較喜歡數(shù)字電路以及模擬電路課程，因為感覺兩門專業(yè)課實際應(yīng)用性極強，學(xué)好理論知識可以應(yīng)用到實際生活中，真正做出一點很有用途的實物，肯定很有成就感！所以，剛開始聽說要參加電子技術(shù)課程設(shè)計時，還是感覺非常興奮的，心想終于可以學(xué)以致用了，但真正拿到題目，自己動手設(shè)計時，卻感覺困難重重，最為重要的是自己很難將學(xué)到的理論知識真正有效的應(yīng)用起來，此外，自己的動手能力也是有待進一步提高，本次課程設(shè)計，一路走來，讓我收獲很多：基本上掌握了AltiumDesigner和Multisim兩大電工類軟件的使用，了解了軟件中的電子元器件的名稱、作用以及應(yīng)用，在實踐中學(xué)會了很多設(shè)計技巧和規(guī)則，在仿真實踐中學(xué)會了如何看圖和讀圖，更為重要的是，在和同學(xué)們互相幫助與討論分析的過程中，深刻的了解到團隊互相協(xié)作的重要性以及如何的分析問題和解決問題，真實的體會到了失敗的苦澀和成功的喜悅，也許在真正得到自己想要的結(jié)果之前會經(jīng)歷無數(shù)次的失敗，但一定要勇于嘗試，充滿信心和勇氣，堅持不懈，就一定會成功！最后要有足夠的耐心去對待自己的實驗任務(wù)，要有責任心和團隊意識，遇到不懂的問題要勤于思考，積極通過網(wǎng)絡(luò)和圖書資料去行之有效的查閱自己需要的資料，最后，任何設(shè)計都要考慮到實際的應(yīng)用效果，因為理論和實際往往并不是完全契合的，一切要從實際出發(fā)，對自己的設(shè)計負責！在此，要特別感謝邱老師的指導(dǎo)與幫助，謝謝老師，祝老師工作順利，身體健康！參考資料：[1]清華大學(xué)電子學(xué)教研組編，童詩白、華成英主編：《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》[M].（第四版）.北京：高等教育出版社,2006.5（2009重?。2]華中工學(xué)院電子學(xué)教研室編，康華光主編：《電子技術(shù)基礎(chǔ)——數(shù)字部分》[M].（第四版）.北京:高等教育出版社，1988年[3]清華大學(xué)電子學(xué)教研組編，閻石主編：《數(shù)學(xué)電子技術(shù)基礎(chǔ)》[M].(第五版).北京：高等教育出版社，2006.5（2008年重?。4]遼寧工程技術(shù)大學(xué)