計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)報(bào)告

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)報(bào)告學(xué)號(hào)：80811126專業(yè)：電子信息工程班級(jí)：電信08-1姓名：渠放實(shí)習(xí)項(xiàng)目計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)是電信工程專業(yè)集中實(shí)踐性環(huán)節(jié)之一。直流穩(wěn)壓電源是電子技術(shù)慣用的電源設(shè)備之一。LED是現(xiàn)在使用最廣泛的顯示屏件之一。用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)一種穩(wěn)壓電源電路和一種LED七段譯碼電路并進(jìn)行仿真。穩(wěn)壓電源電路指標(biāo)規(guī)定有：（1）、輸入電壓為~220V（50Hz）（2）、輸出電壓為+5V（3）、穩(wěn)壓部分采用三端集成穩(wěn)壓器（4）、電路采用全波橋式整流濾波電路（5）、負(fù)載為一種電阻。LED七段譯碼電路指標(biāo)規(guī)定有：（1）、電路由脈沖信號(hào)源、觸發(fā)電路、編碼電路、鎖存器、驅(qū)動(dòng)電路及數(shù)碼管構(gòu)成（2）、對(duì)輸入脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)值由數(shù)碼管顯示，規(guī)定顯示數(shù)字穩(wěn)定（3）、對(duì)脈沖信號(hào)源進(jìn)行仿真設(shè)立一.使用集成穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì)與仿真規(guī)定：1、輸入電壓為：220v，頻率50Hz。2、輸出電壓為5V。3、穩(wěn)壓部分采用三端集成穩(wěn)壓器。4、電路采用全波橋式整流濾波電路。5、負(fù)載為一種電阻。二．七段譯碼電路的設(shè)計(jì)和仿真規(guī)定：1、電路由脈沖信號(hào)源、觸發(fā)電路、編碼電路、鎖存器、驅(qū)動(dòng)電路及數(shù)碼管構(gòu)成。2、對(duì)輸入脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)值有數(shù)碼管顯示，規(guī)定顯示數(shù)字穩(wěn)定。3、對(duì)脈沖信號(hào)源進(jìn)行仿真。第一部分穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)與論證：濾波電路部分可采用電容濾波、電感濾波、LC復(fù)式濾波，電感濾波效果雖好但只合用大電流場(chǎng)合，LC復(fù)式濾波效果好適應(yīng)性較強(qiáng)，但對(duì)于這種普通穩(wěn)壓電源來說沒必要采用較復(fù)雜的電路，因此在這里選擇電容濾波。1、穩(wěn)壓電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.1重要部件原理直流穩(wěn)壓電源普通由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四部分構(gòu)成,以下圖所示。1.1.1電源變壓器電源變壓器的作用是將來自電網(wǎng)的220V交流電壓u1變換為整流電路所需要的交流電壓u2。電源變壓器的效率為：其中：是變壓器副邊的功率，是變壓器原邊的功率。普通小型變壓器的效率下表所示：小型變壓器的效率副邊功率效率0.60.70.80.851.1.2整流電路運(yùn)用二極管的單向?qū)щ娦詷?gòu)成整流電路，可將交流電壓變?yōu)閱蜗蛎}動(dòng)電壓。單相全波橋式整流電路采用四個(gè)二極管，互相接成橋式構(gòu)造。運(yùn)用二極管的電流導(dǎo)向作用，在交流輸入電壓U2的正半周內(nèi)，二極管D1、D3導(dǎo)通，D2、D4截止，在負(fù)載RL上得到上正下負(fù)的輸出電壓；在負(fù)半周內(nèi)，正好相反，D1、D3截止，D2、D4導(dǎo)通，流過負(fù)載RL的電流方向與正半周一致。因此，運(yùn)用變壓器的一種副邊繞組和四個(gè)二極管，使得在交流電源的正、負(fù)半周內(nèi)，整流電路的負(fù)載上都有方向不變的脈動(dòng)直流電壓和電流。單相全波橋式整流電路的性能參數(shù)：輸出電壓平均值UO(AV)由全波橋式整流波形圖可知其輸出電壓平均值為：輸出電壓的脈動(dòng)系數(shù)S整流二極管正向平均電流在橋式整流電路中，整流二極管D1、D3和D2、D4是兩兩輪流導(dǎo)通的，因此，流過每個(gè)整流二極管的平均電流是電路輸出電流平均值的二分之一。最大反向電壓橋式整流電路因其變壓器只有一種副邊繞組，在正半周時(shí)，、導(dǎo)通，、截止，此時(shí)、所承受的最大反向電壓為的最大值，即同理，在負(fù)半周時(shí)，、也承受同樣大小的反向電壓。1.1.3濾波電路整流電路的輸出電壓波形中含有較多的紋波成分，與所規(guī)定的波形相去甚遠(yuǎn)。因此普通在整流電路后接濾波電路，首先盡量減少輸出電壓中的脈動(dòng)成分，另首先又要盡量保存其中的直流成分，使輸出電壓成為比較平滑的直流電壓。電容濾波：如圖所示電容濾波電路在帶電阻負(fù)載狀況下的工作狀況。接通交流電源后，二極管導(dǎo)通，整流電源同時(shí)向電容充電和向負(fù)載提供電流,輸出電壓的波形是正弦形。在時(shí)刻，即達(dá)成90°峰值時(shí)，u2開始以正弦規(guī)律下降，此時(shí)二極管與否關(guān)斷，取決于二極管承受的是正向電壓還是反向電壓。先設(shè)達(dá)成90°后，二極管關(guān)斷，那么只有濾波電容以指數(shù)規(guī)律向負(fù)載放電，從而維持一定的負(fù)載電流。但是90°后指數(shù)規(guī)律下降的速率快，而正弦波下降的速率小，因此超出90°后來有一段時(shí)間二極管仍然承受正向電壓，二極管導(dǎo)通。隨著u2的下降，正弦波的下降速率越來越快，uC的下降速率越來越慢。因此在超出90°后的某一點(diǎn)，例如圖(b)中的t2時(shí)刻，二極管開始承受反向電壓，二極管關(guān)斷。此后只有電容器C向負(fù)載以指數(shù)規(guī)律放電的形式提供電流，直至下一種半周的正弦波來到，u2再次超出uC，如圖(b)中的t3時(shí)刻，二極管又導(dǎo)電。以上過程電容器的放電時(shí)間常數(shù)為：電容濾波普通負(fù)載電流較小，能夠滿足τd較大的條件，因此輸出電壓波形的放電段比較平緩，紋波較小，輸出脈動(dòng)系數(shù)S小，輸出平均電壓UO(AV)大，含有較好的濾波特性。*電容濾波參數(shù)：（1）．輸出電壓的平均值UO(AV)——與放電時(shí)間常數(shù)有關(guān)。越大，電容器放電速度越慢，則輸出電壓所包含的紋波成分越小，UO(AV)越大。為獲得平滑的輸出電壓，普通取放電時(shí)間常數(shù)為式中T為交流電的周期。在整流電路放電時(shí)間常數(shù)滿足上式的關(guān)系時(shí)，可用下式對(duì)輸出電壓的平均值進(jìn)行估算。(2)．脈動(dòng)系數(shù)S——電容濾波的輸出電壓波形很難用一種精確的解析式體現(xiàn)來描述，事實(shí)上對(duì)UO(AV)經(jīng)常采用近似估算。當(dāng)用鋸齒波來近似表達(dá)的波形時(shí)，脈動(dòng)系數(shù)可按下式近似估算。由上式可見，為減小輸出電壓的脈動(dòng)成分，采用的濾波電容器的容值越大越好，交流電源的頻率越高越好?，F(xiàn)在在計(jì)算機(jī)、電視機(jī)等電子設(shè)備中采用了高頻整流電源，它的濾波電容的容量就比50赫茲工頻交流電的濾波電容小得多。1.1.4穩(wěn)壓電路由于輸入電壓u1發(fā)生波動(dòng)、負(fù)載和溫度發(fā)生變化時(shí)，濾波電路輸出的直流電壓UI會(huì)隨著變化。因此，為了維持輸出電壓UI穩(wěn)定不變，還需加一級(jí)穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)外界因素（電網(wǎng)電壓、負(fù)載、環(huán)境溫度）發(fā)生變化時(shí)，能使輸出直流電壓不受影響，而維持穩(wěn)定的輸出。穩(wěn)壓電路普通采用集成穩(wěn)壓器和某些外圍元件所構(gòu)成。采用集成穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)的穩(wěn)壓電源含有性能穩(wěn)定、構(gòu)造簡(jiǎn)樸等優(yōu)點(diǎn)。集成穩(wěn)壓器的類型諸多，在小功率穩(wěn)壓電源中，普遍使用的是三端穩(wěn)壓器。按輸出電壓類型可分為固定式和可調(diào)式，另外又可分為正電壓輸出或負(fù)電壓輸出兩種類型。固定電壓輸出穩(wěn)壓器:常見的有CW78（LM78）系列三端固定式正電壓輸出集成穩(wěn)壓器；CW79（LM79）系列三端固定式負(fù)電壓輸出集成穩(wěn)壓器。三端是指穩(wěn)壓電路只有輸入、輸出和接地三個(gè)接地端子。型號(hào)中最后兩位數(shù)字表達(dá)輸出電壓的穩(wěn)定值，有5V、6V、9V、15V、18V和24V。穩(wěn)壓器使用時(shí)，規(guī)定輸入電壓UI與輸出電壓Uo的電壓差UI-Uo≥2V。穩(wěn)壓器的靜態(tài)電流Io=8mA。當(dāng)Uo=5~18V時(shí)，UI的最大值UImax=35V；當(dāng)Uo=18~24V時(shí)，UI的最大值UImax=40V。1.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.2.1系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1.2.2參數(shù)的選定（1）、根據(jù)穩(wěn)壓電源的輸出電壓Uo=+5V、最大輸出電流Iomax，擬定穩(wěn)壓器的型號(hào)為L(zhǎng)M7805，LM7805的輸出電壓為Min：4.8VTyp:5VMax:5.2V（2）、穩(wěn)壓電路電壓的擬定為確保穩(wěn)壓器在電網(wǎng)電壓低時(shí)仍處在穩(wěn)壓狀態(tài)，規(guī)定式中是穩(wěn)壓器的最小輸入輸出壓差，典型值為3V。按普通電源的指標(biāo)規(guī)定，當(dāng)輸入交流電壓220V變化時(shí)，電源應(yīng)穩(wěn)壓。因此穩(wěn)壓電路的最低輸入電壓為另首先，為確保穩(wěn)壓器安全工作，規(guī)定式中是穩(wěn)壓器允許的最大輸入輸出壓差，典型值為35V。*現(xiàn)在擬定穩(wěn)壓電路的最低輸入直流電壓:代入各指標(biāo)，得取值*擬定電源變壓器副邊電壓、電流及功率：，取為變壓器副邊功率變壓器的效率，則原邊功率變壓器參數(shù)：原邊輸入電壓~220V，副邊輸出電壓~10V，輸出電流1.1A，功率不不大于9.999W（3）、選整流二極管及濾波電容因電路形式為橋式整流，通過每個(gè)整流二極管的反峰電壓和工作電流擬定整流二極管整流二極管，已知整流二極管1N5401，其極限參數(shù)為，濾波電容：濾波電容參數(shù)選值為4400電容的耐壓要不不大于（4）穩(wěn)壓器功耗估算當(dāng)輸入交流電壓增加10%時(shí)，穩(wěn)壓器輸入直流電壓最大，即因此穩(wěn)壓器承受的最大壓差為：最大功耗為：（5）其它方法如果集成穩(wěn)壓器離濾波電容C1較遠(yuǎn)時(shí)，應(yīng)在LM7805靠近輸入端處接上一只0.33uF的旁路電容C2。在輸出端接上電容C3以改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)，但是接上該電容后，集成穩(wěn)壓器的輸入端一旦發(fā)生短路，C3將對(duì)穩(wěn)壓器的輸出端放電，其放電電流可能損壞穩(wěn)壓器，故在穩(wěn)壓器的輸入與輸出端之間，接一只保護(hù)二極管VD1。另外在系統(tǒng)上接一只保險(xiǎn)絲和一種工作批示燈電路。1.2.3計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)用NIMultisim作出電路仿真原理圖并設(shè)定好元器件參數(shù)如圖所示：仿真成果：用示波器進(jìn)行波形觀察，濾波、穩(wěn)壓輸出波形以下圖所示2、穩(wěn)壓電源系統(tǒng)測(cè)試2.2測(cè)試辦法與數(shù)據(jù)1．輸出電壓與最大輸出電流的測(cè)試測(cè)試電路如圖所示。普通狀況下，穩(wěn)壓器正常工作時(shí)，其輸出電流Io要不大于最大輸出電流，取，可算出RL=10Ω,工作時(shí)RL上消耗的功率為：故RL取額定功率為3W，阻值為的電位器。測(cè)試時(shí)，先使RL=10Ω，交流輸入電壓為220V，用數(shù)字電壓表測(cè)量的電壓值就是Uo。然后慢慢調(diào)小RL，直到Uo的值下降5%，此時(shí)流經(jīng)RL的電流就是Iomax，記下Iomax后，要立刻調(diào)大RL的值，以減小穩(wěn)壓器的功耗。測(cè)試成果為Uo=5V,Iomax=2A2．穩(wěn)壓系數(shù)的測(cè)量按圖所示連接電路，在時(shí)，測(cè)出穩(wěn)壓電源的輸出電壓Uo。然后調(diào)節(jié)自耦變壓器使輸入電壓，測(cè)出穩(wěn)壓電源對(duì)應(yīng)的輸出電壓Uo1；再調(diào)節(jié)自耦變壓器使輸入電壓，測(cè)出穩(wěn)壓電源的輸出電壓Uo2。則穩(wěn)壓系數(shù)為：測(cè)試成果為：3．輸出電阻的測(cè)量按圖所示連接電路，保持穩(wěn)壓電源的輸入電壓，在不接負(fù)載RL時(shí)測(cè)出開路電壓，此時(shí)，然后接上負(fù)載RL，測(cè)出輸出電壓和輸出電流，則輸出電阻為：測(cè)試成果為：2.3測(cè)試結(jié)論通過NIMultisim的仿真測(cè)試，所設(shè)計(jì)集成穩(wěn)壓電源電路符合輸入電壓為~220V（50Hz）輸出電壓為+5V的規(guī)定，符合規(guī)定的指標(biāo)規(guī)定。第二部分七段譯碼電路1、七段譯碼電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)重要部件原理1.2.1系統(tǒng)的設(shè)計(jì)LED顯示屏的接法設(shè)計(jì)：共陰LED顯示屏的一種接法共陽(yáng)LED顯示屏的一種接法系統(tǒng)框圖脈沖信號(hào)源脈沖信號(hào)源觸發(fā)電路鎖存器、驅(qū)動(dòng)電路七段數(shù)碼管編碼電路如圖所示，集成電路74LS273是一種鎖存器，它的功效是：先在輸入端D7-D0上加二進(jìn)制碼，隨即在CLK端施以一種脈沖，在該脈沖的的上跳沿，事先加在輸入端的二進(jìn)制碼立刻進(jìn)入集成電路內(nèi)部并同時(shí)出現(xiàn)在輸出端Q7-Q0；在CLK端的脈沖上跳沿過后，該二進(jìn)制碼能始終保存在集成電路內(nèi)部，輸出端Q7-Q0也就始終維持這種狀態(tài)，而不管輸入端D7-D0的狀態(tài)如何變化，該集成電路的這種功效稱為鎖存功效。這種電路能夠使LED顯示更加穩(wěn)定。譯碼電路：七段譯碼器的用途是用來配合七段數(shù)字顯示屏件構(gòu)成顯示電路。顯示譯碼器有諸多集成電路產(chǎn)品，74LS48集成顯示譯碼器的引腳圖、功效表以下圖所示。其中控制信號(hào)是燈測(cè)試輸入、是消隱輸入、是滅零輸入、是滅零輸出。計(jì)數(shù)編碼電路74LS162是十進(jìn)制同時(shí)BCD計(jì)數(shù)器，CLK是計(jì)數(shù)時(shí)鐘，上升沿計(jì)數(shù)。CLR是同時(shí)清零端，低電平有效。LOAD是同時(shí)預(yù)置端，低電平有效。D、C、B、A是數(shù)據(jù)預(yù)置端，D是高位。QA、QB、QC、QD是計(jì)數(shù)輸出端，QD為高位。CARRY是進(jìn)位位，高電平有效，脈寬與QA脈寬相等。ENABLET和ENABLEP為高電平時(shí)允許計(jì)數(shù)，ENABLET為低電平時(shí)，嚴(yán)禁CARRY輸出。1.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.2.1用NIMultisim進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)以下圖所示2.2.2參數(shù)的設(shè)立對(duì)脈沖信號(hào)源進(jìn)行仿真設(shè)立以下圖所示脈沖初始電壓為0V，脈沖電壓為5V，延遲時(shí)間抱負(fù)為0s，上升下降時(shí)間均為1ns,脈沖寬度為0.5ms,脈沖周期為20ms2、七段譯碼電路的系統(tǒng)測(cè)試2.1測(cè)試系統(tǒng)的構(gòu)成2.2測(cè)試辦法與數(shù)據(jù)測(cè)試系統(tǒng)將脈沖信號(hào)源脈沖寬度設(shè)為10ms周期為20ms，用邏輯分析儀監(jiān)測(cè)引腳信號(hào)進(jìn)行分析，邏輯分析儀測(cè)試數(shù)據(jù)以下圖所示2.3測(cè)試結(jié)論通過NIMultisim的仿真測(cè)試，所設(shè)計(jì)LED七段數(shù)碼管顯示電路符合對(duì)輸入脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)并由數(shù)碼管穩(wěn)定顯示的規(guī)定，符合指標(biāo)規(guī)定的規(guī)定實(shí)習(xí)總結(jié)通過三個(gè)星期的努力，制作終于完畢了設(shè)計(jì)。在學(xué)習(xí)和使用protelDXP的過程，確實(shí)真的碰到諸多困難，由于學(xué)習(xí)過protelDXP的制版過程，因此對(duì)于這個(gè)方面，我的問題不大；只是對(duì)于仿真方面，真的很麻煩。一是找元件的過程，有些元件元件在DXP中搜索不到，又或者是命名的方式不同，找得很費(fèi)力。就例如說protelDXP中搜不到，類似的元件也并未搜出來!只能到元件庫(kù)中手動(dòng)查找。二是仿真的問題，即使在圖書館中找到有關(guān)的DXP仿真書籍，但是錯(cuò)誤仍然接蹤而來！有些元件并沒有仿真數(shù)據(jù)，電路圖出來了，可仿真成果沒出。還得需要在網(wǎng)上搜尋元件庫(kù)補(bǔ)丁，然后在安裝！但很不幸，弄了好幾次成果還是仿真成果不對(duì)。這次的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的實(shí)習(xí)課真的讓我們學(xué)了諸多東西，重要是檢測(cè)我們的自學(xué)能力，查找資料的能力，搜索信息的辦法。鍛煉了我們的思考問題方式，例如說，我們已經(jīng)一步