直流穩(wěn)壓電源、計數(shù)器、方波三角波發(fā)生器課程設計

1、電子技術課程設計報告專 業(yè)： 電子信息工程 班 級： 電 信 1001 姓 名： 指導教師： 陳敏佳、 周瑩蓮 二0一二年六月三日 目 錄一、課題一 直流穩(wěn)壓電源設計3（一）課程設計目的3（二）設計任務與要求3（三）課程設計報告內(nèi)容3二、課題二 計數(shù)器設計6（一）課程設計的目的6（二）設計任務與要求6（三）課程設計報告內(nèi)容6三、課題三方波、三角波發(fā)生器設計13（一）設計目的13（二）設計任務與要求13（三）課程設計報告內(nèi)容14四、實踐步驟15五、實踐標準15六、元器件清單及所用儀器設備15七、測試結(jié)果及調(diào)試與分析17八、課程設計的心得體會19九、參考書目19一、課題一 直流穩(wěn)壓電源設計（一）課

2、程設計目的1、了解直流穩(wěn)壓電路的組成和工作原理；2、學習直流穩(wěn)壓電路的設計方法以及主要技術指標的測試方法2、培養(yǎng)學生綜合分析問題、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。（二）設計任務與要求設計任務：設計一個直流穩(wěn)壓電源要求： 1、輸出電壓5V、+12V、-12V三檔；2、輸出電流：最大電流>1A； 3、紋波電壓峰值Vop-p5mv，穩(wěn)壓系數(shù)Sr5%，電網(wǎng)電壓波動正負10%。（三）課程設計報告內(nèi)容 1.直流穩(wěn)壓電源電路圖（如圖1）圖1 直流穩(wěn)壓電路圖 2.直流穩(wěn)壓電源設計電路圖本電路主要由集成片組成。如上圖T為變壓器，為得到U2為雙16V的交流電壓所以選擇n1：n2=55：8。D1、D2、D3、D4組

3、成橋式整流電路，而二極管承受的最大反向電壓，由電路圖可知，考慮電源電壓波動±10，在選用二極管時，至少有10%的余量，選擇最大整流平均電流IF和最高反向工作電壓UR分別為0.6A和32V。C1為500u的電解電容，用于濾波經(jīng)過集成芯片LM7812輸出U1為12V的穩(wěn)定直流電壓。C2、C3為4.7u的電解電容，有保護和濾波的作用，再經(jīng)一個芯片LM7805得到U2為5V的直流穩(wěn)定電壓。再看中間的下半部分是由LM7912系列構(gòu)成直流穩(wěn)壓。輸出的U3為-12V的直流穩(wěn)壓。其中C6和C7為0.33u的電容，C8和C9為0.1U的電容，都起到保護電路的作用。3.直流穩(wěn)壓電源電路原理 穩(wěn)壓電源一般

4、由變壓器，整流,濾波電路和穩(wěn)壓電路組成。如圖2所示。變壓器把市電交流電壓變?yōu)樗枰牡蛪航涣麟?。整流器把交流電變?yōu)橹绷麟?。?jīng)濾波后，穩(wěn)壓器再把不穩(wěn)定的直流電壓變?yōu)榉€(wěn)定的直流電壓輸出。圖2 工作原理圖3.1各部分電路的作用（1）交流電壓變換部分一般的電子設備所需的直流電壓較之交流電網(wǎng)提供的220V電壓相差較大，為了得到輸出電壓的額定范圍，就需要將電網(wǎng)電壓轉(zhuǎn)換到合適的數(shù)值。所以，電壓變換部分的主要任務是將電網(wǎng)電壓變?yōu)樗璧慕涣麟妷?，同時還可以起到直流電源與電網(wǎng)的隔離作用。（2）整流部分整流電路的作用，是將變換后的交流電壓轉(zhuǎn)換為單方向的脈動電壓。由于這種電壓存在著很大的脈動成份（稱為紋波），因此一般

5、還不能直接用來給負載供電，否則，紋波的變化會嚴重影響負載電路的性能指標。（3）濾波部分濾波部分的作用是對整流部分輸出的脈動直流電進行平滑 ，使之成為含交變成份很小的直流電壓。也就是說，濾波部分實際上是一個性能較好的低通濾波器，且其截止頻率一定低于整流輸出電壓的基波頻率。（4）穩(wěn)壓部分盡管經(jīng)過整流濾波后電壓接近于直流電壓，但是其電壓值的穩(wěn)定性很差，它受溫度、負載、電網(wǎng)電壓波動等因素的影響很大，因此，還必須有穩(wěn)壓電路，以維持輸出直流電壓的基本穩(wěn)定。 3.2 對穩(wěn)壓電源的性能，主要有以下四個萬面的要求 （1）穩(wěn)定性好 當輸入電壓Ui（整流、濾波的輸出電壓）在規(guī)定范圍內(nèi)變動時，輸出電壓U0 的變化應該

6、很小一般要求U0/U。1%（2）輸出電阻小 負載變化時（從空載到滿載），輸出電壓U0 應基本保持不變。穩(wěn)壓電源這方面的性能可用輸出電阻表征。輸出電阻（又叫等效內(nèi)阻）r0表示，它等于輸出電壓變化量和輸出電流變化量之比的絕對值，即r0=|U0/I0| r0 反映負載變動時，輸出電壓維持恒定的能力，r0越小，則I0 變化時輸出電壓的變化也越小。性能優(yōu)良的穩(wěn)壓電源，輸出電阻可小到1歐，甚至001歐。 （3）電壓溫度系數(shù)小 當環(huán)境溫度變化時，會引起輸出電壓的漂移。良好的穩(wěn)壓電源，應在環(huán)境度變化時，有效地抑制輸出電壓的漂移，保持輸出電壓穩(wěn)定，輸出電壓的漂移用溫度系數(shù)KT來表示. 二、課題二 計數(shù)器設計（一

7、）課程設計的目的 1、熟悉計數(shù)器工作原理和不同的碼制的計數(shù)器原理。2、掌握計數(shù)器的設計方法。3、培養(yǎng)學生綜合分析問題、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。（二）設計任務與要求 設計任務：設計并實現(xiàn)一個采用小規(guī)模數(shù)字集成電路的計數(shù)器。系統(tǒng)圖如圖3所示。圖3 設計流程圖要求：1.電路設計要簡單，譯碼顯示器不需要做出實物，只要理論設計。2.必須按指定觸發(fā)器設計，不能由其它觸發(fā)器轉(zhuǎn)換。3.必須采用指定的元器件設計電路。4.計數(shù)器與譯碼顯示器之間必須用4個LED指示計數(shù)的二進制編碼值。（三）課程設計報告內(nèi)容1.根據(jù)要求列真值表和狀態(tài)圖基于8421BCD碼的十進制同步遞增計數(shù)器有十個有效狀態(tài)，其真值表如表1所示，采

8、用時鐘脈沖下降沿觸發(fā)，所以在第9個時鐘脈沖到來時，進位為1，當?shù)?0個時鐘脈沖到來時，進位為0，出現(xiàn)下降沿，從而產(chǎn)生進位。十進制數(shù)計數(shù)器狀態(tài)時鐘脈沖進位B0000000100011020010203001130401004050101506011060701117081000809100191100000100表1 真值表 基于8421BCD碼的十進制同步遞增計數(shù)器的狀態(tài)圖如圖4所示0000000100100011010001010110011110001001/CO/0/0/0/0/0/0/0/0/0/1圖4 狀態(tài)圖2.根據(jù)真值表畫進位卡諾圖，求進位方程 如圖5是根據(jù)真值表得出的進位卡諾圖，

9、其中編碼“1010”、“1011”、“1100”、“1101”、“1110”、和“1111”是無效狀態(tài)，定為任意態(tài)。當狀態(tài)為“1001”是，進位為“1”，其它為“0”。 OC3Q2Q1Q0Q000111100001111000000000XXXX1XX0 圖5 進位卡諾圖 由進位卡諾圖可得到最簡的進位方程所畫的包圍圈得到式： 3.根據(jù)狀態(tài)圖畫次態(tài)卡諾圖，求狀態(tài)方程 先根據(jù)狀態(tài)圖填寫次態(tài)卡諾圖，如圖6所示。000110111213+nnnnQQQQnQ3nQ2nQ1nQ00010010000110101011010000111 X X XX X00001001 X0001111000011110

10、 圖6 次態(tài)卡諾圖 例如，現(xiàn)態(tài)時，由狀態(tài)圖可知，其次態(tài)，所以在次態(tài)卡諾圖的左上角方格填“0001”。為了能由次態(tài)卡諾圖直觀的得到次態(tài)方程，將次態(tài)卡諾圖分成四個小的卡諾圖，如圖7、圖8、圖9和圖10所示。13+nQnQ3nQ2nQ1nQ0000111100001111000000100XXXX0XX1 12+nQnQ3nQ2nQ1nQ0000111100001111000101011XXXX0XX0 圖 7 的次態(tài)卡諾圖 圖 8 的次態(tài)卡諾圖11+nQnQ3nQ2nQ1nQ0000111100001111001010011XXXX0XX0 10+nQnQ3nQ2nQ1nQ000011110000

11、1111010011X1XXXXX0XX1 圖 9 的次態(tài)卡諾圖 圖10 的次態(tài)卡諾圖 由的次態(tài)卡諾圖7，可得： 由的次態(tài)卡諾圖8，可得： 由的次態(tài)卡諾圖9，可得： 由的次態(tài)卡諾圖10，可得：4.根據(jù)次態(tài)卡諾圖和JK觸發(fā)器的激勵表填激勵卡諾圖，求激勵方程激勵卡諾圖是在已知輸出變化的條件下，得到輸入信號。圖11是基于8421BCD碼的十進制同步遞增計數(shù)器的激勵卡諾圖。 iiKJ3Q2Q1Q0Q00011110000111101XX1X11X1XX1XX1 X X X XX1 XX1X000111100X1XX1X00XX1X01X X X X X0X XX0X000111100X0X1X0XX0

12、X10XX0 X X X X0XXX0X000111100X0X0X0X0X1X0XX0 X X X XX1 X XX000KJ11KJ22KJ33KJ圖11 激勵卡諾圖 如圖，的次態(tài)卡諾圖圖7可知，左上角第一方格是由“0”變化到“0”，對照 K觸發(fā)器的激勵表，要求，為任意態(tài)。所以。同理，可推出其它激勵。為了能由激勵卡諾圖直觀的得到激勵方程，將激勵卡諾圖分成八個小的卡諾圖，如圖12、圖13、圖14、圖15、圖16、圖17、圖18、和圖19所示。0J3Q2Q1Q0Q00011110000111101XX11X1XXXXXXXX1 0K3Q2Q1Q0Q0001111000011110X11XX1X

13、1XXXX1XXX 圖12 的激勵卡諾圖 圖13 的激勵卡諾圖1J3Q2Q1Q0Q000111100001111001XX0XX1XXXX0XX0 1K3Q2Q1Q0Q0001111000011110XX10X10XXXXXXXXX 圖14 的激勵卡諾圖 圖15 的激勵卡諾圖2J3Q2Q1Q0Q00011110000111100010XXXXXXXX01X0 2K3Q2Q1Q0Q0001111000011110XXXX0100XXXX0XX0 圖16 的激勵卡諾圖 圖17 的激勵卡諾圖 3J3Q2Q1Q0Q000111100001111000000100XXXXXXXX 3K3Q2Q1Q0Q0

14、001111000011110XXXXXXXXXXXX1XX0 圖18 的激勵卡諾圖 圖19 的激勵卡諾圖由的激勵卡諾圖圖12，可得的激勵方程： 由的激勵卡諾圖圖13，可得的激勵方程： 由的激勵卡諾圖圖14，可得的激勵方程）： 由的激勵卡諾圖圖15，可得的激勵方程： 由的激勵卡諾圖圖16，可得的激勵方程： 由的激勵卡諾圖圖17，可得的激勵方程： 其中一項，是可以化簡為的，這是為了簡便電路，因為的激勵方程中也需要一項，兩者可以取同一信號。由的激勵卡諾圖18，可得的激勵方程： 由的激勵卡諾圖19，可得的激勵方程： 0000000100100011010001010110011110001001/0

15、/0/0/0/0/0/0/0/0/11110111110111101101011005.檢驗系統(tǒng)能否自啟動檢查自啟動狀態(tài)圖如圖20所示圖20 完整狀態(tài)圖 當電路進入無效狀態(tài)時，代入次態(tài)方程，得次態(tài)，再代入次態(tài)方程，得次態(tài)，進入正常狀態(tài)；當電路進入無效狀態(tài)時，代入次態(tài)方程，得次態(tài)時，代入次態(tài)方程，得次態(tài)，進入正常狀態(tài)；當電路進入無效狀態(tài)時，代入次態(tài)方程，得次態(tài)，代入次態(tài)方程，得次態(tài)進入正常狀態(tài)。由此，基于8421BCD碼的十進制同步遞增計數(shù)器具有自啟動的特性。6.根據(jù)激勵方程和進位方程，畫計數(shù)器的邏輯電路圖 由、和的激勵方程，以及進位方程，畫出8421BCD碼的十進制同步遞增計數(shù)器的電路圖。如圖

16、21所示。圖21 電路圖 同步計數(shù)器中所有的觸發(fā)器時鐘端接在一起，受時鐘同步控制。RESET為清零端，低電平清零。、和是計數(shù)輸出。是進位輸出。三、課題三方波、三角波發(fā)生器設計（一）設計目的 1、研究波形發(fā)生電路的特性。 2、學習波形發(fā)生電路的設計方法以及主要技術指標的測試方法。 3、培養(yǎng)學生綜合分析問題、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。（二）設計任務與要求設計任務：設計由集成運算放大器和晶體管放大器組成的方波三角波正弦波函數(shù)發(fā)生器。系統(tǒng)圖如圖22所示：圖22設計流程圖要求：(1) 輸出波形 方波、三角波（由于缺少電子元件，正弦波不做要求）。 (2) 頻率范圍 頻率范圍1HZ10HZ,10HZ100H

17、Z。 (3) 輸出電壓 方波的輸出電壓峰峰值為10V, 三角波峰峰值。 (4) 波形特性 表征正弦波特性的參數(shù)是非線性失真r1,一般要求r1<3%：表征三角波特性的參數(shù)是非線性系數(shù)是 r2,一般要求r2<2%；表征方波的參數(shù)是上升時間一般要求小于100ns（1KHZ,最大輸出時）。（三）課程設計報告內(nèi)容1.電路圖如圖23所示圖23 電路原理圖2.電路原理及設計過程 （1）原理 該電路由兩部分構(gòu)成，前級是利用運放的正反饋構(gòu)成的遲滯電壓比較器。由此可以得到方波，穩(wěn)壓二極管的作用是限制電壓的大小。后面一級是由運放構(gòu)成的積分電路。該電路可以輸出三角波。（2）設計過程 利用所學知識找出一些常

18、用來產(chǎn)生方波和三角波的電路。同時結(jié)合所給的元件，找出最簡單的設計方法。設計完后，通過自己的計算看是否能達到該功能。再利用軟件仿真，看是否能夠?qū)崿F(xiàn)預期功能。四、實踐步驟 1、根據(jù)實驗要求，按照原理圖設計好電路圖。 2、在根據(jù)設計好的電路圖在電路板上焊接。 3、把焊接好的電路板接到相應的儀器上測試其功能，如果不能實行，在分析哪里出了問題，糾正好問題在去測試，直到測試完成。五、實踐標準完成設計制作安裝，實現(xiàn)其基本內(nèi)容和功能，裝配工藝美觀，運行穩(wěn)定可靠。六、元器件清單及所用儀器設備6.1直流穩(wěn)壓電源元件清單如表2所示表2 直流穩(wěn)壓電源元件清單元件類型型號主要參數(shù)單組數(shù)量變壓器帶中間抽頭16V，40W1

19、個二極管IN40024個獨石電容0.1F5個電解電容1000F，25V2個100F，25V3個三端穩(wěn)壓器LM78121個LM79121個LM78051個電源線帶插頭1條萬能板17cm*22cm1個焊錫絲1.0mm2米單股導線0.3mm23米6.2波形發(fā)生器元件清單如表3所示表3 波形發(fā)生器元件清單元件類型型號主要參數(shù)單組數(shù)量穩(wěn)壓管2CW6C2個獨石電容0.1F1個0.22F1個電阻22K1個5.1K2個10K6個電位器100 K1個運算放大器LM358帶座子3個焊錫絲2米其它電阻、電容、導線若干鉻鐵1把鉻鐵架1把吸錫槍1把松香1盒萬能板17cm*22cm1個6.3計數(shù)器元件清單如表4所示表4

20、計數(shù)器元件清單元件名稱型號數(shù)量J K觸發(fā)器74HC732個與非門74HC001個色環(huán)電阻1K6個發(fā)光二級管紅色5個導線1m1捆萬能電路板17*22cm1塊焊錫絲1cm*1m一捆七、測試結(jié)果及調(diào)試與分析直流穩(wěn)壓電源1.測試結(jié)果及調(diào)試與分析經(jīng)過測試，直流穩(wěn)壓電源的+12v，+5v，12v兩端均能正常輸出直流電壓。由于各種誤差，輸出結(jié)果與標準值略有誤差，如+5端輸出可能是4.94v，5.01v等。2.原理設計過程中的問題 （1）濾波電路值的選取 （2）直流二極管的正反工作電壓及額定電流yu波電容的耐壓值，在合適的范圍內(nèi)。 （3）整流濾波的電壓與變壓器的次級電壓應在合適的范圍內(nèi)，否則可能燒壞集成穩(wěn)壓電

21、源 （4）電解電容的極性不能接反。 （5）集成穩(wěn)壓電源的引腳容易接錯。 （6）橋式整流時二極管容易接錯。3調(diào)試過程中的問題（1）由于輸入電壓偏低造成輸出電壓偏低。（2）濾波電容開路時，造成輸出電壓紋波成價較高。4查找故障方法（1）檢查電路有無虛焊短路（2）看變壓器兩端是否有輸出電壓（3）看整流二極管是否接反（4）看直流穩(wěn)壓電源是否有引腳接錯計數(shù)器1.測試結(jié)果及調(diào)試分析 經(jīng)測試，電路能接照8421bcd碼正常輸出顯示，其輸出結(jié)果為00001001，十種狀態(tài)。2.原理設計過程中的問題（1）計數(shù)器時，觸發(fā)器的激勵方程多種多樣，應盡量化到最簡，這樣有利于簡化電路。(2)線路時，線路布局不合理造成焊接時，電路雜亂。(3)于連接線很多，焊接時容易混淆，引腳之間容易虛焊和短路。3.調(diào)試過程的問題（1）清零端在計數(shù)狀態(tài)是沒有接高電平，造成所有的電路無法正常顯示。（2）有部分引腳出現(xiàn)虛焊，造成計數(shù)不正常。4.查找故障方法（1） 電壓極性是否