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电子课程设计报告

27
2020年4月19日
文档仅供参考
天津职业技术师范大学电子工程学院

《电 子 技 术》
课程设计报告

同组学生姓名（学号）：刘博雅
姜峰
曹康
班 级： 电1005班
任务分工： 实验一：查资料：曹康 刘博雅；焊接工艺：姜峰，曹康；实验报告：刘博雅
实验二：查资料：姜峰 刘博雅；焊接工艺：姜峰 刘博雅；实验报告：刘博雅
设计时间： 12月13 日 —— 年 12月31日
指导教师： 成丹

目 录

第一周题目：波形发生电路
1．实验目的…………………………………………… 3
2．实验原理…………………………………………… 3
3．实验内容…………………………………………… 4
(1)．其中正弦波发生电路分析及原理………………………. 4
(2)．方波发生电路分析及原理…………………………….. 5
(3)．三角波发生电路分析及原理…………………………... 5
4．实验器材…………………………………………… 5
5．实验总结…………………………………………… 6
第二．三周题目：八路抢答器
1．实验目的………………………………………….. 7
2．实验原理………………………………………….. 7
3．实验电路………………………………………….. 7
4．选择器材………………………………………….. 8
（1）.555定时器……………………………………….. 8
（2）.74LS192芯片………………………………………9
(3) .74LS48芯片……………………………………….10
(4) .74LS148芯片………………………………………11
(5) .74LS279芯片………………………………………11
5．功能模块…………………………………………...12
6．实验器材…………………………………………...13
7．实验总结…………………………………………...13
实验报告一：波形发生电路
一．实验目的
（1）经过实验掌握由集成运放构成的正弦波振荡电路的原理与设计方法
（2）经过实验掌握由集成运放构成的方波（矩形波）和三角波（锯齿波）电路的原理与设计方法
（3）经过实验掌握电路参数的计算方法，各参数对电路性能的影响
（4）经过实验掌握电路安装调试技巧，掌握常见频率测量方法
二．实验原理
本实验采用LM324AJ芯片，LM324是由四个独立的运算放大器组成的电路。其特点如下：
·具有在较宽的单电压或双电源工作电压范围；单电源3V~30V，双电源±1.5V~±15V
·内含相位校正回路，外围元件少
LM324AJ芯片内部原理图：
参数名称
测试条件
最小
典型
最大
单位
输入失调电压
U0≈1.4V RS=0
 -
2.0
7.0
mV
输入失调电流
 -
 -
5.0
50
nA
输入偏置电流
 -
 -
45
250
nA
大信号电压增益
U+=15V，RL=5kΩ
88k
100k
 -
-
电源电流
U+=30V，Uo=0，RL=∞
1.5
3.0
 -
mA
共模抑制比
Rs≤10kΩ
65
70
 -
dB

三．实验内容

实验电路图：

1．其中正弦波发生电路分析及原理：
(1).正弦波发生放大电路主要由基本放大电路，选频网络，反馈网络和稳幅环节这几个部分组成，如下图所示：

(2).其中利用二极管导通电阻的非线性可控制负反馈的强弱，从而控制放大器的电压放大倍数以达到稳幅的目的。当振荡刚建立起来的时候，振幅小，经过二极管的电流也小，其正向电阻大，负反馈减弱，保证了起振时振幅增大；但当振幅过大时，其正向电阻变小，负反馈加深，保证了振幅稳定。
(3).二极管两端并联的1.6K电阻的目的是适当削弱二极管的非线性影响从而改变的波形失真。
(4).选频网络的构成的正反馈支路保证了整个电路的电压稳定。
2．方波发生电路分析及原理
(1).方波发生电路主要由电压比较器构成的负反馈电路和稳幅输出电路组成，如图所示：

(2).电压比较器是在反相输出单门限电压比较器上引入正反馈网络构成具有双门限制的反相输出电压比较器。
(3).在设计振荡器时，频率选取范围必须要考虑运算放大器的转换速度，偏置电流和噪声。
3．三角波发生电路分析及原理
(1).三角波发生电路图如图所示：

（2）.积分电路构成，由于电容充放电，形成三角波。
四．实验器件
LM234AJ芯片1个
20nF电容2个 1.1μF电容1个
51KΩ电阻2个 10KΩ电阻3个
2KΩ滑动变阻器1个 500KΩ滑动变阻器1个 5KΩ滑动变阻器1个
1BH62二极管2个 1N5232B稳压管2个

五．实验总结

进入实训的第一周，我们首先对课题的选择做了研究，最后小组选定了波形发生电路实验。因为信号发生器是电子测量领域中最基本、应用最广泛的一类电子仪器。它能够产生多种波形信号,如正 弦波,三角波,方波等,因而广泛用于通信、雷达、导航、宇航等领域。由于时间紧任务重，我们小组分工合作以便更高效的完成这一次的实验设计。
首先我们查询了资料，从图书馆，教科书以及互联网中搜寻实验所需要的原理，电路图，元器件的基本原理等内容，最后整合，筛选，选择了LM324AJ芯片，和若干电阻电容等元器件，得到最后的电路实验图。
在购买元器件后，我们组分工明确，以很快的速度就完成了电路的焊接。接下来用示波器进行调试时候，发现我们的电路图没有办法出现正确波形，这如同一盆凉水般泼在了我们小组组员的身上，起初一切顺利的高涨热情瞬间熄灭不少。可是我们小组成员并没有为此气馁，自怨自艾，而是努力的查找实验中可能出现的错误。
经过一番检查后我们发现电路板本身不存在短路断路等硬性错误，于是我们果断调转方向，检查是否是设计中存在了问题，积极与老师和其它同学进行探讨，最后发现是实验电路图中的一个电容选择出现了问题。经过老师的指导和组员间的讨论最后选择将其改为104的电容。找到问题后，果断改正。功夫不负有心人，经过一个星期的努力，我们小组的波形发生电路焊接成功，这一次我们在示波器中看到了不失真且图像清晰稳定的正弦波，方波，以及三角波。
调试的过程不是一帆风顺的，有很多的问题都是自己摸索和在与同学交流的过程中得到了解决。调试过程是发现问题的过程，这要求我们耐心和心细，有一种严谨的科学态度，以能够更好的实现我们的设计。同时在调试的过程中我们能够更好的发现自己的不足之处，能加以改正。
经过这一周的课程设计，在老师的精心指导下和同学合作之下最终成功地完成了此次设计，并从中学到了很多的知识和经验，对单片机以及汇编语言有了更深层次的理解。同时也让我们对团队合作有了更深刻的理解，团结就是力量不是说说就能够做到的，我们在一起努力之后得到了最后的胜利。
可是在短暂的欣喜过后，更多的是对这次实验设计的反思。我们组在整个过程中有失败，为此我们总结了失败的原因。开始的时候我们对实验原理图的重视程度不够，认为焊接过程才是整个实验设计中的重中之重，可是在经过失败之后发现，由于最初的基础工作没有做好，导致后面实验的失败，不但影响整个实验的进度，还浪费精力，物力，实属不该。在焊接过程中我们还应该提高焊接技术，已达到美观的标准，这一点上我们组做的不够好，因此在未来的日子里，我们一定会勤学苦练，争取在最短的时间内使自己的技艺得到最大的提升。
在这次的实验设计中我们总结了一个良好的设计思路，是电路的生命。宁愿在思路设计上多花上50%的时间。因为前期看似慢，实际上恰恰给后期的制作带来很大的方便，效果往往是更节省许多时间。活学活用是硬道理。
经过这次生产实习， 锻炼自己的实际操作动手能力， 培养理论联系实际的能力，增强独立工作的能力。做任何事情都应该有耐心，有认真的态度，严谨的作风，要踏踏实实不能草率了事，那样只能一无所获，主要是培养我与其它同学的团队合作共同探讨、共同前进的精神。
在以后的实验中，我们能够在焊接完成后用万用表检测是否有短接，断路，电路中接正负极的端口是否有错误等等这些问题，以求在调试中不会因为这些原因导致电路失败。未雨绸缪在什么时候都很重要。

实验报告二：八路抢答器
一． 实验目的
1.经过实验掌握八路抢答器的功能及其组成电路的基本功能。
2.经过实验掌握如何调试八路抢答器，以及电路安装调试技巧。
二．实验原理
1.八路抢答器控制系统是娱乐活动中经常使用的重要基础设备之一，根据抢答要求，系统所需实现的功能如下：
（1）抢大器能容纳8名选手，而且给出相应的编号为1、2、3、4、5、6、7、8，为每名选手设置一个按键。为了简化设计，能够利用试验仪上的逻辑电平开关。（这部分要求由我主要负责）
（2）设置一个给工作人员清零的开关，以便能开始新的一轮的抢答。
（3）用LED数码管显示获得优先抢答的选手的编号，一直保持到工作人员清零或1分钟倒记时答题时间结束为止。
（3）用LED数码管显示有效抢答后的1分钟到记时答题时间。秒信号不必考虑时间精度，可利用试验仪上所提供的连续脉冲（方波）。

三．实验电路
1.整个电路的电子器件有：555定时器，74LS192，74LS148，74LS297，74LS00，74LS20以及若干电容和电阻.
2.根据设计任务与要求，将系统分为3大功能模块：主电路、数据采集电路、控制电路。将主电路分为一个十六进制（实现一分钟倒记时答题时间）计数、译码、显示电路；数据采集电路（获得优先抢答选手的编号）分为8路抢答开关、八D数据锁存器、优先编码器、加1电路。

3.总体框图

四．选择器材
1．555定时器
（1）.555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就能够实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。555 定时器的内部电路框图和外引脚排列图分别如下图：

（2）.它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率输出级。它提供两个基准电压VCC /3 和 2VCC /3 555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制 RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 A1 的反相输入端的电压为 2VCC /3，A2 的同相输入端的电压为VCC /3。若触发输入端 TR 的电压小于VCC /3，则比较器 A2 的输出为 1，可使 RS 触发器置 1，使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于VCC /3，则 A1 的输出为 1，A2 的输出为 0，可将 RS 触发器置 0，使输出为 0 电平。

2. 74LS192芯片
（1）.特点：电路可进行反馈，而很容易的被级联。即把借位输出端和进位输出端分别反馈到后级计数器的减计数输入端和加计数输入端上即可。

MR
PL
CPU
CPD
MODE工作模式
H
X
X
X
Reset (Asyn.)清除
L
L
X
X
Preset (Asyn.)预置
L
H
H
H
No Change保持
L
H
↑
H
Count Up加计数
L
H
H
↑
Count DowN 减计数
·芯片内部有级联电路
 ·同步操作
 ·每触发器有单独的预置端
 ·完全独立的清零输入端

（2）.真值表（如右图）：

（3）.74LS192芯片引脚图（如下）：

（4）.74LS192芯片内部功能原理图（如下）：

3. 74LS48芯片
（1）. 74LS48除了有实现7段显示译码器基本功能的输入（DCBA）和输出（Ya～Yg）端外，74LS48还引入了灯测试输入端（LT）和动态灭零输入端（RBI），以及既有输入功能又有输出功能的消隐输入/动态灭零输出（BI/RBO）端。 
 （2）. 74LS48真值表可获知74LS48所具有的逻辑功能：
·7段译码功能（LT=1，RBI=1）
·消隐功能（BI=0）
·灯测试功能（LT = 0）
·动态灭零功能（LT=1，RBI=1）

（3）.74LS48芯片引脚图及其内部工作原理图如下：

（a）逻辑图（b）方框图（c）符号图
由符号图能够知道，4号管脚端具有输入和输出双重功能。作为输入（BI）低电平时，G21为0，所有字段输出置0，即实现消隐功能。作为输出（RBO），相当于LT，及CT0的与坟系，即LT=1，RBI=0，DCBA=0000时输出低电平，可实现动态灭零功能。3号（LT）端有效低电平时，V20=1，所有字段置1，实现灯测试功能。
4. 74LS148芯片
（1）. 74LS148优先编码器管脚功能介绍:为16脚的集成芯片，电源是VCC(16)  GND(8),I0—I7为输入信号，A2,A1,A0为三位二进制编码输出信号，IE是使能输入端，OE是使能输出端，GS为片优先编码输出端。
（2）.74LS148引脚图如下：

5. 74LS279芯片
（1）. 74LS279工作原理：74LS279就是4R-S触发器，每片上有四路R-S触发器。每路R-S触发器有R和S两个输入和一个输出端Q，如下图左下图所示。
当S输入低电平（0）时，输出Q为低电平（0）；
当S输入高电平（1）时，如果R输入低电平（0），则Q为高电平（1）；
当S输入高电平（1）时，如果R输入低电平（1），则Q保持不变。

五. 功能模块
1. 根据设计任务与要求，我们小组初步将系统分为3大功能模块：主电路、数据采集电路、控制电路。
（1）.主电路由六十进制计数器和译码、显示电路两部分组成。
（2）.控制电路由锁存控制和倒计时控制两部分组成。
（3）．数据采集电路
①八路抢答开关：为8位选手提供8个抢答的按钮，这样能够在松开按钮后及时复位，为下次做准备。
②八D数据锁存器：采用八D数据锁存器74LS148，抢答前应使锁存允许LE=1，此时允许选手抢答，当有选手抢答有效时，要利用控制电路中的LE=0，使数据被锁存，其它选手就抢答无效了。
③优先编码器：采用优先编码器74LS148，因为采用了高速控制电路，因此一旦抢答，立即锁存。我们组设计的控制电路将充分利用74LS148的两个输出信号：选通输出Ys和扩展输出YEX。如下图所示
：
④实现单稳态触发器的方法有很多，能够用与非门或者非门电路实现微分型单稳、利用施密特触发器实现单稳、集成单稳等，现采用555定时器实现计时功能。如下图所示：

六. 实验器材
74LS48芯片3个 74LS192芯片2个 74LS279芯片1个 74LS148芯片1个
74LS00芯片1个 74LS20芯片1个
10KΩ电阻10个 500KΩ电阻2个 50KΩ电阻1个 15KΩ电阻1个
10μF电容1个 0.1μF电容1个 开关9个 发光二极管2个
数码显示管3个
七．实验心得
在实训的第二个星期，我们小组开始着重选择和设计第二个实验。总结第一个实验的心得后我们小组决定选择八路抢答器这个实验。
设计之前，参考了许多相关的资料，我们选择了555定时器，74LS192，74LS148，74LS297，74LS00，74LS20以及若干电容和电阻这些元器件作为这次实验的原材料。同时设计了主电路、数据采集电路、控制电路这三部分电路共同组成八路抢答器电路。而且将主电路分为一个十六进制（实现一分钟倒记时答题时间）计数、译码、显示电路；数据采集电路（获得优先抢答选手的编号）分为8路抢答开关、八D数据锁存器、优先编码器、加1电路；采用555定时器实现计时功能。
但着手设计时，又出现了许多未预料到的问题，例如元件的选择：在选择编码器时，是采用普通编码器还是优先编码器。普通编码器中，任何时刻只允许输入一个编码信号，否则输出将发生混乱。因此选择了优先编码器。可是74LS系列中众多不同管脚的类型，选择哪个作编码器。经过查找，选择了74LS192，因为想用数字的形式显示抢答者的编号，因此选择了数码显示管，但数码显示管不能直接，数码显示管需要由TTL或CMOS集成电路驱动，因此在TTL还是CMOS集成电路上又进行了比较和选择。最后选择了数显译码器，用它将输出的二进制代码译成相对应的高、低信号，用其作为数码显示管的驱动信号，数码显示管显示出相对应的选手编号。在定时电路中， 555定时器的类型也很多，根据设计需要选择了555定时器低电平触发，由于它是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。而且555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就能够实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。
在一些设计原理上也遇到了许多新问题，例如在接通电源后倒计时部分的数码管的显示保持不变，没有预期的会自动倒计时等功能。而且抢答部分的数码管没有数字显示。经过与组员，老师等多次检查，发现由于芯片焊接时没有接电源线而且其中因为两个芯片在焊接过程中因为失误焊错了管脚，导致整个芯片部分的电路必须重新焊接。这些错误使得我们的实验进度停滞不前，我们小组每个人都做了深刻的反省。
在整个电路的安装调试的过程中，花费时间最多的是各个元件电路的连接，电路的细节设计以及连完线路后的检查工作上，其中在连接电路是出现问题比较多。因为元器件之间的连线有很多，而且管脚与管脚之间间隙有限，在焊接过程中存在一定的困难。我们为了克服这些困难想了很多办法，最后还是顺利的完成了焊接。可是在74LS148元件和74LS192元件的连接的调试的时候出现了问题在老师的指导和讲解下我们有了更深刻的认识，同时对元件的原理的功能了解的更多更深刻。
在这次过程中，我们深刻的体会到在设计过程中，需要重复实践，其过程很可能相当的烦琐，有时花很长时间检查电路故障，分析原因，只有坚持不懈。才能够得到最终实验的成功。

实验心得
电气1005班 13号 刘博雅
不知不觉紧张而有序的实训课程就要结束了，而在这三个星期中我感到每天都有不同的收获，每天都有让自己惊喜的发现，在实训的日子里我学会了许多从书本中无法获取的知识和技能，是我觉得受益匪浅。
实训课程刚开始的时候，我以为能够脱离课本单纯的训练焊接工艺，结果第一天的时候我就发现我错了，这一次的实训不但仅是训练焊接工艺，而是训练我们对实验设计的思路以及将手脑相结合。
在和小组组员设计实验的过程中，我觉得这是一个温故而知新的过程，温习曾经学习过的知识，运用在实验电路中；遇到自己不懂的问题，经过去图书馆查资料、上网，努力将它解决，这又是知新的过程。在这期间能够审视自身对某些知识的缺乏，从而有目的的补给这些知识，充实自我。
经过了设计电路的脑力运动，接下来便是经过双手完成实验电路，进行焊接。由于电路中各个元器件接线较多，间隙较小，导致焊接时遇到很多困难。有时候会因为自己的粗心把线焊接错误，或者焊点不牢固导致得重新再弄。而且在最后调试的过程中经常会遇到电路无法达到预期的目的，这些困难常常使我很灰心，觉得自己努力了很多可是却还是失败。可是我知道如果不坚持那么之前所做的都是白费，注定会失败，如果我继续坚持，尝试去改进，细心耐心的检查电路，就有可能成功。
在组员和老师的鼓励下，经过努力，和坚持不懈的精神，我们最终取得了实验的成功，给之前那么多努力画上了完美的句号。在这次实验设计过程中，要求我们耐心和心细，拥有严谨的科学态度，还要在困难面前不段坚持，以能够更好的实现我们的设计。
在实践当中，灵活运用书本上所讲的知识，万变不离其宗，只有扎实掌握了核心的方法，才有可能做到活用巧用。这次设计让我真正体会到了书本知识永远是基础，而基础正是你向高层次迈进的扎实阶梯，没有这个基础，就无法实现技术上的腾飞。
学习不单单是学会课本的知识，还有很多很多的东西是要自己去学习的，只有自己在实践中才能学到的东西，那就是用我们所学的东西去思考我们实践中出现的问题。经过这次生产实习，锻炼自己的实际操作动手能力，培养理论联系实际的能力，增强独立工作的能力。做任何事情都应该有耐心，有认真的态度，严谨的作风，要踏踏实实不能草率了事，那样只能一无所获。
这次实训还培养我与其它同学的团队合作，共同探讨、共同前进的精神。在小组成员的协作下，经过自己的努力，顺利的完成了这次实训的全过程，达到了自己的目的，实现了自己的动手的愿望。从最开始在网上查找资料，然后设计电路，弄清理论知识，再到搭接电路，检测调试，每一步都踏踏实实。我在实训中体会到了许多，学到了平常没有学到的东西，真正的体会到理论和实践结合的重要性。
这次实训也使我学会了不轻言放弃，不怕困难，不怕麻烦，在做实验的过程中，会重复不断的遇 到一些问题，特别是电路的调试时，往往要经过很多次重复的检查、测量才能找到问题的所在，要是不能静下心来仔细研究，完成实训是不可能的。这次的实训给了我又一次认识自我的机会,让我学会了从更多角度分析解决问题,设计的过程中也积攒了一些相关的经验,我想对我以后的实际操作肯定会有很大帮助的。实训给了我们一个平台去发挥自己学到的理论知识，锻炼我们的动手能力，巩固我们所学的知识，为我们以后步入社会做了准备，是大学生学习当中相当重要的、不可或缺的一个环节。