直流穩(wěn)壓電源、計(jì)數(shù)器、方波三角波發(fā)生器課程設(shè)計(jì)

1、電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告專 業(yè)： 電子信息工程 班 級(jí)： 電 信 1001 姓 名： 指導(dǎo)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(shè)計(jì)3（一）課程設(shè)計(jì)目的3（二）設(shè)計(jì)任務(wù)與要求3（三）課程設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容3二、課題二 計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)6（一）課程設(shè)計(jì)的目的6（二）設(shè)計(jì)任務(wù)與要求6（三）課程設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容6三、課題三方波、三角波發(fā)生器設(shè)計(jì)13（一）設(shè)計(jì)目的13（二）設(shè)計(jì)任務(wù)與要求13（三）課程設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容14四、實(shí)踐步驟15五、實(shí)踐標(biāo)準(zhǔn)15六、元器件清單及所用儀器設(shè)備15七、測(cè)試結(jié)果及調(diào)試與分析17八、課程設(shè)計(jì)的心得體會(huì)19九、參考書目19一、課題一 直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)（一）課

2、程設(shè)計(jì)目的1、了解直流穩(wěn)壓電路的組成和工作原理；2、學(xué)習(xí)直流穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)方法以及主要技術(shù)指標(biāo)的測(cè)試方法2、培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問題、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。（二）設(shè)計(jì)任務(wù)與要求設(shè)計(jì)任務(wù)：設(shè)計(jì)一個(gè)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(dòng)正負(fù)10%。（三）課程設(shè)計(jì)報(bào)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(shè)計(jì)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(dòng)±10，在選用二極管時(shí)，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(guò)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(hù)和濾波的作用，再經(jīng)一個(gè)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(hù)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牡蛪航涣麟姟Ｕ髌靼呀涣麟娮優(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(shè)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(wù)是將電網(wǎng)電壓變?yōu)樗璧慕涣麟妷?，同時(shí)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(dòng)電壓。由于這種電壓存在著很大的脈動(dòng)成份（稱為紋波），因此一般

5、還不能直接用來(lái)給負(fù)載供電，否則，紋波的變化會(huì)嚴(yán)重影響負(fù)載電路的性能指標(biāo)。（3）濾波部分濾波部分的作用是對(duì)整流部分輸出的脈動(dòng)直流電進(jìn)行平滑 ，使之成為含交變成份很小的直流電壓。也就是說(shuō)，濾波部分實(shí)際上是一個(gè)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(guò)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(fù)載、電網(wǎng)電壓波動(dòng)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(duì)穩(wěn)壓電源的性能，主要有以下四個(gè)萬(wàn)面的要求 （1）穩(wěn)定性好 當(dāng)輸入電壓Ui（整流、濾波的輸出電壓）在規(guī)定范圍內(nèi)變動(dòng)時(shí)，輸出電壓U0 的變化應(yīng)該

6、很小一般要求U0/U。1%（2）輸出電阻小 負(fù)載變化時(shí)（從空載到滿載），輸出電壓U0 應(yīng)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(duì)值，即r0=|U0/I0| r0 反映負(fù)載變動(dòng)時(shí)，輸出電壓維持恒定的能力，r0越小，則I0 變化時(shí)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(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，會(huì)引起輸出電壓的漂移。良好的穩(wěn)壓電源，應(yīng)在環(huán)境度變化時(shí)，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(lái)表示. 二、課題二 計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)（一

7、）課程設(shè)計(jì)的目的 1、熟悉計(jì)數(shù)器工作原理和不同的碼制的計(jì)數(shù)器原理。2、掌握計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)方法。3、培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問題、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。（二）設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 設(shè)計(jì)任務(wù)：設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個(gè)采用小規(guī)模數(shù)字集成電路的計(jì)數(shù)器。系統(tǒng)圖如圖3所示。圖3 設(shè)計(jì)流程圖要求：1.電路設(shè)計(jì)要簡(jiǎn)單，譯碼顯示器不需要做出實(shí)物，只要理論設(shè)計(jì)。2.必須按指定觸發(fā)器設(shè)計(jì)，不能由其它觸發(fā)器轉(zhuǎn)換。3.必須采用指定的元器件設(shè)計(jì)電路。4.計(jì)數(shù)器與譯碼顯示器之間必須用4個(gè)LED指示計(jì)數(shù)的二進(jìn)制編碼值。（三）課程設(shè)計(jì)報(bào)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(jìn)制同步遞增計(jì)數(shù)器有十個(gè)有效狀態(tài)，其真值表如表1所示，采

8、用時(shí)鐘脈沖下降沿觸發(fā)，所以在第9個(gè)時(shí)鐘脈沖到來(lái)時(shí)，進(jìn)位為1，當(dāng)?shù)?0個(gè)時(shí)鐘脈沖到來(lái)時(shí)，進(jìn)位為0，出現(xiàn)下降沿，從而產(chǎn)生進(jìn)位。十進(jìn)制數(shù)計(jì)數(shù)器狀態(tài)時(shí)鐘脈沖進(jìn)位B0000000100011020010203001130401004050101506011060701117081000809100191100000100表1 真值表 基于8421BCD碼的十進(jìn)制同步遞增計(jì)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(jìn)位卡諾圖，求進(jìn)位方程 如圖5是根據(jù)真值表得出的進(jìn)位卡諾圖，

9、其中編碼“1010”、“1011”、“1100”、“1101”、“1110”、和“1111”是無(wú)效狀態(tài)，定為任意態(tài)。當(dāng)狀態(tài)為“1001”是，進(jìn)位為“1”，其它為“0”。 OC3Q2Q1Q0Q000111100001111000000000XXXX1XX0 圖5 進(jìn)位卡諾圖 由進(jìn)位卡諾圖可得到最簡(jiǎn)的進(jìn)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(shí)，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(gè)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(lì)表填激勵(lì)卡諾圖，求激勵(lì)方程激勵(lì)卡諾圖是在已知輸出變化的條件下，得到輸入信號(hào)。圖11是基于8421BCD碼的十進(jìn)制同步遞增計(jì)數(shù)器的激勵(lì)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(lì)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(duì)照 K觸發(fā)器的激勵(lì)表，要求，為任意態(tài)。所以。同理，可推出其它激勵(lì)。為了能由激勵(lì)卡諾圖直觀的得到激勵(lì)方程，將激勵(lì)卡諾圖分成八個(gè)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(lì)卡諾圖 圖13 的激勵(lì)卡諾圖1J3Q2Q1Q0Q000111100001111001XX0XX1XXXX0XX0 1K3Q2Q1Q0Q0001111000011110XX10X10XXXXXXXXX 圖14 的激勵(lì)卡諾圖 圖15 的激勵(lì)卡諾圖2J3Q2Q1Q0Q00011110000111100010XXXXXXXX01X0 2K3Q2Q1Q0Q0001111000011110XXXX0100XXXX0XX0 圖16 的激勵(lì)卡諾圖 圖17 的激勵(lì)卡諾圖 3J3Q2Q1Q0Q000111100001111000000100XXXXXXXX 3K3Q2Q1Q0Q0

14、001111000011110XXXXXXXXXXXX1XX0 圖18 的激勵(lì)卡諾圖 圖19 的激勵(lì)卡諾圖由的激勵(lì)卡諾圖圖12，可得的激勵(lì)方程： 由的激勵(lì)卡諾圖圖13，可得的激勵(lì)方程： 由的激勵(lì)卡諾圖圖14，可得的激勵(lì)方程）： 由的激勵(lì)卡諾圖圖15，可得的激勵(lì)方程： 由的激勵(lì)卡諾圖圖16，可得的激勵(lì)方程： 由的激勵(lì)卡諾圖圖17，可得的激勵(lì)方程： 其中一項(xiàng)，是可以化簡(jiǎn)為的，這是為了簡(jiǎn)便電路，因?yàn)榈募?lì)方程中也需要一項(xiàng)，兩者可以取同一信號(hào)。由的激勵(lì)卡諾圖18，可得的激勵(lì)方程： 由的激勵(lì)卡諾圖19，可得的激勵(lì)方程： 0000000100100011010001010110011110001001/0

15、/0/0/0/0/0/0/0/0/11110111110111101101011005.檢驗(yàn)系統(tǒng)能否自啟動(dòng)檢查自啟動(dòng)狀態(tài)圖如圖20所示圖20 完整狀態(tài)圖 當(dāng)電路進(jìn)入無(wú)效狀態(tài)時(shí)，代入次態(tài)方程，得次態(tài)，再代入次態(tài)方程，得次態(tài)，進(jìn)入正常狀態(tài)；當(dāng)電路進(jìn)入無(wú)效狀態(tài)時(shí)，代入次態(tài)方程，得次態(tài)時(shí)，代入次態(tài)方程，得次態(tài)，進(jìn)入正常狀態(tài)；當(dāng)電路進(jìn)入無(wú)效狀態(tài)時(shí)，代入次態(tài)方程，得次態(tài)，代入次態(tài)方程，得次態(tài)進(jìn)入正常狀態(tài)。由此，基于8421BCD碼的十進(jìn)制同步遞增計(jì)數(shù)器具有自啟動(dòng)的特性。6.根據(jù)激勵(lì)方程和進(jìn)位方程，畫計(jì)數(shù)器的邏輯電路圖 由、和的激勵(lì)方程，以及進(jìn)位方程，畫出8421BCD碼的十進(jìn)制同步遞增計(jì)數(shù)器的電路圖。如圖

16、21所示。圖21 電路圖 同步計(jì)數(shù)器中所有的觸發(fā)器時(shí)鐘端接在一起，受時(shí)鐘同步控制。RESET為清零端，低電平清零。、和是計(jì)數(shù)輸出。是進(jìn)位輸出。三、課題三方波、三角波發(fā)生器設(shè)計(jì)（一）設(shè)計(jì)目的 1、研究波形發(fā)生電路的特性。 2、學(xué)習(xí)波形發(fā)生電路的設(shè)計(jì)方法以及主要技術(shù)指標(biāo)的測(cè)試方法。 3、培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問題、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。（二）設(shè)計(jì)任務(wù)與要求設(shè)計(jì)任務(wù)：設(shè)計(jì)由集成運(yùn)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(shè)計(jì)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(shí)間一般要求小于100ns（1KHZ,最大輸出時(shí)）。（三）課程設(shè)計(jì)報(bào)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(shè)計(jì)過(guò)程 （1）原理 該電路由兩部分構(gòu)成，前級(jí)是利用運(yùn)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(jí)是由運(yùn)放構(gòu)成的積分電路。該電路可以輸出三角波。（2）設(shè)計(jì)過(guò)程 利用所學(xué)知識(shí)找出一些常

18、用來(lái)產(chǎn)生方波和三角波的電路。同時(shí)結(jié)合所給的元件，找出最簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)方法。設(shè)計(jì)完后，通過(guò)自己的計(jì)算看是否能達(dá)到該功能。再利用軟件仿真，看是否能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期功能。四、實(shí)踐步驟 1、根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，按照原理圖設(shè)計(jì)好電路圖。 2、在根據(jù)設(shè)計(jì)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(yīng)的儀器上測(cè)試其功能，如果不能實(shí)行，在分析哪里出了問題，糾正好問題在去測(cè)試，直到測(cè)試完成。五、實(shí)踐標(biāo)準(zhǔn)完成設(shè)計(jì)制作安裝，實(shí)現(xiàn)其基本內(nèi)容和功能，裝配工藝美觀，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。六、元器件清單及所用儀器設(shè)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(hào)主要參數(shù)單組數(shù)量變壓器帶中間抽頭16V，40W1

19、個(gè)二極管IN40024個(gè)獨(dú)石電容0.1F5個(gè)電解電容1000F，25V2個(gè)100F，25V3個(gè)三端穩(wěn)壓器LM78121個(gè)LM79121個(gè)LM78051個(gè)電源線帶插頭1條萬(wàn)能板17cm*22cm1個(gè)焊錫絲1.0mm2米單股導(dǎo)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(hào)主要參數(shù)單組數(shù)量穩(wěn)壓管2CW6C2個(gè)獨(dú)石電容0.1F1個(gè)0.22F1個(gè)電阻22K1個(gè)5.1K2個(gè)10K6個(gè)電位器100 K1個(gè)運(yùn)算放大器LM358帶座子3個(gè)焊錫絲2米其它電阻、電容、導(dǎo)線若干鉻鐵1把鉻鐵架1把吸錫槍1把松香1盒萬(wàn)能板17cm*22cm1個(gè)6.3計(jì)數(shù)器元件清單如表4所示表4

20、計(jì)數(shù)器元件清單元件名稱型號(hào)數(shù)量J K觸發(fā)器74HC732個(gè)與非門74HC001個(gè)色環(huán)電阻1K6個(gè)發(fā)光二級(jí)管紅色5個(gè)導(dǎo)線1m1捆萬(wàn)能電路板17*22cm1塊焊錫絲1cm*1m一捆七、測(cè)試結(jié)果及調(diào)試與分析直流穩(wěn)壓電源1.測(cè)試結(jié)果及調(diào)試與分析經(jīng)過(guò)測(cè)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(biāo)準(zhǔn)值略有誤差，如+5端輸出可能是4.94v，5.01v等。2.原理設(shè)計(jì)過(guò)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(jí)電壓應(yīng)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(cuò)。 （6）橋式整流時(shí)二極管容易接錯(cuò)。3調(diào)試過(guò)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(shí)，造成輸出電壓紋波成價(jià)較高。4查找故障方法（1）檢查電路有無(wú)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(cuò)計(jì)數(shù)器1.測(cè)試結(jié)果及調(diào)試分析 經(jīng)測(cè)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(shè)計(jì)過(guò)程中的問題（1）計(jì)數(shù)器時(shí)，觸發(fā)器的激勵(lì)方程多種多樣，應(yīng)盡量化到最簡(jiǎn)，這樣有利于簡(jiǎn)化電路。(2)線路時(shí)，線路布局不合理造成焊接時(shí)，電路雜亂。(3)于連接線很多，焊接時(shí)容易混淆，引腳之間容易虛焊和短路。3.調(diào)試過(guò)程的問題（1）清零端在計(jì)數(shù)狀態(tài)是沒有接高電平，造成所有的電路無(wú)法正常顯示。（2）有部分引腳出現(xiàn)虛焊，造成計(jì)數(shù)不正常。4.查找故障方法（1） 電壓極性是否