中南大学电子信息工程电子技术设计课设

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1、包子技术课程设计课题名称：占空比步进的脉冲信号源的设计学 院：信息科学与工程学院班 级：电子信息工程1201班学 号：学生姓名：指导老师：完成日期：2014年7月15日几 前言 课程设计题目内容及说明 题目：占空比步进的脉冲信号源的设计 要求：1、占空比0.1步进预置；2、脉冲信号占空比的变化范围为0.1-0.93、脉冲信号100Hz，幅值为5V；4、能显示预置的占空比；5、实测占空比误差小于0.1。 课程设计工作过程简介 课设时间为19、20两周，其间课设进程如下： 1.19周周一下午选题；2.19周周二至周三，设计初步方案； 3.19周周四下午，教师检查设计电路及元器件清单4.19周周五至

2、周日，修改设计方案； 5.20周周一练习焊接；6.20周周二至周三，按照电路图完成焊接电路板； 7.20周周四调试电路；8.20周周五下午教师验收、考核课设成果。目录前言 1目录 21.系统概述 31.1系统要求 31.2方案设计 31.3方案分析及选择 31.4总体方案设计 41.5各功能模块的划分与组成 42. 单元电路设计与分析 52.1按钮 52.2计数器 52.3译码器 62.4数码管 72.5多谐振荡器 72.6比较器 82.7放大器 83. 电路的安装与调试 93.1Multisim 电路仿真测试 93.2焊接板功能测试 103.2.1焊接板功能存在的问题及现象 103.2.2问

3、题分析及解决措施 113.3焊接板测试结果记录 124.结束语 134.1课设成果总结 134.2心得体会 135.鸣谢 146.元器件明细表 147.参考文献 148.附图 148.1Multisim 仿真电路图 148.2管脚电路图 141.系统概述1.1 系统要求 运用所学数电、模电知识查找到的资料，并结合实际，设计原理图，焊接元器件， 并使课设成果满足课题要求。1.2方案设计方案一：采用EEPROM只读存储器的设计方案用 555 定时器组成多谐振荡器，产生频率为 1KHz 的矩形波，此为第一路 输出。再经过741S161计数器对第一路输出分频，产生100Hz矩形波，此为第二 路输出。对

4、EEPROM编程，存入0.1至0.9这9种不同的占空比信息。再由4 个开关及计数器输出共同控制存储器低8位，以选择输出存储器中的哪个占空比 的波形，此为第三路输出。同时用4个开关控制74ls48译码器，译码器连接共 阴数码管，以显示预置的占空比。方案二：采用 74ls85 比较器的设计方案用555定时器组成多谐振荡器，产生频率为1KHz的矩形波，此为第一路 输出。再经过741S161计数器对第一路输出分频，产生100Hz矩形波，此为第二 路输出。用按钮控制控制另一片741S161计数器，此为第三路输出。将第二路输 出及第三路输出连接 74ls85 比较器上，得到第四路输出。同时将第三路输出连

5、接74ls48译码器，译码器连接共阴数码管，以显示预置占空比。1.3方案分析及选择方案一是在无老师指导下完成，显然相对于方案二复杂许多，不仅电路设 计、芯片使用更为复杂，而且精度小于方案二。因此，此次课设使用老师提点的 方案二。方案二不仅使用的芯片少，而且都是使用简单的常用芯片。但方案二需 要注意的是，如果供电电源为5V，在经过实际焊接后，输出波形幅值则会达不 到5V （3.3V左右），为满足波形幅值条件，需要再第四路输出后再连接一个op37 放大器放大电压。1.4 总体方案设计原理框图：按钮计数器 （19）计数比较器 放大器计数器多谐振荡器 A （09）计数1.5各功能模块的划分与组成从原理

6、框图可以看出，本次课设主要由 8 个部分组成。 按钮：一个6 脚自锁按钮，控制要预置的占空比值，按一下占空比变化0.1。 计数器（19）计数：用一片 74ls161 计数器及一片 74ls00 与非门实现 19 循环置数，由按钮高低电平变化驱动计数。 译码器：一片 74ls48 译码器，与一位数码管相连。 数码管：二块 1 位共阴数码管，一位始终用高电平驱动显示“0.”，另一位与 译码器相连。 多谐振荡器：用 555 定时器接成多谐振荡器，由电阻及电容值控制产生 1KHz 的频率，为整个电路提供脉冲信号来源。 计数器（09）计数：用一片 74ls161 计数器及一片 74ls00 与非门实现

7、09 循环置数，将 555 产生的信号分频为 100Hz。 比较器：一片 74ls85 计数器，19 计数为 A 路输入，09 计数为 B 路输入， 当 AB 时输出，则可以和数码管显示的占空比值相对应。 放大器：一片 op37 放大器，接成负反馈放大电路，由电阻比值控制放大倍 数。具体放大倍数，实际测出第四路输出的幅值后，再确定。2单元电路设计与分析2.1按钮6脚自锁按钮3个管脚为一侧共2侧，它的一侧实际上相当于一个单刀双掷 开关，中间为接地端，两边的脚一个常开一个常闭。所以在实际使用中，通常只 需要用到一侧相邻的2个脚，而且需要先测试脚的功能，选出我们需要的2个管 脚。我们需要实现的功能是

8、，当我们按下按钮时，数码管的数值变化，脉冲占空 比也变化，所以在本次课设中应该选择一个公共端和一个常开端这2个脚。其中 公共端接地，常开端接电源。电路图如下所示：S1Q I 0一O O11 =空格VCGSVi2.2计数器本次课设中共用到二块741S161计数器，和一块741s00与非门，分别构成19 计数和09计数。首先3个芯片分别接电源和接地。D、C、B、A这4个管脚，由置高电平或低电平决定初态值。初态值为1，则D、C、B、A这4个脚的高低电平为0001，初态值为0则为0000。ENP、ENT、 CLR这3个脚接高电平，LOAD脚接与非门，可实现置数功能。置9,则QA、 QD这2脚与LOAD

9、脚一起接与非门。19计数时，CLK脚接按钮，09计数时, CLK脚接多谐振荡器的输出。电路图如下所示：VCCJ3AH -T4LS161NarcoRPTNNABCEtEtU6AT4LS161NABCD aPTHFAEC3E1E09计数19计数2.3译码器由于实验室所给的数码管通常都是共阴的，所以本次课设的译码器我选择芯 片741s48共阴极BCD码。将74ls48芯片接电源和接地。D、C、B、A 脚分别接 19 计数的 741S161 的 QD、QC、QB、QA 脚。LT、 RBI、BI/RBO这3个脚接高电平。0A0G脚分别与数码管的ag脚相连。电路图如下所示：T7U7t;二74LS48NVC

10、C5V2.4数码管实验室所提供的是共阴数码管。本次课设，我们需要用数码管来显示预置的占空比。而占空比值是0.10.9, 则我们可以用二块1位数码管，一块恒显示“0.”另一块连接译码器，由按钮 控制其数值变化，显示“19”。由于是共阴数码管，则数码管需要接地，由高电平驱动数值变化。电路图如下所示：U92.5多谐振荡器555定时器接成多谐振荡器，根据公式：T= (R+2R2)CJn2，且我们所需 频率为 1KHz,由此可以计算出 R=R2=47KQ, C1=0.01 uF，T=0.987ms,f1KHz。电路图连接如下：2.6比较器比较器米用芯片741s85。将741s85芯片接电源和接地。19计

11、数的161芯片的QD、QC、QB、QA四脚分别接85芯片的A3、A2、 Al、A0四脚，09计数的161芯片QD、QC、QB、QA四脚分别接85芯片的 B3、B2、B1、B0 四脚。当AB输出，若A=1，贝峙俞出波形的占空比为1,若A=2，则输出波形的 占空比为2。所以选择当AB时输出，即第四路输出连接OAGTB脚。电路图如下所示：3322 liceOP37AH152.7放大器用芯片op37接成电压串联负反馈放大器，其电压放大倍数为Au=1+R2/R。 在实际焊接过程中，测得第四路输出波形幅值为3V,而要求幅值为5V,故要放 大1.67倍，即R=30KQ, R2=20KQ。电路图如下所示：XS

12、C1-VA-VA30k3电路的安装与调试3.IMultisim电路仿真测试由于在仿真电路中不存在误差，所以在仿真电路中没有加入放大器。除去少 量因不熟悉元器件功能产生的接线错误，电路仿真过程进行得十分顺利。仿真结果示例如下：按下按钮，数码管显示“0.1”，示波器显示幅值为5V, 频率为100Hz，占空比为0.1的波形。44CK1 111A B C 0 E F& H1110由上图可知脉冲宽度tw=940us，脉冲幅度Vm=5Vwin由上图可知脉冲周期T=9.744ms, f=102Hz100Hz,占空比q=0.0960.13.2焊接板功能测试3.2.1焊接板功能存在的问题及现象问题1：无法用按钮

13、操控数码管数值的变化现象描述：1.按动按钮，数码管及波形都不产生变化。2.不通过焊接按钮，用面包板上的脉冲按钮，产生正确结果。问题2：从比较器输出的波形有杂波现象描述：1.比较器在焊接板上，波形有时杂波明显，有时杂波较少。2将所有芯片插在面包板上调试时，波形基本看不出杂波。问题3：从放大器输出的波形巨大抖动现象描述：1在焊接板上的放大器的输出波形，存在剧烈抖动无法观察幅值。2将放大器插在面包板上，其余芯片放在焊接板上，两部分相连 接，此时输出波形仍存在抖动。3.2.2 问题分析及解决措施 问题 1问题分析：此种接线方法在面包板上可行，但却在焊接板上行不通，我换过 几个按钮结果依然如此。但用万用

14、表测量发现，无论按钮开、关 连接按钮到计数器之间的导线电压无变化。于是我又直接用万用表对按钮的脚功能进行测试，发现同一侧相 邻的 2个脚在按钮开、关时没有明显的阻值变化，而两头的 2 个 脚却有明显的阻值变化。接两头的 2个脚，实现的功能是，当按 钮弹起时为开，当按下按钮是关，但是一开一闭之间同样可以产 生电平变化，可以驱动计数器使数码管的值发生变化。所以问题应该出在我所选用的按钮管脚的不灵敏上，此类按钮在 粗糙的焊接板上无法实现功能，在面包板上却可以。而不是焊接 问题和接线错误。解决措施：换用管脚接按钮。不过由于课设时间有限，所以在课设限定时间内我并没有找到这个解决方法，也并没有对此种方法进

15、行验证。 但是我相信如果这样接按钮管脚，应该就可以成功使用按钮了。 问题 2问题分析：和我相同题目的其他同学，在这一步的波形上并没有存在明显的 杂波问题，所以这个现象的产生应该是接触不良和焊接技术不过 关造成的。解决措施：提高焊接技术。 问题 3问题分析：放大器可能也放大了前一步产生的杂波，造成波形较大的抖动。 或者是放大器的反馈电阻选值不当，造成比较大的干扰。或者是 放大器的焊接问题。解决措施：在时间充裕的情况下，可以一一测试上述误差来源猜想，以最终 确定问题产生的缘由及解决问题。3.3焊接板测试结果记录测试方法：用示波器测量波形及占空比的变化 测试结果：1.产生波形频率为 107Hz2.没

16、有接放大器的情况下波形幅值为 3V3.占空比的误差小于 0.14. 可以实现占空比 0.1 步进预置、脉冲信号占空比的变化范围为0.10.9、显示预置的占空比这些功能。4. 结束语4.1课设成果总结这次课设我在选题上占了很大优势，选到了最简单的题目。在陈老师的指 导下，很快设计出了简单而可行的操作方案。设计的中心思想十分简单，核心就 是用比较器来产生不同的占空比。由于题目简单，所以最后实现了大部分课设要求。做出成果后，我心中成就 感很强，不过如果给学生焊接电路板的时间再长一些，同学们应该都可以做的更 好。除去因时间紧张无法完美地实现所有功能外，最让我遗憾的就是电路板连线 太不美观。虽然是两个女

17、生的组合，但是设计出的焊接板实在是美感欠缺。4.2 心得体会最初陈老师说要给我们班同学做些不一样的课设时，我心中就有一些不祥的 预感，果然，课设竟然是做焊接。别的班的同学找来往届的电路图，3 天左右就 在面包板上完成了课设。而我们班的同学们，实打实的完成了这两周的课设，还 觉得时间不够用。不过当我最后完成课设时，我觉得十分充实，因为我用短短两周的时间，学 到了许多新知识、新技能。相比于其他班同学能找来前人的成果借鉴，我却是从 设计电路、画原理图到选器件、焊接电路板等等过程，无一不是自己摸索、自己 尝试。到头来，却觉得陈老师让我们做这个课设真是太好了，不是白白浪费了两 周，而是真的有所收获。就连

18、其他班的同学都评价我们做这个课设真是值了，所 有的辛苦都会有所收获。5. 鸣谢 感谢陈老师对设计方案的悉心指导 感谢实验室老师对焊接技术的指导 感谢搭档各方面的协助 感谢一位通信学长解答我的各种疑问6. 元器件明细表序号型号名称数量1555定时器12741S1614位二进制同步计数器23741s48BCD-七段译码器/驱动器1474ls854位数值比较器1574ls00四-2输入与非门16op37运算放大器17ls543共阴极八段数码管28147KQ电阻790.01 口 F电容210sw-dtdp6脚自锁按钮17. 参考文献1】张静秋，电路与电子技术实验教程，中南大学出版社，2013年1月2】阎石，数字电子技术基础，高等教育出版社，2006年5月8. 附图8.1Multisim 仿真电路图8.2管脚电路图