响应时间测试课程设计.doc

扬州大学广陵学院本科生课程设计题 目： 响应时间测试仪实习 课 程： 数字电子技术基础 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 电气81001 学 号： 100010143 姓 名： 周峰 指导教师： 刘伟 束长宝 完成日期： 2012年6月22日 电子技术设计（含制作）任务书一、课程设计的目的 本课程是在学完模拟电子技术基础、模拟电子技术试验数字电子技术基础、数字电子技术试验之后，集中两周时间，进行的复杂程度较高、综合性较强的设计课题的实做训练。主要包括：方案论证、系统电路分析、单元功能电路设计、元器件选择、安装调试、计算机辅助设计、系统综合调试与总结等。使学生在数字电子技术基本知识、实践能力和综合素质、创新意识、水平等诸多方面得到全面提高，为后续课程的学习，为培养应用型人才打下重要基础。通过本课程设计可培养和提高学生的科研素质、工程意识和创新精神。真正实现了理论和实际动手能力相结合的教学改革要求。二、课程设计的要求1、加强对电子技术电路的理解，学习查询资料、方案比较，以及设计计算等环节，进一步提高分析解决实际问题的能力。2、独立开展电路实验，锻炼分析、解决电子电路的实际本领，真正实现由知识向技能的转化。3、独立书写实验报告，报告应能正确反映设计思路和原理，反映安装、调试中解决各种问题。考核样机是否全面达到规定的技术指标，能否长期工作，并写出设计总结报告、三、设计题目及内容课题：响应时间测试仪内容：设计、安装、调试响应时间测试仪课程要求： 测试者按下按钮1，灯亮；被测试者见灯亮后按下按钮2，灯灭，用二位数码管显示被测试者的响应时间（精度为百分之一秒）。四、设计要求用中小型规模集成电路设计、安装、调试出所要求的电路；五、时间安排方案设计：1天电路设计：3天装配图设计：1.5天安装调试：3天课程设计报告：1.5天六、设计总结报告主要内容1、任务及要求；2、方案特点3、各组成部分及工作原理（应结合框图写）；4、单元电路设计与调试；5、总逻辑图；6、总装配图；7、试验仿真结果；8、实验结果分析（画出必要的波形，进行测量精度和误差分析）9、调试中出现的问题的解决；10、心得体会。课程设计报告目 录1 、设计任务及要求2 、系统总体设计方案3 、控制电路设计4 、振荡电路设计（工作原理）5 、计数与译码显示电路设计（工作原理）6 、电源设计（电源结构图、电路说明）7 、系统总体电路设计（总体电路、电路说明）8 、电路调试9 、心得体会10 、器件明细清单一、设计任务及要求：课题：响应时间测试仪内容：设计、安装、调试响应时间测试仪课程要求： 测试者按下按下S1，灯亮；被测试者见灯亮后按下S2，灯灭，用二位数码管显示被测试者的响应时间（精度为百分之一秒）。用中小型规模集成电路设计、安装、调试出所要求的电路测试者：灯亮受控振荡（T=0.01s）瞬时清0后，计数，译码（锁存），驱动，显示被测者：灯灭停止振荡锁存显示当前计数二、系统总体设计方案工作流程：当测试者通过控制电路把开关闭合后灯亮，同时给计数器清零，被测试者发现灯亮后迅按下另一个开关，此时灯熄灭，计时器停止计时，锁存器将当前数值锁存。电路特点：结构简单易懂，比较容易实现设计要求！三、控制电路设计 首先利用降压变压器将220伏的交流电转化为90伏，通过整流桥将交流变为直流，再通过C1电容滤波，C2消除产生自激震荡，再通过7805稳压器和电压跟随器运算放大，C3电容消除噪音，调节RP2改变输出电压大小。参数计算：V0=V1(R7+RP2)/R7当RP2最小时，V0输出电压为7.4V当RP2最大时，VO输出电压为11.5V稳压管7805概述电子产品中，常见的三端稳压集成电路有正电压输出的78 系列和负电压输出的79系列。顾名思义，三端IC是指这种稳压用的集成电路，只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。它的样子象是普通的三极管，TO- 220 的标准封装，也有9013样子的TO-92封装。 用78/79系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。该系列集成稳压IC型号中的78或79后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如7806表示输出电压为正6V，7909表示输出电压为负9V。 因为三端固定集成稳压电路的使用方便，电子制作中经常采用。 注意事项：在实际应用中，应在三端集成稳压电路上安装足够大的散热器（当然小功率的条件下不用）。当稳压管温度过高时，稳压性能将变差，甚至损坏。 当制作中需要一个能输出1.5A以上电流的稳压电源，通常采用几块三端稳压电路并联起来，使其最大输出电流为N个1.5A，但应用时需注意：并联使用的集成稳压电路应采用同一厂家、同一批号的产品，以保证参数的一致。另外在输出电流上留有一定的余量，以避免个别集成稳压电路失效时导致其他电路的连锁烧毁。 在78 * 、79 * 系列三端稳压器中最常应用的是TO-220 和TO-202 两种封装。这两种封装的图形以及引脚序号、引脚功能如附图所示。 从正面看引脚从左向右按顺序标注，接入电路时脚电压高于脚，脚为输出位。如对于78*正压系列，脚高电位，脚接地，；对与79*负压系列，脚接地，脚接负电压，输出都是脚。如附图所示。 此外，还应注意，散热片总是和接地脚相连。这样在78*系列中，散热片和脚连接，而在79*系列中，散热片却和脚连接。 4振荡电路设计振荡电路工作原理：（1）当开关S1断开时，电容C4前为低电平，电容不发生跳变，经过C4后仍然为低电平，通过IC1后变为高电平，锁存器IC2后跳变为低电平，再经过IC2后变为高电平，发光二极管不亮；当按下S1时，情况相反，信号到达发光二极管是为低电平，二极管亮。（2）开关S1，S2都断开时，锁存器右下角的输出为低电平，通过IC1变为高电平，清零信号有效，计数器清零。（3）当开关S1断开，S2按下的时候，锁存器下方的IC2的输出为高电平，锁存信号有效，数据被锁定。（4）当S1断开时，振荡电路中的IC1输出为高电平，对C5开始充电，当C5冲满电后，变为低电平，C5放电，通过IC1对C5不断的充电和放电，在电路中产生一个振荡频率为100Hz的方波，通过示波器能显示出来。5 计数与译码显示电路设计计数电路工作原理：计数与显示电路最主要的是用到CC40110集成块,其结构如下图所示：40110 为十进制可逆计数器/ 锁存器/ 译码器/ 驱动器，具有加减计数，计数器状态锁存，七段显示译码输出等功能。 40110 有2 个计数时钟输入端CPU 和CPD 分别用作加计数时钟输入和减计数时钟输入。由于电路内部有一个时钟信号预处理逻辑，因此当一个时钟输入端计数工作时，另一个时钟输入端可以是任意状态。 40110 的进位输出CO和借位输出BO一般为高电平，当计数器从09 时，BO输出负脉冲；从90 时CO输出负脉冲。在多片级联时，只需要将CO和BO分别接至下级40110 的CPU 和CPD 端，就可组成多位计数器。 引出端符号： BO 借位输出端 CO 进位输出端 CPD 减计数器时钟输入端 CPU 加计数器时钟输入端 CR 清除端/CT 计数允许端 /LE 锁存器预置端 VDD 正电源 Vss 地 Ya6g 锁存译码输出端 推荐工作条件： 电源电压范围3V18V 输入电压范围0VVDD 工作温度范围 M 类55125 E 类.4085 极限值： 电源电压.0.5V 18V 输入电压0.5VVDD+0.5V 输入电流10mA 储存稳定65150 引出端排列：功能表：计数与显示电路的工作原理大体为：时钟信号到来时（即本实验中的s1开关按下以后），开始计数，A-G端向数码管输送信号，由于是共阴极接法，所以A-G端为低电平时有效，当左面一个40110从0计数到9以后再来一个时钟信号时，左面的一个40110的10脚QCD 向右面一个40110的9脚送进位信号，然后继续计数，如此循环往复。6电源设计稳压电源结构图：电路说明：利用一个220V/9V的变压器，4个IN4001的二极管，1个1000uf/16V，1个1uf/50V，1个1uf的电容，7805和741集成块，一个3k和一个5k的电阻构成一个稳压电路。首先利用降压变压器将220伏的交流电转化为90伏，通过整流桥将交流变为直流，再通过C1电容滤波，C2消除产生自激震荡，再通过7805稳压器和电压跟随器运算放大，C3电容消除噪音，调节RP2改变输出电压大小。 7系统总体电路设计系统总体电路如下图所示：其工作原理：1.S1、S2未闭合时，S1开关端电路的电容C4两端的电压不能突变，所以都是低电平0，IC1右端的为高电平。S2端电路的IC2左端为高电平1，锁存器维持原来的状态，即上下与非门的右端电平分别为0,1。上端经过Ic1（8脚）后从10脚输出的状态变为高电平1，对C5充电。2.S1闭合，上边电路的对C4充电，电容C4两端都为高电平，因为电容两端的电压不能突变，经过IC1变为低电平0。下面输入端的状态同上不变，还是1，所以经过锁存器后的上下2个IC2右边的状态变为1，0。这时分布走，1状态经过1,2脚或者5,6脚，或者8,9脚输出地状态为0，二极管D1导通，灯亮。同时锁存器1状态信号经过8脚到10脚输出为低电平0 ，电容C5放电，放到V-时1脚的电平为低电平0，经过IC1后再变为高电平1，对C5充电，如此往复，10脚送出一个上升沿有效地方波时钟信号到上面一个40110的9脚，进行加计数。回到锁存器输出的低电平0端（即IC2的4脚），经过后面的12,13脚变为高电平1送至2个40110的清零端，实行清0的功能。3.S2闭合，此时S2端接的6脚位低电平，同时s1处于断开状态，因为C4要对地放电，所以IC1输入和输出端分别为0,1，锁存器的输出变为0,1，锁存器下面的IC2输出为高电平1进入下面的一个40110的LE锁存端进行数据的锁存。8电路调试1.按照原理图焊接电路板。元件位置摆放正确，注意二极管等正负和集成块插槽的摆放；焊点不能碰到一起，不要焊错或虚焊，同时注意工艺美观。2.插座插上电源，用万用表，将直流档调到50伏测量1000UF电容两端电压，等两三分钟，用手指背触碰7805，看是否有温度，若稍微有些度，则正常；若很烫，则电路有问题。用直流电压档测量2端电压，再测电容C3两端电压，看调节范围记录下来，再把电压调到9V，断开电源。3.插上741，通电，用直流电压档测量2端电压，再测电容C3两端电压，看调节范围记录下来，通过调节RP2，可测的其电压范围为7.1V11V；调节RP2，使其电压为9V。再把电压调到9V，断开电源。4.将插头拔下，将2个7493插上，通电，按下S1灯亮，按下S2，灯灭。5.用示波器一头接地，一头接10号端，调节RP1,使示波器扫描周期为10ms，其输出波形如下图。断电。 6.插上2个40110和2个数码管，通电。按开关S1灯亮，计数开始；按下开关S2停止计数。在此调节过程中，由于销售商提供电阻R4阻值不正确，开始导致示波器扫描周期达不到10ms，经过老师和我们一个多小时的分析最终找出原因，这个过程也无形中提高了我们对故障电路的分析能力和解决实际问题的能力。在换焊接该电阻时老师对我们焊接技术的指导也让我们认识到自己焊接技术的不成熟，应该加强训练。9心得体会此次课程设计是大学生涯第一次课程设计，学期末怀着好奇的心情开始了这次设计，本认为自己的模拟电子技术和数字电子技术两门课程学的还不错，当看到老师布置下来的任务时，我脑子里顿时一片空白，无法着手设计，开始犹豫复习期末考试，没有充足的时间思考，急于在网上找到了一些设计方法，慢慢寻找原理，分析过程中发现事实并非如此，很多内容经过再回到课本钻研，能弄懂各个部分电路的基本原理，再通过查找7805,40110,4093等集成块的管脚图逐步掌握了电路的要求，在原图基础上做了相应的改进，这一过程激发了自己钻研精神和创新能力，又让课本知识得到巩固。紧接着就是讲电路的每一步运行原理讲给老师听，充分证明自己能掌握电路的全过程。电路的安装过程耗时较长，非常细心地准备每一个元件，对于焊接技术虽然大一时有过一定的基础，但由于久未接触，还是有点生疏，工艺技巧在老师的指导下得到了极大地提高，在炎热的实验室耐心的焊接每一个细小的元件也锻炼了我们的定力和毅力。同学之间的合作也增强了合作意识，在每一个争执中收获了提高。令我最印象深刻的是在焊接完成后老师让我们寻找电路中的毛病，一开始我耐心的寻找，发现了毛病所在，结果被老师否定就没有深追究，因此没能找到错误，这一经历让我懂得了自我钻研精神欠缺，在理论知识不够的情况下对自己不信任。紧接着在调试过程中，开始导致示波器扫描周期始终达不到10ms，多个成品测试都为同一现象，大家一筹莫展，经过老师和我们一个多小时的分析最终找出原因，是电阻不够，通过串入电阻发现依旧达不到，后来更换电阻，成功调试完成。这个过程也无形中提高了我们对故障电路的分析能力和解决实际问题的能力。虽然这次课程设计很短暂，但我全身心投入做每一件事，我个人觉得在学到知识的前提下也觉得非常充实。看到了老师那份对待科学研究的不断追求的精神，学到了老师对待科学的严谨，看到了老师对待每一位学生负责的态度。科学的追求永无止尽，创新是一个名族的灵魂，是一个国家兴旺发达的不竭动力。作为当代大学生，在学好科学文化知识的前提下，必须发扬创新精神，追求更高的科学研究，展现当代优秀大学生的风采。最后对此次课程设计的刘老师和束老师说声谢谢，感