电子系统设计实践报告.docx

电子系统设计实践报告目 录项目一 直流可调稳压电源设计1项目二 带通功率放大器设计1项目三 红外遥控器设计1项目四 EDA工具软件的使用1项目五 用MSI设计逻辑组合电路1项目六 多功能数字钟的设计1.i.项目一 直流可调稳压电源设计一、 设计任务设计并制作有一定输出电压调节范围的直流稳压电源。二、 设计要求1) 输出直流电压（Uo）调节范围69V。（输入电压Ui13V）2) 纹波小于40mV。（Vpp）3) 稳压系数4) 输出电流0200mA。5) 具有过电流保护功能，动作电流200230mA。6) 利用通用板制作电路。7) 给出电路的Multisim软件仿真。三、 基本工作原理与设计要点简化的可调直流稳压电源原理见下图，电路由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分构成。稳压电路为较常用的串联型线性稳压电路，它具有结构简单、调节方便、输出电压稳定性强、纹波电压小等优点示。输入电压Ui为整流滤波电路的输出电压。稳压电路的输出电压为：由上式可知输出电压与R4的分压呈线性关系，当改变R4抽头位置的大小，则输出电压也将发生变化。电路中，R1为Q1、Q2、D2提供静态电流；C2为滤波电容，使Q1的基级电位稳定，一般C2去几十uF；C3为输出滤波电容，以减小纹波输出；Q1是调整管，应具有足够的电流放大倍数和PCM。限流型过流保护电路如图示，当Io较小，UBE2UON时,T2截止。随Io增加T2导通，I被IC2分流，从而限制了Io的进一步增加。限流型保护电路输出特性如下图，动作电流为：流过R2、3、4的电流应比Q2基级电流大很多，一般应有10倍以上。D2可以选取0.5W的稳压管，如：BZV55-B5V1，工作电流通常选取510mA。调整管Q1的安全工作是电路正常工作的保证，它的选用主要考虑其极限参数ICM，U（BR）CEO和PCM。调整管极限参数的确定，必须考虑到输入电压UI由于电网电压波动而产生的变化，以及输出电压的调节和负载电流的变化所产生的影响。若单管性能无法满足需求，可采用复合管。四、 各参数理论计算及说明调整管Q1选用BD681，Q2选择9013。R1接Q1的基极，BD681的Ube=1.4V,输出要求在69V，输入电压为13V（10%），则得到基极的电压7.410.4V，通过R1的电流分别向上流向Q1的基极，向下流向Q2的集电极，稳压管的工作电流为510mA.得到R1上的电流为5.310.3mA。当R1两端的压降最小为：11.7-10.4=1.3V，此时取R1两端的电流要大于5.3mA，取10.3mA，则此时的R1=1.3V/10.3mA130。（1）、=6V（UZ=5.1V,UBE2=0.7V）;（2）、=9V（UZ=5.1V,UBE2=0.7V）;最小为0，最大为R4,R3的阻值基本很小，大约为十几左右。利用以上公式可以近似计算出R1=2K;R2=4K;R3=20。Q3的保护电阻取0.7/200=3.5;C2取33uf.图1-原理图图-2 仿真原理图五、 实验数据记录及分析1、测量数据记录：电压范围：（在200mA的条件下）6.07(V)-10.14(V)最大输出电压和电流：U=U0-5%U=8.55VIomax=251.2mA理论值输入电压实测输出电压9V11.7V8.85V199.0mA13V8.99V202.5mA14.3V9.12V205.3mA7V11.7V6.91V201.9mA13V6.98V204.2mA14.3V7.05V201.1mA6V11.7V6.04V199.1mA13V6.07V200.8mA14.3V6.12V201.6mA2、计算稳压系数：3、输出电阻的测量：六、 实验总结通过本次实验，对电路的设计流程有了进一步的熟悉，从设计要求出发，到电路的确定，元器件参数的确定及仿真，再到电路板的设计及焊接，到最终实物调试、测试及数据记录与分析。这是一个相当复杂的过程，通过动手制作学到了许多书本上找不到的东西，也对所学的理论知识进一步检验。经过本次设计，对直流可调稳压电源的工作原理，有了比较深刻的理解，对过流保护电路的工作原理有清楚的认识。也对电子电路的各种测试仪器的使用有了比较好的掌握。本次设计并不十分完美，稳压系数未能达到设计要求，让我更深刻的理解了理论和现实的差距，我会在今后的学习中更加努力学习相关知识，来弥补自己的不足。附录表图-1 原理图图-2 PCB板图图-3 实物图项目二 带通功率放大器设计一、 设计任务设计并制作能输出0.5W 功率的话音放大电路。该放大电路由带通滤波器和功率放大器构成。 二、 设计要求（1）电路采用不超过 12V 单（或双）电源供电； （2）带通滤波器：通带为300Hz3.4kHz，滤波器阶数不限；增益为20dB ； （3）最大输出额定功率不小于0.5W,失真度10%（示波器观察无明显失真）负载（喇叭）额定阻抗为 8。 （4）功率放大器增益为26dB 。 （5）功率放大部分允许采用集成功放电路。 （6）电路采用自制PCB 实现。三、 电路测试要求（1） 测量滤波器的频率响应特性，给出上、下限截止频率、通带的增益；（2） 在示波器观察无明显失真情况下，测量最大输出功率（3） 测量功率放大器的电压增益（负载：8喇叭；信号频率：1kHz）；（4） 测量话音放大电路的输入阻抗（信号频率：1kHz）；四、 电路设计过程Output带通功率放大器的原理框图如图1所示。电路有二个部分构成，分别为带通滤波电路和功率放大电路。Input功率放大器滤波器 滤波器电路的设计选用LF353双运放设计电路。LF353是一个高输入阻抗、高共模抑制比、低漂移的小信号放大电路。高输入阻抗使得运放的输入电流比较小，有利于增大放大电路对前级电路的索取信号的能力。在信号的输入的同时会不可避免的掺杂着噪声和温漂而影响信号的放大，因此高共模抑制比、低温漂的作用尤为重要。带通滤波器的设计是由上限截止频率为3400HZ的低通滤波器和下限截止频率为300HZ的高通滤波器级联而成，LF353是双运放，能够满足设计要求。该电路中低通滤波器和高通滤波器均采用一阶滤波，因为一阶电路能满足设计要求而且调试方便，成本低。功率放大电路运用LM386功放，该功放是一种音频集成功放，具有自身功耗低、电压增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点，广泛应用于录音机和收音机之中。4.1滤波电路该电路采用LM353双运放设计，第一个运放是一阶低通滤波器，有fo=1/(2*Pi*R*C),去C=0.01Uf,计算可得R=4.7K,Au=1+R3/R2;R3=18K,R2=2K,所以Au=10；后一个运放构成一阶高通滤波电路，放大倍数为1，即为电压跟随器，同理可计算出，C5=0.1uF时，R4=5.3 K。4.2功率放大电路该电路为LM386的一种基本用法，外接元件最少的一种用法，C7为输出电容，由于引脚1和8开路，集成功放的电压增益为26dB，即电压放大倍数为20，利用RW可以调节扬声器的音量。R7和C6串联构成矫正网络用来进行相位补偿。静态时输出电容上电压为Vcc/2,LM386的最大不失真输出电压的峰-峰值约为电源电压Vcc。设负载电阻为RL,最大输出功率表达式为：Pom=(Vcc)2/(8*RL)4.3电路仿真： 仿真电路原理图仿真电路波特图4.4实际电路测试数据及分析：实验记录数据如下：1、带通测试数据：频率峰峰值（UP-P）频率峰峰值（UP-P）100HZ516mv3.2KHZ1.14V200HZ880mv3.3KHZ1.12V300HZ1.12V3.4KHZ1.11V400HZ1.27V3.5KHZ1.09V500HZ1.36V3.6KHZ1.08V600HZ1.41V3.7KHZ1.06V800HZ1.48V3.8KHZ1.04V900HZ1.49V3.9KHZ1.02V1.0KHZ1.50V4KHZ1.01V1.1KHZ1.50V4.1KHZ1V1.2KHZ1.49V4.2KHZ984mv1.3KHZ1.48V4.3KHZ968mv2.5KHZ1.27V4.4KHZ960mv2.6KHZ1.25V4.5KHZ944mv2.7KHZ1.24V4.6KHZ928mv2.8KHZ1.22V4.7KHZ912mv2.9KHZ1.20V4.8KHZ904mv3.0KHZ1.18V4.9KHZ888mv3.11.16V5KHZ872mv 2、全通测试数据：频率峰峰值（UP-P）频率峰峰值（UP-P）100HZ772mv3KHZ2.20V200HZ1.58V3.1KHZ2.16V300HZ2.1V3.2KHZ2.12V400HZ2.42V3.3KHZ2.10V500HZ2.52V3.4KHZ2.08V600HZ2.64V3.5KHZ2.02V800HZ2.78V3.6KHZ2V900HZ2.88V3.7KHZ1.98V1KHZ3.02V3.8KHZ1.98V1.1KHZ2.94V3.9KHZ1.94V1.2KHZ2.86V4KHZ1.94V1.3KHZ2.82V4.1KHZ1.92V2.5KHZ2.32V4.2KHZ1.9V2.6KHZ2.26V4.3KHZ1.88V2.7KHZ2.18V4.4KHZ1.86V2.8KHZ2.26V4.5KHZ1.84V2.9KHZ2.22V3、数据分析：（1） 带通滤波器：通带为300Hz3.4kHz；（理论要求）允许误差为10%，即带通在270HZ-3.73KHZ都符合要求。实际的带通滤波器1KHZ对应的Up-p=1.56V；1.560.707=1.103V对应的频率为：291.6HZ-3.59KHZ;在误差范围内，因此达到理论的带通滤波器的范围。（2） 实测滤波器电压放大倍数为11，增益20*Log(Uo/Ui)=20log(11)=20.8在误差范围内。（3） 输入阻抗18k；（4） 输出功率：P=Vcc2/(8RL)=12*12/（8*32）=0.56W。（5） 波特图：五、实验总结通过本次设计，掌握了带通滤波电路的设计原理和方法，理解了LM386功放电路的工作原理。对电子电路设计的过程有进一步的掌握，经过电路设计布图印刷电路板的制作焊接电路调试等阶段，将所学的理论知识和实际的电路相结合，进一步巩固了所学的知识，对今后的学习有很大的帮助。也再次让我确信了自己对电子的热爱，和对自己所选专业的信心。附录表1、原理图：2、 电路元件清单：3、 电路PCB版图4、 实物图：项目三 红外遥控器设计一、设计要求1) 控制系统具有一个发射装置和一个接收装置；2) 发射装置具有4个按键开关，能够控制装置分别发射4种不同编码的红外光束；3) 接收装置能够接收、解调出相应的控制信号，并在4个LED上分别显示；4) 遥控距离应大于5m；5) 遥控系统的载波频率为38kHz；6) 能对系统地址进行设置，地址数不小于16种。7) 参考器件数据手册，设计满足上述功能的红外遥控电路；8) 在通用板上实现红外遥控系统；9) 利用数字示波器记录红外发射信号、解调后的红外接收信号。相关器件：IRM-2638红外接收器、IR333红外发射管、PT2262-IR、PT2272-L4、PT2272-M4等。二、 电路设计及芯片说明PT2262/2272是台湾普城公司生产的一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路，PT2262/2272最多可有12位(A0-A11)三态地址端管脚(悬空,接高电平,接低电平),任意组合可提供531441地址码,PT2262最多可有6位(D0-D5)数据端管脚,设定的地址码和数据码从17脚串行输出，可用于无线遥控发射电路。PT2262/2272特点：CMOS工艺制造，低功耗，外部元器件少，RC振荡电阻，工作电压范围宽：2.615v ，数据最多可达6位，地址码最多可达531441种。应用范围：车辆防盗系统、家庭防盗系统、遥控玩具、其他电器遥控。编码芯片PT2262发出的编码信号由：地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，解码芯片PT2272接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平，如果发送端一直按住按键，编码芯片也会连续发射。1、 PT262说明2、PT2272说明PT2272 是与PT2262 配对使用的一块遥控解码专用集成电路。三、 数据的传送格式及工作原理1、 位码位码是编码波形的基本单元，可分为AD 位(地址，数据)和SYNC 位(同步). 根据相应端子电平的低，高，或悬空状态，AD 位可分别置为“0”，“1”或“f”， 每位波形由两个脉冲周期构成，每个脉冲周期含有16 个时钟周期，详见下图：a=2*时钟振荡周期，位“f”仅对码地址有效。同步位的长度是4 个AD 位的长度,含一个1/8AD 位宽度的脉冲2、字码一组位码构成了字码,字码由12 位AD 位码再紧跟1 位SYNC 位码构成。12位AD 位码是地址码位还是数据码位由PT2272 的不同后缀规格规定，请参阅下图：A0A1A2A3A4A5A6/D5A7/D4A8/D3A9/D2A10/D1A11/D0SYNC3、单电阻振荡器PT2262 内置的振荡回路。通过在OSC1 和OSC2 端外接一个电阻可构成一个精密的振荡器。为确保PT2272 能正确地对接收到的波形解码，要求PT2272 的振荡频率与PT2262 的频率相匹配。PT2262振荡频率计算表达式：4、 PT2272的工作过程PT2272 对从Din 端子送入的信号进行解码。所送入的编码波形被译成字码，它含有码地址位，数据位和同步位，解码出来的地址码与所设置地址输入端进行比较。如果所设置的地址与连续2 个字码匹配，则PT2272 做以下动作：a)当解码得到有“1”数据时，驱动相应的数据输出端为高电平；b)驱动VT 输出为高电平。5、有效接收的确认当PT2272 收到编码信号时，它会检查该信号是否有效。(1) 它必须是一个完整的字码；(2) 码地址必须与接收电路的码地址端子上的设置一致。当进行两个连续有效的接收后，PT2272 会将接收到的数据在相应的数据输出端输出，并将VT 置为高电平。它们的定时关系见下图：Ta=8个时钟宽度 Tb=1个时钟宽度 Tc=2个字码长度6、锁存型或瞬态型数据输出PT2272 根据其后缀的不同，其数据输出类型可分为锁存型和瞬态型。锁存型的PT2272-LX 在接收到有效编码后将数据输出，并将数据一直保存到下一次接收到有效编码。而瞬态型的PT2272-MX 在接收到有效编码后，只是将数据瞬态输出，接收结束后，并不保留。请参见下图：7、振荡电阻的选择与匹配PT2262和PT2272除地址编码必须完全一致外，振荡电阻还必须匹配，否则接收距离会变近甚至无法接收，随着技术的发展市场上出现一批兼容芯片，在实际使用中只要对振荡电阻稍做改动就能配套使用，根据实际使用经验，下面的参数匹配效果较好：编码发射芯片编码接收芯片PT2262PT2260SC2260SC2262CS5211PT2272/SC2272/CS52121.2M无3.3M1.1M1.3M200K1.5M无4.3M1.4M1.6M270K2.2M无6.2M2M2.4M390K3.3M无9.1M3M3.6M680K4.7M1.2M12M4.3M5.1M820K四、 实验总结通过红外遥控设计实践，进一步掌握了电子系统设计的过程和方法，掌握了PT2262和PT2272的工作原理，以及编码和解码的原理，红外遥控的工作原理，对红外遥控的设计及工作原理有了进一步的理解。同时通过实践把所学的抽象的理论知识运用到实际的电路中，增加多所学专业的兴趣，和相关知识的理解。为以后进一步学习和深造打下了基础。附录表1、发射和接收原理图 a）发射原理图 b） 接收原理图2、发射和接收电路元件清单 C）发射电路 d） 接收电路3、发射和接收PCB图 e）发射PCB图 f）接收PCB图4、发射和接收实物图g) 发射实物图 h) 接收实物图项目四 EDA工具软件的使用一、 实验目的1) 初步掌握软件的使用方法；2) 初步掌握设计电路的图形输入法。二、实验任务利用图形输入法，输入、仿真简单逻辑电路，以掌握软件的使用方法。三、 设计过程Quartus | 软件的设计过程主要包括：1) 建立项目2) 输入设计电路3) 设计编译4) 设计仿真5) 设计下载具体如下：单击filenew project wizard弹出 直接点击next 在这里设计工程的储存位置，名称等，单击next 由于没有其他需要加入的文件，直接点击next。如图选择芯片的系列和型号，单击next 不采用第三方的仿真工具可直接点击next新建工程项目总结，在这里可以查看工程的路劲，项目名称，顶层实体名，文件数量，芯片系列和型号等相关信息。核对无误后，点击finish，完成工程创建。点击新建快捷键图标如图选择新建文件类型，点击ok在弹出的原理图编辑界面里，搭建需要设计的原理图原理图编写如上图所示，完成后点击编译快捷图标进行编译弹出编译结果，如上图所示，警告一般可以忽略。但错误必须改正，如果遇到错误，一定要排除后在进行编译，直至错误消失。点击新建快捷图标，选择如上图所示，创建仿真波形文件，点击OK在空白处点击右键在弹出的对话框里，点击Node Finder点击list点击添加 单击OK键按真值表进行设置仿真波形时序图如下：点击波形仿真快捷键图标，进行波形仿真仿真成功后，进行管脚分配，点击pin planner快捷键图标弹出如下对话框双击location在弹出的下拉菜单里选择合适的引脚，具体分配如下图所示：完成管脚分配后，再次编译编译成功后，再次进行波形仿真波形仿真成功后，再次分和对仿真结果，是否正确确定仿真结果无误后，下载到实验箱，进行实际的验证点击编程快捷图标，下载到试验箱。经测试达到设计要求，实现了预设的目标。四、 实验总结通过本次实验，初步掌握了EDA工具软件的使用方法，设计电路的图形输入法，为后续实验的进行打下了基础，通过自己动手操作，对运用该软件创建项目，等基本操作有了进一步的掌握。同时也增加对后续实验的信心，我相信通过不断的训练，一定能更好的完成后续各项实验。项目五 用MSI设计逻辑组合电路一、 实验目的1)掌握用MSI设计组合电路的方法；2)掌握数据选择器、译码器等MSI的逻辑功能和使用方法。二、 实验任务利用图形输入法和MSI设计：输出血型验证、单“1”检测器等电路。三、设计要求1、输出血型验证a) 利用74LS153和74LS00设计；b) 4输入，1输出；c) 当受血者和需血者血型匹配时，指示灯亮；否则，指示灯不亮。2、单“1”检测器：a) 以74LS138为核心设计；b) 当输入三位二进制代码X2X1X0中总共只有一个“1”时，输出指示位“1”，否则指示为“0”。四、 设计过程一、输出血型验证：1、根据要求列出真值表：真值表000010001000101001100100001011011010111010000100101010110110110011101111101111112、 根据真值表和芯片的功能，搭建符合要求的电路 3、建立仿真波形，对所设计的电路进行仿真 4、验证仿真结果符合设计要求后，分配管脚，把程序烧入芯片进行验证 二、单”1”检测：1、按要求列出真值表真值表000000110101011010011010110011102、根据真值表和所选用芯片的功能设计符合电路 3、编写仿真波形，对所设计的电路进行软件仿真 4、根据仿真的结果，判断是否符合设计要求，符合要求后进行管脚分配，下载到芯片进行验证 五、 实验总结通过本次实验掌握用MSI设计组合电路的方法；掌握了数据选择器、译码器等MSI的逻辑功能和使用方法。同时经过设计电路的练习进一步掌握了有关数字电路的设计流程和仿真软件的使用方法，为今后的实验打下了基础。项目六 多功能数字钟的设计一、 实验目的1) 初步掌握小型数字系统的EDA设计方法；2) 初步学会层次化的设计方法；3) 掌握电路设计的HDL的图形混合输入方法。二、 实验任务利用EDA工具设计一个多功能数字钟三、 实验要求1、计数显示功能分、秒：60进制，二位数码管显示（十进制）；时：24进制，二位数码管显示（十进制）。2、具有清零功能复位键按下，系统复位，显示皆为0。3、校时功能时校准键：小时递增循环；分校准键：分钟递增循环；秒校准键：秒递增循环。4、实验设备与元器件：1) 数字电路与系统试验箱 1台2) 计算机 1台3) Quartus | 软件 1套三、 实验过程该设计采用1KHz的输入信号频率，经1000分频得到所需的1Hz时钟秒计数所需的频率。1000分频是有三个74160十进制计数器串联构成：封装：Clk：输入1KHz的时钟频率，输出有三频率：分别是100HZ,10HZ,1HZ。为了防止按键抖动，设计中利用D触发器设计 了去抖动电路封装：秒和分计数器，都是60进制的，因此只需设计一个模60的计数器即可。模60计数器采用2片同步十进制计数器74160接成异步置零夫人60进制计数器，当计数器记成00000110时，担任译码的四输入与非门输出低电平给RD端，将计数器置零，回到00000000状态。具体电路如下图所示：由于置零信号随计数器被置零而立即消失，所以置零信号持续时间极短，如果触发器的复位信号有快有慢，则可能动作慢的触发器还未来得及复位，置零信号就已经消失了，导致电路的误动作，为了克服这个缺点，在电路中加入了2个而输入与非门构成的SR锁存器，以它的/Q端输出的低电平作为计数器的置零信号。若计数器从00000000状态开始计数，则在第60个计数输入脉冲的上升沿到达时计数器进入00000110状态，四输入与非门输出低电平，SR锁存器置1，/Q端的低电平立刻将计数器置零。这时四输入锁存器的