北理工自动化电子技术课程设计2015

1、1电子技术课程设计指导教师：肖烜 江泽民2015.92题纲1.任务和目的2.内容和进度安排3.评分标准4.电子系统设计方法5.选题分组要求6.选题介绍7.实验报告的撰写31.任务和目的电子技术课程设计是继电子技术理论和实验之后的重要实践教学环节。任务是在学生掌握和具备基础知识和单元电路设计能力之后，进一步学习电子电路系统设计方法和实验方法，进一步掌握EDA仿真设计工具，进一步掌握常用仪器仪表应用，着重培养学生的独立分析问题和解决问题的能力，为以后从事电子系统设计、开发和应用打好基础。42.内容和进度安排内容和进度安排2.1 周一上午，4#252选题介绍。电子系统设计方法介绍。实验报告撰写介绍。

2、分组（2人一组，各班自由结合）并确定选题（整 个设计过程老师不提供电路图），针对选题方案教师现场答疑。52.2 周一下午，图书馆或网络 查阅资料（充分利用图书馆及网上资源），认真阅读设计要求，根据技术指标，进行方案分析、论证计算，独立完成设计完成选题方案与器件选型，按选题要求完成电路图设计。62.3 周二上午，4#342 进行EDA仿真，验证并修正设计，完善方案。 注：周二上午9点未能提供电路图的同学不能进行EDA仿真，不允许拷贝粘贴。 周二下午提供所需元器件清单。72.4 周三、周四和周五 4#252 硬件安装、调试，达到选题的设计要求。2.5 课后完成报告撰写及PCB图的绘制（自学） 9月

3、26日下班前交王波老师，延期不收。83. 评分标准（15%）认真查阅资料，独立完成选题方案与器件选型，按选题要求完成电路图设计。（20%）独立完成EDA仿真，验证并修正设计电路。（35%）独立完成硬件安装，调试。（20%）报告规范，内容齐全，语句通顺，错误少。（5%）完成PCB图的绘制，布局合理，器件连接正确。（5%）考勤及器件、设备的完好性。94.电子系统设计方法电子系统设计方法 参考文献：数字电子技术基础李庆常主编，第10章数字系统的设计。电子系统设计的一般方法课题分析方案论证方案实现系统仿真样机研制104.1 课题分析 根据技术指标的要求，弄清系统功能和性能要求，了解目前该领域中类似系统

4、所能达到的水平，查找有否有借鉴电路，如有，电路需经何种改动或电路参数需要哪些设计计算，电路性能即可达到指标要求等。114.2 方案论证 按照系统总的要求，把电路划分成若干个功能块，从而得到系统框图。每个框即是一个单元电路，按照系统性能指标要求，规划出各单元电路所要完成的任务，确定输出与输入的关系，决定单元电路的结构。 经过详细的方案比较和论证，以技术上的可行性和较高的性能价格比为依据，最后选定方案。124.3 方案实现 电子系统（尤其是数字系统）的实现大致有以下几种方法：采用通用的集成逻辑器件组成。采用单片微处理器作为核心实现。采用可编程逻辑器件PLD。设计功能完整的数字系统芯片。13采用通用

5、的集成逻辑器件进行设计：熟悉集成电路的分类、特点，从而合理地选择所用芯片。对所选各功能块进行应用性设计时，正确设计计算外围电路的参数，对于数字集成电路要特别注意正确处理各功能输入端。要保证各功能块协调一致地工作。144.4 系统仿真系统仿真就是利用计算机内的EDA软件（本次设计用Multisim 2001）对所设计的电路进行模拟仿真，这样，可以事先验证设计的正确性，排除错误。系统仿真可以大大缩短设计时间，减少故障出现的可能性，提高系统的可靠性。154.5 样机研制 样机研制是设计完成后，按照设计加工制造的第一台设备。它主要包括工艺设计以及安装调试等内容。 学生在实验室大都是在逻辑实验箱上进行，

6、验证是否达到任务书中各项要求。16安装与调试安装过程按照先局部后整机的原则。把系统划分为若干功能块，根据信号的流向逐块装调，使各功能块都要达到各自技术指标的要求，然后把它们连接起来进行统调和系统测试。在局部电路调试中，要注意各信号输入端的正确处理和恢复，一般不允许悬空，以便使调试工作顺利进行。17通常安装调试工作的第一步：根据实验板或实验箱为设计者提供的使用面积和各元器件体积大小，画出一张简单的装配图，以确定各元器件的实际位置，这对于后面的布线和调试工作是十分重要的。第二步：把元器件按照装配图指示的位置插入实验板或实验箱的面板上，然后进行接线。18在接线时，应首先连接各集成块的电源线和地线，然

7、后插入外围电路各元器件，最后完成各集成块之间的信号连线。检查接线确定无误后方可通电。在安装调试中常见的故障有3种，接错线、漏接线和逻辑设计错误，排除方法可利用“故障点跟踪测试法”。19调试过程要借用示波器、万用表、逻辑笔等测试仪器。205. 选题分组要求交通灯控制器: 每班不多于6组出租车计价器： 不限制数字波形合成器: 每班不多于4组自拟题：用电子技术的设计方法设计一个电子线路系统；设计系统难易程度不低于上述几题，提交设计要求及设计方案。216. 选题介绍6.1 交通灯控制器（70分起评）6.2 出租车计价器（80分起评）6.3 数字波形合成器（60分起评）226.1 交通灯控制器6.1.1

8、 设计要求 设计一个交通灯控制器，控制主支两个干道的交通灯，每干道均有红、黄、绿三盏灯。23（1）满足如图所示的顺序工作流程。24（2）满足下图所示的时序工作流程。25（3）主干道黄灯亮时，支干道红灯以1Hz的频率闪烁；支干道黄灯亮时，主干道红灯以1Hz的频率闪烁。（4） 主、支干道各信号灯亮时，需配合有时需配合有时间提示间提示，以数字显示出来，方便行人与机动车观察。主、支干道各信号灯亮的时间均以每秒减“1”的计数方式工作，直至减到“0”后主支干道各信号灯自动转换。（5） 主、支干道绿灯、黄灯、红灯亮的时间主、支干道绿灯、黄灯、红灯亮的时间可以调整。可以调整。266.1.2 设计框图276.1

9、.3 推荐器件清单74192（BCD同步加/减计数器）74244（八缓冲器/接收器）其他TTL常用器件286.2 出租车计价器6.2.1 设计要求设计一个出租车自动计费器电路。（1）计费器具有行车里程计费，等候时间计费及起价等三部分。3位数码管显示最大金额为99.9（单位：元）。29（2）行车里程单价(*.00元)，等候时间单价(*.00元/5分钟)及起价(*.00元)均可以由键盘输入。 此实验中行车里程单价和等候时间单价均由开关设置，起价由拨码开关（数字实验箱上配有此开关）设置。30（3）先通过一个开关和一按钮将起步价置入，然后按下reset，计费值清零并根据里程脉冲和等候脉冲计数（手工输入

10、或接入实验箱的单脉冲）。（4）3位数码管显示每公里或每5分钟刷新一次，实时地显示当前的费用。31选做内容选做内容在各个按钮和单刀双掷开关上做去抖动电路使得电路的稳定性能够提高。326.3.2 设计原理 出租车自动计费是根据客户用车的实际情况而自动显示车费的数字仪表。仪表根据用车起价、行车里程计费及等候时间计费三项，求得客户用车的总费用，通过数码自动显示。 该自动计费电路包括行车里程计费电路、等候计费电路、起价计费电路、总费用计算、计数译码及显示电路等几个部分。33行车里程计费电路将汽车行驶的里程数转换成与之成正比的脉冲个数，然后由计数译码电路变成收费金额，实验中可用一个脉冲源模拟。等候计费电路

11、需将等候时间变成脉冲个数，且每个脉冲所表示的金额应该与里程计费等值。34起价计费电路可以通过计数器的预置端直接进行数据预置，也可以按照当量起价转换成脉冲，向计数器输入脉冲。总费用为上述三种费用之和，经过译码器将总费用在3位数码管上显示出来。35（1）总体设计方案 行车里程数和等候数脉冲都是可以从外部输入，也可以由内部的晶振分频产生。本实验设定：1）汽车每行驶10m产生一个脉冲，则1公里产生100个脉冲，行车里程费用每公里刷新一次。2）汽车每等待5分钟产生100个脉冲，等待计费每5分钟刷新一次。36输入的时钟经过计数器，产生另外一个计费脉冲。行车里程计数器计数器计费脉冲行车里程数脉冲行车里程数脉

12、冲74LS273锁存信号37 计费计数器的输出先接到锁存器74LS273，然后接到数码管的译码器上，再接7段数码管，就可以显示了。38（2）原理框图计到100复位 2位BCD计数器锁存信号行车里程数脉冲里程单价比例系数行车计费脉冲行车里程计费电路原理框框图392位BCD计数器等候时间脉冲等候单价比例系数 等候计费脉冲锁存信号计到100复位等待时间计费电路原理框图40起价等候计费脉冲行车计费脉冲 总费计数数码管显示数据锁存数据译码总费计费及锁存显示电路原理框图416.3.4 主要器件清单74LS273（锁存器）双掷开关按钮426.3.1 设计要求（1）设计一个具有高频率稳定度和高相位稳定度的两相

13、正弦信号源（2）正弦信号频率f=400Hz（3）稳定度f/f10-46.3 数字波形合成器的设计43（4）两相信号A、B间相差90（5）相位误差3 （5）幅值 =5V 0.2V（6）正弦信号非线性失真系数1%446.4.2 设计原理参见数字电子技术基础李庆常主编第10章数字系统设计之“数字波形合成器的设计”。首先把要合成的正弦波的一个周期分为N等分，用具有N个阶梯的正弦波来逼近所要求的正弦波。N越大，其逼近程度越好，但同时电路实现也越复杂。所以要综合考虑这两方面的因素，根据技术指标的要求，合理选择N值。45数字波形合成器的首要任务就是合成这种阶梯波，然后通过LPF把其中的高次谐波分量滤除，就获

14、得了所需正弦波。466.4.3 主要器件uA741其他TTL或CMOS器件477. 实验报告的撰写 实验报告是对实验工作整理后写出的简单扼要的书面报告。整理实验结果和撰写实验报告是做完实验后最基本的工作，它可以使学生对实验过程中获得的感性知识进行全面总结并可提高到理性认识，知道已取得的结果，了解尚未解决的问题和实验尚须注意的事项，并提供有价值的资料。书写实验报告的过程是学生用所学基本理论对实验结果进行分析综合，独立分析和解决问题，准确地进行科学表达的过程。487. 实验报告的撰写 书写实验报告的过程是学生用所学基本理论对实验结果进行分析综合，独立分析和解决问题，准确地进行科学表达的过程。 不允

15、许抄袭（同组之间也不允许）。一旦发现，不允许抄袭（同组之间也不允许）。一旦发现，课程设计成绩不及格。课程设计成绩不及格。497.1 实验报告的一般组成实验名称报告人及时间 实验目的实验要求 实验仪器、器件50课题分析及方案论证课题分析及方案论证EDAEDA仿真分析仿真分析调试与结果分析调试与结果分析 总结与体会总结与体会参考文献参考文献附录附录 517.2 实验名称每篇实验报告都有自己的名称，即标题。实验名称应该简洁、鲜明、准确。7.3 报告人及时间实验报告者姓名、班级、学号、同组同学姓名和实验日期。 527.4 实验目的 为什么要进行此项实验？实验所要达到的预期结果或者是实验的追求目标。要短

16、小精悍，简明扼要。7.5 实验要求实验要求也要简练、明确；列出设计要求。537.6 实验仪器、器件列出实验所需的仪器设备以及使用的主要器件清单。7.7 课题分析及方案论证根据课题设计要求，进行方案论证与选择，阐述原理组成、各组成模块的实现方式及重要器件参数确定的依据与分析。547.8 EDA仿真分析绘制电路图，针对主要组成模块及整个电路阐述EDA仿真结果，并对其进行分析说明。7.9 调试与结果分析描述硬件安装调试过程，对结果进行分析（以图、表等形式），说明指标达到情况，对未完成功能或指标进行分析说明，对电路可改进部分及存在的缺陷进行分析。557.10 总结与体会总结是实验结果和理论分析的逻辑发

17、展，是课题解决的答案，是全篇论文的归宿。 通过此次实验总结经验教训，谈谈此次实验的收获与体会，对实验的改进提出建议。567.11 参考文献对实验报告有启示或帮助的参考文献应当列出。 7.12 附录如果需要，附上整个课题的电路图或部分测试数据。报告格式、编号及参考文献格式参见学校教务处本科毕业设计论文撰写要求。 57第10章 数字系统的设计58目 录10.1 数字系统概述 1）数字系统的组成 2）数字系统的研制过程 10.2 数字系统设计的一般方法 10.3 数字系统设计举例 1）数字波形合成器的设计 2）浮点频率计的设计 5910.1 数字系统概述10.1.1 数字系统的组成 数字系统通常包括

18、输入、输出、信息处理与控制等部分 。 外部外部输入输入输入输入电路电路处理与处理与控制控制输出输出电路电路对象对象负载负载6010.1.2 数字系统的研制过程 数字系统的研制过程一般如下图所示拟拟订订性性能能指指标标方方案案设设计计实实验验与与修修改改工工艺艺设设计计样样机机研研制制试试生生产产鉴鉴定定批批量量生生产产选选题题61 选题：即根据客观需求提出研制课题。 拟订性能指标：就是要根据实际的需要，并充分考虑当前的技术发展状况，提出对系统主要性能指标的要求。 方案设计：指从接到任务书一直到样机研制成功的整个过程。 工艺设计：主要包括印制电路板的设计与制作，系统各部件间的连接设计，接线图以及

19、机箱的加工制造等。10.1.2 数字系统的研制过程 62 样机研制：对整个系统进行安装调试，进一步完善系统设计。 试生产：样机研制成功后，可根据实际情况试生产若干台，交使用单位使用，并提出使用意见，为下一步鉴定工作做准备。 最后才能正式投入生产。10.1.2 数字系统的研制过程 6310.2 数字系统设计的一般方法 系统的设计没有一成不变的规定步骤，它往往与设计者的经验、兴趣、爱好等密切相关。 总体来说可归纳为如图所示的5个步骤。 课题课题分析分析方案方案论证论证方案方案实现实现系统系统仿真仿真样机样机研制研制64 课题分析：根据技术指标的要求，做好充分的调查研究，弄清系统所要求的功能和性能指

20、标，以及目前该领域中类似系统所能达到的水平，对课题的可行性做出判断。 10.2.1 课题分析6510.2.2 方案论证 （1）按照系统总的要求，得到系统框图。 （2）每个框即是一个单元电路，按照系统性能指标要求，规划出各单元电路所要完成的任务，确定输出与输入的关系，决定单元电路的结构。 （3）由系统框图到单元电路的具体结构应是多解的，应该经过较为详细的方案比较和论证，以技术上的可行性和较高的性能价格比为依据。 （4）最后选定方案。 6610.2.3 方案实现数字系统的实现大致有以下几种方法：1）采用通用的集成逻辑器件组成。 传统的方法，实际应用比较广泛。2）采用单片微处理器作为核心实现。 所用

21、器件少，使用灵活，也得到广泛应用。6710.2.3 方案实现3）采用可编程逻辑器件PLD。 设计的系统体积小、功耗低、可靠性高、易于进行修改等，已成为当今实现数字系统设计的首选方案。4）设计功能完整的数字系统芯片。68 第一种方法的要点是： （1）熟悉目前数字或模拟集成电路的分类、特点，合理地选择所用芯片，方便地实现各功能块的要求，并且工作可靠、价格低廉。 （2）对所选各功能块进行应用性设计时，要根据集成电路的技术要求和功能块应完成的任务，正确设计计算外围电路的参数，对于数字集成电路要特别注意正确处理各功能输入端。10.2.3 方案实现6910.2.3 方案实现 （3）要保证各功能块协调一致地工作。 主要通过控制器来完成，控制器通常由移位寄存器或计数器构成的脉冲分配器（又称节拍发生器）来组成。 对该控制器的要求是严格的，不允许有竞争冒险和过渡干扰脉冲出现，以免发生控制失误。因为这一原因，控制器多采用扭环形计数器来构成。7010.2.4 系统仿真 系统仿真就是利用计算机内的EDA软件对所设计的电路进行模拟仿真，这样，可以事先验证设计的正确性，排除错误。 系统仿真可以大大缩短设