直流稳压电源、计数器、方波三角波发生器课程设计

1、电子技术课程设计报告专 业： 电子信息工程 班 级： 电 信 1001 姓 名： 指导教师： 陈敏佳、 周莹莲 二0一二年六月三日 目 录一、课题一 直流稳压电源设计3（一）课程设计目的3（二）设计任务与要求3（三）课程设计报告内容3二、课题二 计数器设计6（一）课程设计的目的6（二）设计任务与要求6（三）课程设计报告内容6三、课题三方波、三角波发生器设计13（一）设计目的13（二）设计任务与要求13（三）课程设计报告内容14四、实践步骤15五、实践标准15六、元器件清单及所用仪器设备15七、测试结果及调试与分析17八、课程设计的心得体会19九、参考书目19一、课题一 直流稳压电源设计（一）课

2、程设计目的1、了解直流稳压电路的组成和工作原理；2、学习直流稳压电路的设计方法以及主要技术指标的测试方法2、培养学生综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。（二）设计任务与要求设计任务：设计一个直流稳压电源要求： 1、输出电压5V、+12V、-12V三档；2、输出电流：最大电流>1A； 3、纹波电压峰值Vop-p5mv，稳压系数Sr5%，电网电压波动正负10%。（三）课程设计报告内容 1.直流稳压电源电路图（如图1）图1 直流稳压电路图 2.直流稳压电源设计电路图本电路主要由集成片组成。如上图T为变压器，为得到U2为双16V的交流电压所以选择n1：n2=55：8。D1、D2、D3、D4组

3、成桥式整流电路，而二极管承受的最大反向电压，由电路图可知，考虑电源电压波动±10，在选用二极管时，至少有10%的余量，选择最大整流平均电流IF和最高反向工作电压UR分别为0.6A和32V。C1为500u的电解电容，用于滤波经过集成芯片LM7812输出U1为12V的稳定直流电压。C2、C3为4.7u的电解电容，有保护和滤波的作用，再经一个芯片LM7805得到U2为5V的直流稳定电压。再看中间的下半部分是由LM7912系列构成直流稳压。输出的U3为-12V的直流稳压。其中C6和C7为0.33u的电容，C8和C9为0.1U的电容，都起到保护电路的作用。3.直流稳压电源电路原理 稳压电源一般

4、由变压器，整流,滤波电路和稳压电路组成。如图2所示。变压器把市电交流电压变为所需要的低压交流电。整流器把交流电变为直流电。经滤波后，稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。图2 工作原理图3.1各部分电路的作用（1）交流电压变换部分一般的电子设备所需的直流电压较之交流电网提供的220V电压相差较大，为了得到输出电压的额定范围，就需要将电网电压转换到合适的数值。所以，电压变换部分的主要任务是将电网电压变为所需的交流电压，同时还可以起到直流电源与电网的隔离作用。（2）整流部分整流电路的作用，是将变换后的交流电压转换为单方向的脉动电压。由于这种电压存在着很大的脉动成份（称为纹波），因此一般

5、还不能直接用来给负载供电，否则，纹波的变化会严重影响负载电路的性能指标。（3）滤波部分滤波部分的作用是对整流部分输出的脉动直流电进行平滑 ，使之成为含交变成份很小的直流电压。也就是说，滤波部分实际上是一个性能较好的低通滤波器，且其截止频率一定低于整流输出电压的基波频率。（4）稳压部分尽管经过整流滤波后电压接近于直流电压，但是其电压值的稳定性很差，它受温度、负载、电网电压波动等因素的影响很大，因此，还必须有稳压电路，以维持输出直流电压的基本稳定。 3.2 对稳压电源的性能，主要有以下四个万面的要求 （1）稳定性好 当输入电压Ui（整流、滤波的输出电压）在规定范围内变动时，输出电压U0 的变化应该

6、很小一般要求U0/U。1%（2）输出电阻小 负载变化时（从空载到满载），输出电压U0 应基本保持不变。稳压电源这方面的性能可用输出电阻表征。输出电阻（又叫等效内阻）r0表示，它等于输出电压变化量和输出电流变化量之比的绝对值，即r0=|U0/I0| r0 反映负载变动时，输出电压维持恒定的能力，r0越小，则I0 变化时输出电压的变化也越小。性能优良的稳压电源，输出电阻可小到1欧，甚至001欧。 （3）电压温度系数小 当环境温度变化时，会引起输出电压的漂移。良好的稳压电源，应在环境度变化时，有效地抑制输出电压的漂移，保持输出电压稳定，输出电压的漂移用温度系数KT来表示. 二、课题二 计数器设计（一

7、）课程设计的目的 1、熟悉计数器工作原理和不同的码制的计数器原理。2、掌握计数器的设计方法。3、培养学生综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。（二）设计任务与要求 设计任务：设计并实现一个采用小规模数字集成电路的计数器。系统图如图3所示。图3 设计流程图要求：1.电路设计要简单，译码显示器不需要做出实物，只要理论设计。2.必须按指定触发器设计，不能由其它触发器转换。3.必须采用指定的元器件设计电路。4.计数器与译码显示器之间必须用4个LED指示计数的二进制编码值。（三）课程设计报告内容1.根据要求列真值表和状态图基于8421BCD码的十进制同步递增计数器有十个有效状态，其真值表如表1所示，采

8、用时钟脉冲下降沿触发，所以在第9个时钟脉冲到来时，进位为1，当第10个时钟脉冲到来时，进位为0，出现下降沿，从而产生进位。十进制数计数器状态时钟脉冲进位B0000000100011020010203001130401004050101506011060701117081000809100191100000100表1 真值表 基于8421BCD码的十进制同步递增计数器的状态图如图4所示0000000100100011010001010110011110001001/CO/0/0/0/0/0/0/0/0/0/1图4 状态图2.根据真值表画进位卡诺图，求进位方程 如图5是根据真值表得出的进位卡诺图，

9、其中编码“1010”、“1011”、“1100”、“1101”、“1110”、和“1111”是无效状态，定为任意态。当状态为“1001”是，进位为“1”，其它为“0”。 OC3Q2Q1Q0Q000111100001111000000000XXXX1XX0 图5 进位卡诺图 由进位卡诺图可得到最简的进位方程所画的包围圈得到式： 3.根据状态图画次态卡诺图，求状态方程 先根据状态图填写次态卡诺图，如图6所示。000110111213+nnnnQQQQnQ3nQ2nQ1nQ00010010000110101011010000111 X X XX X00001001 X0001111000011110

10、 图6 次态卡诺图 例如，现态时，由状态图可知，其次态，所以在次态卡诺图的左上角方格填“0001”。为了能由次态卡诺图直观的得到次态方程，将次态卡诺图分成四个小的卡诺图，如图7、图8、图9和图10所示。13+nQnQ3nQ2nQ1nQ0000111100001111000000100XXXX0XX1 12+nQnQ3nQ2nQ1nQ0000111100001111000101011XXXX0XX0 图 7 的次态卡诺图 图 8 的次态卡诺图11+nQnQ3nQ2nQ1nQ0000111100001111001010011XXXX0XX0 10+nQnQ3nQ2nQ1nQ000011110000

11、1111010011X1XXXXX0XX1 图 9 的次态卡诺图 图10 的次态卡诺图 由的次态卡诺图7，可得： 由的次态卡诺图8，可得： 由的次态卡诺图9，可得： 由的次态卡诺图10，可得：4.根据次态卡诺图和JK触发器的激励表填激励卡诺图，求激励方程激励卡诺图是在已知输出变化的条件下，得到输入信号。图11是基于8421BCD码的十进制同步递增计数器的激励卡诺图。 iiKJ3Q2Q1Q0Q00011110000111101XX1X11X1XX1XX1 X X X XX1 XX1X000111100X1XX1X00XX1X01X X X X X0X XX0X000111100X0X1X0XX0

12、X10XX0 X X X X0XXX0X000111100X0X0X0X0X1X0XX0 X X X XX1 X XX000KJ11KJ22KJ33KJ图11 激励卡诺图 如图，的次态卡诺图图7可知，左上角第一方格是由“0”变化到“0”，对照 K触发器的激励表，要求，为任意态。所以。同理，可推出其它激励。为了能由激励卡诺图直观的得到激励方程，将激励卡诺图分成八个小的卡诺图，如图12、图13、图14、图15、图16、图17、图18、和图19所示。0J3Q2Q1Q0Q00011110000111101XX11X1XXXXXXXX1 0K3Q2Q1Q0Q0001111000011110X11XX1X

13、1XXXX1XXX 图12 的激励卡诺图 图13 的激励卡诺图1J3Q2Q1Q0Q000111100001111001XX0XX1XXXX0XX0 1K3Q2Q1Q0Q0001111000011110XX10X10XXXXXXXXX 图14 的激励卡诺图 图15 的激励卡诺图2J3Q2Q1Q0Q00011110000111100010XXXXXXXX01X0 2K3Q2Q1Q0Q0001111000011110XXXX0100XXXX0XX0 图16 的激励卡诺图 图17 的激励卡诺图 3J3Q2Q1Q0Q000111100001111000000100XXXXXXXX 3K3Q2Q1Q0Q0

14、001111000011110XXXXXXXXXXXX1XX0 图18 的激励卡诺图 图19 的激励卡诺图由的激励卡诺图图12，可得的激励方程： 由的激励卡诺图图13，可得的激励方程： 由的激励卡诺图图14，可得的激励方程）： 由的激励卡诺图图15，可得的激励方程： 由的激励卡诺图图16，可得的激励方程： 由的激励卡诺图图17，可得的激励方程： 其中一项，是可以化简为的，这是为了简便电路，因为的激励方程中也需要一项，两者可以取同一信号。由的激励卡诺图18，可得的激励方程： 由的激励卡诺图19，可得的激励方程： 0000000100100011010001010110011110001001/0

15、/0/0/0/0/0/0/0/0/11110111110111101101011005.检验系统能否自启动检查自启动状态图如图20所示图20 完整状态图 当电路进入无效状态时，代入次态方程，得次态，再代入次态方程，得次态，进入正常状态；当电路进入无效状态时，代入次态方程，得次态时，代入次态方程，得次态，进入正常状态；当电路进入无效状态时，代入次态方程，得次态，代入次态方程，得次态进入正常状态。由此，基于8421BCD码的十进制同步递增计数器具有自启动的特性。6.根据激励方程和进位方程，画计数器的逻辑电路图 由、和的激励方程，以及进位方程，画出8421BCD码的十进制同步递增计数器的电路图。如图

16、21所示。图21 电路图 同步计数器中所有的触发器时钟端接在一起，受时钟同步控制。RESET为清零端，低电平清零。、和是计数输出。是进位输出。三、课题三方波、三角波发生器设计（一）设计目的 1、研究波形发生电路的特性。 2、学习波形发生电路的设计方法以及主要技术指标的测试方法。 3、培养学生综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。（二）设计任务与要求设计任务：设计由集成运算放大器和晶体管放大器组成的方波三角波正弦波函数发生器。系统图如图22所示：图22设计流程图要求：(1) 输出波形 方波、三角波（由于缺少电子元件，正弦波不做要求）。 (2) 频率范围 频率范围1HZ10HZ,10HZ100H

17、Z。 (3) 输出电压 方波的输出电压峰峰值为10V, 三角波峰峰值。 (4) 波形特性 表征正弦波特性的参数是非线性失真r1,一般要求r1<3%：表征三角波特性的参数是非线性系数是 r2,一般要求r2<2%；表征方波的参数是上升时间一般要求小于100ns（1KHZ,最大输出时）。（三）课程设计报告内容1.电路图如图23所示图23 电路原理图2.电路原理及设计过程 （1）原理 该电路由两部分构成，前级是利用运放的正反馈构成的迟滞电压比较器。由此可以得到方波，稳压二极管的作用是限制电压的大小。后面一级是由运放构成的积分电路。该电路可以输出三角波。（2）设计过程 利用所学知识找出一些常

18、用来产生方波和三角波的电路。同时结合所给的元件，找出最简单的设计方法。设计完后，通过自己的计算看是否能达到该功能。再利用软件仿真，看是否能够实现预期功能。四、实践步骤 1、根据实验要求，按照原理图设计好电路图。 2、在根据设计好的电路图在电路板上焊接。 3、把焊接好的电路板接到相应的仪器上测试其功能，如果不能实行，在分析哪里出了问题，纠正好问题在去测试，直到测试完成。五、实践标准完成设计制作安装，实现其基本内容和功能，装配工艺美观，运行稳定可靠。六、元器件清单及所用仪器设备6.1直流稳压电源元件清单如表2所示表2 直流稳压电源元件清单元件类型型号主要参数单组数量变压器带中间抽头16V，40W1

19、个二极管IN40024个独石电容0.1F5个电解电容1000F，25V2个100F，25V3个三端稳压器LM78121个LM79121个LM78051个电源线带插头1条万能板17cm*22cm1个焊锡丝1.0mm2米单股导线0.3mm23米6.2波形发生器元件清单如表3所示表3 波形发生器元件清单元件类型型号主要参数单组数量稳压管2CW6C2个独石电容0.1F1个0.22F1个电阻22K1个5.1K2个10K6个电位器100 K1个运算放大器LM358带座子3个焊锡丝2米其它电阻、电容、导线若干铬铁1把铬铁架1把吸锡枪1把松香1盒万能板17cm*22cm1个6.3计数器元件清单如表4所示表4

20、计数器元件清单元件名称型号数量J K触发器74HC732个与非门74HC001个色环电阻1K6个发光二级管红色5个导线1m1捆万能电路板17*22cm1块焊锡丝1cm*1m一捆七、测试结果及调试与分析直流稳压电源1.测试结果及调试与分析经过测试，直流稳压电源的+12v，+5v，12v两端均能正常输出直流电压。由于各种误差，输出结果与标准值略有误差，如+5端输出可能是4.94v，5.01v等。2.原理设计过程中的问题 （1）滤波电路值的选取 （2）直流二极管的正反工作电压及额定电流yu波电容的耐压值，在合适的范围内。 （3）整流滤波的电压与变压器的次级电压应在合适的范围内，否则可能烧坏集成稳压电

21、源 （4）电解电容的极性不能接反。 （5）集成稳压电源的引脚容易接错。 （6）桥式整流时二极管容易接错。3调试过程中的问题（1）由于输入电压偏低造成输出电压偏低。（2）滤波电容开路时，造成输出电压纹波成价较高。4查找故障方法（1）检查电路有无虚焊短路（2）看变压器两端是否有输出电压（3）看整流二极管是否接反（4）看直流稳压电源是否有引脚接错计数器1.测试结果及调试分析 经测试，电路能接照8421bcd码正常输出显示，其输出结果为00001001，十种状态。2.原理设计过程中的问题（1）计数器时，触发器的激励方程多种多样，应尽量化到最简，这样有利于简化电路。(2)线路时，线路布局不合理造成焊接时，电路杂乱。(3)于连接线很多，焊接时容易混淆，引脚之间容易虚焊和短路。3.调试过程的问题（1）清零端在计数状态是没有接高电平，造成所有的电路无法正常显示。（2）有部分引脚出现虚焊，造成计数不正常。4.查找故障方法（1） 电压极性是否