电子电路课程设计指导书-热释电迎宾器(共12页)

1、精选优质文档-倾情为你奉上电子电路课程设计指导书电子电路课程设计是在“模拟电子技术基础”和“数字电子技术基础”课程之后，集中安排的重要实践性教学环节。学生运用所学的知识，动脑又动手，在教师指导下，结合某一专题独立地开展电子电路的设计与实验，培养和提高分析、解决实际电路问题的能力。它是高等学校电子、机电、计算机等工程类专业的学生必须进行的一种综合性训练。一、课程设计的任务与要求课程设计的任是通过让学生设计、组装并调试一个简单的电子电路装置。提高学生综合运用电子电路基础知识的能力，学生必须经调查研究、查阅资料、方案论证与选定、设计和选取电路及元器件、组装和调试电路、测试指标及分析讨论等过程，一步一

2、步地完成设计任务。课程设计不能停留在理论设计和书面答案上，需要运用实验检测手段，使理论设计逐步完善，做出达到指标要求的实际电路。通过这种综合训练，学生可以掌握电路设计的基本方法，提高动手组织实验的基本技能，培养分析解决电路问题的实际本领，为以后毕业设计和从事电子电路实际工作打下基础。课程设计主要是围绕电子电路课程的内容所做的综合练习。题目出自实际电路，一般没有固定的答案。但由于电路比较简单，又不是真实的生产、科研任务，所以学生基本上能有章可循，完成起来并不困难。这里的着眼点是让学生从理论学习的轨道上逐步引向实际方面来，把过去熟悉的定性分析、定量计算逐步和工程估算、实验调整等手段结合起来，掌握工

3、程设计的步骤和方法，了解科学实验的程序和实施方法。是今后从事技术工作的启蒙训练。从课程设计的任务出发，通过设计工作的各个环节，达到以下教学要求：（1）巩固和加深对电子电路基本知识的理解，提高综合运用本课程所学知识的能力。（2）培养根据课题需要选学参考书籍，查阅手册。图表和文献资料的自学能力。通过独立思考，深入钻研有关问题，学会自己分析并解决问题的方法。（3）通过电路方案的分析。论证和比较，设计计算和选取元器件，电路组装。调试和检测等环节，初步掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法。（4）掌握常用的仪器。设备的正确使用方法，学会简单电路的实验调试和整机指标的测试方法，提高动手能力和从事电子电路

4、实验的基本技能。（5）了解与课题有关的电子电路以及元器件的工程技术规范，能按设计任务书的要求，完成设计任务，编写设计说明书，正确地反映设计与实验的成果，正确地绘制电路图等。（6）培养严肃、认真的工作作风和科学态度。通过课程设计实践，逐步建立正确的生产观点、经济观点和全局观点。 二、电子电路一般设计方法电子电路种类很多，设计方法也不尽相同，尤其是随着集成电路的迅速发展，各种专用功能的新型器件大量涌现，使电路设计工作发生了巨大的变革。原始的分立元件电路的设计方法，已渐渐被集成块直接组装所取代。所以，要求设计者应把精力从单元电路的设计与计算，转移到整体方案的设计上来，不断熟悉各种集成电路的性能。指标

5、，根据总体要求恰当选取集成器件，合理地进行连接实验，完成总体的系统设计。电子电路的一般设计过程由于电子电路种类繁多，使得电路的设计过程和步骤也不完全相同。不过多数情况下，还是有共同的规律可遵循。一般来说，对于简单的电子电路装置的设计步骤大体包括：选定总体方案与框图；分析单元电路的功能；选择器件与参数计算；画出预设计总体电路图；电路的安装与调试；确定实际的总体电路等。下面概要介绍各个步骤的主要工作。1、选定总体方案与框图根据设计任务。指标要求和给定的条件，分析所要设计的电路应该完成的功能，并将总体功能分解成若干单项的功能，分清主次和相互的关系，形成若干单元功能块组成的总体方案。该方案可以有多个，

6、需要通过实际的调查研究。查阅有关资料和集体讨论等方式，着重从方案能否满足要求、构成是否简单、实现是否经济可行等方面，对几个方案进行比较和论证，择优选取。对选取的方案，常用方块图的形式表示出来。注意每个方块尽可能是完成某一种功能的单元电路，尤其是关键的功能块的作用与功能一定要表达清楚。还要表示出它们各自的作用和相互之间的关系，注明信息的走向和制约关系。2、分析单元电路的功能任何复杂的电子电路装置和设备，都是由若干具有简单功能的单元电路组成的。总体方案的每个方块，往往是由一个主要单元电路组成的，它的性能指标也比较单一。在明确每个单元电路的技术指标的前提下，要分析清楚各个单元电路的工作原理，设计出各

7、单元电路的结构形式。要利用过去学过的或熟悉的单元电路，也要善于通过查阅资料、分析研究一些新型电路，开发利用一些新型器件。各单元电路之间要注意在外部条件。元器件使用。连接关系等方面的相互配合，尽可能减少元件的类型。电平转换和接口电路，以保证电路简单、工作可靠、经济实用。各单元电路拟定之后，应全面地检查一遍，看每个单元各自的功能是否能实现，信息是否能畅通，总体功能是否满足要求。如果存在问题，还要针对问题作局部调整。3、选择器件与参数计算单元电路确定之后，根据其工作原理和所要实现的功能，首先要选择在性能上能满足要求的集成器件。所选集成器件最好完全满足单元电路的要求。当然在多数情况下集成器件只能完成部

8、分功能，或者需要同其他集成器件和电子元器件组合起来组成所需的单元电路。这里需灵活运用过去学过的知识，也需要十分熟悉各种集成电路的性能和指标，注意对新型器件的开发和利用。经常会出现这种情况，在花费了许多工夫之后仍然选不到合适的电路，或者性能指标达不到要求，或者电路大复杂实现十分困难。这就需要对总体方案作修正或改进，调整某些功能方块的分工和指标要求。可见，电路设计中有时要经过这样多次的反复修正和完善。每个单元电路的结构。形式确定之后，需对影响技术指标和参数的元器件进行计算。这种计算有的需根据电路理论的有关公式。有的按照工程估算方法，还有的需要用经验数据。用计算方法得到的器件参数，还要按照元器件的标

9、称值选取实用的元器件。4、画出预设计总体电路图根据单元电路的设计。计算与元器件选取的结果，画出预设计的总体电路图。总体电路图应当包括总体电路原理图和实际元器件的接线图。还要做出印刷电路板的工艺设计。总体电路图应按元器件国标或部标的规定以及电路图的规范画出。图中要注意信号输入和输出的流向，通常信号流向是从左至右或从上至下，各单元电路也应尽可能按此规律排列，同时要注意布局合理。总体电路图尽可能画在一张图纸上。如果电路比较复杂，应当把主电路画在一张图纸上，而把一些比较独立或次要的单元电路画在另一张或几张图纸上，但要标明相互的连接关系。所有的连接线要“横平、竖直”，相连的交叉线要在交点上用圆点标出。电

10、源线和地线尽可能统一，并标出电源电压数值。总体电路图画出之后，还要进行认真的审查。检查总体电路是否满足方案的要求，单元电路是否齐备；每个单元电路的工作原理是否正确，能否实现各自的功能；各单元电路之间的连接有无问题，电平和时序是否合适；图中标注的元器件型号。管脚。参数值等是否正确等。这种审查十分重要，以防在安装。调试中损坏器件。5、电路的安装与调试电路的安装与调试是完成课程设计的重要环节。它是把理论设计付诸实践，制做出符合设计要求的实际电路的过程。安装与调试为学生创造了一个动脑又动手，独立开展电路实验的机会。要求学生掌握电子电路的基本制作工艺和操作技能，运用实验的手段检验理论设计中的问题，运用学

11、过的知识指导电路调试和检测工作，使理论与实际有机地结合起来，提高分析解决电路实际问题的能力。课程设计的电路安装，应根据题目的要求和教学条件，可以制作出实际的电子电路装置，也可以利用实验箱完成电路。前者还需要考虑电路的布局。制作专门的印刷电路板。焊接和组装电路等，同时还应设计好电路的调试方案和调试步骤，详细记录调试中出现的故障和检测排除措施。电路的实验结果，应该以能说明电路功能的数据和数据分析来说明。由于多种实际因素的影响，原来的理论设计可能要作修改，原来选择的元器件需要调整或改变参数，有时还需要增加一些电路或器件，以保证电路能稳定地工作。因此，调试之后很可能要对前面“选择器件和参数计算”一步中

12、所确定的方案再作修改，最后完成实际的总体电路。6、确定实际的总体电路通过电路调试和技术指标的检测，达到了预期的设计要求，即可确定所要设计的总体电路及各元件的型号参数，列出元件明细表，电路安装图等技术文件，对于实际产品，还要进行工艺设计，外型设计等等。三、课程设计内容及要求1·布置设计任务书。课程设计任务书包含：（1） 设计题目；（2） 主要技术指标和要求；（3） 给定的条件和所用的仪器设备；（4） 参考文献等。2· 教师针对学生的知识水平和设计课题讲解必要的电路原理和设计方法，对于需要深化和扩展的知识，还要补充讲授有关的内容，帮助学生明确任务。掌握工程设计方法。3·

13、; 学生在教师指导下选择设计方案，进行设计计算，完成预设计。预设计方案经过教师审查通过后，方可开始安装和调试。4· 安装调试是课程设计的重点和难点，学生应积极争取教师的指导和帮助。认真准备安装调试方案，在电路出现异常现象或故障时，按照量测观察。查找原因。调整电路、再进行实验的步骤，解决电路中的问题。5· 电路调试达到设计要求后，学生要对设计的全过程作出系统总结报告，按照一定格式写出设计说明书。课程设计说明书主要内容有：1) 设计题目；主要指标和要求；课题概述2) 方案讨论及电路工作原理；3) 各单元电路设计计算，元器件的选择，画出电路图等；4) 安装、调试中遇到的问题，解决

14、的方法以及实验效果等；5) 电路性能指标测试结果，是否满足要求及对成果的评价；6) 收获、体会和改进设计的建议。7) 规范、详尽的电路原理图和元件明细表8) 参考资料附：元件明细表格式序号编 号元件名称型号与规格数 量备注1U1通用型四运算放大器LM3241四、设计应完成以下作业：1) 设计报告一份，不少于3000字，内容应符合前述要求。并做到原理叙述清楚，计算正确，数据详尽，字迹端正。2) 电路原理图一份，无原则性错误，布局均匀合理，符号、标注规范正确。3) 元件明细表一份，格式符合范例4) 安装调试成功的设计作品一件，应布局合理，走线清晰整齐，功能完备。能当场演示其电路功能五、工作进程：课

15、程设计进程1.布置设计任务，下达设计任务书： 集中指导2学时2.调研，收集资料 课外10学时3.方案设计课内3学时，课外6学时4.检查电路草图，了解学生设计进度，及时解决设计中的问题5.电路设计参数计算课内2学时，课外4学时6.交元件明细表检查元件设计计算情况，解决电路参数的设计计算问题。7.讨论安装调试方案课内1学时。8.分发元器件课内2学时，分发元器件时详细介绍元器件知识、测试检查的方法。9.安装调试视课题难度、工作量而定；约1-3天10准备设计报告 课外5学时11.交验设计报告检查设计报告的格式、内容是否符合规范。特别是参数计算、元件选用、元件明细表、电路原理图等。12答辩两种形式：集中

16、答辩，验收实验电路时随机出题个别答辩，根据条件选择一种。13.评定成绩。六、设计报告规格：设计报告一般应不少于5000字，正文内容16K设计报告纸10页以上，有封面、目录页，竖式装订。设计报告包含以下内容：1.课题简介；设计课题与课题描述设计课题的各项要求，对课题的描述，介绍设计课题的原理、功能、特点，用途与使用价值。2.方案设计根据对课题的分析确定电路功能，画出能实现这些功能的系统框图，各部分作用、对设计有何具体的要求，有哪些可选方案，最后选定哪一种，理由是什么。3.电路设计各部分电路的草图，原理分析，参数计算、元件选取。4.安装调试元件准备、安装布局图、安装过程。包括安装的注意事项，特别的

17、技术处理。调试方案和步骤，调试中出现的问题及解决的措施。实验结果及测试数据和数据分析，结论。5.小结完成课程设计的过程中的收获和体会，对本课题的改进设想等。6.参考资料7.附录：1)元件明细表规范清楚地列出电路中使用的各元件的编号、名称、型号、规格参数、数量，需要特别说明的问题在备注栏中给予说明。2)原理图元件符号的表示、线型、文字符号及说明必须准确规范，用2B铅笔加深，不得使用圆珠笔、钢笔画图，可以使用计算机绘图。标签栏也应准确填写。七、成绩评定：依据以下各方面评定成绩：（1） 参与态度；（2） 收集资料，查阅专业手册的能力；（3） 安装调试中分析、解决问题的能力；（4） 设计作品的质量；（

18、5） 设计报告的质量；（6） 答辩。成绩评定为优秀、良好、中等、及格、不及格五等。不及格成绩不予补考，应随其他班级重修重考，原则上不使用同一课题。八、设计指导：参考课题：热释电红外迎宾器迎宾器，是近年才有的用于小型店铺-便利店起迎宾、防盗和计数作用的电子产品。迎宾器的前身是电子防盗报警器；事先人们用它来防盗的，但后来因为电子发出的声音是刺耳的报警声，对进店的顾客产生消极的影响，后来演变成比较悦耳的声音，特别是：您好，欢迎光临，音效特受用户的青睐，顾客一进门就报出欢迎语音，起到了礼貌问候，从而做到提醒店员有人进店和迎宾的两重作用。本次课题可以选择迎宾或者计数。热释电红外传感器能以非接触形式检测出

19、人体辐射的红外线，并将其转变为电压信号，同时，它还能鉴别出运动的生物与其它非生物。热释电红外传感器既可用于防盗报警装置，也可以用于自动控制、接近开关、遥测等领域。用它制作的防盗报警器与目前市场上销售的许多防盗报警器材相比，具有如下特点：不需要用红外线或电磁波等发射源。灵敏度高、控制范围大。隐蔽性好，可流动安装。热释电红外传感器的原理特性热释电红外传感器和热电偶都是基于热电效应原理的热电型红外传感器。不同的是热释电红外传感器的热电系数远远高于热电偶，其内部的热电元由高热电系数的铁钛酸铅汞陶瓷以及钽酸锂、硫酸三甘铁等配合滤光镜片窗口组成，其极化随温度的变化而变化。为了抑制因自身温度变化而产生的干扰

20、该传感器在工艺上将两个特征一致的热电元反向串联或接成差动平衡电路方式，因而能以非接触式检测出物体放出的红外线能量变化并将其转换为电信号输出。热释电红外传感器在结构上引入场效应管的目的在于完成阻抗变换。由于热电元输出的是电荷信号，并不能直接使用因而需要用电阻将其转换为电压形式该电阻阻抗高达10，故引入的沟道结型场效应管应接成共漏形式即源极跟随器来完成阻抗变换。热释电红外传感器由传感探测元、干涉滤光片和场效应管匹配器三部分组成。设计时应将高热电材料制成一定厚度的薄片，并在它的两面镀上金属电极，然后加电对其进行极化，这样便制成了热释电探测元。由于加电极化的电压是有极性的，因此极化后的探测元也是有正、

21、负极性的。 图1 热释电红外传感器的结构与外形图是一个双探测元热释电红外传感器的结构示意图。使用时端接电源正极，端接电源负极，端为信号输出。该传感器将两个极性相反、特性一致的探测元串接在一起，目的是消除因环境和自身变化引起的干扰。它利用两个极性相反、大小相等的干扰信号在内部相互抵消的原理来使传感器得到补偿。对于辐射至传感器的红外辐射，热释电传感器通过安装在传感器前面的菲涅尔透镜将其聚焦后加至两个探测元上，从而使传感器输出电压信号。制造热释电红外探测元的高热电材料是一种广谱材料，它的探测波长范围为。为了对某一波长范围的红外辐射有较高的敏感度，该传感器在窗口上加装了一块干涉滤波片。这种滤波片除了允

22、许某些波长范围的红外辐射通过外，还能将灯光、阳光和其它红外辐射拒之门外。热释电传感器是对温度敏感的传感器。它由陶瓷氧化物或压电晶体元件组成，在元件两个表面做成电极，在环境温度有T的变化时，由于有热释电效应，在两个电极上会产生电荷Q，即在两电极之间产生一微弱的电压V。由于它的输出阻抗极高，在传感器中有一个场效应管进行阻抗变换。热释电效应所产生的电荷Q会被空气中的离子所结合而消失，即当环境温度稳定不变时，T=0，则传感器无输出。当人体进入检测区，因人体温度与环境温度有差别，产生T，则有T输出；若人体进入检测区后不动，则温度没有变化，传感器也没有输出了。所以这种传感器也称为人体运动传感器。由实验证明

23、，传感器不加光学透镜(也称菲涅尔透镜)，其检测距离小于2m，而加上光学透镜后，其检测距离可增加到10m左右。该迎宾器主要技术参数：工作电压：5V12V(直流)；静态电流小于8mA；内部有温度补偿，使输出稳定；上电后不稳定时间约1分钟；检测距离610m；水平角度110°；有人体进入检测区时输出高电平(大于3V)；工作温度范围1040。 计数器计数范围：00-99（二）设计指导:1电路总体构思图2 热释电红外报警器框图典型的热释电红外检测器的结构框图如所示。放大器将传感器输出的微弱电压信号放大，并由滤波电路将杂波滤掉。放大后的电压输入电压比较器的同相端与反相端的基准电压(阈值电压)相比较

24、：当人体进入检测区时，其放大后的信号电压大于阈值电压，电压比较器输出高电平，当无人体进入检测区，或者环境温度有些变化也产生电压信号，但由于此电压信号较小，虽也经放大其值小于阈值电压，比较器输出仍为低电平。电压比较器起到鉴别有无人体进入检测区的作用，同时也消除环境温度变化所产生的干扰。电压比较器输出的高电平触发报警延时电路，产生35秒的声光报警，有报警时发光二极管亮。根据图2所示框图，本课题系统方案分成以下几个部分，各部分的设计要点如下：（1）热释电红外传感器根据监控范围确定灵敏度要求，并以此选定热释电红外传感器型号。请认真阅读产品手册，查验其引脚分布，根据产品手册推荐方案确定电源电压和信号引出

25、形式，也可参照典型应用电路决定该部分电路形式。实际使用中必须在传感器之前使用菲涅尔透镜，但在实验中为了便于调试，可以不用透镜，从而避免附近人体的移动造成的干扰。（2）滤波及二级放大器由传感器输出的信号电压十分微弱，必须进行高倍放大。对于5米距离的人体移动，传感器的输出电压为1mV左右（具有非尼尔透镜时），为了正确检出信号，希望放大器输出信号在24V，故放大倍数应为20004000倍，如此高的放大倍数，建议采用集成运放构成的两级放大器。由于传感器内阻较大（典型值为10k），故放大器应设计为同相输入型。可参考教材介绍的电路进行设计。要注意运放一般工作于双电源供电状态，但实际设计中一般采用单电源供电

26、，请查找有关资料解决这个问题。由于传感器对人体运动的感应信号是一个频率在0.210Hz的低频信号，因此为了提高电路的抗干扰能力，可以考虑设计具有带通滤波功能的放大器，其上限截止频率定为10Hz，下限截止频率为0.2Hz。（3）信号比较器信号比较器用于鉴别有用信号。在传感器没有收到有效信号时，由于放大器放大倍数非常高，传感器、引线、以及环境的影响都会在输入端形成噪声，该噪声被放大后，放大器的输出端并不为零，而是具有一个相对幅度较小的输出电压。当收到有效信号时，会产生一个幅度很大的输出电压，这样，根据输出电压的大小就可以确定有没有收到有效信号。鉴别输出电压幅度大小的电路可以采用窗孔比较器，这种比较

27、器能通过设置参考电压的高低调整灵敏度。相关电路请查阅教材有关内容。（4）报警延时电路可采用单稳态触发器。单稳态触发器在有效信号的触发下，能产生一个宽度一定的输出脉冲，在这一的宽度的时间里，可以用于触发一个声光报警电路，产生有效报警。单稳态触发器可以采用专用数字逻辑电路（如74LS122）、门电路、D触发器或555集成定时器构成。可通过查阅相关资料自行确定电路形式和相关参数。需要声音报警可设计频率为1kHz的多谐振荡器，需要光指示报警可选用LED显示。如有必要应考虑添加驱动电路。 （5）计数器电路组成计数器的最基本单元是触发器，但是利用触发器设计计数器会增加其集成块的数目，同时也花费时间。故我们

28、选择中规模集成电路74LS160或者74LS161。除了计数外，产品还有一些附加功能，如复位、预置数、保持。虽然计数器产品一般只有二进制和十进制两种，有了这些附加功能，我们就可以方便地用我们可以得到的计数器来构成任意进制的计数器。74LS160是二十进制同步可预置计数器，采用16脚双列直插塑料封装,管脚排列图和实物图如图3，1脚CR为清零端,低电平有效。2脚CP为时钟脉冲输人端,上升沿触发。功能表见表1。 （6）译码器电路 图3 74LS16074LS160可以实现十进制计数，就是说计数从“0”到“9”。到了“9”就产生进位信号，15脚CO（C）即为进位输出端。 表1 74LS160 功能表在

29、应用中，若需要的计数器的模小于10都可以直接使用集成计数器74LS160。但是，在实际生活和工作实践中，经常用到模大于10的计数器，就不能简单使用一片集成计数器，而要象使用算盘那样，使用多串算盘珠来进行成千上万的计数和数的表示，使用多片集成计数器进行大模数的计数。在此，我们就要进行集成计数器的级联，用以扩展计数器的模，达到我们的目的。（7）驱动器电路LED数码管要显示BCD码所表示的十进制数字就需要有一个专门的译码器，该译码器不但要有译码功能，还要有相当的驱动能力。例如74LS48共阴极译码驱动器，它的引脚排列如图4所示。它的功能表见表2。 图4 74LS48的引脚排列还有一种74LS47共阳

30、极译码驱动器，它的引脚排列与74LS48的引脚排列一模一样，两者的功能也差不多。使用时要注意：74LS47是用来驱动共阳极显示器的，74LS48是用来驱动共阴极的；74LS48内部有升压电阻，使用时可以直接与显示器相连，而74LS47为集电极开路输出，使用时要外接电阻。 输入 输出abcdefg××××××0(输入)00000000×××××11111111 810000000000000011000011111110011×000110110000121×0010

31、11101101231×001111111001341×010010110011451×010111011011561×011010011111671×011111110000781×100011111111891×1001111110119101×101010001101111×101110011001121×110010100011131×110111001011141×111010001111151×111110000000表2 74LS48的功能表（8）显示器电路数码的显示方式一般有三种：第一种是字型重叠式；第二种是分段式；第三种是点阵式。目前以分段式应用最为普遍，主要器件是七段发光二极管（LED）显示器。它可分为两种，一是共阳极显示器（发光二极管的阳极都接在一个公共点上），另一是共阴极显示器（发光二极管的阳极都接在一个公共点上，使用时公共点接地）。下图5（a）、图6（a）分别是共阴管和共阳管的电路，图5（b）、图6（b）分别是共阴管和共阳管的引出脚功能图。