计算机辅助设计实习报告

计算机辅助设计实习报告学号：80811126专业：电子信息工程班级：电信08-1姓名：渠放实习项目计算机辅助设计实习是电信工程专业集中实践性环节之一。直流稳压电源是电子技术惯用的电源设备之一。LED是现在使用最广泛的显示屏件之一。用计算机辅助设计一种稳压电源电路和一种LED七段译码电路并进行仿真。稳压电源电路指标规定有：（1）、输入电压为~220V（50Hz）（2）、输出电压为+5V（3）、稳压部分采用三端集成稳压器（4）、电路采用全波桥式整流滤波电路（5）、负载为一种电阻。LED七段译码电路指标规定有：（1）、电路由脉冲信号源、触发电路、编码电路、锁存器、驱动电路及数码管构成（2）、对输入脉冲进行计数，计数值由数码管显示，规定显示数字稳定（3）、对脉冲信号源进行仿真设立一.使用集成稳压器的稳压电源电路设计与仿真规定：1、输入电压为：220v，频率50Hz。2、输出电压为5V。3、稳压部分采用三端集成稳压器。4、电路采用全波桥式整流滤波电路。5、负载为一种电阻。二．七段译码电路的设计和仿真规定：1、电路由脉冲信号源、触发电路、编码电路、锁存器、驱动电路及数码管构成。2、对输入脉冲进行计数，计数值有数码管显示，规定显示数字稳定。3、对脉冲信号源进行仿真。第一部分稳压电源的设计方案设计与论证：滤波电路部分可采用电容滤波、电感滤波、LC复式滤波，电感滤波效果虽好但只合用大电流场合，LC复式滤波效果好适应性较强，但对于这种普通稳压电源来说没必要采用较复杂的电路，因此在这里选择电容滤波。1、稳压电源系统设计1.1重要部件原理直流稳压电源普通由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分构成,以下图所示。1.1.1电源变压器电源变压器的作用是将来自电网的220V交流电压u1变换为整流电路所需要的交流电压u2。电源变压器的效率为：其中：是变压器副边的功率，是变压器原边的功率。普通小型变压器的效率下表所示：小型变压器的效率副边功率效率0.60.70.80.851.1.2整流电路运用二极管的单向导电性构成整流电路，可将交流电压变为单向脉动电压。单相全波桥式整流电路采用四个二极管，互相接成桥式构造。运用二极管的电流导向作用，在交流输入电压U2的正半周内，二极管D1、D3导通，D2、D4截止，在负载RL上得到上正下负的输出电压；在负半周内，正好相反，D1、D3截止，D2、D4导通，流过负载RL的电流方向与正半周一致。因此，运用变压器的一种副边绕组和四个二极管，使得在交流电源的正、负半周内，整流电路的负载上都有方向不变的脉动直流电压和电流。单相全波桥式整流电路的性能参数：输出电压平均值UO(AV)由全波桥式整流波形图可知其输出电压平均值为：输出电压的脉动系数S整流二极管正向平均电流在桥式整流电路中，整流二极管D1、D3和D2、D4是两两轮流导通的，因此，流过每个整流二极管的平均电流是电路输出电流平均值的二分之一。最大反向电压桥式整流电路因其变压器只有一种副边绕组，在正半周时，、导通，、截止，此时、所承受的最大反向电压为的最大值，即同理，在负半周时，、也承受同样大小的反向电压。1.1.3滤波电路整流电路的输出电压波形中含有较多的纹波成分，与所规定的波形相去甚远。因此普通在整流电路后接滤波电路，首先尽量减少输出电压中的脉动成分，另首先又要尽量保存其中的直流成分，使输出电压成为比较平滑的直流电压。电容滤波：如图所示电容滤波电路在带电阻负载状况下的工作状况。接通交流电源后，二极管导通，整流电源同时向电容充电和向负载提供电流,输出电压的波形是正弦形。在时刻，即达成90°峰值时，u2开始以正弦规律下降，此时二极管与否关断，取决于二极管承受的是正向电压还是反向电压。先设达成90°后，二极管关断，那么只有滤波电容以指数规律向负载放电，从而维持一定的负载电流。但是90°后指数规律下降的速率快，而正弦波下降的速率小，因此超出90°后来有一段时间二极管仍然承受正向电压，二极管导通。随着u2的下降，正弦波的下降速率越来越快，uC的下降速率越来越慢。因此在超出90°后的某一点，例如图(b)中的t2时刻，二极管开始承受反向电压，二极管关断。此后只有电容器C向负载以指数规律放电的形式提供电流，直至下一种半周的正弦波来到，u2再次超出uC，如图(b)中的t3时刻，二极管又导电。以上过程电容器的放电时间常数为：电容滤波普通负载电流较小，能够满足τd较大的条件，因此输出电压波形的放电段比较平缓，纹波较小，输出脉动系数S小，输出平均电压UO(AV)大，含有较好的滤波特性。*电容滤波参数：（1）．输出电压的平均值UO(AV)——与放电时间常数有关。越大，电容器放电速度越慢，则输出电压所包含的纹波成分越小，UO(AV)越大。为获得平滑的输出电压，普通取放电时间常数为式中T为交流电的周期。在整流电路放电时间常数满足上式的关系时，可用下式对输出电压的平均值进行估算。(2)．脉动系数S——电容滤波的输出电压波形很难用一种精确的解析式体现来描述，事实上对UO(AV)经常采用近似估算。当用锯齿波来近似表达的波形时，脉动系数可按下式近似估算。由上式可见，为减小输出电压的脉动成分，采用的滤波电容器的容值越大越好，交流电源的频率越高越好。现在在计算机、电视机等电子设备中采用了高频整流电源，它的滤波电容的容量就比50赫兹工频交流电的滤波电容小得多。1.1.4稳压电路由于输入电压u1发生波动、负载和温度发生变化时，滤波电路输出的直流电压UI会随着变化。因此，为了维持输出电压UI稳定不变，还需加一级稳压电路。稳压电路的作用是当外界因素（电网电压、负载、环境温度）发生变化时，能使输出直流电压不受影响，而维持稳定的输出。稳压电路普通采用集成稳压器和某些外围元件所构成。采用集成稳压器设计的稳压电源含有性能稳定、构造简朴等优点。集成稳压器的类型诸多，在小功率稳压电源中，普遍使用的是三端稳压器。按输出电压类型可分为固定式和可调式，另外又可分为正电压输出或负电压输出两种类型。固定电压输出稳压器:常见的有CW78（LM78）系列三端固定式正电压输出集成稳压器；CW79（LM79）系列三端固定式负电压输出集成稳压器。三端是指稳压电路只有输入、输出和接地三个接地端子。型号中最后两位数字表达输出电压的稳定值，有5V、6V、9V、15V、18V和24V。稳压器使用时，规定输入电压UI与输出电压Uo的电压差UI-Uo≥2V。稳压器的静态电流Io=8mA。当Uo=5~18V时，UI的最大值UImax=35V；当Uo=18~24V时，UI的最大值UImax=40V。1.2系统设计1.2.1系统的设计1.2.2参数的选定（1）、根据稳压电源的输出电压Uo=+5V、最大输出电流Iomax，拟定稳压器的型号为LM7805，LM7805的输出电压为Min：4.8VTyp:5VMax:5.2V（2）、稳压电路电压的拟定为确保稳压器在电网电压低时仍处在稳压状态，规定式中是稳压器的最小输入输出压差，典型值为3V。按普通电源的指标规定，当输入交流电压220V变化时，电源应稳压。因此稳压电路的最低输入电压为另首先，为确保稳压器安全工作，规定式中是稳压器允许的最大输入输出压差，典型值为35V。*现在拟定稳压电路的最低输入直流电压:代入各指标，得取值*拟定电源变压器副边电压、电流及功率：，取为变压器副边功率变压器的效率，则原边功率变压器参数：原边输入电压~220V，副边输出电压~10V，输出电流1.1A，功率不不大于9.999W（3）、选整流二极管及滤波电容因电路形式为桥式整流，通过每个整流二极管的反峰电压和工作电流拟定整流二极管整流二极管，已知整流二极管1N5401，其极限参数为，滤波电容：滤波电容参数选值为4400电容的耐压要不不大于（4）稳压器功耗估算当输入交流电压增加10%时，稳压器输入直流电压最大，即因此稳压器承受的最大压差为：最大功耗为：（5）其它方法如果集成稳压器离滤波电容C1较远时，应在LM7805靠近输入端处接上一只0.33uF的旁路电容C2。在输出端接上电容C3以改善负载的瞬态响应，但是接上该电容后，集成稳压器的输入端一旦发生短路，C3将对稳压器的输出端放电，其放电电流可能损坏稳压器，故在稳压器的输入与输出端之间，接一只保护二极管VD1。另外在系统上接一只保险丝和一种工作批示灯电路。1.2.3计算机辅助设计用NIMultisim作出电路仿真原理图并设定好元器件参数如图所示：仿真成果：用示波器进行波形观察，滤波、稳压输出波形以下图所示2、稳压电源系统测试2.2测试办法与数据1．输出电压与最大输出电流的测试测试电路如图所示。普通状况下，稳压器正常工作时，其输出电流Io要不大于最大输出电流，取，可算出RL=10Ω,工作时RL上消耗的功率为：故RL取额定功率为3W，阻值为的电位器。测试时，先使RL=10Ω，交流输入电压为220V，用数字电压表测量的电压值就是Uo。然后慢慢调小RL，直到Uo的值下降5%，此时流经RL的电流就是Iomax，记下Iomax后，要立刻调大RL的值，以减小稳压器的功耗。测试成果为Uo=5V,Iomax=2A2．稳压系数的测量按图所示连接电路，在时，测出稳压电源的输出电压Uo。然后调节自耦变压器使输入电压，测出稳压电源对应的输出电压Uo1；再调节自耦变压器使输入电压，测出稳压电源的输出电压Uo2。则稳压系数为：测试成果为：3．输出电阻的测量按图所示连接电路，保持稳压电源的输入电压，在不接负载RL时测出开路电压，此时，然后接上负载RL，测出输出电压和输出电流，则输出电阻为：测试成果为：2.3测试结论通过NIMultisim的仿真测试，所设计集成稳压电源电路符合输入电压为~220V（50Hz）输出电压为+5V的规定，符合规定的指标规定。第二部分七段译码电路1、七段译码电路系统设计重要部件原理1.2.1系统的设计LED显示屏的接法设计：共阴LED显示屏的一种接法共阳LED显示屏的一种接法系统框图脉冲信号源脉冲信号源触发电路锁存器、驱动电路七段数码管编码电路如图所示，集成电路74LS273是一种锁存器，它的功效是：先在输入端D7-D0上加二进制码，随即在CLK端施以一种脉冲，在该脉冲的的上跳沿，事先加在输入端的二进制码立刻进入集成电路内部并同时出现在输出端Q7-Q0；在CLK端的脉冲上跳沿过后，该二进制码能始终保存在集成电路内部，输出端Q7-Q0也就始终维持这种状态，而不管输入端D7-D0的状态如何变化，该集成电路的这种功效称为锁存功效。这种电路能够使LED显示更加稳定。译码电路：七段译码器的用途是用来配合七段数字显示屏件构成显示电路。显示译码器有诸多集成电路产品，74LS48集成显示译码器的引脚图、功效表以下图所示。其中控制信号是灯测试输入、是消隐输入、是灭零输入、是灭零输出。计数编码电路74LS162是十进制同时BCD计数器，CLK是计数时钟，上升沿计数。CLR是同时清零端，低电平有效。LOAD是同时预置端，低电平有效。D、C、B、A是数据预置端，D是高位。QA、QB、QC、QD是计数输出端，QD为高位。CARRY是进位位，高电平有效，脉宽与QA脉宽相等。ENABLET和ENABLEP为高电平时允许计数，ENABLET为低电平时，严禁CARRY输出。1.2系统设计1.2.1用NIMultisim进行辅助设计以下图所示2.2.2参数的设立对脉冲信号源进行仿真设立以下图所示脉冲初始电压为0V，脉冲电压为5V，延迟时间抱负为0s，上升下降时间均为1ns,脉冲宽度为0.5ms,脉冲周期为20ms2、七段译码电路的系统测试2.1测试系统的构成2.2测试办法与数据测试系统将脉冲信号源脉冲宽度设为10ms周期为20ms，用逻辑分析仪监测引脚信号进行分析，逻辑分析仪测试数据以下图所示2.3测试结论通过NIMultisim的仿真测试，所设计LED七段数码管显示电路符合对输入脉冲进行计数并由数码管稳定显示的规定，符合指标规定的规定实习总结通过三个星期的努力，制作终于完毕了设计。在学习和使用protelDXP的过程，确实真的碰到诸多困难，由于学习过protelDXP的制版过程，因此对于这个方面，我的问题不大；只是对于仿真方面，真的很麻烦。一是找元件的过程，有些元件元件在DXP中搜索不到，又或者是命名的方式不同，找得很费力。就例如说protelDXP中搜不到，类似的元件也并未搜出来!只能到元件库中手动查找。二是仿真的问题，即使在图书馆中找到有关的DXP仿真书籍，但是错误仍然接踪而来！有些元件并没有仿真数据，电路图出来了，可仿真成果没出。还得需要在网上搜寻元件库补丁，然后在安装！但很不幸，弄了好几次成果还是仿真成果不对。这次的计算机辅助设计的实习课真的让我们学了诸多东西，重要是检测我们的自学能力，查找资料的能力，搜索信息的办法。锻炼了我们的思考问题方式，例如说，我们已经一步