1、紫金学院电光系 08 级电气专业电子线路课程设计实施计划1 电子线路课程设计目的和基本内容电子线路课程设计是一门理论和实践相结合的课程。它融入了现代电子设计的新思想和新方法，架起一座利用单元模块实现电子系统的桥梁，帮助学生进一步提高电子设计能力。对于推动信息电子类学科面向 21 世纪课程体系和课程内容改革，引导、培养大学生创新意识、协作精神和理论联系实际的学风，加强学生工程实践能力的训练和培养，促进广大学生踊跃参加课外科技活动和提高毕业生的就业率都会起到了良好作用。该课程主要内容：（1）了解和掌握一个完整的电子系统设计方法和概念；（2）通过对电子系统的设计、实验仿真、安装和调试，了解和掌握电子
2、系统研发产品的基本过程。（3）了解和掌握一些常见的单元电路设计方法和在电子系统中的应用：包括模拟电路、数字电路，信号调理电路、放大电路，滤波电路、比较电路、光电耦合电路，信号发生电路、计数器电路等。（4）通过编写设计文档与报告，进一步提高学生撰写科技文档的能力。（5）电子线路课程设计课题：设计并制作一个具有选频特性的简易两位数字式频率计电路。2 电子系统设计简介2.1 电子系统基本构成（1）电子系统的构成电子系统可以由若干子系统组成，子系统可以由若干子功能，模块组成，子功能模块可以由若干电子器件组成。电子系统构成示意图如图 1。2图 1 电子系统构成示意图图 1 电子系统构成示意图。2.2 电
3、子系统设计工程问题（1）电子系统设计的一般方法：图 1 电子系统构成示意图（2）总体方案的设计与选择：电子系统设计要求：注重可行性、性能、可靠性、成本、功耗、使用方便和易维护性等。由技术指标将系统功能分解为若干子系统，形成若干单元功能模块。（3）单元电路的设计与选择：尽量采用熟悉的电路，注重开发利用新电路、新器件。要求电路简单，工作可靠，经济实用。2.2 电子系统设计的一般流程电子系统设计的一般流程如图 2。3图 2 电子系统设计的一般流程图2.3 编写设计文档与总结报告设计文档的编写：（1）系统设计要求与技术指标的确定。（2）方案选择与可行性论证。（3）单元电路设计、元件、参数选择与仿真结果
4、.（4）参考资料。总结报告的编写： （1）设计工作的进程记录。（2）原始设计修改部分的说明。（3）电路原理图及程序清单。（4）功能与测试结果(仪器的使用及型号)。（5）系统使用说明。3 简易数字式频率计原理3.1 电子计数器测频原理4周 期 性 信 号 在 单 位 时 间 内 重 复 出 现 的 次 数 ， 称 为 电 流 /电 压 的 频 率 。频 率 计 又 称 为 频 率 计 数 器 ， 是 一 种 专 门 对 信 号 频 率 进 行 测 量 的 电 子 测 量仪 器 ， 不 论 频 率 计 技 术 指 标 如 何 定 义 ， 其 基 本 工 作 原 理 都 类 似 ， 频 率 测 量
5、原理 如 图 3。图 3 频 率 测 量 基 本 原 理 图若 在 一 定 的 时 间 间 隔 T 内 的 计 得 这 个 周 期 性 信 号 的 重 复 次 数 个 为 No 时 ，则 被 测 信 号 的 频 率 F 为 ：F = No/T式中：F 为频率，单位为 Hz。 No 为计数器计数值，计数器计数定时时间为T。一 般 的 数 字 式 频 率 计 主 要 由 四 个 部 分 构 成 ： 输 入 电 路 、 闸 门 电 路 ， 计数 显 示 电 路 和 控 制 电 路 ， 频 率 和 周 期 测 量 原 理 框 图 如 图 4。图 4 频 率 和 周 期 测 量 原 理 方 框 图在 一
6、 个 频 率 测 量 的 周 期 过 程 中 ， 被 测 频 率 信 号 在 输 入 电 路 中 经 过 放 大 、滤 波 和 整 形 、 形 成 特 定 的 被 测 脉 冲 ， 送 到 主 门 的 一 个 输 入 端 。 主 门 的 另 外 一个 输 入 端 为 时 基 电 路 产 生 电 路 产 生 的 闸 门 脉 冲 （ 定 时 计 数 信 号 ） 。 在 闸 门 脉冲 开 启 主 门 的 期 间 ， 特 定 的 被 测 脉 冲 才 能 通 过 主 门 ， 从 而 进 入 计 数 器 进 行 计数 ， 计 数 器 的 显 示 电 路 则 用 来 显 示 被 测 信 号 的 频 率 值 ，
7、 内 部 控 制 电 路 则 用 来完 成 各 种 测 量 功 能 之 间 的 切 换 并 实 现 测 量 设 置 。3.2 周期测量原理周期测量原理框图如图 4，脉冲宽度测量计算公式：5T =No*To 式中：T 为被测脉冲宽度，单位为 s，To 为时标，No 为计数器计数值。3.3 简易数字式频率计方框图简易数字式频率计方框图如图 5。译码显示被测信号计数器计数控制整形电路时基信号发生器清零电路计数定时电路图 5 简易数字式频率计方框图4 主要技术指标和要求4.1 主要技术指标频率计电路的输入信号为正弦信号：频率：1Hz 10KHz，幅度：峰-峰值 300mV。输入信号整形电路：（1）设计
8、一个电压放大器， 增益 510 倍可调。（2）设计一个电压比较器，参考端基准电压为 1.0V 左右。（3）设计一个中心频率为 200Hz1KHz 的有源带通滤波器，使计数器能够对频率通带内的信号进行正常计数，其余则不计数。计数器电路：（1）设计一个 2 位的十进计数器、译码驱动和显示电路。（2）要求频率计具有自动测频、自动清零、数据显示和数据保持功能。4.2 发挥部分（1）频率计电路要求具有较高的抗干扰性能（采用 TLP521 光耦隔离器） 。.（2）频率计具有 A、B 双通道自动测频、数据显示和数据保持功能。（3）频率计实现 A、B 通道号的显示。4.3 实物要求根据频率计测频原理，结合模电
9、和数电的基础理论知识，完成对简易数字式频率计方案和电路设计和仿真，并在面包板上完成连接、装配、调试和演示。64.4 实验仪器示波器：TDO2022A功率函数信号发生器： SP1631A三路稳压电源：MPS-3003L-3 万用表：UNI-T4.5 主要器件及典型电路形式（1）本次课程设计用器件介绍 ：74LS00 、74LS04、74LS20、74LS32 、74LS160 、74LS47、74LS123 、74LS74 、 74HCT573 、CD4020、LM339 、TLP521 、OP07、LM324 、七段 LED 数码管、发光二极管、开关二极管和三极管等。（2）典型数字电路形式：十
10、进计数器、译器显示及驱动电路 、逻辑控制电路、比较器、分频器、光电隔离器、时基信号发生器、单稳态信号发生器。（3）典型模拟电路形式：放大器 、跟随器、二阶有源带通滤波器。集成运放电路均采用5V 供电。4.6 电子线路课程设计报告内容与格式课程设计报告书写格式应符电子线路课程设计报告书写格式范例。课程设计报告应包括如下内容：1、前言、设计要求与技术指标的确定；2、方案选择、可行性论证和工作原理；3、单元电路设计、元件和参数选择4、仿真结果；5、原始设计修改部分的说明；6、功能与测试结果(仪器的使用及型号)；7、安装与调试中发现的问题、故障排除方法及改进措施；结论；参考资料；附录。附录中应包含的内
11、容：总电路图、单元电路图、元件布局图、输入/输出信7号接线图、主要集成电路管脚排列图、真值表和全部元器件清单。5 电子线路课程设计内容5.1 简易数字式频率计电路设计简易数字式频率计电原理图如图 6。图 6 简易频率计电原理图5.2 电路工作原理如图 6，本设计主要包括电压放大电路、有源带通滤波电路、整形电路、计数、译码驱动电路和逻辑控制电路等。（1）被测正弦波信号通过放大器放大，有源带通滤波器滤波，电压比较器整形后，如果被测信号频率落在滤波器通带内，频率计进行测频，否则频率计不测频。（2）由 LM555 产生周期约 2s 的时基信号，是频率计的主要工作时序，在该信号的一个周期的时间内，频率计
12、可以完成清零，计数、显示和计数结果保持，在下一周期时重复上述过程。简易频率计工作波形示意图如图 7。图 7 简易频率计工作波形示意图（3）用 LM555 时基信号发生器产生的周期信号的上升沿，触发由 74LS123 电路构成的单稳态发生器 1，产生对计数器清零的脉冲信号，使计数器在工作前归零，该脉冲信号的宽度一般约 1ms 左右，由该单稳态电路的 RC 参数值决定。（4）计数器清零后，需要一个定时脉冲信号控制计数器的计数，可用清零脉冲8信号的下降沿，触发另一个单稳电路 2，从而产生一个标准的 1s 定时计数脉冲。在该定时计数脉冲的持续时间内，计数器可以计数，频率计完成对输入被测信号的测频。定时
13、计数脉冲的宽度为 1s 左右，由单稳态电路 2 的 RC 参数值决定。（5）二级十进计数器电路由两个 74LS160 组成，译码驱动与显示电路由74LS47 和七段共阳数码管组成。6 各单元电路设计与安装6.1 放大器、有源带通滤波器和电压比较器设计（1）放大器设计该放大器可以把技术指标规定的输入信号放大到足够的电平，以驱动后面的电压比较器，放大器可采用 OP07 集成运放，如图 8 所示。图 8 由 OP07 构成的放大器电路（2）带通滤波器设计带通滤波电路的设计中心频率为 1KHz 左右，通带宽度 BW=100Hz 左右。巴特沃斯滤波器： 特点是带内带外最佳平稳，但低阶的过度带比较宽。切比
14、雪夫滤波器： 特点是过度带可以很窄，但带内带外幅频震荡比较严重。典型的有源带通滤波器电路如图 9。带通滤波器中心频率和带宽的调整：带通滤波器的中心频率和带宽主要是由滤波器中 RC 元件参数确定，通常可先选定电容器 C 值，再调节电阻阻值，一般可采用电位器调节。带通滤波器采用集成运放 OP07。9图 9 典型的有源带通滤波器电路图 9 有源带通滤波器电路图 9 典型的有源带通滤波器电路（3）比较器设计比较器电路如图 10，电压比较器的主要作用是把输入模拟信号转换成数字信号，使计数器可以对输入信号正确计数，电压比较器参考端的基准电压调整为 1.0V 左右，当输入端电压大于参考端电压时，该比较器电路
15、实现翻转，完成对输入信号的整形。电压比较器可采用 LM339，该芯片中含四个独立的比较器电路，由于其输出端为集电极开路，必须外接 4K7 上拉电阻才可正常工作。图 10 电压比较器电路6.2 时基电路设计 时基信号电路主要采用 NE555 集成电路，时基信号周期不小于 3 秒左右，555 时基信号电路及工作波形图如图 11。10图 11 555 时基信号产生电路及工作波形图6.3 计数器及译码驱动电路设计计数器、译码驱动和显示电路可分别采用 74LS160、74LS47 和 LED 七段共阳数码管。 74LS47 译码驱动的输出是低电平有效，由 74LS160 组成的十进计数器电路如图 12。
16、图 12 由 74LS160 组成的十进计数器电路6.4 计数器清零和计数定时信号发生器设计计数器清零和定时计数信号电路均采用 74LS123 单稳态电路构成，74LS123内部含两个独立的单稳态电路，图 13 为由 74LS123 单稳态电路构成的定时计数和计数器清零电路，在该电路中，通常是固定 Ct，调整电路中的 Rt 值，可以得到不同脉宽的输出信号。11图 13 由 74LS123 单稳态电路构成的定时计数和计数器清零电路6.5 部分发挥电路设计（1）光耦隔离器的应用在设计实现发挥部分的功能时，可以采用相对独立的电路来完成特定的功能。例如，采用光耦隔离器以提高该电路的抗干扰性能，电路如图
17、 14。图 14 采用光耦隔离器的抗干扰电路图（2）分频器的应用CD4020 是 14 位二进制串行分频器，CD4040 对在时钟输入端的信号可以实现 12 位二进制串行计数分频。图 15 二进制串行 14 位分频器 CD4020（3）双通道输入控制与通道号显示电路设计双通道输入控制电路可采用 555 时基电路，时基信号周期不小于 3 秒。通道号显示电路可采用 74HCT573 和七段数码管，两片 74HCT573 分别预置字符 1 和 2 ，由双通道输入控制电路分时选通。6.6 电路设计参考布局图电路设计完毕，在面包板上搭接电路之前，首先要考虑本设计信号的基本12走向和各元器件在面包板上的相
18、应位置，合理的元器件布局可以方便联线和电路调试，面包板上频率计电路的元器件布局设计参考如图 16。图 16 电路设计参考布局图7 电路调试与测试方法7.1 调试前注意事项在电路调试之前要注意以下事项：（1）检查芯片位置方向，检查芯片电源和地连线正确。（2）检查各芯片和器件的连接线是否正确。（3）检查 LED 数码管各个管脚连线是否正确。（4）放大器和滤波器电路采用5V 供电，数字电路电压为+5V。7.2 电路调试方法注意：为简化和方便整体电路的调试工作，可根据每一个单元电路的技术要求进行相对独立的调试，每部分电路工作正常后，再进行其它电路的调试工作。（1）放大器特性测试调整输入信号为频率为 1
19、KHz，幅度为峰-峰值 300mV：用示波器观察输入信号和放大器输出信号的波形，调整放大倍数为 10。（2）滤波器特性测试调整输入信号为频率为 10Hz10KHz，信号幅度为峰-峰值 300mV：用示波器观察输入信号和滤波器输出端信号的幅度差异，测出-3dB 带通滤波电路幅频特性曲线。（3）电压比较器性能测试电压比较器的信号输入端，保持输入信号频率为 1KHz，幅度为 1.5V，调整电压比较器的电平基准电压：13用示波器观察电压比较器输出端应出现具有 TTL 电平的 1KHz 脉冲信号。（4）计数器、译码驱动和显示电路调试计数器电路在不加输入信号的状态下，计数器、译码驱动和显示电路如接线正确，
20、数码管应该显示 00，否则检查连接或更换器件。（5）时基信号电路性能测试用示波器观察 NE555 电路输出端，电路正常时，应输出低频方波信号，占空比为 50%。一般电容取值 100uF，调节 R 值，可以得到理想波形。（6）计数器清零和定时计数信号电路性能测试计数器清零和定时计数信号发生器均采用单稳态电路构成，74LS123 内部含两个独立的单稳态电路，可以分别产生计数器清零脉冲和定时计数信号。采用 NE555 电路的时基信号上升沿，作为清零信号电路的输入触发信号，清零信号的宽度由 R1、C1 值确定，一般调节为 1mS 左右。清零信号加到计数器的清零端。用清零信号的下降沿，作为定时计数信号电
21、路的输入触发信号，定时计数信号的宽度由 R2、C2 值确定，一般调节为 1S 左右，用示波器观察 74LS123 单稳电路的输入和输出端，应有周期变化的脉冲波形。定时计数信号应加到计数器的计数控制端。8 课程设计日程与教室安排8.1 设计阶段9.13 上午 8：00 10：00 上课 地点：教 B-103 室。 下午资料收集、文献综述、方案论证。 答疑地点：实 B206 室。8.2 实验仿真阶段9.14 （电气一班）全天实验仿真 地点：实 B204、205 室。9.15 （电气二班）全天实验仿真 地点：实 B204、205 室。9.15 8：00 10：00（电气一班）交课程设计的电路初步设计
22、方案及相关资料，符合设计要求者，可领取课程设计用元器件及工具。9.16 8：00 10：00（电气一班）交课程设计的电路初步设计方案及相关资料，符合设计要求者，可领取课程设计用元器件及工具。注：递交初步设计报告地点：实 B311 和实 B 206 室。元器件及工具领取地点：实 B212 室。148.3 安装调试阶段9.16 9.17 电路设计和安装。 地点：实 A105 室和实 B206 室9.18 9.20 电路调试和验收。 地点：实 A105 室和实 B206 室9.23 上午 每个同学递交电子线路课程设计打印稿。地点：实 B311 室。8.4 实验室开放时间上午 8：0012：00 ，下
23、午 13：0017：00（实 A105 室和实 B206 室）晚上 18：30：0020：30 （实 B 206 室） 9 考核与评分标准电子线路课程设计要求一人一组、独立完成，在学生设计过程中鼓励自主设计，积极创新。学生的课程设计成绩主要从出勤情况、设计论证、设计仿真、实物验收、回答问题、设计报告等方面评定：1. 出勤情况：考查学生能否服从指导教师安排，是否无故缺勤，有无迟到早退现象等； 2. 设计论证：考查学生对设计方案的论证、相关知识的理解情况，考查学生是否具有独立分析、解决问题的能力，在规定时间内能否完成基本部分电路，以及提高部分电路的完成情况；3. 设计仿真：考查学生基本的实验仿真能
24、力和熟练程度等； 4. 实物验收：考查学生对整体设计项目的掌握和实施情况及电路验证准确程度：5. 设计报告：考查学生是否认真撰写设计报告，报告内容是否客观实际，论文格式是否符合科技论文要求； 6.由指导教师根据以上5个方面给出每个学生的的成绩，其中出勤情况(10%)、设计论证（10%)、设计仿真(10%)、实物验收(50%)、论设计报告(20%)。学生成绩分为优秀、良好、中、及格、不及格。优秀：无缺课、迟到、早退，学习态度端正；设计方案正确、相关理论知识准备充分；实验操作熟练；独立完成全部设计项目、圆满完成设计的基本部分和提高部分，并有创新之处；能够正确回答指导教师的问题；论文报告书写15规范
25、、内容完成并符合客观实际，质量优秀；对整体设计项目的理解和掌握程度好。良好：无缺课、迟到、早退，学习态度端正；设计方案正确、相关理论知识准备充分；实验操作熟练；独立完成全部设计项目、圆满完成设计的基本部分和提高部分；能够正确回答指导教师的问题；论文报告书写规范、内容完成并符合客观实际，质量优秀；对整体设计项目的理解和掌握程度良好。中：无缺课、迟到、早退，学习态度端正；设计方案正确、相关理论知识准备较充分；实验操作较较熟练；独立完成全部设计项目、较好地完成设计的基本部分；能够正确回答指导教师的问题；论文报告书写规范、内容完成并符合客观实际，质量良好；对整体设计项目的理解和掌握程度较好。及格：无缺
26、课、迟到、早退，学习态度端正；设计方案基本正确、相关理论知识准备较充分；实验操作熟练程度一般；能在老师和同学的协助下完成设计项目的基本部分；能够较正确回答指导教师的问题；论文报告书写规范、内容完成并符合客观实际，质量一般；对整体设计项目的理解和掌握程度一般。有以下情况之一者为不及格：无故缺课学时超过总课时三分之一及以上，学习态度不端正；无设计论证方案，相关理论知识准备不足；未完成设计项目的基本部分；论文报告书写不规范、错误明显；抄拷他人实验程序或论文报告。10 参考资料1 谢自美. 电子线路综合设计. 武汉: 华中科技大学出版社. 20062 郭勇. 余小平. 电子系统综合设计. 北京: 北京
27、大学出版社. 20073 蒋立平. 数字逻辑电路与系统设计. 北京: 北京电子工业出版社. 20084 高吉祥. 电子技术基础实验与课程设计. (2 版). 北京: 电子工业出版社. 20055 杨刚. 电子系统与实践. 北京: 电子工业出版社. 20036 谢自美. 电子线路设计.实验测试（第二版） 武汉：华中科技大学出版社. 20007 胡宴如. 耿苏燕. 模拟电子技术基础北京：高等教育出版社. 20038 杨吉祥 詹宏英 电子测量技术基础南京：东南大学出版社. 199916总体设计参考电路图 1总体设计参考电路图 217课程设计指导老师：张永请 13912967156 电气一班：朱 丹
28、13951774143 王彬彬 13951036829 李盛辉 13770835165电气二班：曾志鹏 13951008372 王丽君 15005192976 王 艳 13770530201电子线路课程设计报告姓名： 楷体_GB2312 小三 加粗 居中 18学号： 楷体_GB2312 小三 加粗 居中专业： 楷体_GB2312 小三 加粗 居中日期： 楷体_GB2312 小三 加粗 居中南京理工大学紫金学院电光系2010-9-151 引言（或绪论） （可作为正文第 1 章标题，用小 3 号黑体，加粗，并留出上下间距为：段前 0.5 行，段后 0.5 行）（小 4 号宋体，1.5 倍行距）11
29、 （作为正文 2 级标题，用 4 号黑体，加粗）（小 4 号宋体）请留出一个汉字的空间，下同191.1.1 （作为正文 3 级标题，用小 4 号黑体，不加粗）（小 4 号宋体）2 （作为正文第 2 章标题，用小 3 号黑体，加粗，并留出上下间距为：段前 0.5 行，段后 0.5 行）（小 4 号宋体）注：1正文中表格与插图的字体一律用 5 号宋体；2正文各页的格式请以此页为标准复制，页眉中的页码用阿拉伯数字表示（本文档的页码已设置成自动格式） ；3为保证打印效果，学生在打印前，请将全文字体的颜色统一设置成黑色。20（空 2 行）结 论（小 3 号黑体，居中）（小 4 号宋体，1.5 倍行距）（
30、空 2 行）参 考 文 献（小 3 号黑体，居中）1 （小 4 号宋体，行距 18 磅）2 3 例如：1 刘谋佶 , 吕志咏, 丘成昊, 等. 边条翼与旋涡分离流M. 北京: 北京航空学院出版社, 1988. 24-27. 2 傅惠民. 二项分布参数整体推断方法J. 航空学报，2000，21（2）：155-158. 3 朱刚. 新型流体有限元法及叶轮机械正反混合问题D. 北京：清华大学，1996. 4 辛希孟. 信息技术与信息服务国际研讨会论文集：A 集C. 北京：中国社会科学出版社，1994. 5 陈永康，李素循，李玉林. 高超声速流绕双椭球的实验研究A. 见：北京空气动力研究所编. 第九届高超声速气动力会议论文集 C. 北京：北京空气动力研究所，1997：9-14. 6 孔祥福. FD-09 风洞带地面板条件下的流场校测报告R. 北京空气动力研究所技术报告 BG7-270，北京：北京空气动力研究所， 1989.7 黎志华，黎志军. 反馈声抵消器P. 中国专利：ZL85100748，19860924. 21关于页眉：电子线路课程设计（宋体小二加粗）第 1 页 共 3 页 （中文宋体 5 号 数字 Times New Roman 5 号）22
