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1、电子技术课程设计,一. 意义、要求,综合运用数字电子技术课程所学知识，设计、安装、调试具体的电子线路，写出设计报告。初步了解工程设计实践的一般过程、步骤，初步掌握工程设计一般技能。,二. 考核形式,考查形式，根据设计过程中各方面情况评定成绩：优、良、中、及格、不及格。,三. 安排,1.设计（设计方案，画系统图、连线图） 2.组装、调试 3.总结报告,四. 方案介绍,简易公用电话计时器,1、 设计任务和基本要求,设计任务：用中、小规模集成电路设计一个公用电话计时系统, 每3分钟计时一次。, 显示通话次数，最多为99次。, 每次定时误差小于1秒。, 具有手动复位功能。, 具有声响提醒功能。,基本要
2、求：,2、设计方案,电路组成:标准信号源、分频器、3分钟定时器、计数译码显示、声响提醒电路。,工作原理:当按下复位按键时，复位电路保证3分钟电路及计数器同时清零，此时显示通话次数为零。当松开复位按键时，计时开始，此时由标准信号发生器产生的 f0=32768Hz信号经过十二级分频得到f0=8Hz的脉冲输入3分钟定时器。3分钟定时器的功能是每3分钟输出一个脉冲，该脉冲被送到计数译码显示电路，便可显示出通话次数；同时该脉冲被送到声响提醒电路，可控制声响时间及声调，实现声响提醒功能。,原理框图,3、 电路设计,3.1标准信号源,产生脉冲信号的电路非常多，例如由集成门电路构成的多谐振荡器、由555定时器
3、组成的方波发生器等。由于该标准信号源要求频率稳定性及输出信号精度比较高，故采用由CD4011 （CMOS）与非门电路及晶体元件组成的多谐振荡器，晶振的标称频率为32768Hz。,电路中的电阻R是保证G1非门工作在线性状态，电容C抑制高次谐波，以保证输出频率稳定。G3门是为了改善输出波形质量，增加带负载能力而加入的缓冲级。,3.2分频器,由于f0=32768Hz频率较高，为了得到低频信号且又能满足定时要求的脉冲，可采用二进制计数器对 f0进行分频。n位二进制计数器的最高位输出信号的频率 fn与计数脉冲频率 fcp的关系为：,标准信号源和分频器,选择12位异步二进制计数器CD4040，即fCP=f
4、0，则CD4040计数器最高位输出频率为 :,CD4040计数器的功能表：,CD4040,8,9,16,Q11,Q5,Q4,Q6,Q3,Q2,Q1,GND,Q0,CP,Rd,Q8,Q7,Q9,Q10,Vcc,3.33分钟定时器,该电路是本系统的关键，n位二进制加计数器的输出状态与计数脉冲的个数关系为：,因为输入脉冲的周期 ,定时为3分钟=180秒所需输入脉冲的个数N为：,又因为（N）D=（1440）D=（0101 1010 0000）B ，即要求计数器的模等于1440，利用反馈清零法，可设计出该电路 .,当CD4040累计到1440个脉冲时，G1输出为1，G2输出为0，G3被置为1。一旦CD4
5、040的Cr端为高电平，其输出立即被清零，由于G2、G3组成的触发器具有记忆功能，故G3输出不变。当f0上升沿到来时，G3输出为0，CD4040的清零信号解除。可见G3输出的信号fT是周期为3分钟，输出高电平为1/16秒的窄脉冲。二极管D1的作用见复位电路。,3.4.1.计数电路由二位十进制计数器完成，可采用中规模集成计数器CD4029组成。,CD4029二/十、加/减、可预置的CMOS计数器,3.4通话次数计数显示电路,0 0 0 0,1 0 0 0,0 1 0 0,1 1 0 0,0 0 1 0,1 0 1 0,0 1 1 0,1 1 1 0,0 0 0 1,1 0 0 1,0 0 0 0
6、,CD4029时序图（十进制加法）,3.4.2.译码显示电路,译码将计数器的8421码转变为显示控制信号。 显示显示计时情况。,LED共阳显示器,接R是限流电阻，当74LS47输出为低电平时，流入其输出端电流要小于74LS47的最大允许灌电流。若R过小，流入74LS47的灌电流增大；若R过大，则LED数码管太暗。一般R选择200欧500欧（在5V电源下）。,3.5复位电路,根据设计要求，在每次通话之前一定要清零。当复位按键按下时，3分钟定时电路和通话次数计数电路均被清零。,当S（复位开关）按下时，+5V电源同时加到3分钟定时器的清零端和通话计数器的置数端，使其强迫清零。,但由于二极管D1 的存
7、在，+5V电源加不到门电路CD4001的输出端，避免了CD4001的损坏。,另外，由于D2的作用，使得3分钟定时脉冲仅能加到3分钟定时器的清零端和通话次数计数器的计数脉冲输入端，而传送不到通话次数计数器的置数端上来，从而实现了正常的计数。,3.6声响提醒电路,该电路的主要功能是每到一个3分钟时间，提醒通话者一下，提醒时间为5秒钟。,此功能可用单稳态触发器加多谐振荡器完成。利用555定时器组成的电路如图所示。,根据定时时间的要求，可确定电阻R1、电容C1的值。,T0=5 秒 ， 取C1=10uF ，可得R1=4.7KW。取振荡频率f=500Hz，R2=200W，C2=0.1uF。,4、事先设计,
8、1. 画出电路的系统图（将图5.6.2、5.6.3、5.6.4、 5.6.5、综合画在一张图中）。,2. 画出电路中各个组成部分的连线图（每组一份）,5、组装、调试方法,1.组装：,原材料：数字集成器件、电阻、电容、晶体、 按键（导线代替）；若干导线、面包板。,总体布局： 公共的电源线（红线）、地线（黑线）（全部连通）。 TTL与CMOS集成电路均采用+5V电源电压供电。 布局合理：,工艺： 整齐、美观、简洁、可靠。,导线尽量短，平直。,红色（第一位数字）,紫色（第二位数字）,橙色（乘数）,金色（允许误差）,固定式电阻色标法,标称值27KW，允许偏差5 ,见P226,6、调试, 分块调试: 振
9、荡 分频 计数、译码、显示 复位, 调试手段： 从LED显示器查看结果，万用表测试状态，示波器观察波形。,常见故障： 接线错误，接触不良，元件损坏。,查找方法： 观察法：检查接线，发现错误。 测试法：万用表电阻档测试两点之间是否接通；直流电压档 测试电源电压是否加上，输出电平是否正确。 示波器测试各点波形是否正确。 替换法：同种元器件相互替换，以证明是否损坏。,2 调试要点,标准信号源调试 利用示波器观察振荡器输出波形是否正确。然后用示波器观察分频器CD4040的Q11端输出，检验是否有8Hz信号输出。,3分钟信号测量 3分钟定时信号脉冲输出高电平时间极短，故利用示波器测量时，可把示波器扫描速
10、度开关打在“扫描停止”档，观察光点的变化,计数显示电路调试 首先外加入1Hz左右的脉冲信号，观察计数器、译码、显示电路是否正常工作。,声响提醒电路调试 首先调试多谐振荡器，将第二片555定时器的4脚接高电平，用示波器观察输出波形。然后将3分钟定时脉冲输出到第一片555定时器组成的单稳态触发器中，同时将第二片555的4脚接到单稳态触发器的输出端，用示波器观察输出波形的变化或用扬声器监听。,7、注意问题,1).安全：,人身安全，仪器安全，元件安全。 避免以下几种情况：电源接反或过大，带电操作，管脚断裂（插、拔方法不得当）。集成元件输出端直接接地、接电源、相并。,2).妥善保管元件、工具。,元件每组一套（清单见后） 工具每组一套（清单见后）,元件损坏，经确认后可以以旧换新（张老师）。 工具丢失，赔偿原物。 仪器定位，不能带出实验室。,3).独立完成,每组同学需分工合作，同心协力，独立完成任务。教师只给以方法指导。完成后请及时通报，由教师验收通过。 周四上午之前完成，验收。上交器件和工具。,4).地点、时间,地点：模拟、数字电子技术实验室，相对固定。,时间：周二周五,8、报告格式,1).题目 班级 姓名 合作者 2).设计要求 3).方案简介(包括原理框图、各部分系统图、整体系统图) 4).有关元件资料 5).故障分析；收获、体会。,
