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1、湖南文理学院芙蓉学院课程设计报告课程名称：电子设计制作与工艺实习 专业班级：自动化01班学号（7 位）学生姓名：指导教师：完成时间：2013 年 6 月 21 日报告成绩：评阅意见：电评阅教师压日期频率转绪论随着电子技术和计算机技术的迅速进步，工业自动化得到了快速发展 而在工业控制领域，检测传感器件起着越来越重要的作用，各种先进的传 感器正在大量应用。但是很多传感器只提供420mA或者05V的直流模 拟信号输出，而我国煤矿使用的煤矿安全监测系统大部分只允许接入1 5mA或者2001000Hz的模拟信号，所以在一般工业现场使用的传感器要 实现在煤矿的应用，除了考虑防爆因素外，还必须进行输出模拟信
2、号的转 换。这种输出信号的转换如果购买专用的转换设备，不仅价格高，使用也 不是很方便。实际上自己设计制作一些转换电路也可以方便的实现所需性IntroductionAs the electr onic tech no logy and the rapid progress of computer tech no logy, industrial automation has been rapid development, and in the field of industrial control, detection sensor plays a more and more important
3、 role, a variety of advanced sensors are a large number of applications. But many sensors provide only 4 20 ma, or 0 5 v dc analog signal output, and the use of coal mine safety monitoring system in coal mines most only allow access of 1 5 ma or analog signals from 200 1000 hz, so in general industr
4、ial field use sensors to realize the application in coal mine, in addition to consider explosion-proof factor, also has to be output analog signal conversion. The output signal conversion if buy dedicated conversion equipment, not only the price is high, the use is not very convenient. Design some c
5、onversion circuit can also be convenient to yourself actually required for the implementation of theperformance.第一章. 题第二章. 引2第三章. 系统设计原理内容及要求 3设计目的3设计要求3系统设计原理及内容3设计思想3电压/频率转换器原理框图4各模块方案设计51. 积分器的设计方案52比较器的设计方案73. 单稳态触发器设计方案84. 低通滤波器设计方案10模块的整合 11第四章 . 元件清单13第五章. 心得体会14第六章 参考文献15第一章 题目 电压/频率转换电路的设计第
6、二章 引言本实验是对信号的产生、处理及变换功能电路的设计，在实际生产和操作 中有这广泛的应用。本设计是在大二学生学习完电路、电子线路(线性部 分)信号与系统等专业课程之后进行的，具有可操作性和应用性，学生能 够独立完成。电路信号的转换已经在电子领域中广泛应用，如：采样/保持(S/H)电路、电压比较电路、V/f (电压/频率)转换器、f/V (频率/电压)转 换器、V/I (电压/电流)转换器、I/V (电流/电压)转换器、A/D (模/数)转换 器、D/A(数/模)转换器等。可以从本实验中学习到更多的电路设计的方法，激 发学生的设计兴趣和激情，为以后的学习和工作打下良好大的基础。 第三章 系统
7、设计原理内容及要求设计目的(1) 、熟悉和应用比较器的构成及设计方法，尤其是迟滞比较器的应用。(2) 、熟悉和应用积分器的构成和设计方法，了解电容在其中的工作原理。(3) 、熟悉和简单应用二极管作电子开关的构成和设计方法。(4) 、熟悉迟滞比较器与积分器之间的波形转换。(5) 、熟悉掌握运用 multisim 画图、调试和仿真。设计要求(1) 、设计一个将直流电压转换成给定频率的矩形波，包括：积分器；电压 比较器。(2) 、输入为直流电压010V(3) 、输出为 f=0500Hz 的矩形波。系统设计原理及内容设计思想电压/频率转换器的输出信号f0与输入电压V的大小成正比，输入控制电压 为直流电
8、压。利用输入电压的大小改变电容的充电速度，从而改变振荡电路的震荡频率， 故可以采用积分器作为输入电路。积分器的输入信号去控制电压比较器，从电 压比较器 6 号引脚输出为矩形脉冲信号，从积分器的 6 号引脚输出为三角波信 号，两者频率相同。将输出信号的电平通过回路，反馈到积分器，控制积分电 容放电，同时运用二极管的单向导电性，做成电子开关，当积分器的电容放电 到一点数值时，开关二极管作用，电源给电容充电。这样就构成了一个电容反 复充电、放电的过程，电路震荡产生波形，并且输入电压的大小决定了电容的 充放电的速度，从而进行输出波形频率的改变，达到设计目的。电压/频率转换器原理框图如下，图图各模块方案
9、设计1. 积分器的设计方案基本设计方案如下方截图3图积分电路是实现波形变换、滤波等信号处理功能的基本电路，它可以将周 期性的方波电压变换为三角波电压。当 T 导通时，积分电路的等效电路如下图所示，集成运放 A 同相输出端的 电位为图反相输入端电位u = u。积分电路的输出电压为N 1 P1当T截止时，积分电路的等效电路如下图所示，Upl、Uni不变，仍为U/3。积分电路的输出电压为图2. 比较器的设计方案电压比较器基本设计方案如下方图图 比较器的输出电压通过反馈网络加到同相输入端，形成正反馈，待比电压 Vl 较加在反相输入端。比较器虽然有闭合环路，但由于该环路引入的是正反 馈，电路增益更高，运
10、放依然属于开环工作。在实际运用中，利用迟滞特性可 以有效地克服噪声和干扰的影响。例如，在过零检测器中，若是如正弦电压上 叠加噪声和干扰，则由于零值附近多次过零，输出就会出现错误阶跃。采用迟 滞比较器，只要噪声和干扰的大小在迟滞宽度内，就不会引起错误的阶跃。A2构成的是反相输入的滞回比较器，其输出电压Uo决定于由R7和稳压 管Dz组成的限幅电路，输出高电平U =+U = 6V，输出低电平OH 2RU =-U =-6V，阈值电压U 为土U =5 U，当Rw的滑动OL2THTHR + R + RZ56W端在最左端时， U = 3V ；当滑动端在左右端时， U = 2.4V。THTH过零比较器，如下图
11、图过零比较器的工作原理是将输入信号与0V地电压进比较来判定输出是高 电平还是低电平，例如反相输入端输入的过零比较器在输入正弦信号时，在正 弦波的正半周时输出为低电平，而在正弦波的负半周时输出为高电平。这样就 把正弦波变成矩形波了，当然它还可以将三角波等波形变换为矩形波。3. 单稳态触发器基本设计方案如下方图图1. 单稳态触发器只有一个稳定状态，一个暂稳态。2. 在外加脉冲的作用下，单稳态触发器可以从一个稳定状态翻转到一 个暂稳态。3. 由于电路中 RC 延时环节的作用，该暂态维持一段时间又回到原来 的稳态，暂稳态维持的时间取决于 RC 的参数值。4. 低通滤波器基本设计方案如下方图图 对于不同
12、滤波器而言，每个频率的信号的减弱程度不同。当使用在音频应 用时，它有时被称为高频剪切滤波器, 或高音消除滤波器。低通滤波器概念有 许多不同的形式，其中包括电子线路(如音频设备中使用的 hiss 滤波器、平滑 数据的数字算法、音障(acoustic barriers)、图像模糊处理等等，这两个工具都 通过剔除短期波动、保留长期发展趋势提供了信号的平滑形式。低通滤波器在 信号处理中的作用等同于其它领域如金融领域中移动平均数(moving average)所 起的作用；低通滤波器有很多种，其中，最通用的就是巴特沃斯滤波器和切比 雪夫滤波器。模块的整合电压/频率 如下图所示为电压/频率转换电路。功能是
13、将直流电压转换成频率与其幅 值成正比的矩形波，即用输出矩形波的频来表示输入直流电压的大小，故电路 完成了模拟量到数字量的转换。由于输出电压频率收到输入直流电压的控制， 故也称之为压控振荡器。图频率/电压图第四章. 元件清单元件序号型号主要参数数量备注Rl、 R2、 R4、R710K4元Ul、U2UA7412元C2、 C6、 C71UF3元R5、 R3、 R81K3元R62K1元D11N40077元D4、D56. 2V2元Tr15V19元T1LM78121元T2LM79121元D2、D32元Cl、C33300uF2元C4、C52元C8、C9220uF2元第五章. 心得体会通过这次的课程设计，加强
14、了我的动手能力，提高了我的运用知识解决问 题的能力。在本次课程设计中我做的题目是：电压/频率转换电路的设计。在整 个方案设计中，我运用了模拟电子的相关知识，包括：积分器、迟滞比较器等 模块电路。在选择元件方面，我使用了两个 NJM 系列的集成芯片、稳压管以及 具有单向导通性的晶体二极管，从中我学到了挑选元件的方法和元件的合理构 架等书本上没有的知识。纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。没有知识是从天而降的，没有获得不 需要付出。是的，我这学期学习了电子线路（线性部分）的知识，但是知识 繁多，在课堂上不能一一弄懂、弄精，这一次的课程设计给了我机会，让我更 加深刻的对模电知识有了深刻的学习和认识。在我
15、拿到题目时，当时我觉得这 题目很简单，没有什么大不了的，不就是一个电压/频率的转换器带电路嘛，还 能难住我？但在这两个星期的设计过程中，我面红耳赤，惭愧的无地自容，刚 开始我连积分器如何使用，如何与比较器进行耦合构成压控振荡器的这样的知 识都不了解！再后来我静下心来决定好好的学习学习，亡羊补牢，为时不晚啊。我去了 图书馆进行资料的查阅，整整一天什么事都没有做就在图书馆四楼理工阅览室 查阅资料。随着我研究、思考的深入，对不明白的原理和方法渐渐的弄清楚之 后，我开始了电路图的设计，心理不免有点小小的成就感。可在设计的过程中 有出现了新的问题：能够设计出无源的方波振荡器，可就是如何加入电源，使 之成为一个压控振荡器呢！我又一次的进入了迷茫之中
