数字电子技术课程设计讲稿.ppt

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1、课程目的：课程目的：(1)综合运用电子技术课程中所学到的理论知综合运用电子技术课程中所学到的理论知识识去独立完成一个设计课题，通过查阅手册和去独立完成一个设计课题，通过查阅手册和文文献资料，培养学生独立分析和解决实际问题献资料，培养学生独立分析和解决实际问题的的能力。能力。(2)进一步熟悉常用电子器件的类型和特性，进一步熟悉常用电子器件的类型和特性，并掌握合理选用的原则。并掌握合理选用的原则。(3)熟练使用熟练使用Multisim软件对单元电路及总电软件对单元电路及总电路路进行仿真。进行仿真。课程目的：课程目的：(4)准确而迅速地进行参数计算及主要单元电路准确而迅速地进行参数计算及主要单元电路

2、的设计和元件的选择。的设计和元件的选择。(5)学会撰写课程设计总结报告，用精练的语言、学会撰写课程设计总结报告，用精练的语言、简洁的文字、清晰的图表来表达自己的设计思简洁的文字、清晰的图表来表达自己的设计思想和计算结果。想和计算结果。(6)培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。课程设计要求：课程设计要求：1.根据课题设计切实可行的电路、撰写说明书根据课题设计切实可行的电路、撰写说明书2.18周周一开始至周日及周周一开始至周日及19周周三结束周周三结束3.19周周三下午交课程设计材料周周三下午交课程设计材料(设计报告、图设计报告、图纸纸)4.注重结果同时

3、更注重过程注重结果同时更注重过程5.在老师的指导下，学生独立完成，相同课题在老师的指导下，学生独立完成，相同课题不能相互抄袭不能相互抄袭一般设计方法与步骤：一般设计方法与步骤：总体方案的设计与选择总体方案的设计与选择单元电路的设计与选择单元电路的设计与选择电路参数的计算电路参数的计算电路元器件的选择电路元器件的选择单元电路间的连接方法单元电路间的连接方法绘制绘制Multisim总体电路总体电路图及仿真波形图图及仿真波形图 可以采用数电、模电或可以采用数电、模电或单片机实现单片机实现同一个功能框可以采用同一个功能框可以采用不同的单元电路实现不同的单元电路实现原理框图原理框图可用集成器件，成本低可

4、用集成器件，成本低且易于实现。且易于实现。从实际情况出发，适当从实际情况出发，适当考虑裕量及最不利情况考虑裕量及最不利情况TTL和和CMOS集成电路集成电路相互驱动时，考虑电平相互驱动时，考虑电平转换。转换。说明书的主要内容：说明书的主要内容：二、正文二、正文1、课题名称；、课题名称；2、设计任务和要求；、设计任务和要求；3、方案选择与论证；、方案选择与论证；4、方案的原理框图，单元电路的设计与说明，元器件、方案的原理框图，单元电路的设计与说明，元器件的选择和电路参数计算的说明，总体电路图的选择和电路参数计算的说明，总体电路图；5、收获体会、存在问题和进一步的改进意见。、收获体会、存在问题和进

5、一步的改进意见。6、参考文献、参考文献 一、封面和目录一、封面和目录三、附件三、附件Multisim总体电路图、子电路图及仿真波形图总体电路图、子电路图及仿真波形图1、目录和正文统一用手写（目录和正文统一用手写（16K稿纸稿纸,24张），封张），封面打印，订书机装订；面打印，订书机装订；2、Multisim总体电路图用三号图纸打印完成，子电总体电路图用三号图纸打印完成，子电路图及仿真波形图可用路图及仿真波形图可用A4打印完成；打印完成；3、材料袋装袋（课题名称、姓名、学号；左上角）材料袋装袋（课题名称、姓名、学号；左上角）说明书的主要格式：说明书的主要格式：参考书目：参考书目：1.彭介华彭介华

6、.电子技术课程设计指导电子技术课程设计指导.北京：高等教育出北京：高等教育出版社，版社，2006.2.王冠华王冠华.Multisim10电路设计及应用电路设计及应用.北京：国防工北京：国防工业出版社，业出版社，2008.3.康华光康华光.电子技术基础电子技术基础.北京：高等教育出版社，北京：高等教育出版社，2006.4.阎石阎石.数字电子技术基础数字电子技术基础.北京：高等教育出版社，北京：高等教育出版社，2006.脉搏计的设计（脉搏计的设计（P114）一、任务和要求一、任务和要求要求实现在要求实现在15s内测量内测量lmin的脉博数，并且显示的脉博数，并且显示其数字。正常人脉搏数为其数字。正

7、常人脉搏数为6080次次min，婴儿，婴儿为为90100次次min，老人为，老人为100150次次min。基本功能是：基本功能是：用传感器将脉搏的跳动转换为电压信号，用传感器将脉搏的跳动转换为电压信号，并加以放大整形和滤波。并加以放大整形和滤波。在短时间内在短时间内(15s内内)测出每分钟的脉搏数。测出每分钟的脉搏数。方案一：方案一：1、总体方案设计、总体方案设计二、总体方案的设计与选择二、总体方案的设计与选择1)传感器：将脉搏跳动信号转换为与此相对应的电脉冲信号。传感器：将脉搏跳动信号转换为与此相对应的电脉冲信号。2)放大与整形：电路将传感器的微弱信号放大，整形除去杂散信号。放大与整形：电路

8、将传感器的微弱信号放大，整形除去杂散信号。3)倍频器：将整形后所得到的脉冲信号的频率提高。如将倍频器：将整形后所得到的脉冲信号的频率提高。如将15s内传感器所内传感器所获得的信号频率获得的信号频率4倍频，即可得到对应一分钟的脉冲数，从而缩短测量时倍频，即可得到对应一分钟的脉冲数，从而缩短测量时间。间。4)基准时间产生电路：产生短时间的控制信号，以控制测量时间。基准时间产生电路：产生短时间的控制信号，以控制测量时间。5)控制电路：用以保证在基准时间控制下，使控制电路：用以保证在基准时间控制下，使4倍频后的脉冲信号送到计倍频后的脉冲信号送到计数、显示电路中。数、显示电路中。6)计数、译码、显示电路

9、：用来读出脉搏数，并以十进制数的形式由数计数、译码、显示电路：用来读出脉搏数，并以十进制数的形式由数码管显示出来。码管显示出来。7)电源电路：按电路要求提供符合要求的直流电源。电源电路：按电路要求提供符合要求的直流电源。图图1-1 1-1 脉搏计方案脉搏计方案I I上述测量过程中，由于对脉冲进行了上述测量过程中，由于对脉冲进行了4倍频，计数时间也相应地倍频，计数时间也相应地缩短了缩短了4倍倍(15s)，而数码管显示的数字却是，而数码管显示的数字却是lmin的脉搏跳动次数。的脉搏跳动次数。用这种方案测量的误差为用这种方案测量的误差为4次次min，测量时间越短，误差也，测量时间越短，误差也就越大。

10、就越大。方案二：方案二：该方案是首先测出脉搏跳动该方案是首先测出脉搏跳动5次所需的时间，然后再换算为每次所需的时间，然后再换算为每分钟脉搏跳动的次数，这种测量方法的误差小，可达分钟脉搏跳动的次数，这种测量方法的误差小，可达1次次min。此方案的传感器、放大与整形、计数、译码、显示电路。此方案的传感器、放大与整形、计数、译码、显示电路等部分与方案等部分与方案I完全相同，现将其余部分的功能叙述如下：完全相同，现将其余部分的功能叙述如下：图图1-2 1-2 脉搏计方案脉搏计方案1)六进制计数器：用来检测六个脉搏信号，产生五个脉冲周六进制计数器：用来检测六个脉搏信号，产生五个脉冲周期的门控信号。期的门

11、控信号。2)基准脉冲基准脉冲(时间时间)发生器：产生周期为发生器：产生周期为0.1s的基准脉冲信号。的基准脉冲信号。3)门控电路：控制基准脉冲信号进入门控电路：控制基准脉冲信号进入8位二进制计数器。位二进制计数器。4)8位二进制计数器：对通过门控电路的基准脉冲进行计数，位二进制计数器：对通过门控电路的基准脉冲进行计数，例如例如5个脉搏周期为个脉搏周期为5s，即门打开，即门打开5s的时间，让的时间，让0.1s周期的基周期的基准脉冲信号进入准脉冲信号进入8位二进制计数器，显然计数值为位二进制计数器，显然计数值为50，反之，反之，由它可相应求出由它可相应求出5个脉冲周期的时间。个脉冲周期的时间。5)

12、定脉冲数产生电路：产生定脉冲数信号，如定脉冲数产生电路：产生定脉冲数信号，如3000个脉冲送个脉冲送入可预置入可预置8位计数器输入端。位计数器输入端。6)可预置可预置8位计数器：以位计数器：以8位二进制计数器输出值（如位二进制计数器输出值（如50）作）作为预置数，对为预置数，对3000个脉冲进行分频，所得的脉冲数（如得到个脉冲进行分频，所得的脉冲数（如得到60个脉冲信号），即心率，从而完成计数值换成每分钟的脉个脉冲信号），即心率，从而完成计数值换成每分钟的脉搏次数。现在所得的结果即为每分钟的脉搏数。搏次数。现在所得的结果即为每分钟的脉搏数。方案方案I结构简单，易于实现，但测量精度偏低；方案结构

13、简单，易于实现，但测量精度偏低；方案电路结构复杂，成本高，测量精度较高。根据设计要电路结构复杂，成本高，测量精度较高。根据设计要求，精度为求，精度为4次次min，在满足设计要求的前提下，在满足设计要求的前提下，应尽量简化电路，降低成本，故选择方案应尽量简化电路，降低成本，故选择方案I。2、方案比较与选择、方案比较与选择（1）选择电路：所选放大整形电路框图如图）选择电路：所选放大整形电路框图如图1-3所示所示三、单元电路的设计与选择三、单元电路的设计与选择1、放大与整形电路、放大与整形电路 此部分电路的功能是由传感器将脉搏信号转换为电信号，一般为此部分电路的功能是由传感器将脉搏信号转换为电信号，

14、一般为几十毫伏，必须加以放大，以达到整形电路所需的电压，一般为几十毫伏，必须加以放大，以达到整形电路所需的电压，一般为几伏。放大后的信号波形是不规则的脉冲信号，因此必须加以滤几伏。放大后的信号波形是不规则的脉冲信号，因此必须加以滤波整形，整形电路的输出电压应满足计数器的要求。波整形，整形电路的输出电压应满足计数器的要求。1）传感器：传感器采用了红外光电转换器，作用是通过红外光）传感器：传感器采用了红外光电转换器，作用是通过红外光照射人的手指的血脉流动情况，把脉搏跳动转换为电信号，其照射人的手指的血脉流动情况，把脉搏跳动转换为电信号，其原理电路如图原理电路如图1-4所示。所示。图中，红外线发光管

15、图中，红外线发光管VD采用采用TLN104，接收三极管，接收三极管TLP104。用用+5V电源供电，电源供电，R1取取500，R2取取10k。2）放大电路：由于传感器输出电阻比较高，故放大电路采用）放大电路：由于传感器输出电阻比较高，故放大电路采用了同相放大器，如图了同相放大器，如图1-5所示，运放采用了所示，运放采用了LM324，电源电压，电源电压5V，放大电路的电压放大倍数为，放大电路的电压放大倍数为10倍左右，电路参数如下：倍左右，电路参数如下：R4=100k，R5=910k，R3为为10k电位器，电位器，C1=100F。3）有源滤波电路：采用了二阶压控有源低通滤波电路，如图）有源滤波电

16、路：采用了二阶压控有源低通滤波电路，如图1-6所示，作用是把脉搏信号中的高频干扰信号去掉，同时把脉所示，作用是把脉搏信号中的高频干扰信号去掉，同时把脉搏信号加以放大，考虑到去掉脉搏信号中的干扰尖脉冲，所以搏信号加以放大，考虑到去掉脉搏信号中的干扰尖脉冲，所以有源滤波电路的截止频率为有源滤波电路的截止频率为lkHz左右。为了使脉搏信号放大到左右。为了使脉搏信号放大到整形电路所需的电压值，通常电压放大倍数选用整形电路所需的电压值，通常电压放大倍数选用1.6倍左右。集倍左右。集成运放采用成运放采用LM324。4)整形电路：经过放大滤波后的脉搏信号仍是不规则的脉冲信号，整形电路：经过放大滤波后的脉搏信

17、号仍是不规则的脉冲信号，且有低频干扰，仍不满足计数器的要求，必须采用整形电路，这且有低频干扰，仍不满足计数器的要求，必须采用整形电路，这里选用了滞回电压比较器，如图里选用了滞回电压比较器，如图1-7所示，其目的是为了提高抗干所示，其目的是为了提高抗干扰能力。集成运放采用了扰能力。集成运放采用了LM339，其电路参数如下：，其电路参数如下：R10=5.1k，R11=100k，R12=5.1k。电源电压。电源电压5V。由于。由于LM339属于集属于集电级开路输出，使用时输出端应加电级开路输出，使用时输出端应加2k的上拉电阻。的上拉电阻。R6、R71.6k，R8l5k，R99.1k，C2、C30.1

18、F5)电平转换电路：由比较器输出的脉冲信号是一个正负脉冲信电平转换电路：由比较器输出的脉冲信号是一个正负脉冲信号，不满足计数器要求的脉冲信号，故采用电平转换电路，见号，不满足计数器要求的脉冲信号，故采用电平转换电路，见图图1-7。(2)放大与整形部分电路放大与整形部分电路如图如图1-8所示。所示。2、倍频电路、倍频电路该电路的作用是对放大整形后的脉搏信号进行该电路的作用是对放大整形后的脉搏信号进行4倍倍频，以便在频，以便在15s内测出内测出lmin内的人体脉搏跳动次数，从而缩短测内的人体脉搏跳动次数，从而缩短测量时间，以提高诊断效率。量时间，以提高诊断效率。倍频电路的形式很多，如锁相倍频器、异

19、或门倍频器等，由于锁倍频电路的形式很多，如锁相倍频器、异或门倍频器等，由于锁相倍频器电路比较复杂，成本比较高，所以这里采用了能满足设相倍频器电路比较复杂，成本比较高，所以这里采用了能满足设计要求的异或门组成的计要求的异或门组成的4倍频电路，如图倍频电路，如图1-9所示。所示。G1和和G2构成二倍频电路，利用第一个异或门的延迟时间对第二个构成二倍频电路，利用第一个异或门的延迟时间对第二个异或门产生作用，当输入由异或门产生作用，当输入由“0”变成变成“1”或由或由“1”变成变成“0”时，都会产生脉冲输出。时，都会产生脉冲输出。电容器电容器c的作用是为了增加延迟时间，从而加大输出脉冲宽度。根的作用是

20、为了增加延迟时间，从而加大输出脉冲宽度。根据实验结果选用据实验结果选用C4=33F，R13=10k，R14=l0k，C5=6.8F。由两个二倍频电路就构成了四倍频电路。其中异或门选用了由两个二倍频电路就构成了四倍频电路。其中异或门选用了CC4070。3、基准时间产生电路、基准时间产生电路基准时间产生电路的功能是产生一个周期基准时间产生电路的功能是产生一个周期为为30s(即脉冲宽度为即脉冲宽度为15s)的脉冲信号，以控制在的脉冲信号，以控制在15s内完成一分钟内完成一分钟的测量任务。实现这一功能的方案很多，我们采用如图的测量任务。实现这一功能的方案很多，我们采用如图1-10的方的方案。案。秒脉冲

21、发生器秒脉冲发生器十五分频器十五分频器二分频电路二分频电路图图1-10 1-10 基准时间产生电路框图基准时间产生电路框图由框图可知，该电路由秒脉冲发生器、十五分频电路和二分频由框图可知，该电路由秒脉冲发生器、十五分频电路和二分频电路组成。电路组成。(1)秒脉冲发生器秒脉冲发生器电路如图电路如图1-11所示。为了保证基准时间的准确，所示。为了保证基准时间的准确，采用了石英晶体振荡电路，石英晶体的主频采用了石英晶体振荡电路，石英晶体的主频32768kHz，反相，反相器采用器采用CMOS器件，器件，R15可在可在530M范围内选择，范围内选择，R16可在可在10150k范围内选择，振荡频率基本等于

22、石英晶体的谐振频率，范围内选择，振荡频率基本等于石英晶体的谐振频率，改变改变C7的大小对振荡频率有微调的作用。这里选用的大小对振荡频率有微调的作用。这里选用R15为为5.1M，R16为为51k，C6为为56pF，C7为为356pF，反相器利用，反相器利用了了CC4060中的反相器，如图中的反相器，如图1-11和和1-12所示。选用所示。选用CC406014位二进制计数器对位二进制计数器对32768kHz进行进行14次二分频，产生一个频率次二分频，产生一个频率为为2Hz的脉冲信号，然后用双的脉冲信号，然后用双D触发器触发器CC4013进行二分频得到周进行二分频得到周期为期为1s的脉冲信号。的脉冲

23、信号。(2)十五分频和二分频器十五分频和二分频器电路如图电路如图1-13所示，由所示，由SN74161组成十组成十五进制计数器，进行十五分频，然后用五进制计数器，进行十五分频，然后用CC4013组成二分频电路，组成二分频电路，产生一个周期为产生一个周期为30s的方波，即一个脉宽为的方波，即一个脉宽为15s的脉冲信号。的脉冲信号。(3)基准时间产生部分的电路图基准时间产生部分的电路图如图如图1-14所示。所示。4、计数、译码、显示电路、计数、译码、显示电路该电路的功能是读出脉搏数，以十进该电路的功能是读出脉搏数，以十进制数形式用数码管显示出来，如图制数形式用数码管显示出来，如图1-15所示。所示

24、。因为人的脉搏数最高是因为人的脉搏数最高是150次次min，所以采用，所以采用3位十进制计数器位十进制计数器即可。该电路用双即可。该电路用双BCD同步十进制计数器同步十进制计数器CC4518构成构成3位十进制位十进制加法计数器，用加法计数器，用CC4511BCD-七段译码器译码，用七段数码管七段译码器译码，用七段数码管LT547R完成七段显示。完成七段显示。5、控制电路、控制电路控制电路的作用主要是控制脉搏信号经放大、整形、控制电路的作用主要是控制脉搏信号经放大、整形、倍频后进入计数器的时间，另外还应具有为各部分电路清零等功倍频后进入计数器的时间，另外还应具有为各部分电路清零等功能，如图能，如

25、图1-16所示。所示。根据以上设计好的单元电路和图根据以上设计好的单元电路和图1-11-1所示的框图，可画出本题的所示的框图，可画出本题的总体电路，如图总体电路，如图1-171-17所示。所示。图图1-17 1-17 脉搏计的总体电路图脉搏计的总体电路图四、画总电路图四、画总电路图单元电路中元器件的选择时，应注意：单元电路中元器件的选择时，应注意：1一般优先选用集成电路一般优先选用集成电路2怎样选择集成电路怎样选择集成电路同一种功能的数字集成电路可能既有同一种功能的数字集成电路可能既有CMOS产品，又有产品，又有TTL产品，产品，而且而且TTL器件中有中速、高速、甚高速、低功耗和肖特基低功耗器

26、件中有中速、高速、甚高速、低功耗和肖特基低功耗等不同产品，等不同产品，CMOS数字器件也有普通型和高速型两种不同产品，数字器件也有普通型和高速型两种不同产品，选用时一般情况可参考表选用时一般情况可参考表1-1。对于某些具体情况，可根据它们的。对于某些具体情况，可根据它们的性能和特点灵活掌握。性能和特点灵活掌握。对器件性能的要求对器件性能的要求推荐选用的器推荐选用的器件种类件种类工作频率工作频率其他要求其他要求产品种类产品种类不高不高(例如例如5MHz以下以下)使用方便、成本低、使用方便、成本低、不易损坏不易损坏肖特基低功耗肖特基低功耗TTL高高(例如例如30MHZ)高速高速TTL较低较低(例如

27、例如1MHz以下以下)功耗小或输入电阻大，功耗小或输入电阻大，或抗干扰或抗干扰普通普通CMOS较高较高容限大，或高低电平容限大，或高低电平一致性好一致性好高速高速CMOS表表1-1选用选用TTL和和CMOS的规则的规则计算出的参数选择元器件时，应注意：计算出的参数选择元器件时，应注意：1、考虑到外界条件影响时，计算参数应按最不利、考虑到外界条件影响时，计算参数应按最不利的情况考虑；的情况考虑；2、一般可按、一般可按1.5倍的裕量进行选取；倍的裕量进行选取；3、电阻值应尽可能选在、电阻值应尽可能选在1M范围以内，最大不范围以内，最大不应超过应超过10M，最小值不小于，最小值不小于1k；4、非电解

28、电容值尽可能选在、非电解电容值尽可能选在100pF至至0.1F，最大一，最大一般不超过般不超过1F5、尽可能减少元器件的种类。、尽可能减少元器件的种类。课题的分配：课题的分配：P1283.7.1数字式竞赛抢答器数字式竞赛抢答器（14号）号）3.7.2多路数据采集系统多路数据采集系统（58号）号）3.7.6交通信号灯控制器交通信号灯控制器（912号）号）3.7.9信号峰值检测仪信号峰值检测仪（1316号）号）3.7.10数字温度计数字温度计（1720号）号）3.7.11数字式电容测量仪数字式电容测量仪（2124号）号）3.7.12数字电压表数字电压表（2528号）号）课程设计期间纪律要求：课程设计期间纪律要求：出满勤，点名两次未到的（每次点名时间为出满勤，点名两次未到的（每次点名时间为半小时），本课程设计不及格；半小时），本课程设计不及格；设计教室内只能看与本课程设计相关的书籍，设计教室内只能看与本课程设计相关的书籍，不允许听不允许听MP3、看、看MP4、MP5、玩电子游戏等、玩电子游戏等电子设备，一经发现，全部没收电子设备，一经发现，全部没收且不返还且不返还。上午：上午：7:50-11:00下午：下午：2:00-5:00谢谢！谢谢！END