电子线路课程设计

电子技术基础课程设计

§1 电子系统设计基础知识

电子系统通常由四部分组成，输入电路，变换、控制运算电路，输出电路和电源。

图1 电子系统框图

输入电路接收被测或被控对象的有关信息，经变换放大、运算，把结果送给输出电路，输出电路把送来的结果经输出电路处理后去驱动执行机构。电源是供给各部分必需的电压和电流。

l、电子系统设计步骤

（1）方案设计

根据设计任务书给定的技术指标和条件，设计出完整的电路。在这一阶段的主要任务是准备好实验文件，它包括：

A、画出主要单元电路、数据通路、输入、输出及重要控制信号的概貌框图。

B、画出构成电路的详细电路图。

C、简要说明系统的工作原理。

（2）方案试验

对所定的设计方案进行装调实验。对一个仅从理论上设计出来的电路往往是不成熟的，可能存在许多问题，必须通过装调试验。发现实验现象与设计要求不相符的地方，通过分析、试验，找出解决的方法，来不断改善原设计方案，甚至修改原方案。

（3）工艺设计

完成制作实验样机所必需的文件资料，包括整机结构设计和印刷电路板设计。

（4）样机制作和调试

在修改和完善方案设计、工艺设计的基础上，完成样机外壳和构架的加工、元器件的焊接和组装、整机调试和指标测试等工作。最终制作出符合指标要求的性能样机。

（5）总结鉴定

考核样机是否全面达到给定技术指标要求，能否长期可靠地工作。同时写出设计总结报告、只有通过鉴定后方可投入试生产。

由上述设计步骤可以看出，电子系统的设计最终是要制作出生产样机或定型产品。整个过程是较复杂的。由于学时数有限和设备条件的限制，我们只能选择方案设计、方案试验和写总结报告三个环节作为训练重点。

2、设计的基本方法

（1） 根据技术指标和系统功能要求，把复杂的电路系统分解成若干个独立的功能单元。每个单元可由若干个集成电路或分立元件来完成。分解的单元不宜太多，以免造成单元间连接错误。但也不能太少，造成一个单元太复杂，一旦出故障难以查找。

（2） 根据所划分单元的功能，选择合适的电路和器件来完成所需的功能，因此，要求设计者不仅应具备电路方面的知识，还要熟悉各类器件的性能和特点。

（3） 完成各单元电路间的相互连接。对逻辑电路，在时序上应协调一致。对模拟电路，相位关系应相符。相邻单元间，在电气性能上应匹配，以保证各部分均能正常工作。

由于集成电路的迅速发展，许多单元功能电路已由生产器件的厂家完成。因此，我们在设计时，搞清总体方案对各部分电路的要求之后，就可选择合适的集成电路。尽量少用分立元件。这样不仅可以减少器件的数量，还可提高电路的可靠性，降低成本。

一个电路系统设计的好坏，首先是看是否达到技术指标要求，能否长期可靠地工作。第二，是否经济实用，容易制作，使用、维修方便。故要设计一个比较理想实用的电路，设计者除必需具备扎实的理论基础知识、丰富的实践经验和很强的想象力外，还必需熟悉各种器件的功能和性能。

3、实验文件的标准格式

本课程着重训练学生在方案设计、方案试验和撰写总结报告三方面的能力，故在整个设计过程中要求学生完成三个文件，即方案设计报告、方案试验预习报告和课程设计总结报告。

对方案设计报告、必须按下述要求画出框图和电路图：

（1） 比较简单的框图，一般由几个方框组成。复杂些的电路，一般由十几个方框组成。通常所有的框图画在一张纸上。始当庞大的电路，可附加各单元电路的方框图。所画的框图不必太详细，但也不能过于含糊．关键是要反映出电路系统的主要单元电路、数据通路，输入和输出，以及控制点的设想。

（2）框图要清晰地表示出信息的流向。

（3）每个方框不必指出功能决中所包含的器件。

（4）所有连线必须清晰、整齐。

（5）所有器件符号均采用国际（或国家）标准符号。

方案试验报告包括：调试方法和步骤；指标测量内容和方法；所用仪器设备；记录测量结果的表格等。

课程设计总结报告，应包括如下内容：任务要求；方案特点；框图组成及其工作原理；单元电路的设计计算；总电路图；调试方法和步骤；实验结果（包括各点的数据、波形和指标测量值）；结果分析；改进意见和心得体会等。

§2设计课题

1．题目：改通用示波器为简易逻辑分析仪

一、示波器工作原理

1．组成

通用示波器通常由显示器件（阴极射线管）、垂直放大器、触发器或同步电路、时基、水平放大器、门控放大器、电源等组成，其框图如下所示。

图9 示波器方框图

2．工作原理

被测信号经垂直放大器后加到示波器的垂直（Y轴）的偏转系统，使电子射线的垂直偏转距离正比于输入信号的瞬时值。在示波管的水平（X轴）偏转系统上加以随时间线性变化的信号；使电子射线在水平偏转正比于时间，那么再示波管的屏幕上就得到输入信号的时间波形。由于水平偏转系统所加线性变化的信号不可能无限增长， 荧光屏的尺寸也有限，故实际线性变化的信号（扫描信号）是一锯齿波，这样就能使输入信号的时间波形在荧光屏上反复出现。当锯齿波的重复周期等于输入信号周期（或输入信号周期的整数倍）时，每次重复出现的波形正好完全重合（同步）就可看到稳定的波形。

3．双踪示波器：

对于双踪示波器，则是由一个电子开关来控制Y轴偏移电压，使其在第一个扫描周用内接通第一路信号，在第二个扫描周期接通第二路信号（在两个扫描周期可以加入不同的偏移电压），交替进行。这样在屏幕上就可同时看到两个波形。如上图所示。实际上示波器是分时工作。

4．示波器功能扩展

根据上述原理，若要示波器能够同时观察多个波形。只需在每个波形加入Y轴放大器（垂直放大器）的同时加一偏移电压，然后调节扫描周明便能得到稳定的多个波形。示波器观察多个波形功能扩展框图如下。

图11 示波器观察多个波形功能扩展框图

对逻辑电路只有“0”、“l”两个状态。在示波器上要显示出“0”、“l”逻辑字符，可根据显示李沙育图形的原理，将两个频率相同，并有一定相位差（60°～ 90°）的正弦波，分别加到Y轴和X轴输入端，示波器就可显示字符“0”；若只有Y轴加信号，X轴不加信号，就可显示字符“1”。若在Y轴和X轴加（或不加）信号的同时加上一定的偏移电压，就可把“0”、“1”字符显示在荧光屏的不同位置上。示波器显示逻辑字符功能扩展框图见图12。

图12 示波器显示逻辑字符功能扩展框图

根据上述原理就可将通用示波器改为简易数字逻辑分析仪。

二、技术指标（简易数字逻辑分析仪）

1．输入、输出信号与TTL集成电路电平相容

2．输人信号：输入信号最高频率≤l00KHZ

A、可同时输入四个被测信号。

B、外时钟信号。

3、输出信号；

A、送至示波器Y轴输人端信号幅度；

“逻辑”状态≥0.2VP-P

“波形”状态≥0.3VP-P

B、送至示波器X轴输入端或外触发输入端信号幅度：

至X轴输入端信号幅度≥0.1VP-P

至外触发输入端信号幅度≥3VP-P