十进制自动加减可逆计数器课程设计(论文).doc

1、 桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸 第 16 页 共 14 页 摘 要低通滤波器是一个通过低频信号而衰减或抑制高频信号的部件。理想滤波器电路的频响在通带内应具有一定幅值和线性相移，而在阻带内其幅值应为零。有源滤波器是指由放大电路及RC网络构成的滤波器电路，它实际上是一种具有特定频率响应的放大器。滤波器的阶数越高，幅频特性衰减的速率越快，但RC网络节数越多，元件参数计算越繁琐，电路的调试越困难。根据指标，本次设计选用二阶有源低通滤波器。关键词：低通滤波器；集成运放UA741； RC网络AbstractLow-pass filter is a component which can onl

2、y pass the low frequency signal and attenuation or inhibit the high frequency signal . Ideal frequency response of the filter circuit in the pass band should have a certain amplitude and linear phase shift, and amplitude of the resistance band to be zero. Active filter is composed of the RC network

3、and the amplifier, it actually has a specific frequency response of the amplifier. Higher the order of the filter, the rate of amplitude-frequency characteristic decay faster, but more the number of RC network section, the more complicated calculation of device parameters, circuit debugging more dif

4、ficult. According to indicators ，second-order active low-pass filter is used in this design .Key words：Low-pass filter； Integrated operational amplifier UA741； RC network,目 录引言.31 电路原理及设计方案.3 1.1 计数器的介绍31.2 计数器的设计.31.3 设计方案.52 芯片介绍.62.1 74ls192 等.63 Proteus 实际仿真. .74 制板及调试.84.1 DXP注意事项.84.2 制作pcb板的流

5、程.84.3 注意事项.84.4 调试.84.5 测试结果分析.9课设总结.10谢辞.12参考文献.13附录.14引言课程设计是理论联系实际的重要实践教学环节，是对学生进行的一次综合性专业设计训练。本次课程设计主要注重的是电子电路的设计、仿真、安装、调试、印制电路板等综合于一体的一门课程，意在培养学生正确的设计思想方法以及思路，理论联系实际的工作作风，严肃认真、实事求是的科学态度,培养学生综合运用所学知识与生产实践经验，分析和解决工程技术问题的能力。作为一名大学生不仅需要扎实的理论知识，还需要过硬的动手能力，所以认真做好课程设计，对提高我们的动手能力有很大的帮助做到。本次课设介于采用DXP W

6、inter 2009，采用proteus结合仿真，做板联合实际调节。1 电路原理及设计方案1.1计数器的介绍计数是一种最简单基本的运算，计数器就是实现这种运算的逻辑电路。计数器在数字系统中主要是对脉冲的个数进行计数，以实现测量、计数和控制的功能，同时兼有分频功能。1.2 计数器的设计十进制加减计数器的设计，就是根据所给定的指标要求，确定计数器的进制以及所需要的拓展功能，选择具体的电路形式，列出电路中所需要的芯片，设计合理简洁的电路，安装电路和调试，使设计的计数器满足指标要求，具体步骤如下：（1）根据所需要的功能指标选择74ls192芯片。（2）根据所需的拓展功能选择合适的芯片。（3）设计大体电

7、路框架。（4） 根据所拥有的芯片来搭建合理的完善的电路。（5）对所设计的电路进行仿真，检查是否有不完善之处。（6）安装电路并进行调试，使电路的性能满足指标要求。根据设计要求，74ls192 ，74ls48，D触发器，数码管等等芯片来实现计数功能。有555构建的多谐振电路来实现1HZ的连续脉冲，有D触发器构建的反馈实现自动加减可逆，有74ls192与74ls48以及数码管来实现基本的技术功能，由与非门芯片构成的开关电路来实现手动脉冲输入。 1.3 设计方案555电路的工作原理555在此电路上中用作信号源，产生1HZ的连续脉冲。设置R5=5.1K,R4为10K的可变电阻器，C4=100uF的电解电

8、容，则T=0.7(R1+2R2)C=1s,即实现所需的脉冲。图11 基于555的多谐振荡电路手动脉冲以及暂停电路此电路利用了74ls00四与非门芯片实现了暂停以及手动脉冲功能，当开关sw2打开时，进入自动脉冲模式，当开关闭合时，进入暂停模式，按下按钮开关一次，就会给与计数器一个脉冲，从而实现手动脉冲功能。 图12 手动脉冲电路基本计数器电路基本计数器利用74ls192的十进制计数功能以及D触发器额74ls138的反馈来实现自动加减可逆计数。当进位或借位时给触发器输入一个高电平，是其状态反转，从而实现所需的功能。开关sw3实现加法 ，减法，加减自动可逆模式的切换。开关sw4实现清零的功能。图13

9、 基本计数器电路数码管电路本电路使用74ls48来驱动数码管，由于其本身内置上拉电阻，所以实际中电路板无所再接上拉电阻图14 数码管电路设计总体思路说明首先由555构成的多谐振荡器产生一个1HZ的脉冲，输入到手动脉冲电路，当开关sw2断开时，进入自动脉冲模式，使脉冲输入到74ls138的E2端，同时A，B，C端口同时置低电平，138译码器开始工作，输出端D0，进入加法模式，09后，由于是74ls192十进制芯片，所以9后为0，同时产生进位高电平，借位端为低电平，经与非门后产生高电平输入到D触发器的CLK端，使触发器状态翻转，进入减法模式，90，9后为0，产生借位高电平，进位端低电平，与非门后为

10、高电平，使触发器状态翻转，进入加法模式。如此循环往复，是为自动可逆加减计数器。2 芯片介绍D触发器图21 74LS74（D触发器）26端相接，时钟端CP收到一个高电平，输出端Q状态翻转一次。 138译码器图22 138译码器4端口接受脉冲信号，当ABC置000时，输出Y0(置1)，当ABC输出001时，输出Y1（置1）.如此可实现Y0Y1端状态切换。从而实现加减的切换。555芯片555电路的内部电路方框图如图141所示。它含有两个电压比较器，一个基本RS触发器，一个放电开关管T，比较器的参考电压由三只5K电阻器构成的分压器提供。它们分别使高电平比较器A1的同相输入和低电平比较器A2的反相器、输

11、入端的参考电平为2/3VCC和1/3VCC。A1与A2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。当输入信号自6脚，即高电平触发输入并超过参考电平2/3VCC时，触发器复位，555的输出端3脚输出低电平，同时放电开关管导通；当输入信号自2脚输入并低于1/3VCC进，触发器复位，555的3脚输出高电平，同时放电开关管截止。 555定时器RD是复位端（4脚），当RD=0,555输出低电平。平时RD端开路或接VCC。 Vc是控制电压端（5脚），平时输出2/3VCC作为比较器A1的参考电平，当5脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制，在不接外加电压时，通常接一0.01

12、uF的电容器到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，以确保参考电平的稳定。 T为放电管，当T导通时，将给接于脚7的电容器提供低阻放电通路。 555定时器主要是与电阻、电容构成充放电电路，并由两个比较器来检测电容器上的电压，以确定输出电平的高低和放电开关管的通断。这就很方便地构成从微秒到数十分钟的延时电路，可方便地构成单稳态触发器，多谐振荡器，施密特触发器等脉冲产生或波形变换电路。3.Proteus辅助设计及修正：图3.1 proteus仿真电路图：如上图所示，产生的脉冲为1HZ连续脉冲。上图所示为Y0Y1的状态切换检测图。加法时为Y1输出，减法时为Y0输出。显示到检测虚拟仪器上是脉冲显示在不同的端

13、口。实际的数码管显示如下所示：（不便于用图像显示）012345678909876543210901234567890987654321090123由于需要进位或者借位才能出现高电平，所以会出现0跳9再跳0,9跳0再跳9这种情况。可以加上四非反馈加以纠正，如图所示。但是实际电路图中需要简洁化，所以四非反馈可以不加，跳变的情况可以忽略不计。实际电路图仍以原图为准。4 制板及调试4.1 DXP注意事项电路绘制的时候主要是注意各个元器件的封装和实际买回来的元器件的管脚大小及距离相对应，并有选择地采用排针作为信号的输入以及输出和直流电源的输入。元器件采用手动布局。布线采用手动布局，布线时需要设计好参数。

14、一般线条大小为1mm，过孔为1mm，焊盘为1.8mm。电路板的长宽为：100mm140mm。实际板子大小为：95mm139mm绘制好的pcb的实际电路图看附录。Pcb板请看附录图2.4.2 制作pcb板的流程设计好原理图改变封装绘制pcb板布局布线打印pcb图纸印制铜板腐蚀铜板钻孔焊接元器件测板修改电路测试（直到符合设计要求）。4.3 注意事项（1）电阻的标称值应尽可能接近设计值，这可以适当选用几个电阻串并联；尽可能采用金属膜电阻电容及容差小于10%的电容，影响滤波器性能的主要因素是 R/R、C/C及运放的功能。（2）在测试过程中，若某项指标偏差较大，则根据设计表调整修正相应元器件的值。（3）

15、制作板子过程中，为了节省材料，节约资源，尽量用最少的东西完成最佳的功能。所以板子元器件布局紧密。而提高抗干扰能力，布线时尽量短，少。焊盘过孔设计合理。4.4 调试对安装好的电路按一下方法进行调整和测试：（1） 仔细检查装好的电路，确定元件与导线连接无误后，接通电源。（2） 在电路的输入端Vi=1V的正弦信号，慢慢改变输入的信号的频率，用示波器观察输出电压的变化。在滤波器的截止频率附近，观察电路是否具有滤波特性，若没有滤波特性，应检查电路，找出故障原因并排除之。（3） 若电路具有滤波特性，可进一步进行调试。观测其截止频率是否满足设计要求，若不满足设计要求应根据公式，确定应调整哪个元件才能使截止频

16、率既能达到设计要求又不会对其它的指标参数产生影响。然后观测电压放大倍数是否满足设计要求，若不达到要求，应根据相关公式调整有关的元件，使其达到设计要求。通过测试设计值点电路板的结果，对电路板进行修正以达到设计要求。设计指标：fc=3khz，增益为Av=1。输入信号Vi=1V，观察滤波器的截止频率fc及电压放大倍数Av。按要求理论测试结果应为：在相对低频时，如fc=100Hz，电压放大倍数为1；在fc=3khz时，Av=0.707。4.5 测试结果和幅频图分析测试结果显示fc=2.1khz，不符合截止频率为3khz的要求。经过多次分析，认为理论的设计的方法和实际的不符。并由 得知，假如实际的截止频

17、率比所要求的截止频率小，则要求把电阻或者电容减小；假如实际的截止频率比要求的大，则要求把电阻或者电容增大。由于测试的截止频率比设计要求的低，所以要提高它的截止频率。假定电容不变了，则电阻值RWcfc和RWcfc；可以判定原来的电路的电阻值过大。介于个人经验不足，调试了好久，但是还是没有满足要求。后来用两个滑动变阻器替换两个电阻，逐步调试，结果当R2=1k，R1=2.7k时满足要求。即R2=1k，R1=2.7k，C=33nf，C1=10nf，做出上述的改变之后各项设计要求基本达标。电路测试得到的输出电压和频率Vofc关系表1：表1fc/khz，Vo/Vfc0.10.40.60.810.1.21.

18、41.61.82.02.22.4Vo110.9880.9860.9460.9240.9080.8900.8640.8440.8140.79fc2.62.83.03.23.43.63.84.04.24.44.64.8Vo0.7580.7300.7080.6720.6420.6180.5860.5580.5360.5100.4920.476fc55.45.86.26.677.58.0Vo0.4440.4080.3760.3400.3120.30.2580.236它的频率特性曲线为图4.1：图4.1 频率特性曲线图通过上图可知，在输入频率为3khz之前，输出的电压值大于0.708V，即在低频段时Q值

19、大于0.707，衰减速率符合设计要求。在输入频率为3khz时，衰减因子Q为0.707左右。课设总结利用公式法设计有源二阶低通滤波器，要求解多元高阶方程组；若采用查表法求解电路参数，就简单得多。因此应尽量采用查表法求解电路参数，以减少电路运算复杂程度。虽然可能误差很大，但是能够带来很大的方便。初学设计时尽量能快速找到解决问题，培养解决问题的能力，积累设计经验。通过此次的课设，我学到了很多知识，跨越了传统方式下的教与学的体制束缚，在论文的写作过程中，通过查资料和搜集有关的文献，培养了自学能力和动手能力。并且由原先的被动的接受知识转换为主动的寻求知识，这可以说是学习方法上的一个很大的突破。在以往的传

20、统的学习模式下，我们可能会记住很多的书本知识，但是通过课程设计，学会了如何将学到的知识转化为自己的东西，学会了怎么更好的处理知识和实践相结合的问题。在论文的写作过程中也学到了做任何事情所要有的态度和心态，首先我明白了做学问要一丝不苟，对于出现的任何问题和偏差都不要轻视，要通过正确的途径去解决，在做事情的过程中要有耐心和毅力，不要一遇到困难就打退堂鼓，只要坚持下去就可以找到思路去解决问题的。在工作中要学会与人合作的态度，认真听取别人的意见，这样做起事情来就可以事倍功半。在设计电路过程中，理论知识很重要，理论知识决定了设计的方法，设计电路的成败。所以需要查找很多资料，需要足够的耐心、细心去研究问题

21、，解决问题。同时还必须有实事求是地分析问题的态度，知道理论与实际是有一些差别的。认清问题是前提，分析问题才是关键，只有认真地去分析问题才能更好的解决问题，分析问题时必须具备细心，耐心，恒心和毅力，同时还必须做到科学地具体地实事求是地分析问题。在调试电路时，考虑器件的电气性，尽量减少器件间的干扰。调试的过程中要有平和的心态，遇见问题是非常正常的，要做的就是多做比较和分析，逐步的排除可能的原因，要坚信“凡事都是有办法解决的”和“问题出现一定有它的原因”，这样最后一定能调试成功。 谢 辞这次课程设计的能够顺利地完成，感谢在课设期间每位帮助过我的同学，特别是我们班的同学，他们和我分享了很多以往的经验，

22、让我少走很多弯路。还要感谢所有传授我知识的老师，是他们的悉心教导使我有了一定的专业课知识，这也是课设能够得以完成的基础。再次感谢传授给我知识以及给我帮助和鼓励的老师，同学和朋友，谢谢。，参考文献：1 王卫东.模拟电子电路基础，西安电子科技大学出版社，2003.2 熊发明.新编电子电路与信号课程实验指导，国防工业出版社，2007. 3 美Richard G. Lyons.Understanding Digital Signal Processing.机械工业出版社，2006.4 谢自美.电子线路设计实验测试（第三版）.华中科技大学出版社，2006.5 陈思.巴特沃斯低通滤波器的简化快速设计. 信阳师范学院学报， 1977.附 录：原理图1PCB图216