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模拟电子技术课程设计实验报告.doc

发布时间：2022-06-01 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.61M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    模拟电子课程设计实验报告 实验项目名称： 五用途三态音频逻辑笔 小组成员： 指导教师： 实验室名称：电子技术实验室（1） 实验成绩总评： 一、实验内容及要求 ① 测量数字信号的电平，高电平发出 1300Hz 信号。 ② 低电平发出 700Hz 信号，没有接触无声。 二、项目摘要
    逻辑笔是采用不同颜色的指示灯为表示数字电平的高低的仪器，它是测量数字电路之中 较简便的工具 . 使用逻辑笔可快速测量出数字电路中有故障的芯片。此次设计的电路主要 由多谐振荡器、四双向开关与一些阻容元件构成的门电路等组成。 逻辑笔有五大用途: 一是用作三态声频逻辑笔，将带有双引线的插头插入 CK1 和 CK2， 则双引线即为逻辑笔的正、负极。当正探针接触高电平“1”时，负探针与被测电路地连结, 则 VT1 导通，IC1-2 截止，IC1-2 导通，R7 短接, 振荡频率约为 1300Hz 左右。当正探针接 触低电平“0"时，IC1-4 阻断，IC1-3 也阻断，振荡频率约为 700Hz 左右。可见，当测量时 发出高音，表明为高电平;若发出的声音为低音,则为低电平;无声时，表示未接触上。二是将 探针短接，可作为声响式信号校对器。三是可作为音频信号发生器，由 CK2 输出 700kHz 或 1300kHz 的音频信号。四是作为 555 时基块的检测仪。五是当扬声器取代压电蜂鸣器 HTD 时，可作为门笛使用。 主要参考器件 :555 芯片、CD4066 芯片 三、实验内容和实验步骤 第一部分 系统设计 1.1 设计内容及要求分析 设计内容及要求：设计并制作五用途三态音频逻辑笔测量数字信号的电平，高电平 发出 1300Hz 信号，低电平发出 700Hz 信号，没有接触无声。 分析：由以上要求可知该音频逻辑笔有两点要求： 1.检测电平的高低 2.发出两种音频信号。由此，该音频逻辑笔至少有两个模块即电平检测系统和 音频发声系统。 高电平发出 1300Hz 信号，低电平发出 700Hz 信号，没有 接触无声。
    1.2 单元电路设计 1.2.1 电平检测电路 电平检测系统是用来控制音频发声系统和显示系统的，其作用相当于一个开关，控 制部分电路的通断，实现相应功能，即使音频发声系统发出 1300HZ 或 是 700HZ 的 音频信号。在查阅相关资料后，决定选用 CD4066 芯片。 实现电平检测这一功能的主要芯片是 CD4066，它是四双向模拟开关，主要用作模 拟或数字信号的多路传输并且 CD4066 的四个双向开关相互独立， 每个开关有一个控 制信号端，开关可以相互独立的断开，互不影响，可以消除开关晶体管阈值电压随输入 信号的变化，在整个工作信号范围内导通阻抗都较低。与单通道开关相比，具有输入信 号峰值电压范围等于电源电压以及在输入信号范围内导通阻抗比较稳定等优点。因此选 用 CD4066。 图 1.2.1 CD4066 概述图 芯片引脚功能 CONTROL：开关控制端 IN/OUT：输入/输出端 OUT/IN：输出/输入端 VDD：电源正 VSS：电源负 工作条件 电源电压(VDD) ：3V ~15V
    输入电压 (VIN)：0V ~ VDD 工作温度范围 (TA) −55℃~ +125℃ 1.2.2 音频发生系统 音频发声系统是用来发出连续的音频信号的，因此考虑可以用 NE555 构成无稳态 多谐振荡器输出连续的特定频率的方波来驱动蜂鸣器，实现此功能。 NE555 是属于 555 系列的计时 IC 的其中的一种型号，555 系列 IC 的接脚功能及 运用都是相容的，只是型号不同的因其价格不同其稳定度、省电、可产生的振荡频率也 不大相同；而 555 是一个用途很广且相当普遍的计时 IC，只需少数的电阻和电容，便 可产生数位电路所需的各种不同频率的脉波讯号。 NE555 构成无稳态多谐振荡器时可输出连续的特定频率的方波。电阻 R1 接在 VCC 与放电引脚 (引脚 7)之间，另一个电阻 (R2)接在引脚 7 与触发引脚（引脚 2） 之间，引脚 2 与阈值引脚（引脚 6）短接。工作时电容通过 R1 与 R2 充电至 2/3 VCC， 然后输出电压翻转，电容通过 R2 放电至 1/3 VCC，之后电容重新充电，输出电压再 次翻转。 图 1.2.2 EN555 构成无稳态多谐振荡器电路图及波形图 多谐振荡器的放电时间常数分别为： tPH≈0.693×（R1+R2）×C1 tPL≈0.693×R2×C1 振荡周期 T 和振荡频率 f 分别为 T=tPH+tPL≈0.693×（R1+2R2）×C1 f=1/T≈1/[0.693×（R1+2R2）×C1] 当发出 1300HZ 的音频信号时，取 C=0.01uF，R1=47K,R2=3.3K f =1/T≈1/[0.693×（R1+2R2）×C1] =1/[0.693×（47K+2*3.3K）×0.01uF] =1274Hz 与要求的 1300Hz 相差不大，选择合理。 当发出 700HZ 的音频信号时，取 C=0.01uF，R1=147K,R2=3.3K f =1/T≈1/[0.693×（R1+2R2）×C1] = 1.44 (147000 2 33000) 0.00000001 =676Hz
    与要求的 700Hz 接近，符合实验要求。 引脚位 Pin 1 (接地) ：地线(或共同接地) ，通常被连接到电路共同接地。 Pin 2 (触发点) ：这个脚位是触发 NE555 使其启动它的时间周期。触发信号上缘电压 须大于 2/3 VCC，下缘须低于 1/3 VCC。 Pin 3 (输出) ：当时间周期开始 555 的输出脚位，移至比电源电压少 1.7 伏的高电位。 周期的结束输出回到 0 伏左右的低电位。于高电位时的最大输出电流大约 200 mA。 Pin 4 (重置) ：一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器和使输出回到一个低电 位。它通常被接到正电源或忽略不用。 Pin 5 (控制) ：这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压。当计时器经营在稳定或 振荡的运作方式下这输入能用来改变或调整输出频率。 Pin 6 (重置锁定) ： Pin 6 重置锁定并使输出呈低态。当这个接脚的电压从 1/3 VCC 电压以下移至 2/3 VCC 以上时启动这个动作。 Pin 7 (放电) ：这个接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出能力，当 Pin3 为低电平 时，Pin7 对地为低阻态（对地导通），当 Pin3 为高电平时，Pin7 对于为高阻态。 Pin 8 (V +) ：这是 555 计时器 IC 的正电源电压端。供应电压的范围是+4.5 伏特(最小 值)至+16 伏特(最大值) 参数 供应电压：4.5-18V 供应电流：10-15mA 输出电流：225mA (max) 上升/下降时间：100 ns 第二部分 系统工作原理 2.1 系统原理图
    图 2.1.1 三态笔原理图 2.2 系统工作原理 如图 2.2.1 为五用途三态声频逻辑笔电路。该电路主要由一片 555 和一块四向开 关 CD4066 及少量外围元件组成。 R3 和 D1、D2 两个二极管的作用是分压限流，保 证三极管的正常工作。CK1 即为探针，使用时应与被测电压相连接。 当正探针接触高电平 “1”时，负探针与被测电路 “ 地”连结，则 VT1 导通， 由于三极管发射极接地，导通后，其基极也相当于接地为低电平，因此 IC1-2 的控制 端为 低电平，其截止， IC1-3 的控制端为高电平，其导通，R7 短接，取 R7=100K， R8=47K，R9=33K，C1=0.01uF,则振荡频率为：1274Hz 约为 1300Hz 左右。 当正探针接触低电平 “0” 时，IC1-4 的控制端为低电平，其阻断，IC1-3 的控 制端也为低电平，也阻断，振荡频率为：676Hz 约为 700Hz 左右。 当探针没有接触任何电平时，NE555 和 CD4511 的使能端均为低电平， 两个芯片 都不工作，即音频发声系统不发出声音，显示系统也不显示点电平高低。 图 2.2.1 结构图 第三部分 实验仿真 3.1 仿真 3.1.1 仿真步骤
    （1）在 MULTISIM14.0 中，按照设计的电路图进行电路连接，注意检查各个部 分是否连接正确和连接端是否连接好。 （2）检查设计思路以及电路，按照设计框图原理，查看仿真电路与原理图是否吻 合。如果不吻合则需要就将其逐个问题解决，直到所有问题都解决了为止。 （3）单击运行按钮运行仿真。 （4）根据仿真情况与课程设计任务对比，对于不能实现的任务修改并调试 程序， 根据仿真结果对仿真电路进行修改，将仿真软件不能正确仿真的部分元件删除，重 新装载并重新运行调试仿真，直到实现能完全实现所要求的功能为止。（注意所选 择的芯片参数是否正确，在测试看看各管脚的电平是否符合理论计算上达到的值， 同时观察各个集成器件的各个管脚的电平变化情况，以及数码显示器的显示是否正 确。） （5）进一步改进和简化程序在进行调试仿真。 3.1.2 仿真结果 （1）当探针接高电平时，仿真结果如下： 图 3.1.2.1 三态笔仿真图 图 3.1.2.2 示波器波形图 观察实验数据知振荡周期为：781.250us
    通过计算知其周期为：1257Hz 约为 1300Hz，符合预期结果。 （2）当探针接高电平时，仿真结果如下： 图 3.1.2.1 三态笔仿真图 观察实验数据知振荡周期为：1.477ms 图 3.1.2.2 示波器波形图 通过计算知其周期为：676Hz 约为 700Hz，符合预期结果。 四、总结（对实验内容进行简单总结，写出实验心得等） 对学生大学整个阶段知识积累的总结是毕业设计，而对一门课程的阶段性总结手段就是 课程设计。如果学生经过的是一个完善的课程设计环节，不仅可以提升学习兴趣，总结所学 知识，更重要的是可以将学过的知识进行系统的整合，是一个有效的知识的在提高，再丰富
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