成教 电子技术课程设计指导书Word文档下载推荐.docx

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各单元电路之间要注意在外部条件。

元器件使用。

连接关系等方面的相互配合，尽可能减少元件的类型。

电平转换和接口电路，以保证电路简单、工作可靠、经济实用。

各单元电路拟定之后，应全面地检查一遍，看每个单元各自的功能是否能实现，信息是否能畅通，总体功能是否满足要求。

如果存在问题，还要针对问题作局部调整。

3、选择器件与参数计算

单元电路确定之后，根据其工作原理和所要实现的功能，首先要选择在性能上能满足要求的集成器件。

所选集成器件最好完全满足单元电路的要求。

当然在多数情况下集成器件只能完成部分功能，或者需要同其他集成器件和电子元器件组合起来组成所需的单元电路。

这里需灵活运用过去学过的知识，也需要十分熟悉各种集成电路的性能和指标，注意对新型器件的开发和利用。

经常会出现这种情况，在花费了许多工夫之后仍然选不到合适的电路，或者性能指标达不到要求，或者电路大复杂实现十分困难。

这就需要对总体方案作修正或改进，调整某些功能方块的分工和指标要求。

可见，电路设计中有时要经过这样多次的反复修正和完善。

每个单元电路的结构。

形式确定之后，需对影响技术指标和参数的元器件进行计算。

这种计算有的需根据电路理论的有关公式。

有的按照工程估算方法，还有的需要用经验数据。

用计算方法得到的器件参数，还要按照元器件的标称值选取实用的元器件。

4、画出预设计总体电路图

根据单元电路的设计。

计算与元器件选取的结果，画出预设计的总体电路图。

总体电路图应当包括总体电路原理图和实际元器件的接线图。

还要做出印刷电路板的工艺设计。

总体电路图应按元器件国标或部标的规定以及电路图的规范画出。

图中要注意信号输入和输出的流向，通常信号流向是从左至右或从上至下，各单元电路也应尽可能按此规律排列，同时要注意布局合理。

总体电路图尽可能画在一张图纸上。

如果电路比较复杂，应当把主电路画在一张图纸上，而把一些比较独立或次要的单元电路画在另一张或几张图纸上，但要标明相互的连接关系。

所有的连接线要“横平、竖直”，相连的交叉线要在交点上用圆点标出。

电源线和地线尽可能统一，并标出电源电压数值。

总体电路图画出之后，还要进行认真的审查。

检查总体电路是否满足方案的要求，单元电路是否齐备；

每个单元电路的工作原理是否正确，能否实现各自的功能；

各单元电路之间的连接有无问题，电平和时序是否合适；

图中标注的元器件型号。

管脚。

参数值等是否正确等。

这种审查十分重要，以防在安装。

调试中损坏器件。

5、电路的安装与调试

电路的安装与调试是完成课程设计的重要环节。

它是把理论设计付诸实践，制做出符合设计要求的实际电路的过程。

安装与调试为学生创造了一个动脑又动手，独立开展电路实验的机会。

要求学生掌握电子电路的基本制作工艺和操作技能，运用实验的手段检验理论设计中的问题，运用学过的知识指导电路调试和检测工作，使理论与实际有机地结合起来，提高分析解决电路实际问题的能力。

课程设计的电路安装，应根据题目的要求和教学条件，可以制作出实际的电子电路装置，也可以利用实验箱完成电路。

前者还需要考虑电路的布局。

制作专门的印刷电路板。

焊接和组装电路等，同时还应设计好电路的调试方案和调试步骤，详细记录调试中出现的故障和检测排除措施。

电路的实验结果，应该以能说明电路功能的数据和数据分析来说明。

由于多种实际因素的影响，原来的理论设计可能要作修改，原来选择的元器件需要调整或改变参数，有时还需要增加一些电路或器件，以保证电路能稳定地工作。

因此，调试之后很可能要对前面“选择器件和参数计算”一步中所确定的方案再作修改，最后完成实际的总体电路。

6、确定实际的总体电路

通过电路调试和技术指标的检测，达到了预期的设计要求，即可确定所要设计的总体电路及各元件的型号参数，列出元件明细表，电路安装图等技术文件，对于实际产品，还要进行工艺设计，外型设计等等。

二、课程设计内容及要求

1·

布置设计任务书。

课程设计任务书包含：

（1）设计题目；

（2）主要技术指标和要求；

（3）给定的条件和所用的仪器设备；

（4）参考文献等。

2·

教师针对学生的知识水平和设计课题讲解必要的电路原理和设计方法，对于需要深化和扩展的知识，还要补充讲授有关的内容，帮助学生明确任务。

掌握工程设计方法。

3·

学生在教师指导下选择设计方案，进行设计计算，完成预设计。

预设计方案经过教师审查通过后，方可开始安装和调试。

4·

安装调试是课程设计的重点和难点，学生应积极争取教师的指导和帮助。

认真准备安装调试方案，在电路出现异常现象或故障时，按照量测观察。

查找原因。

调整电路、再进行实验的步骤，解决电路中的问题。

5·

电路调试达到设计要求后，学生要对设计的全过程作出系统总结报告，按照一定格式写出设计说明书。

课程设计说明书主要内容有：

1）设计题目；

主要指标和要求；

课题概述

2）方案讨论及电路工作原理；

3）各单元电路设计计算，元器件的选择，画出电路图等；

4）安装、调试中遇到的问题，解决的方法以及实验效果等；

5）电路性能指标测试结果，是否满足要求及对成果的评价；

6）收获、体会和改进设计的建议。

7）规范、详尽的电路原理图和元件明细表

8）参考资料

元件明细表格式

序号

编号

元件名称

型号与规格

数量

备注

1

U1

通用型四运算放大器

LM324

三、设计应完成以下作业：

1）设计报告一份，不少于5000字，内容应符合前述要求。

并做到原理叙述清楚，计算正确，数据详尽，字迹端正。

2）电路原理图一份，3号图纸手工绘制。

无原则性错误，布局均匀合理，符号、标注规范正确。

3）元件明细表一份，格式符合范例

四、工作进程：

课程设计进程

1.布置设计任务，下达设计任务书：

2.调研，收集资料

3.方案设计

4.电路设计参数计算

6.交元件明细表检查元件设计计算情况，解决电路参数的设计计算问题。

7.准备设计报告

8.交验设计报告检查设计报告的格式、内容是否符合规范。

特别是参数计算、元件选用、元件明细表、电路原理图等。

9．答辩

10.评定成绩。

五、设计报告规格：

设计报告一般应不少于5000字，正文内容16K设计报告纸10页以上，有封面、目录页，竖式装订。

设计报告包含以下内容：

1.课题简介；

设计课题与课题描述

、撰写设计说明书

2.设计说明书包括：

课题简介、设计原理框图、单元电路设计、完整的电路原理图、所用元器件清单、相关参数计算、参考文献等。

设计课题的各项要求，对课题的描述，介绍设计课题的原理、功能、特点，用途与使用价值。

2.方案设计

根据对课题的分析确定电路功能，画出能实现这些功能的系统框图，各部分作用、对设计有何具体的要求，有哪些可选方案，最后选定哪一种，理由是什么。

3.电路设计

各部分电路的草图，原理分析，参数计算、元件选取。

4..设计小结

完成课程设计的过程中的收获和体会，对本课题的改进设想等。

5.参考资料

10项以上的参考资料，包括书籍、专著、论文、杂志文章等，基本格式示例：

[9]谢自美.电子线路设计、实验、测试.武汉：

华中科学大学出版社，2003

[10]高吉祥.电子技术基础实验与课程设计.北京：

电子工业出版社，2002

6.附录：

1）元件明细表

规范清楚地列出电路中使用的各元件的编号、名称、型号、规格参数、数量，需要特别说明的问题在备注栏中给予说明。

2）原理图

元件符号的表示、线型、文字符号及说明必须准确规范，用2B铅笔加深，不得使用圆珠笔、钢笔画图。

标签栏也应准确填写。

六、成绩评定：

依据以下各方面评定成绩：

（1）参与态度；

（2）收集资料，查阅专业手册的能力；

（3）安装调试中分析、解决问题的能力；

（4）设计作品的质量；

（5）设计报告的质量；

（6）答辩。

成绩评定为优秀、良好、中等、及格、不及格五等。

不及格成绩不予补考，应随其他班级重修重考，原则上不使用同一课题。

七、设计指导：

参考课题：

热释电红外报警器

热释电红外传感器能以非接触形式检测出人体辐射的红外线，并将其转变为电压信号，同时，它还能鉴别出运动的生物与其它非生物。

热释电红外传感器既可用于防盗报警装置，也可以用于自动控制、接近开关、遥测等领域。

用它制作的防盗报警器与目前市场上销售的许多防盗报警器材相比，具有如下特点：

●不需要用红外线或电磁波等发射源。

●灵敏度高、控制范围大。

●隐蔽性好，可流动安装。

热释电红外传感器的原理特性

热释电红外传感器和热电偶都是基于热电效应原理的热电型红外传感器。

不同的是热释电红外传感器的热电系数远远高于热电偶，其内部的热电元由高热电系数的铁钛酸铅汞陶瓷以及钽酸锂、硫酸三甘铁等配合滤光镜片窗口组成，其极化随温度的变化而变化。

为了抑制因自身温度变化而产生的干扰该传感器在工艺上将两个特征一致的热电元反向串联或接成差动平衡电路方式，因而能以非接触式检测出物体放出的红外线能量变化并将其转换为电信号输出。

热释电红外传感器在结构上引入场效应管的目的在于完成阻抗变换。

由于热电元输出的是电荷信号，并不能直接使用因而需要用电阻将其转换为电压形式该电阻阻抗高达10４ＭΩ，故引入的Ｎ沟道结型场效应管应接成共漏形式即源极跟随器来完成阻抗变换。

热释电红外传感器由传感探测元、干涉滤光片和场效应管匹配器三部分组成。

设计时应将高热电材料制成一定厚度的薄片，并在它的两面镀上金属电极，然后加电对其进行极化，这样便制成了热释电探测元。

由于加电极化的电压是有极性的，因此极化后的探测元也是有正、负极性的。

图1热释电红外传感器的结构与外形

图１是一个双探测元热释电红外传感器的结构示意图。

使用时Ｄ端接电源正极，Ｇ端接电源负极，Ｓ端为信号输出。

该传感器将两个极性相反、特性一致的探测元串接在一起，目的是消除因环境和自身变化引起的干扰。

它利用两个极性相反、大小相等的干扰信号在内部相互抵消的原理来使传感器得到补偿。

对于辐射至传感器的红外辐射，热释电传感器通过安装在传感器前面的菲涅尔透镜将其聚焦后加至两个探测元上，从而使传感器输出电压信号。

制造热释电红外探测元的高热电材料是一种广谱材料，它的探测波长范围为０．２～２０μｍ。

为了对某一波长范围的红外辐射有较高的敏感度，该传感器在窗口上加装了一块干涉滤波片。

这种滤波片除了允许某些波长范围的红外辐射通过外，还能将灯光、阳光和其它红外辐射拒之门外。

热释电传感器是对温度敏感的传感器。

它由陶瓷氧化物或压电晶体元件组成，在元件两个表面做成电极，在环境温度有ΔT的变化时，由于有热释电效应，在两个电极上会产生电荷ΔQ，即在两电极之间产生一微弱的电压ΔV。

由于它的输出阻抗极高，在传感器中有一个场效应管进行阻抗变换。

热释电效应所产生的电荷ΔQ会被空气中的离子所结合而消失，即当环境温度稳定不变时，ΔT=0，则传感器无输出。

当人体进入检测区，因人体温度与环境温度有差别，产生ΔT，则有ΔT输出；

若人体进入检测区后不动，则温度没有变化，传感器也没有输出了。

所以这种传感器也称为人体运动传感器。

　　由实验证明，传感器不加光学透镜（也称菲涅尔透镜），其检测距离小于2m，而加上光学透镜后，其检测距离可增加到10m左右。

型号为LHI954的热释电传感器主要技术参数：

工作电压：

2V～15V（直流）；

灵敏度约为3700V/W；

噪声系数约为25μVPP；

内部有温度补偿，使输出稳定；

上电后不稳定时间约1分钟；

检测距离6～10m；

水平、垂直监测角均为110°

；

工作温度范围－10℃～＋40℃。

频率响应特性曲线如图2所示。

可见该传感器对0.1Hz左右的信号灵敏度最高。

图2LHI954灵敏度频率响应曲线

（二）设计指导:

1．电路总体构思

图2热释电红外报警器框图

典型的热释电红外检测器的结构框图如所示。

放大器将传感器输出的微弱电压信号放大，并由滤波电路将杂波滤掉。

放大后的电压输入电压比较器的同相端与反相端的基准电压（阈值电压）相比较：

当人体进入检测区时，其放大后的信号电压大于阈值电压，电压比较器输出高电平，当无人体进入检测区，或者环境温度有些变化也产生电压信号，但由于此电压信号较小，虽也经放大其值小于阈值电压，比较器输出仍为低电平。

电压比较器起到鉴别有无人体进入检测区的作用，同时也消除环境温度变化所产生的干扰。

电压比较器输出的高电平触发报警延时电路，产生3～5秒的声光报警，有报警时发光二极管亮。

根据图2所示框图，本课题系统方案分成以下几个部分，各部分的设计要点如下：

（1）热释电红外传感器

根据监控范围确定灵敏度要求，并以此选定热释电红外传感器型号。

请认真阅读产品手册，查验其引脚分布，根据产品手册推荐方案确定电源电压和信号引出形式，也可参照典型应用电路决定该部分电路形式。

实际使用中必须在传感器之前使用菲涅尔透镜，但在实验中为了便于调试，可以不用透镜，从而避免附近人体的移动造成干扰。

（2）滤波及二级放大器

由传感器输出的信号电压十分微弱，必须进行高倍放大。

对于5米距离的人体移动，传感器的输出电压为1mV左右（具有非尼尔透镜时），为了正确检出信号，希望放大器输出信号在2～4V，故放大倍数应为2000～4000倍，如此高的放大倍数，建议采用集成运放构成的两级放大器。

由于传感器内阻较大（典型值为10k），故放大器应设计为同相输入型。

可参考教材介绍的电路进行设计。

要注意运放一般工作于双电源供电状态，但实际设计中一般采用单电源供电，请查找有关资料解决这个问题。

由于传感器对人体运动的感应信号是一个频率为0.2～10Hz的低频信号，因此为了提高电路的抗干扰能力，可以考虑设计具有带通滤波功能的放大器，其上限截止频率定为10Hz，下限截止频率为0.2Hz。

电路设计：

热释电红外传感器：

LHI954热释电红外传感器，参数如前所述。

电阻R1决定放大器的输入电阻，为了达到阻抗匹配的目的，取R1与传感器内阻相同，电容C1用于滤除可能被引入的高频噪声。

A1、A2组成具有带通滤波特性的单电源放大器。

该放大器输入电压约为1mV左右，输出电压设计为4V，因此需要4000倍的电压放大倍数，可分配为Au1=80倍，Au2=50倍。

R2C2构成的高通网络决定下限截止频率

（1）

取C2=47μF；

则根据上式计算可得R2=16.9kΩ。

取R2=15kΩ

热释电红外传感器信号放大电路设计举例

C3R3构成低通网络，其上限截止频率为：

（2）

而A1为同相输入放大器，故

（3）

所以

取R3=1.2MΩ。

代入

（2）式计算得C3=0.013μF，取C3=0.01μF。

由于运放反相输入端与地间接入了电容器，且反馈回路的电阻R3很大，为防止输出端的失调电流在反馈电阻和输入电阻构成的回路上产生较大的电压，所以在运放A1的输出端与地间接入了负载电阻R4，R4的取值以不会对A1的负载造成明显影响为原则的前提下适当小一些。

本例中可取20～50k。

故取47kΩ。

A2为第二级电压放大器，根据需要取放大倍数为50倍。

C4R5决定下限频率（0.2Hz），C5R6决定上限截止频率（10Hz）可参照A1的设计进行计算。

R7R8为运放A2单电源使用时的静态偏置电路，基本原则是保证本应接地的运放同相端电位保持为电源电压VCC的一半，为了保证这一点交流接地，所以在R8两侧并联了一个旁路电容C6，该电容必须对工作频率范围内的信号交流短路。

取C6为47μF，可保证该回路的截止频率低于（0.2Hz）

电容C7C8与R11构成电源去耦电路，可消除通过电源线引入的高频噪声和因负载变化等因素造成的低频干扰。

由于大容量电解电容本身具有一定的电感效应，所以对高频干扰的抑制能力较差，并联一个0.01μF的小电容可用于消除高频干扰。

运放可选用通用型运放LM324，其增益、运算精度可满足基本要求；

若考虑到运放反馈电阻较大（1.2MΩ），选用高阻型的TL084更为适用。

选择四运放的原因是因为在后续电路中还要用到两个运放作为比较器。

（3）信号比较器

信号比较器用于鉴别有用信号。

在传感器没有收到有效信号时，由于放大器放大倍数非常高，传感器、引线、以及环境的影响都会在输入端形成噪声，该噪声被放大后，放大器的输出端并不为零，而是具有一个相对幅度较小的输出电压。

当收到有效信号时，会产生一个幅度很大的输出电压，这样，根据输出电压的大小就可以确定有没有收到有效信号。

鉴别输出电压幅度大小的电路可以采用窗孔比较器，这种比较器能通过设置参考电压的高低调整灵敏度。

窗孔比较器的电路构成如所示。

电阻R9R10RW构成分压网络，产生两个比较电压UTH和UTL

在没有收到人体感应信号时，前级放大器输出信号有一定幅度的噪声，但不超过上下限电压，即UTL<

Ui<

UTH此时A3、A4的输出均为高电平，故输出端电压为UO=UOH。

收到人体感应信号后前级放大器输出信号幅度明显变大，当Ui>

UTH，A3输出为0，当Ui<

UTL则A4输出为0，这样都能使输出电压UO=UOL即为低电平。

，该低电平可以触发555集成定时器构成的单稳态电路，产生延时效果。

分压电阻R1R2和RW只起分压作用，电流可取1mA以内，三个电阻等值，则窗口电压可调范围最大为1/3VCC，调整RW可以改变灵敏度。

D1D2的作用是防止输出电流倒灌。

电阻R3取10k左右即可，可在A3A4输出高电平、二极管D1D2均截止的情况下将输出电平拉倒高电平状态。

（4）报警延时电路

可采用单稳态触发器。

单稳态触发器在有效信号的触发下，能产生一个宽度一定的输出脉冲，在这一的宽度的时间里，可以用于触发一个声光报警电路，产生有效报警。

单稳态触发器可以采用专用数字逻辑电路（如74LS122）、门电路、D触发器或555集成定时器构成。

可通过查阅相关资料自行确定电路形式和相关参数。

需要声音报警再加一个频率为1kHz的多谐振荡器，需要光指示报警可选用LED显示。

如有必要应考虑添加驱动电路。

（5）振荡电路

要发出声音报警，则需要制作1kHz振荡器，该振荡器振荡由单稳态电路的输出控制，当单稳态输出为1时，振荡器起振，当单稳态电路输出为0时振荡器停振。

该振荡器的设计可参照数字电路教材中多谐振荡器的设计，采用门电路或555集成定时器设计制作，输出端驱动小扬声器。

2.元器件的选用：

选择元器件应本着通用优先的原则。

即在能满足功能和参数要求的条件下，优先选用通用型元器件。

虽然对放大器放大倍数的要求很高，但由于采用了窗孔比较器，灵敏度可比较灵活地设定，而且信号的频率非常低，所以运放选用单运放741或四运放LM324即可。

由于在一个集成块中包含4个相同的集成运放，所以选用324还可以同时满足比较器的要求。

高倍放大部分电路最好选用金属膜电阻和涤纶电容，可以满足稳定性要求，不要选用瓷片电容。

作为单稳态电路使用的数字逻辑电路最好不要选用TTL电路和74HC系列的CMOS电路，这是因为这两种电路对电源电压的要求比较严格，可选用CD4000系列CMOS电路或555集成定时器。

555集成定时器有双极型的555或1555，也有COMS型的7555。

双极型输出电流可达200mA，可直接驱动发光管、继电器、电磁铁、玩具电机一类的负载，但其输入端有一定的漏电流，一般不适合作长时间延时电路；

而CMOS型的7555输入端阻抗非常大，可用于长时间延时控制。

但由于其输出电流小（Io<

2mA），应考虑在输出端另加驱动电路。

（三）、调试方法、步骤

1安装：

电路的安装应本着按电路基本走向布局的原则安排元器件，每个单元电路的元件和布线相对集中，电源正极和负极（接地线）要分别在电路板的两侧安排独立走线。

元件之间的引线应该紧贴电路板走直线，需要绕行时应该走直角拐弯，一面无法走通时可以在元件面跳线，跳线同样要走直，紧贴电路板。

引线和跳线无焊接处不允许裸线相交。

焊接时要求动作迅速准确，切忌在一个焊点上反复焊接，这样极易造成焊盘脱落。

2调试：

（1）反复查验电路，排除连结错误、虚焊、搭锡等问题。

（2）用万用表R×

10档测量电路板上的正负电源，若电阻为零则存在短路，检查并排除。

（3）用万用表测量各集成块插座的正电源引脚与电路板上的正电源引线、负电源引脚与电路板上的地线是否连接良好。

（4）不插集成块的情况下通电，测量集成块插座的正负电源处电压是否符合要求。

（5）使用万用表、示波器、信号发生器、毫伏表等仪器，从电路的输出端向输入端分别对各单元电路逐级调试，实现功能并符合设计指标。

（6）对传感器发出信号，观察输出端声光报警的效果，如灵敏度偏高（易误动作）或偏低（不灵敏），可通过调整窗孔比较器的门限电压进行纠正。

（7）测试有关数据，记录实验结果。