电子技术综合一体化教程.docx
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电子技术综合一体化教程
安徽国防科技职业学院自编教材
电子技术综合应用教程
主编邹华东
副主编周全，吴年祥，向楠
主审陈小林
机电工程系
二〇一三年八月
序
实践与理论通常是分不开的一个整体，先理论还是先实践实际是一个先有鸡还是先有蛋的问题。
本教材的编写积累了很长一段时间，是在前期不断的实践摸索和总结的基础上不断修改而最终编订的。
其主要的思路是本着理论和实践结合，进行理实一体化教学进行的一个探索。
该教材的编写，在工学结合教育思路已经达到共识的今天，获得了各级领导的大力支持以及教师实践探索的检验，今年作为电气自动化专业的电子技术实践模块环节双教师授课的首版教材，本人深感责任重大，对教材原稿进行了多次的修改和检验。
首先感谢吴鹏飞、梁贵琪两位参加多项技能竞赛的同学，在教材和其他环节提供了良好的素材和进行了仔细的实践环节检验，感谢赵守林、吴年祥、章飞、周全、徐丽霞等授课教师在实践环节对其中的训练套件的选用和建议，感谢学生在选用的过程中对里面的内容提的参考建议，这些都对我们教材的编写起了重要的作用。
由于本教材为电子技术实践模块双教师授课的首版教材，主要在暑假期间由我和向楠老师进行统稿，由陈小林主任进行了主审，参编人员有吴年祥、章飞、周全、徐丽霞，在此一并表示感谢。
另外，作为校企合作的一项重要内容，安徽科航自动化仪器有限公司的刘全广总经理和安徽佳通轮胎有限公司董功兵高工，给了我们很多相关建议，对我们的编写起了重要作用。
本次教材修订是在前一届试用的基础上修订而成，后半部分由我和周全老师编写完成，此次补充了可编程逻辑器件，555定时器应用，单片机综合设计应用等相关内容，紧密结合相关的实训和学生的实际应用水平。
本教材本着精简、实用的原则进行编写，没有完全按照电子技术课程的多而全的原则进行编写，选材充分考虑了高职学生的理论实践水平，希望能够让学生做到“做中学，学中悟”，这也是作为一个教育工作者一个真诚的愿望吧。
做中学，学中悟，激发学生的学习兴趣，培养学生的专业能力，是本教材编写的一个重要动力，由于编者水平有限，缺点错误在所难免，恳请广大读者多提宝贵意见，批评指正，在此表示衷心感谢。
邹华东
2012年8月20日
目录
项目一三极管应用以及二极管门电路2
项目二可调直流稳压电源6
项目三运放器和比较器9
项目四闪频电路12
项目五NE555多谐振荡器14
项目六红外避障传感器16
项目七3-8译码器19
项目八信号辨向处理电路22
项目九数据选择器25
项目十D/A数模转换器28
项目十一计数器32
项目十二分频电路制作35
项目十三GAL器件介绍及编程基本步骤37
项目十四GAL器件设计3-8线译码器39
项目十五GAL器件设计4位的二选一功能的多路选择器41
项目十六GAL器件设计4位的二进制计数器43
项目十七555定时器设计施密特触发器45
项目十八555定时器设计单稳态触发电路46
项目十九用液晶显示装置显示数字48
项目二十测周期法测周期51
项目二十一测频法测周期53
项目二十二步进电机控制55
项目一三极管应用以及二极管门电路
一、项目要求
利用所学电子技术相关知识制作电路：
三极管的电路放大作用验证电路；二极管或门电路。
1、制作要求：
（1）掌握三极管及二极管的逻辑符号及其功能。
（2）熟悉电路原理图和相关的PCB板制作知识；
（3）熟悉项目中所使用的元器件，能够在面包板上根据电路图搭建出实际电路。
（4）选择所需的电子元器件，在制作好的PCB板上正确焊接好电路。
2、利用万用表工具，对二极管和三极管相关参数进行检测，能够运用万用表蜂鸣档进行通断检测和电阻阻值检测等。
二、项目设计原理介绍
1.三极管应用
三极管除了可以当做交流信号放大器之外，也可以做为开关之用。
严格说起来，三极管与一般的机械接点式开关在动作上并不完全相同，但是它却具有一些机械式开关所没有的特点。
如图1所示，即为三极管电子开关的基本电路图。
由下图可知，负载电阻被直接跨接于三极管的集电极与电源之间，而位居三极管主电流的回路上。
图1.1三极管开关电路
输入电压Vin则控制三极管开关的开启与闭合动作，当三极管呈开启状态时，负载电流便被阻断，反之，当三极管呈闭合状态时，电流便可以流通。
详细的说，当Vin为低电压时，由于基极没有电流，因此集电极亦无电流，致使连接于集电极端的负载亦没有电流，而相当于开关的开启，此时三极管工作于截止区域。
同理，当Vin为高电压时，由于有基极电流流动，因此使集电极流过更大的放大电流，因此负载回路便被导通，而相当于开关的闭合，此时三极管工作于饱和区。
2.门电路
对上图所示电路可做如下分析：
我们注意到电路中L点与电源之间有一个电阻，正是该电阻作用，使得发光二级管正端电压接近+5V。
（扣除掉二极管的导通电压）若A、B中有任意一个为0V，则D1、D2中有一个必定导通，使得发光二极管导通发光，否则灯灭。
用真值表将所有情况罗列如下表1：
表1.1真值表
3、三极管应用以及二极管门电路
项目原理图、PCB图、装配图分别如图2、图3、图4所示。
图1.2电路原理图
图1.3PCB图
图1.4装配图
4、元器件清单
表1.2材料清单
三、项目考核
1、制作结束后，学生按要求，结合实习心得体会，写出实习报告（详细记录实训全过程）；对于三极管的放大作用和二极管的相关特性要能够进行分析与制作。
2、由指导教师根据学生的完成硬件制作的情况及调试结果并结合学生实习中的表现和实习报告评定成绩，并纳入学籍管理。
项目二可调直流稳压电源
一、项目要求
1、利用所学电子技术相关知识制作可调直流稳压电源。
直流稳压电源制作要求：
（1）输入电压220V，输出电压DC1.25V～12V连续可调，输出电流最大为1A;
（2）熟悉电路原理图和相关的PCB板制作知识；
（3）熟悉项目中所使用的元器件，能够在面包板上根据电路图搭建出实际电路。
（4）选择所需的电子元器件，在制作好的PCB板上正确焊接好电路。
2、利用示波器、万用表等工具，对电源的相关技术参数进行检测，熟悉排除故障的基本方法。
二、原理介绍
1、可调直流稳压电源的原理及构成
小功率的可调直流稳压电源组成是由电源变压器、整流、滤波、稳压等四部分组成，其原理框图如图1所示。
电源变压器将交流电220V的电压变为所需要的电压值，然后通过整流电路将降压后的交流电压变成脉动的直流电压。
由于此脉动的直流电压还含有较大的纹波，必须通过滤波电路加以滤除，从而得到平滑的直流电压。
图2.1稳压电源框图
降压的作用是：
将输入的220V交流电压降压，此时输出的还是交流电压。
整流的作用是：
将交流电压整流成直流电压。
此时输出的是只有正半周的电压。
滤波的作用是：
将正半周的电压过滤成纹波系数很小的接近直流的电压。
稳压的作用是：
将纹波系数很小的输出电压稳定在用户需要的直流电压上。
输出电压调整：
根据用户的需要，调节稳定输出电压值。
用示波器测量每部分电路输出波形，其理论波形如图2所示。
图2.2电压波形图
2、LM317稳压器件介绍
稳压的作用是将输出电压稳定在用户所需要的直流电压上，维持输出直流电压稳定，保证额定的输出功率。
LM317是美国国家半导体公司的三端可调正稳压器集成电路。
我国和世界各大集成电路生产商均有同类产品可供选用，是使用极为广泛的一类串连集成稳压器，其外观及管脚图如图3所示。
图2.3外观及管脚图
LM317的输出电压范围是1.25V～37V（本设计输出电压范围是1.25V～12V），负载电流最大为1.5A。
它的使用非常简单，仅需两个外接电阻来设置输出电压。
此外它的线性调整率和负载调整率也比标准的固定稳压器好。
LM317内置有过载保护、安全区保护等多种保护电路。
3、电路原理图
项目设计原理图如图4所示。
为保证稳压器的输出性能，R应小于240欧姆。
改变RP阻值即可调整稳压电压值。
D5，D6用于保护LM317。
输出电压计算公式：
Uo=（1+RP/R）*1.25。
图2.4LM317可调稳压电源
4、电路板布局以及安装
有关电路板上原器件的安装如图3所示。
安装元器件先装矮的元件，后装高的元件。
总装配PCB图如图5所示。
图2.5LM317可调稳压电源PCB
三、项目考核
1、制作完成后，检查电路的电气特性参数，如输出电压、纹波系数、功率等，学生结合实习心得体会，按格式和内容要求写出实习报告。
2、由指导教师根据学生硬件制作完成情况及调试结果，结合学生实习表现和实习报告评定成绩。
项目三运放器和比较器
一、项目要求
1、利用所学课程设计制作运放器和比较器。
具体要求如下：
（1）掌握运放器和比较器的工作原理;
（2）熟悉电路原理图和相关的PCB板制作知识；
（3）熟悉项目中所使用的元器件，能够在面包板上根据电路图搭建出实际电路。
（4）选择所需的电子元器件，在制作好的PCB板上正确焊接好电路。
2、利用示波器、万用表等工具，对输出电压、放大倍数等参数进行检测，熟悉排除故障的基本方法。
二、项目设计原理介绍
1、比较器原理介绍
当去掉运放的反馈电阻时,或者说反馈电阻趋于无穷大时（即开环状态）,理论上认为运放的开环增益也为无穷大（实际上是很大,如LM324运放开环增益为100dB，既10万倍）。
此时运放便形成一个电压比较器，其输出如不是高电平（V+），就是低电平（V-或接地）。
当正输入端电压高于负输入端电压时，运放输出低电平。
1）反相交流放大器
电路如图1所示。
此放大器可代替晶体管进行交流放大，可用于扩音机前置放大等。
电路无需调试。
放大器采用单电源供电，由R1、R2组成1/2V+偏置，C1是消振电容。
放大器电压放大倍数Av仅由外接电阻Ri、Rf决定：
Av=-Rf/Ri。
负号表示输出信号与输入信号相位相反。
按图中所给数值，Av=-10。
此电路输入电阻为Ri。
一般情况下先取Ri与信号源内阻相等，然后根据要求的放大倍数在选定Rf。
Co和Ci为耦合电容。
图3.1反相交流放大器
2）同相交流放大器
电路如图2所示。
同相交流放大器的特点是输入阻抗高。
其中的R1、R2组成1/2V+分压电路，通过R3对运放进行偏置。
电路的电压放大倍数Av也仅由外接电阻决定：
Av=1+Rf/R4，电路输入电阻为R3。
R4的阻值范围为几千欧姆到几十千欧姆。
图3.2反相交流放大器
2、系统设计
图3为设计原理图，图4为其PCB制板图。
图3.3设计原理图
图3.4PCB制板图
3、LM324介绍
LM324是四运放集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装。
它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。
每一组运算放大器可如图所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。
两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。
LM324的引脚排列如图5所示。
由于LM324四运放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用。
图3.5LM324的引脚排列
三、项目考核
1、制作结束后，学生按要求，能够测试放大倍数，观察信号的幅度变化等，结合实习心得体会，写出实习报告（详细记录实训全过程）；
2、由指导教师根据学生的完成硬件制作的情况及调试结果并结合学生实习中的表现和实习报告评定成绩，并纳入学籍管理。
项目四闪频电路
一、项目要求
1、利用所学课程设计制作一个闪频电路。
（1）掌握设计的闪屏电路的原理及装配、调试工艺;
（2）熟悉电路原理图和相关的PCB板制作知识；
（3）熟悉项目中所使用的元器件，能够在面包板上根据电路图搭建出实际电路。
（4）选择所需的电子元器件，在制作好的PCB板上正确焊接好电路。
2、利用示波器、万用表等工具，对电源的相关技术参数进行检测，熟悉排除故障的基本方法。
二、项目设计原理介绍
1、基本原理
（1）如果LD1先亮,则V1导通,V1导通（饱和状态），由于C1电容两端电压不能突变,UC＝0，所以VB2=0；V2不能导通->LD2不亮,（V2截止）,电容C3与V1基极相连,由于VB1=0.7V,所以C3左边为负,右边为正（即负0.7V）。
迫使V3截止，此时只有LD1亮.。
（2）当C1通电后：
R3-C1->V1导通->当充电大于等于0.7V时,V2导通，LD2亮。
由于C2不能突变=0；VB3等于0；V3不导通->LD3也不亮，V3截止,。
C1左边为负,右边为正（即负0.7V）。
迫使V1截止，此时只有LD2亮。
（3）C2放电到充电，电压由零变正电压。
V3B大于0.7,使V3导通，LD3亮，同理返回V2，保证V1截止。
用分立原件组成的多谐振荡电路。
2、系统实现
图1为闪屏电路的电路原理图，图2为其PCB制版图。
图4.1电路原理图
图4.2闪屏电路PCB
3、9018介绍
图4.39018管脚图
三、项目考核
1、制作结束后，学生按要求，思考下闪频电路最少需要的电路级数，能够自动检测各级电路通断，理解信号的反馈原理，结合实习心得体会，写出实习报告（详细记录实训全过程）；
2、由指导教师根据学生的完成硬件制作的情况及调试结果并结合学生实习中的表现和实习报告评定成绩，并纳入学籍管理。
项目五NE555多谐振荡器
一、项目要求
1、利用所学电子技术相关知识制作一个多谐振荡器。
（1）掌握多谐振荡器的工作原理及其功能。
（2）熟悉电路原理图和相关的PCB板制作知识；
（3）熟悉项目中所使用的元器件，能够在面包板上根据电路图搭建出实际电路。
（4）选择所需的电子元器件，在制作好的PCB板上正确焊接好电路。
2、利用示波器、万用表等工具，对电路的相关技术参数进行检测，熟悉排除故障的基本方法。
二、项目设计原理介绍
1、原理介绍
用555定时器构成的多谐振荡器电路如图1所示：
图中电容C1、电阻R1和R2作为振荡器的定时元件，决定着输出矩形波正、负脉冲的宽度。
定时器的触发输入端（2脚）和阀值输入端（6脚）与电容相连；集电极开路输出端（7脚）接R1、R2相连处，用以控制电容C1的充、放电；外界控制输入端（5脚）通过0.01uF电容接地。
图5.1NE555管脚定义图
图5.2工作波形图
多谐振荡器的工作波形如图2所示，电路接通电源的瞬间，由于电容C来不及充电，Vc=0v，所以555定时器状态为1，输出Vo为高电平。
同时，集电极输出端（7脚）对地断开，电源Vcc对电容C充电，电路进入暂稳态I，此后，电路周而复始地产生周期性的输出脉冲。
多谐振荡器两个暂稳态的维持时间取决于RC充、放电回路的参数。
暂稳态Ⅰ的维持时间，即输出Vo的正向脉冲宽度T1≈0.7（R1+R2）C；暂稳态Ⅱ的维持时间，即输出Vo的负向脉冲宽度T2≈0.7R2C。
因此，振荡周期T=T1+T2=0.7（R1+2R2）C，振荡频率f=1/T。
正向脉冲宽度T1与振荡周期T之比称矩形波的占空比Ｄ，由上述条件可得D=（R1+R2）/（R1+2R2），若使R2>>R1，则D≈1/2，即输出信号的正负向脉冲宽度相等的矩形波（方波）。
2、工作原理图
图5.3电路原理图
三、项目考核
1、制作结束后，学生按要求，结合实习心得体会，写出实习报告（详细记录实训全过程）；
2、由指导教师根据学生的完成硬件制作的情况及调试结果并结合学生实习中的表现和实习报告评定成绩，并纳入学籍管理。
项目六红外避障传感器
一、项目要求
1、利用所学电子技术相关知识制作一个红外避障电路
（1）制作一个红外避障电路。
（2）熟悉电路原理图和相关的PCB板制作知识；
（3）熟悉项目中所使用的元器件，能够在面包板上根据电路图搭建出实际电路。
（4）选择所需的电子元器件，在制作好的PCB板上正确焊接好电路。
（5）制作完成后能够实现对障碍物的检测，能够通过调节可调电阻阻值来调节探测范围。
2、利用示波器、万用表等工具，对电路的相关技术参数进行检测，熟悉排除故障的基本方法。
二、项目设计原理介绍
工作原理:
38KHZ的控制信号由J1端口的第四脚引入，通过三级管组成的开关电路，红外发射EL-1L1传感器主动发射红外线,根据反射光探测,红外接收管HS0038B类似探测雷达，如果探测到障碍,OUT脚输出低电平,否则1高电平.工作电压:
3.8V-5.5V工作电流（5V时）:
典型电流6mA。
输入输出信号（4线）端口:
J1:
1、VCC2、3、GND4、IN；J2:
1、GND2、OUT
GND,VCC是电源,VCC的范围是3.8V-5.5V,IN是信号（输入为38KHZ方波）
电路板上有多圈可调电位器,可根据使用环境调节，调节范围为3cm-100cm.因为是反射原理,跟具体的反射目标相关,可根据情况调节.电路板上有一个红色LED,探测到障碍时发光.OUT输出持续低电平.无障碍是OUT输出持续高电平.障碍探测时间（有效探测范围内从无障碍目标到出现障碍,或者有障碍到障碍目标消失）:
<=21ms
传感器主动红外线反射探测,因此目标的反射率和形状是探测距离的关键,其中黑色探测距离最小,白色最大;小面积物体距离小,大面积距离大.
图6.1红外避障电路原理图
图6.2红外接收管HS0038B管脚图
图6.39018（PNP型）三极管管脚图
三、项目考核
1、制作结束后，学生按要求，结合实习心得体会，写出实习报告（详细记录实训全过程），特别要注意下面几个内容：
（1）距离远近和调阻阻值大小关系
（2）障碍物颜色和探测远近的关系（3）障碍物的形状和探测效果的关系。
（4）接收装置和发射装置的安放方法不同引起的差异。
2、由指导教师根据学生的完成硬件制作的情况及调试结果并结合学生实习中的表现和实习报告评定成绩，并纳入学籍管理。
项目七3-8译码器
一、项目要求
利用所学数电知识设计制作一个3-8译码器。
1、直流稳压电源制作要求：
（1）熟悉电路原理图和相关的PCB板制作知识；
（2）熟悉项目中所使用的元器件，能够在面包板上根据电路图搭建出实际电路。
（3）选择所需的电子元器件，在制作好的PCB板上正确焊接好电路。
2、利用示波器、万用表等工具，对电源的相关技术参数进行检测，熟悉排除故障的基本方法。
二、项目设计原理介绍
1、工作原理
3-8译码器的输入是3个引脚,输出是8个引脚。
用高、低电平（0和1）来表示输入和输出。
3个引脚也就是3位二进制数。
输入可以3位二进制数。
3位二进制最大是111也就是8，输出是8个引脚，根据输入的二进制数来输出。
如果输入是101那么就是第5只脚低电平，表示二进制数是5。
其实3-8译码器的功能就是把输入的3位2进制数翻译成10进制的输出。
2、项目设计
本设计是用三个拨动开关来改变3-8译码器的三个输入，用八个LED来显示3-8译码器的八个输出。
通过输入不同的值来观察输入的结果与3-8译码器的真值表是否一致。
当开关闭合时其输出为低电平，反之输入高电平。
3-8译码器电路图及PCB制板图如图1、图2所示。
图7.13-8译码器电路原理图
图7.23-8译码器电路PCB
3、74LS138
74LS138为3－8线译码器，共有54/74S138和54/74LS138两种线路结构型式，其主要电特性的典型值如下：
当一个选通端（G1）为高电平，另两个选通端（/（G2A）和/（G2B））为低电平时，可将地址端（A、B、C）的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。
利用G1、/（G2A）和/（G2B）可级联扩展成24线译码器；若外接一个反相器还可级联扩展成32线译码器。
若将选通端中的一个作为数据输入端时，138还可作数据分配器,选通端（低电平有效）译码输出端（低电平有效）。
图3为其管脚图。
图7.374LS138管脚图
三、项目考核
1、制作结束后，学生按要求，结合实习心得体会，写出实习报告（详细记录实训全过程）；
2、由指导教师根据学生的完成硬件制作的情况及调试结果并结合学生实习中的表现和实习报告评定成绩，并纳入学籍管理。
项目八信号辨向处理电路
一、项目要求
1、利用所学电子技术相关知识制作一个电路，完成信号的辨向处理。
（1）掌握D触发器的逻辑符号及其功能。
（2）熟悉电路原理图和相关的PCB板制作知识；
（3）熟悉项目中所使用的元器件，能够在面包板上根据电路图搭建出实际电路。
（4）选择所需的电子元器件，在制作好的PCB板上正确焊接好电路。
2、利用示波器、万用表等工具，对电源的相关技术参数进行检测，熟悉排除故障的基本方法。
二、项目设计原理介绍
1、D触发器原理介绍
电平触发的主从触发器工作时，必须在正跳沿前加入输入信号。
如果在CP高电平期间输入端出现干扰信号，那么就有可能使触发器的状态出错。
而边沿触发器允许在CP触发沿来到前一瞬间加入输入信号。
这样，输入端受干扰的时间大大缩短，受干扰的可能性就降低了。
边沿D触发器也称为维持-阻塞边沿D触发器。
设计原理图如图1所示。
图8.1电路原理图
2、信号辨向处理电路PCB版
图8.2信号辨向处理电路PCB
3、74LS74与74LS00介绍
图8.374LS74和引脚定义图和真值表
图8.474ls00和引脚定义图
三、项目考核
1、制作结束后，学生按要求，结合实习心得体会，写出实习报告（详细记录实训全过程）；
2、由指导教师根据学生的完成硬件制作的情况及调试结果并结合学生实习中的表现和实习报告评定成绩，并纳入学籍管理。
项目九数据选择器
一、项目要求
利用所学电子技术相关知识制作一个数据选择器。
1、制作要求：
（1）制作一个八选一数据选择器。
（2）熟悉电路原理图和相关的PCB板制作知识；
（3）熟悉项目中所使用的元器件，能够在面包板上根据电路图搭建出实际电路。
（4）选择所需的电子元器件，在制作好的PCB板上正确焊接好电路。
2、利用示波器、万用表等工具，对电路的相关技术参数进行检测，熟悉排除故障的基本方法。
二、项目设计原理介绍
1、数据选择器工作原理介绍
74LS151为互补输出的8选1数据选择器，引脚排列如图1所示，功能如表1所示。
图9.174LS151引脚排列图
选择控制端（地址端）为C～A，按二进制译码，从8个输入数据D0～D7中，选择一个需要的数据送到输出端Y，G为使能端，低电平有效。
（1）使能端G＝1时，不论C～A状态如何，均无输出（Y＝0，W＝1），多路开关被禁止。
（2）使能端G＝0时，多路开关正常工作，根据地址码C、B、A的状态选择D0～D7中某一个通道的数据输送到输出端Y。
如：
CBA＝000，则选择D0数据到输出端，即Y＝D0。
如：
CBA＝001，则选择D1数据到输出端,即Y＝D1，其余类推。
输入
输出WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号
数据选择
选通
Y
W
C
B
A
G
×
×
×
H
L
H
LWGi83
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