電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)基礎(chǔ)(更新版)

　　

【正文】 同步時(shí)序邏輯電路的一般步驟如下： （ 1）邏輯抽象 把要求實(shí)現(xiàn)的時(shí)序邏輯功能表示為時(shí)序邏輯函數(shù)，可以用狀態(tài)轉(zhuǎn)換表的形式，也可用狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖的形式，這就需要： 分析給定的邏輯問題，確 定輸入變量、輸出變量以及電路的 48 狀態(tài)數(shù)。 兩者形式類同，所選器件的邏輯函數(shù)式包含更多的輸入變量和乘積項(xiàng)，這時(shí)只需對(duì) 多余的變量輸入端和乘積項(xiàng)作適當(dāng)處理，也能很方便地得到所需要的邏輯電路。 工藝設(shè)計(jì)。 寫出邏輯函數(shù)式。 （ 1）組合 邏輯電路的設(shè)計(jì) 組合邏輯電路在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)注意掌握組合邏輯電路的分析和設(shè)計(jì)工具，如：邏輯表達(dá)式、真值表、卡諾圖、時(shí)序圖等。常用的數(shù)字電路有編碼器、譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器、數(shù)值比較器、寄存器、計(jì)數(shù)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器等。另外，各個(gè)信號(hào)的地線是單獨(dú)的，可有效地抑制信號(hào)間通過地線的干擾。信號(hào)線間越近和線越長(zhǎng)，干擾強(qiáng)度就越大。抗地線干擾的措施： A． 盡量采用一點(diǎn)接地，即各部分的地自成一體后再分別接到公共地的一點(diǎn)上，印制電路板上采用此方法不太方便布線，而都是采用串聯(lián)接法，為了減少地線噪聲干擾，可適當(dāng)加大地線寬度。它用于整流電路之后，其特性是阻止 50HZ工頻干擾或其他固定頻率的干擾信號(hào)進(jìn)入電子電路。由于交流穩(wěn)壓器比較貴，在一些小型電子電路中一般不用，只用于較大型的電子系統(tǒng)，以及抗干擾要求比較高的場(chǎng)合。 上述四種干擾，危害性最大的 是來自電網(wǎng)的干擾和來自地線的干擾，其次為來自信號(hào)通道的干擾，而來自空間電磁輻射的干擾一般不太嚴(yán)重，只要電子系統(tǒng)與干擾源保持一定距離或采取適當(dāng)?shù)钠帘未胧旧暇涂山鉀Q。因此，設(shè)計(jì)者必須結(jié)合具體電路的實(shí)際情況，在實(shí)踐中去解決抗干擾問題。應(yīng)列出名稱、型號(hào)、生產(chǎn)廠家等； 測(cè)試的數(shù)據(jù)、波形，必要時(shí)應(yīng)與計(jì)算結(jié)果比較并進(jìn)行誤差分析； 組裝與調(diào)試的方法、技巧和注意事項(xiàng)； 調(diào)試中出現(xiàn)的故障及其診斷與排除方法。因此，調(diào)試之后很可能要對(duì)前面的“選擇元器件和參數(shù)計(jì)算”一節(jié)中所確定的方案再作修改，最后完成實(shí)際的總體電路，制作出符合設(shè)計(jì)要求的電子設(shè)備來。在這個(gè)閉環(huán)回路中只要有一個(gè)模塊出故障，則整個(gè)系統(tǒng)都存在故障現(xiàn)象。 C． 測(cè)量元器件接線端的電源電壓。 B． 元器件使用不當(dāng)。通過收集第一手資料可以幫助自己積累實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，切不可低估記錄的重要作用。整機(jī)聯(lián)調(diào)只需要觀察動(dòng)態(tài)結(jié)果，即把各種測(cè)量?jī)x器及系統(tǒng)本身顯示部分提供的信息與設(shè)計(jì)指標(biāo)逐一比較，找出問題，然后進(jìn)一步修改電路參 數(shù)，直到完全符合設(shè)計(jì)要求為止。比較理想的調(diào)試程序是按信 號(hào)的流向進(jìn)行，這樣可以把前面調(diào)試過的輸出信號(hào)作為后一級(jí)的輸入信號(hào)，為最后的聯(lián)調(diào)創(chuàng)造條件。測(cè)試是在安裝后對(duì)電路的參數(shù)及工作狀態(tài)進(jìn)行測(cè)量，調(diào)整則是在測(cè)試的基礎(chǔ)上對(duì)電路的結(jié)構(gòu)或參數(shù)進(jìn)行修正，使之滿足設(shè)計(jì)要求。查線的方式有兩種：一種是按照設(shè)計(jì)電路接線圖檢查安裝電路，在安裝好的電路中按電路圖一一對(duì)照檢查接線；另一種方法是按照實(shí)際線路，對(duì)照電路原理圖按兩個(gè)元件接線端之間的連線去向檢查。 為了便于查線，可根據(jù)連接線的不同作用選擇不同顏色的導(dǎo)線，一般習(xí)慣是正電源用紅色線，負(fù)電源用藍(lán)色線，地線用黑色線，信號(hào)線用黃色線等。它是把理論付諸于實(shí)踐的階段，也是將理論電路轉(zhuǎn)換為實(shí)際電路和電子設(shè)備的過程。 電路圖中的大規(guī)模集成電路，通常用方框圖表示。 盡量把總電路圖畫在同一張紙上，如果電路比較復(fù)雜，一張圖畫不下，應(yīng)把主電路畫在同一張紙上，而把一些比較獨(dú)立或次要的部分（例如直流穩(wěn)壓電源）畫在另一張或幾張紙上，并用適當(dāng)?shù)姆绞秸f明各圖之間的信號(hào)關(guān)系。 20 電解電容數(shù)值應(yīng)在常用電容標(biāo)稱值系列內(nèi)，并根據(jù)具體情況正確選擇電容的品種。 19 （ 2）元器件的參數(shù)計(jì)算 單元電路的結(jié)構(gòu)、形式確定以后，需要對(duì)影響技術(shù)指標(biāo)和參數(shù)的元器件進(jìn)行計(jì)算。直線式電位器可用于示波器和電視接收機(jī)中控制示波器和顯象管的聚焦和亮度。在高頻應(yīng)用時(shí)，某些電容器不可忽視的自身電感、引線電感和高頻損耗，會(huì)使電容器的自身性能下降，導(dǎo)致電路不能正常工作。在延時(shí)電路、音調(diào)控制電路、濾波器以及接收機(jī)的本振電路和中頻放大電路中，對(duì)某些電容器的精度要求較高或很高，應(yīng)選用高 精度的電容器來滿足電路的要求。各種電阻器由于他們的結(jié)構(gòu)與制造工藝不同，分布參數(shù)也不同。但在一般情況下，應(yīng)優(yōu)選集成電路，必要時(shí)可畫出兩種電路進(jìn)行比較。當(dāng)確實(shí)找不到性能指標(biāo)完全滿足要求的電路時(shí)，也可選用與設(shè)計(jì)要求比較接近的電路，然后調(diào)整電路參數(shù)。 2. 單元電路的設(shè)計(jì)與選擇 在確定了總體方案，畫出詳細(xì)框圖之后，即可進(jìn)行單元電路設(shè)計(jì)。 由于電子電路種類繁多，千差萬別，設(shè)計(jì)方法和步驟也因情況 9 不同而有所差異，因而設(shè)計(jì)步驟需要交叉進(jìn)行，有時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)多次反復(fù)。因此，一個(gè)電子電路的設(shè)計(jì)不僅包括單元電路的設(shè)計(jì)，還包括總體電路的系統(tǒng)設(shè)計(jì)（總體電路由哪些單元電路構(gòu)成，以及單元電路之間如何連接等）。對(duì)電路調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析，并說明解決的措施；記錄、整理測(cè)試結(jié)果并進(jìn)行分析。然后運(yùn)用測(cè)試 4 儀表或儀器對(duì)電路進(jìn)行調(diào)試，通過調(diào)整元器件等，排除電路故障，修改原設(shè)計(jì)電路，使之達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。 5. 進(jìn)一步熟悉常用電子儀器的正確使用方法；正確記錄并分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 一、電子電路課程設(shè)計(jì)的目的、要求 實(shí)驗(yàn)課、課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)階段既互相聯(lián)系又互有區(qū)別的三大實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。 2 畢業(yè)設(shè)計(jì)雖然也是一種綜合性訓(xùn)練，但它不是針對(duì)某一門課程，而是針對(duì)本專業(yè)的要求所進(jìn)行的更為全面的綜合訓(xùn)練。 3 二、電子電路課程設(shè)計(jì)的教學(xué)過程 課程設(shè)計(jì)是在教師指導(dǎo)下，通過學(xué)生獨(dú)立完成課題來達(dá)到對(duì)學(xué)生的綜合性訓(xùn)練。說明書的主要內(nèi)容有： （ 1）課題名稱。 （ 2）實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力：包括安裝工藝水平、調(diào)試過程中分析和解決問題的能力，以及創(chuàng)新精神等。但從教學(xué)訓(xùn)練角度出發(fā)，課程設(shè)計(jì)仍應(yīng)保留一定的單元電路的內(nèi)容。該方案可以有多個(gè)，需要通過實(shí)際的調(diào)查研究，查閱有關(guān)的資料或集體討論等方式，著重從方案能否滿足要求、結(jié)構(gòu)是否簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)是否經(jīng)濟(jì)可行等方面，對(duì)幾個(gè)方案進(jìn)行比較和論證，擇優(yōu)選取。 設(shè)計(jì)單元電路的一般方法和步驟： （ 1）根據(jù)設(shè)計(jì)要求和已選定的總體方案的原理框圖，確定對(duì)各單元電路的設(shè)計(jì)要求，必要時(shí)應(yīng)詳細(xì)擬定主要單元電路的性能指標(biāo)。 3. 元器件的選擇與參數(shù)計(jì)算 （ 1）元器件的選擇 13 選擇元器件只要能清楚“需要什么”和“有什么”，問題就比較好解決了。集成電路常見的封裝方式有雙列直插式、扁平式、和直立式三種（其他封裝方式還有：引線載體式等十余種），一般盡可能選用雙列直插式，因?yàn)檫@種封裝易于安裝和更換。在實(shí)際的電路中，有時(shí)需要選用正（或負(fù)）溫度系數(shù)的電阻器作為溫度補(bǔ)償元件。絕緣電阻小的電容器，漏電流較大，漏電流產(chǎn)生的功率損耗將使電容器發(fā)熱升溫，從而導(dǎo)致電流進(jìn)一步上升，輕則導(dǎo)致電路性能惡化，重則使電容器失效甚至爆炸。其制作材料、結(jié)構(gòu)形式和調(diào)節(jié)方式繁多，選用時(shí)應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)電路的要求確定。這種變化規(guī)律適用于音調(diào)控制電路及電視機(jī)中對(duì)比度的調(diào)節(jié)；對(duì)數(shù)式電位器可用于音響設(shè)備、收音機(jī)及電視接收機(jī)的音量控制電路中。計(jì)算電路參數(shù)時(shí)應(yīng)注意如下問題： 各元器件的工作電流、工作電壓、頻率和功耗應(yīng)在允許的范圍內(nèi)，并留有適當(dāng)?shù)挠嗔浚员ＷC電路在規(guī)定的條件下正常工作，達(dá)到所要求的性能指標(biāo)。 應(yīng)把根據(jù)計(jì)算所確定的各參數(shù)值標(biāo)在電路圖中適當(dāng)?shù)奈恢谩；ハ噙B通的交叉線，應(yīng)在交叉處用圓點(diǎn)標(biāo)出。 22 集成電路器件的管腳較多，多余的管腳應(yīng)做適當(dāng)處理。較復(fù)雜的電子電路需制作專門的印制電路板，還必須考慮電路的布局、焊接、組裝等工藝。如果能在組裝前先擬訂出組裝草圖，則可獲得事半功倍的效果，使組裝既快又好。 B． 直觀檢查 連線檢查完畢后，直觀檢查電源、地線、信號(hào)線、元器件接線 26 端之間有無短路，連線 處有無接觸不良，二極管、晶體管、電解電容等有極性的元器件引線端有無錯(cuò)接、反接，集成塊是否插對(duì)。第一種是邊安裝邊調(diào)試的方法，也就是把復(fù)雜的電路按原理圖上的功能分塊進(jìn)行調(diào)試，在分塊調(diào)試的基礎(chǔ)上 27 逐步擴(kuò)大調(diào)試的范圍，最后完成整機(jī)調(diào)試，采用這種方法能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，這是常用的方法，對(duì)于新設(shè)計(jì)的電路更為有效。 動(dòng)態(tài)測(cè)試可以利用前級(jí)輸出信號(hào)作為后級(jí)的輸入信號(hào)，也可利用自身的信號(hào)來檢查電路功能和各種指標(biāo)是否滿足設(shè)計(jì)要求，包括信號(hào)幅值、波形的形狀、相位關(guān)系、頻率、放大倍數(shù)、輸出動(dòng)態(tài)范圍等。 調(diào)試注意事項(xiàng) A． 測(cè)試之前要熟悉各種儀器的使用方法，并仔細(xì)加以檢查，避 29 免由于儀器使用不當(dāng)或出現(xiàn)故障而做出錯(cuò)誤判斷。 （ 3）電子電路的故障分析與處理 實(shí)踐訓(xùn)練過程中，電路故障常常不可避免，分析故障現(xiàn)象、解決故障問題可以提高實(shí)踐和動(dòng)手能力。 查找故障的方法 查找故障的通用方法是把合適的信號(hào)或某個(gè)模塊的輸出信號(hào)引到其他模塊上，然后依次對(duì)每個(gè)模塊進(jìn)行測(cè)試，直到找到故障模塊為止。 32 E． 檢查元器件使用是否得當(dāng)或已經(jīng)損壞。對(duì)于自己設(shè)計(jì)的系統(tǒng)或非常熟悉的電路，可以采用觀察判別法，通過儀器、儀表觀察到結(jié)果，直接判斷故障發(fā)生的原因和部位，從而準(zhǔn)確、迅速地找到故障并加以排除。 （ 3）設(shè)計(jì)任務(wù)和要求。列表項(xiàng)目為序號(hào)、符號(hào)與編號(hào)、名稱、型號(hào)與規(guī)格、數(shù)量以及必要的說明等。電子系統(tǒng)周圍的大功率電子設(shè)備的啟停，以及自然雷電所產(chǎn)生的干擾信號(hào)是構(gòu)成電子系統(tǒng)外部的主要干擾源。若此電子系統(tǒng)附近有大型電力設(shè)備接于同一個(gè)交流電源線上，那么，電力設(shè)備的啟停將產(chǎn)生很高的浪涌電壓疊加在50HZ 的電網(wǎng)電壓上。在市場(chǎng)上可以購(gòu)到體積小、價(jià)格合理的電源濾波器。在抗干擾要求不高的場(chǎng)合，可以不采用抗干擾措施，以免增加電路的復(fù)雜性。 D． 不論哪種方式接地，接地線應(yīng)短而粗，以減小接地電阻 信號(hào)通道干擾和抗干擾措施 在遠(yuǎn)距離測(cè)量、控制和通信中，電子系統(tǒng)的輸入和輸出信號(hào)線很長(zhǎng)，線間很近，信號(hào)在此長(zhǎng)線內(nèi)的傳輸過程中很容 易受到干擾，導(dǎo)致所傳輸?shù)男盘?hào)發(fā)生畸變或失常，從而影響電子電路的正常工作，必須予以足夠的重視。 針對(duì)上述信號(hào)通道上的干擾，常用的抗干擾措施有： A． 使用雙絞線傳輸。輸入與輸出被隔離開，只有光耦合，而無電的聯(lián)系，因此，兩邊的地可以不同，彼此可以獨(dú)立。下面主要討 論常用數(shù)字電路的設(shè)計(jì)與應(yīng)用方法。 邏輯抽象的工作通常包括以下幾個(gè)方面： A． 分析事件的因果關(guān)系，確定輸入變量和輸出變量。為了產(chǎn)生所需要的邏輯函數(shù)，即可以用小規(guī)模集成的門電路組成邏輯電路，也可以用中規(guī)模集成的常用組合邏輯器件或可編程邏輯器件等構(gòu)成相應(yīng)的邏輯電路，應(yīng)該根據(jù)對(duì)電路的具體要求和器件 的資源情況，決定采用哪一類型器件。然而人們發(fā)現(xiàn)，其中有些邏輯電路經(jīng)常大量地出現(xiàn)在各種數(shù)字系統(tǒng)中，這些電路包括編碼器、譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器、數(shù)值比較器等。 47 根據(jù)邏輯函數(shù)式對(duì)照比較的結(jié)果，即可確定所用的器件各輸入端應(yīng)當(dāng)接入變量或常量（ 1或 0），以及各片之間的連接方式。 按照題意列出電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表或畫出電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。 （ 6）檢查 檢查設(shè)計(jì)的電路能否自啟動(dòng)。應(yīng)從全局出發(fā)，決定電子裝置各部分的空間位置。 （ 3）注意發(fā)熱部件的熱干擾。分塊的原則是按電路功能分塊，不一定一塊電路一個(gè)功能，可以一塊電路有幾個(gè)功能。 前面的七項(xiàng)布局原則是從技術(shù)角度出發(fā)提出來的。 安排的原則是 ，按主電路信號(hào)流向的順序布置各級(jí)的集成塊和晶體管。 其原則是，第一級(jí)輸入線與末級(jí)的輸 出線，強(qiáng)電流線與弱電流線、高頻線與低頻線等應(yīng)分開走，其間距應(yīng)足夠大，避免相互干擾。 各種高頻和低頻退耦電容的接“地”端應(yīng)遠(yuǎn)離第一級(jí)的地。 57 1. 插接方式 （ 1）常用的兩種面包板結(jié)構(gòu) 圖 32是兩種面包板正面結(jié)構(gòu)圖。各組之間是否相通，各廠家產(chǎn)品不同，使用前要用萬用表測(cè)量一下。 （ 2）插接技術(shù) 在面包板上插接元器件組裝電路前，同樣有個(gè)布局的問題，其布局的原則基本上同前述的電路板結(jié)構(gòu)布局的原則，但有一個(gè)限制條件，這就是集成塊的位置不能隨意布置，必須插在面包板中間槽的兩邊，如圖 33 所示。根據(jù)布線要求確定連線長(zhǎng)度，并剪好導(dǎo)線，剝?nèi)?dǎo)線兩頭絕緣皮（剝?nèi)?6mm左右為宜），然后把導(dǎo)線兩頭彎成直角。但是插接方式最大的缺點(diǎn)是：插孔經(jīng)多次使用后，其簧片會(huì)變松，彈性變差，容易造成接觸不良，而這種問題往往是很難查找的。 1. 雙列直插式集成電路 雙列直插式集成塊引腳圖（頂視圖）如圖 34 所示。若阻值總是∞或 0，則說明管子內(nèi)部開路或短路， 64 管子已壞。 圖 35（ b）是塑料管殼晶體管，管殼上一般有一個(gè)切角平面，使觀察者面對(duì)切角面，管腳朝下，由左至右管腳依次為 E、 B、 C。固定電容器是指容量固定、不能調(diào)整的電容器。 （ 4）電阻器 電阻器可分為固定式電阻器和和可調(diào)（變）式電阻器兩大類。但是，由于其輸入電阻很高，柵極極易接受靜電感應(yīng)，造成靜電擊穿而損壞管子。插拔電路板電源插頭時(shí)，應(yīng)該注意先切斷電源。否則不但容易接受外界干擾，而且由于輸入電位不定，破壞正常的邏輯關(guān)系。否則當(dāng)印刷電路 板 從 機(jī) 器 中 拔 出 時(shí) ， 輸 入 端 必 然 出 現(xiàn) 懸 空 。 6. TTL 集成電路多余端的處理 多余的輸入端最好不要懸空。一般不允許將觸發(fā)器的輸出直接驅(qū)動(dòng)指示燈、電感負(fù)載、長(zhǎng)線傳輸，需要 時(shí)必須加緩沖門。 5. 可用17