电子课程设计报告(1)
电子课程设计报告(1)本文简介:网线测试仪一课程设计目的本次课程设计主要结合《模拟电子技术》,《数字电子技术》理论知识设计一个网线测试仪,网线测试仪就是用来测试网线连接状况的。本次课程设计起到巩固所学知识,加强综合能力,培养电路设计能力,提高实验技术,启发创新思想的效果。二结构设计关于实现网线测试功能的设计:接通电源后,555定时
电子课程设计报告(1)本文内容:
网线测试仪
一
课程设计目的
本次课程设计主要结合《模拟电子技术》,《数字电子技术》理论知识设计一个网线测试仪,网线测试仪就是用来测试网线连接状况的。本次课程设计起到巩固所学知识,加强综合能力,培养电路设计能力,提高实验技术,启发创新思想的效果。
二
结构设计
关于实现网线测试功能的设计:接通电源后,555定时器开始工作,产生方波。其方波上升沿触发4017BT-5V的CP1端,因4017BP的MR接地时,各Y端有译码输出。而输出端(Y0—Y9)只有一个高电平循环出现,其余均为低电平。由此构成如下回路:发光管LED1→被测网线第一根→副机电路中发光管LED9→VD10→VD16之一→另一根被测网线→主机D1-D8之一。这样。如果主机电路中的LED1被点亮,副机中的LED9也被点亮,则表示被测网线第一根线为“通”其它也如此。对网线进行检测时,如果LED1、LED2、LED4-LED8、LED17有不亮者,即表示此路不通。如果LED9一LED16非顺序点亮,则表示线序有误。当保持开机状态,该测试仪将会不断地对网线进行自动重复测试。
其原理图如图所示:
555方波信号发生
LED显示部分
分频器
三
方案比较
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)555定时器与石英晶体振荡器的比较
晶振是石英振荡器的简称,英文名为Crystal,它是时钟电路中最重要的部件,它的主要作用是向显卡、网卡、主板等配件的各部分提供基准频率,它就像个标尺,工作频率不稳定会造成相关设备工作频率不稳定,自然容易出现问题。晶振还有个作用是在电路产生震荡电流,发出时钟信号.。它用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作,以提供稳定,精确的单频振荡。在通常工作条件下,普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十。高级的精度更高。有些晶振还可以由外加电压在一定范围内调整频率,称为压控振荡器(VCO)。
振在数字电路的基本作用是提供一个时序控制的标准时刻。数字电路的工作是根据电路设计,在某个时刻专门完成特定的任务,如果没有一个时序控制的标准时刻,整个数字电路就会成为“聋子”,不知道什么时刻该做什么事情了。晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。通常一个系统共用一个晶振,便于各部分保持同步。有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振,而通过电子调整频率的方法保持同步。晶振通常与锁相环电路配合使用,以提供系统所需的时钟频率。如果不同子系统需要不同频率的时钟信号,可以用与同一个晶振相连的不同锁相环来提供。电路中,为了得到交流信号,可以用RC、LC谐振电路取得,但这些电路的振荡频率并不稳定。在要求得到高稳定频率的电路中,必须使用石英晶体振荡电路。石英晶体具有高品质因数,振荡电路采用了恒温、稳压等方式以后,振荡频率稳定度可以达到10^(-9)至10^(-11)。广泛应用在通讯、时钟、手表、计算机……需要高稳定信号的场合。
555
定时器成本低,性能可靠,只需要外接几个电阻、电容,就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。555
定时器的内部电路框图和外引脚排列图分别如图
2.9.1
和图
2.9.2
所示。它内部包括两个电压比较器,三个等值串联电阻,一个
RS
触发器,一个放电管
T
及功率输出级。它提供两个基准电压VCC
/3
和
2VCC
/3
555
定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制
RS
触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压,当
5
脚悬空时,则电压比较器
C1
的同相输入端的电压为
2VCC
/3,C2
的反相输入端的电压为VCC
/3。若触发输入端
TR
的电压小于VCC
/3,则比较器
C2
的输出为
0,可使
RS
触发器置
1,使输出端
OUT=1。如果阈值输入端
TH
的电压大于
2VCC/3,同时
TR
端的电压大于VCC
/3,则
C1
的输出为
0,C2
的输出为
1,可将
RS
触发器置
0,使输出为
0
电平。
555的应用:
555定时器
(1)构成施密特触发器,用于TTL系统的接口,整形电路或脉冲鉴幅等;
(2)构成多谐振荡器,组成信号产生
(3)构成单稳态触发器,用于定时延时整形及一些定时开关中。
虽然石英晶体振荡频率的稳定度高,但是受环境温度的影响较大。而由555定时器构成的多谐振荡器的器没有此缺点而且功能稳定,适用范围广,所以采用555定时器来产生方波。
(2)4017BD-5V与3-8译码器的比较
因为4017输出信号均是高电平,而,3-8译码器输出是低电平,跳变为低电平是灯亮。要想使灯在跳变为高电平时亮需要在输出端加非门使电路变得复杂,所以选用4017。
四
电路设计及理论分析
(1)555方波信号发生器
①原理图
②原理:它内部包括两个电压比较器,三个等值串联电阻,一个RS触发器,一个放电管T及功率输出级。它提供两个基准电压VCC/3和2VCC
/3。555定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压,当5脚悬空时,则电压比较器C1的同相输入端的电压为2VCC/3,C2的反相输入端的电压为VCC/3。若触发输入端TR的电压小于VCC/3,则比较器C2的输出为0,可使RS触发器置1,使输出端OUT=1。如果阈值输入端TH的电压大于2VCC/3,同时TR端的电压大于VCC
/3,则C1的输出为0,C2的输出为1,可将RS触发器置0,使输出为0电平。
图1-1
555定时器内部结构
设电容的初始电压Uc=0,t=0时接通电源,由于电容电压不能突变,所以高、低触发端VTH=VTL=0<1/3VCC,比较器A1输出为高电平,A2输出为低电平,即RD=1,SD=0(1表示高电位,0表示低电位),R-S触发器置1,定时器输出Uo=1,此时Q=1,定时器内部放电三极管截止,电源VCC经向电容C充电,UC逐渐升高。当UC上升到1/3VCC时,
输出由0翻转为1,这时RD=RS=1,R-S
触发顺保持状态不变。所以0 t=t1 时刻,Uc上升到2/3Vcc,比较器A1的输出由1变为0,这时RD=0,RS=1, R-S 触发器复0,定时器输出Uo=0。 t1 t=t2时刻,Uc下降到1/3Vcc,比较器A2输出由1变为0,R-S触发器的RD=1,SD=0,触发器处于1,定时器输出Uo=1。此时电源再次向电容C放电,重复上述过程。通过上述分析可知,电容充电时,定时器输出Uo=1,电容放电时Uo=0, 0,电容不断地进行充、放电,输出端便获得矩形波。多谐振荡器无外部信号输入,却能输出矩形波,其实质是将直流形式的电能变为矩形波形式的电能。 图1-2 555多谐振荡器原理图 振荡周期T=T1+T2。T1为电容充电时间,T2为电容放电时间。充电时间T1=(R1+R2)C㏑2≈0.7(R1+R2)C;放电时间T2=R2C㏑2≈0.7R2C; 矩形波的振荡周期T=T1+T2=㏑2(R1+2R2)C≈0.7(R1+2R2)C。q=(脉宽tw)/(周期T)。 图1-3多谐振荡器的工作波形 在电路图中周期T1=(R1+R2)C㏑2≈0.7(R1+R2)C =0.7*530*1=0.37,T=T1+T2=㏑2(R1+2R2)C≈0.7(R1+2R2)C=0.7*(400+2*130)*1=0.46s,占空比q=T1/T=0.80 (2)分频器以及显示部分 ①原理图 ②工作原理:4017 4017BT有3个输(MR、CP0和CP1),MR为清零端,当在MR端上加高电平或正脉冲时其输出O0为高电平,其余输出端(O1~O9)均为低电平。CP0和~CPl是2个时钟输入端,若要用上升沿来计数,则信号由CP0端输入若要用下降沿计数则信号由CPl端输入。 若有连续脉冲输入时,其对应的输出端依次变为高电平状态,可直接用作顺序脉冲发生器。高电压在显示部分形成回路,由此可也判断网线是否是通路。由于4017有10个输出端但是在原理图只用了8个输出端,所以在LED17亮之后经过两个脉冲周期后LED1才继续亮。12脚为进位脚,当4017计数10个脉冲之后,将输出一个脉波,代表产生进位,接地后不影响输出。14脚为频率输出信号,有一定的工作电压,所以R3,R4有分压功能保证14脚正常工作,LED3指示灯亮表示可以正常工作。 五、电路总框图 六 仿真结果与分析 采用CD4017制作的网线测试仪电路如下图所示,其工作原理是: 接通电源后,NE555得电工作,产生方波,LED0闪亮。其方波上升沿触发CD4017的CP端,因CD4017的CR接地时,各Y端有译码输出。而输出端(YO—Y9)只有一个高电平循环出现,其余均为低电平。由上电路图可知,构成如下的回路:发光管LED1→被测网线第一根→副机电路中发光管LED10→VD11→VD17之一→另一根被测网线→主机VD2-VD8之一。这样。如果主机电路中的LED1被点亮,副机中的LED10也被点亮,则表示被测网线第一根线为“通”,其它例同。对网线进行检测时,如果LED1-LED8有不亮者,即表示此路不通。如果LED10一LED17非顺序点亮,则表示线序有误。另外,测试熟练后,还可根据发光二极管的发光强弱判断出该网线的质量好坏。 BNC同轴电缆检测例同。当保持开机状态,该测试仪将会不断地对网线进行自动重复测试。