大学生电子设计大赛 PWM调光的多功能LED台灯电路设计
PWM调光的多功能LED台灯电路设计
LED（发光二极管）作为一种新型光源，具有高效节能、绿色环保、使用寿命长等其他光源无法比拟的优点，代表着未来照明技术的发展方向。本文设计了一种以AT89S51单片机为核心的家用多功能白光LED台灯系统，采用PT4115大功率LED恒流驱动方案，可实现对LED台灯的PWM多级调光控制；同时，系统兼有时间日历、温度检测、液晶显示、声光闹钟等多项功能。本文详细给出系统的硬件与软件设计过程。实验证明，该多功能LED 台灯稳定高效，功能丰富，能够满足家庭实际应用的要求。
0引言
随着全球能源危机和气候变暖问题的日益严重，绿色节能已经成为全球普遍关注的话题，人们正通过各种途径寻找新的节能方式。照明是人类消耗能源的重要方面，在电能消耗中，发达国家照明用电占发电总量的比例是19%,我国也达到12%.随着经济发展，我国的照明用电将有大比例的提高，因此绿色节能照明的研究越来越受到重视。LED作为一种固态冷光源，是继白炽灯、荧光灯、高强度放电灯（如高压钠灯和金卤灯）之后的第四代新光源。基于白光LED的固态照明，是一种典型的绿色照明方式，与传统光源相比，具有节能、环保、寿命长、体积小、安全可靠等特点，代表着照明技术的未来，并符合当前政府提出的"建设资源节约型和环境友好型社会"的要求。可以预见不久的将来，LED必然会进入普通照明领域取代现有的照明光源。
目前，市场上采用白炽灯、卤素灯、荧光灯为光源的台灯普遍存在着低效率、高能耗、不易调光等缺点；至于寿命结束的含汞灯，一旦处理不当，将对环境造成严重危害；而且部分台灯产品功能单一，缺少亮度调节、时钟日历、温度显示等功能，无法适应现代家庭生活的实际需求。为解决当前问题，本文设计了以AT89S51单片机为核心的多功能白光LED 台灯系统，采用PT4115大功率LED恒流驱动方案，可实现对LED台灯的PWM调光控制；同时兼有时钟日历、声光闹钟、温度检测、液晶显示等多项功能。在实现高效节能的同时，为家庭使用提供了极大的便捷。
1系统硬件电路设计
该多功能LED台灯系统采用20只5mm高亮白光LED灯珠为光源，以AT89S51单片机为主控芯片，由LED恒流驱动系统、时钟系统、测温系统、液晶显示系统、蜂鸣系统、按键系统组成。系统结构框图如图1所示。
该系统可具体实现LED台灯的10级PWM调光控制；液晶屏实时显示时钟、日历与环境温度信息；闹钟功能采用声光报警方式，即一旦到达闹钟时间，LED台灯自动点亮，
并发出蜂鸣声报警，以唤醒用户；用户可通过按键系统实现对时钟日历与闹钟参数的设置、LED亮度的调节以及闹钟报警的解除。
图1系统结构框图
1.1单片机主控系统
本设计主控系统采用ATMEL公司的高性能AT89S51芯片实现，其P0口外接10K 的上拉电阻，P0.0~P0.7同时作为DS12C887的数据接口与液晶1602的数据接口。P2.0~P2.3分别连接DS12C887芯片的片选端CS、地址选通输入端AS、数据选择端DS与读/写输入端R/W,P3.2连接其闹钟中断请求输出端IRQ.P2.5~P2.7分别连接液晶1602的使能端EN、数据/命令选择端RS、读/写选择端RW.P2.4作为蜂鸣器控制端。P3.0作为DS18B20的信号输入端。P3.1、P3.4、P3.5、P3.6与P3.7作为S2~S6按键系统。P1.1作为PWM信号的输出端并连接PT4115芯片DIM端，用于PWM调光控制。系统晶振电路由12MHZ晶振与两个30PF电容组成；复位电路则由S1按键、10K 电阻与10uF电解电容构成。主控系统电路如图2所示。
图2单片机主控系统电路图
1.2恒流驱动系统
本设计L ED光源采用相互并联方式，共由20只5mm高亮度小功率LED灯珠组成；每只LED灯珠的压降约3.1V,工作电流约20mA.由白光LED的正向伏安特性可知，当LED端电压超过其正向导通电压后，较小的电压波动都会导致工作电流的的剧烈变化，从而影响LED的正常使用，固LED宜采用恒流驱动方式。因此，本设计LED采用高性能PT4115恒流芯片驱动，PT4115是一款连续电感电流导通模式的降压恒流源芯片，能将直流电压直接转换成稳定的恒流输出；其采用6~30V宽电压输入，输出电流可达1.2A,转换效率高达97%,输出电流精度达±5%.该芯片内部含有抖频特性，极大的改善EMI,同时具有过温、过压、过流、LED开路保护等多种功能。该芯片适合用于绿色照明LED灯的驱动电路，具有应用电路非常简洁的优点。LED恒流驱动电路如图3所示。
图3LED恒流驱动系统电路图
通过PT4115芯片上的DIM端，可以方便的进行模拟或PWM调光。由于模拟调光是直接改变流过LED电流的大小来实现亮度调节，除了亮度会改变以外，也会影响白光的质量，即不同电流下发出的白光存在色偏。因此，本设计采用PWM调光方案，PWM调光的基本原理是保持LED正向导通电流恒定，而通过控制电流导通和关断的时间比例，即改变输入脉冲信号的占空比，使LED产生亮暗变化；并利用人眼的视觉残留效应，当LED 亮暗变化频率大于120Hz时，人眼就不会感觉到闪烁，而看到是LED的平均亮度。PWM 调光的优势是LED正向导通的电流是恒定的，LED的色度就不会像模拟调光时产生变化。
PT4115恒流驱动输出的电流值计算公式为：
IOUT=（0.1×D）/Rs（D为方波信号占空比，Rs为限流电阻。
本设计LED光源采用20只小功率白光LED灯珠并联方式，且每只LED灯珠额定电流为20mA,则PT4115恒流驱动输出最大电流IOUT应为400mA,因此Rs选取0.25Ω电阻。
L1为镇流电感，选取68μH,用于稳定通过LED的电流。D1是续流二极管，当芯片内部MOS管截止状态时为储存在电感L1中的电流提供放电回路；由于工作在高频状态，
D1选用正向压降小且恢复速度快的肖特基二极管SS24.
PWM脉冲信号则由单片机P1.1产生，其高低电平决定LED的通断状态。将定时器T0溢出中断定为1/2500秒（即400μS），每10次脉冲作为一个周期，即频率为250HZ.这样，在每1/250秒的方波周期中，通过改变方波的输出占空比，从而实现LED灯的10级亮度调节，即LED亮度等级由每个周期内的高电平脉冲数目决定。当高电平脉冲个数为1时，占空比为1/10,亮度最低，其调光原理如图4所示；当高电平脉冲为10时，占空比为1,LED亮度最高。
图4PWM调光原理图
1.3时钟系统
时钟系统采用高性能的DS12C887时钟芯片，该芯片功能丰富，使用简单，是一款高精度实时时钟芯片；其可以自动产生世纪、年、月、日、时、分、秒等时间信息，具有闰年补偿及闹钟（定时）功能，并且内部自带有锂电池，外部掉电时，仍可维持时钟准确，其内部时间信息能够保持10年之久；外部系统断电后，用户无需重新设定时间。
DS12C887时钟芯片有两种总线工作模式，即Motorola和Intel模式。本设计选用Intel模式，即将芯片第一引脚MOT接GND.同时，时钟系统设置为24小时模式，寄存器存储模式选为二进制格式。P0.0~P0.7连接其地址数据复用端口
AD0~AD7.P2.0~P2.3分别连接芯片片选端CS、地址选通输入端AS、读/写输入端R/W 与数据选择端DS.
P3.2连接中断请求输出端IRQ,用于处理闹钟中断。该时钟接口电路如图5所示。
图5时钟系统电路图
1.4液晶显示系统
显示系统采用1602字符型液晶。该液晶可显示两行，每行显示16个字符；且体积小、能耗低、操作简单；适合于本设计所需数字、英文字母以及特殊符号的显示要求。通过单片机控制1602液晶实现首行年、月、日、星期显示，第二行时、分、秒以及环境温度显示。
本系统1602液晶采用并行操作方式，P0.0~P0.7通过借助10K的上拉电阻连接其数据端口DB0~DB7,P0口同时也连接着DS12C887的数据地址端口，由于各自片选信号不同，选中时操作对应芯片将不会造成操作冲突。P2.5~P2.6分别连接1602液晶的使能端E、读/写选择端RW、数据/命令选择端RS.第3引脚为液晶显示对比度调节端，通过10K滑动变阻器接地，用于调节液晶的显示亮度。第15管脚背光源正极BLA通过10欧电阻接地，第16管脚背光源负极BLK接地。该液晶接口电路如图6所示。
图6液晶系统电路图
1.5温度检测系统
温度检测系统选用DALLAS公司"一线总线"接口的数字温度传感器DS18B20,该传
感器具有微型化、低功耗、高性能等优点，可直接将温度转化成串行数字信号处理，测温范
围为-55~125℃，最高分辨率可达0.0625℃。DS18B20共有三个引脚电源正VCC、电源负GND和信号输入输出口DQ.R3为4.7K的上拉电阻，用于保证单片机与DS18B20通讯时高低电平准确的被单片机机和DS18B20识别。单片机P3.0口通过R3连接DQ 端口实现温度数据的采集处理，并通过液晶屏实时显示。温度检测电路如图7所示。
图7温度检测电路图
1.6蜂鸣系统
蜂鸣系统用于产生闹钟报警声以及按键提示音。由单片机P2.4口控制PNP三极管9012的通断实现对蜂鸣器声音控制；通过延迟函数实现蜂鸣报警声的长短音控制，长音'滴'用于闹钟铃声，短音'滴'用于按键提示音。蜂鸣系统电路如图8所示。
图8蜂鸣系统电路图
1.7按键系统
按键控制系统由S2~S5五个按键组成，分别为S2时间设置键、S3数值增大键、S4数值减小键、S5闹钟设置键以及S6亮度调节键。S2用于选择需要调整的时间日历以及闹钟参数，并作为时间日历参数的存储确认键。S3与S4用于调整被选参数值的大小。S5用于闹钟查看与存储确认键。S6用于LED灯光10级亮度的调节键。按键系统电路如图9所示。
图9按键系统电路图
1.8电源系统
本系统设计最大功率约1.6W,可采用电池或稳压电源多种方式供电。由于系统光源采用20只LED灯珠并联组成，所以LED恒流驱动芯片PT4115供电电源在6~30V电压范围内均可使LED灯正常使用。但单片机供电系统采用三端稳压芯片7805,该线性稳压芯片正常工作输入电压与输出电压差值应至少高于2V,若差值过大会增加额外功耗。因此，本系统宜选用2节4.2V锂电池或9V的稳压电源方式供电。同时，本文LED恒流驱动系统设计简洁灵活，可根据用户需求适当调整驱动电路参数，即可扩展LED照明功率，最大可至10W左右。
2系统软件设计
该系统控制程序主要包含系统初始化程序、实时时钟芯片处理程序、温度传感器芯片处理程序、液晶显示程序、键盘检测与处理程序、闹钟中断以及定时器产生PWM程序构成。
2.1系统主程序
系统主程序主要包括系统初始化程序（包括I/O口初始化、DS12C887时钟芯片初始化、液晶1602的初始化、外部中断0与定时器T0设置）、按键检测和处理程序、时钟数据的读取与处理程序、温度数据的读取与处理程序、液晶显示程序、闹钟报警的判断和处理程序、PWM调光处理程序等。程序中设置闹钟标志位Flag_ri,一旦闹钟时间到达，时钟芯片IRQ引脚触发外部中断0,进入中断程序则置Flag_ri=1,用于主程序中闹钟报警的判断与处理。
系统主程序流程图如图10所示。
图10主程序流程图
2.2按键检测和处理程序
按键控制系统由S2~S6五个按键组成，分别为S2时间设置键、S3数值增大键、S4数值减小键、S5闹钟设置键以及S6亮度调节键。S2用于选择需要调整的时钟以及闹钟参数，根据S2按下次数，依次选择秒、分、时、星期、日、月、年，液晶屏上被选参数下方以光标闪烁状态提示，再通过按下S3或S4调整被选参数值的大小，S2按下累积8次时，
则退出选择功能并保存当前数据至时钟芯片。S5用于闹钟时间的查看与设置；首次按下
S5,1602液晶屏第二行显示已设置的闹钟时间；可通过S2、S3与S4重新设置闹钟时间；再次按下，则退出闹钟查看功能并保存当前设置的闹钟参数至时钟芯片。同时，S3与S4还可独立作为闹钟产生时的取消键与LED灯光的关闭键。S6实现LED灯光亮度的10级调节，每按一次，LED亮度增大一级；当达到亮度最大时，再次按下则关闭LED灯光。每次有按键按下，蜂鸣器都以短'滴'声提示。按键检测与处理流程图如图11所示。
图11按键检测与处理流程图
2.3闹钟中断程序
系统到达设置的闹钟时间，DS12C887时钟芯片IRQ引脚输出由高电平变为低电平，作为单片机P3.2口INT0中断的申请输入，并可通过读取DS12C887芯片的C寄存器来清除IRQ引脚输出。因此，将外部中断INT0设置为负跳变沿触发中断，并设置闹钟标志位Flag_ri,闹钟时刻到达时设置Flag_ri=1,用于主程序中的闹钟报警处理。闹钟中断程序如图12所示。
图12闹钟中断流程图
2.4定时器中断程序
为产生调节LED灯光亮度的PWM信号，定时器T0设置为工作方式0,即13位计数器定时，最多装载数值为213=8192个。因为系统晶振采用12MHz,赋值使TH0=（8192-400）/32与TL0=（8192-400）%32,即可实现400μS的定时中断。10次中断（即4mS）作为一个周期，通过调节每个周期内单片机P1.1（该控制口名称定义为LED_PWM）输出的占空比来产生PWM脉冲信号，以控制PT4115恒流驱动芯片实现LED灯的10级亮度调节。
程序设置对T0中断次数（即定义为T0_num）进行计数，以便判断一个周期到否；同时判断比较高电平脉冲个数（即定义为scale值，由调光键S6按下次数设置）用于实现不同亮度等级的调节。在定时器T0中断服务程序中，首先T0重新装入定时为400μS 的初值；定时器中断次数T0_num加1,判断一个方波周期到否，若到达，令T0_num归零，并将P1.1口输出电平置高（即LED_PWM=1）；如果一个方波周期还没到，则与亮度等级scale值作比较，判断高电平脉冲个数scale到否，若到达，令P1.1口输出电平置低（即LED_PWM=0），否则继续保持P1.1口输出高电平（即LED_PWM=1）；而后中断返回，等待下一次定时中断。
这样，P1.1口就产生了所需的PWM调光信号。定时器生成PWM流程图如图13所示。
图13定时器生成PWM流程图
3实验结果
根据以上设计方案，本文制作了该款基于PWM调光的多功能LED台灯。经调试后系统运行稳定可靠，基本可以满足家庭生活的使用要求。系统工作时，最低功率（即LED熄灭状态）为0.28W;最大功率（即LED最高亮度状态）约为1.52W;同时，液晶显示时间、日历与温度数据准确，闹钟功能稳定。实物照片如图14所示。
图14实物照片
4结论
本文多功能LED台灯系统采用AT89S51单片机为控制核心，运用恒流驱动方案与PWM调光技术实现L ED台灯的多级调光控制，并兼有时间日历、温度检测、液晶显示以及声光闹钟等功能。该系统具有控制电路简单、亮度调节精确、功能丰富、实用便捷等优点，适合于现代家庭的实际需要。可以预见，随着LED照明技术的不断发展完善，节能高效的LED将在家用照明领域发挥着日益重要的作用。
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实验三组合逻辑电路设计（含门电路功能测试）
一、实验目的 1.掌握常用门电路的逻辑功能 2.掌握小规模集成电路设计组合逻辑电路的方法 3.掌握组合逻辑电路的功能测试方法 二、实验设备与器材 Multisim 、74LS00 四输入2与非门、示波器、导线 三、实验原理 TTL集成逻辑电路种类繁多，使用时应对选用的器件做简单逻辑功能检查，保证实验的顺利进行。 测试门电路逻辑功能有静态测试和动态测试两种方法。静态测试时，门电路输入端加固定的高（H）、低电平，用示波器、万用表、或发光二极管（LED）测出门电路的输出响应。动
态测试时，门电路的输入端加脉冲信号，用示波器观测输入波形与输出波形的同步关系。 下面以74LS00为例，简述集成逻辑门功能测试的方法。74LS00为四输入2与非门，电路图如3-1所示。74LS00是将四个二输入与非门封装在一个集成电路芯片中，共有14条外引线。使用时必须保证在第14脚上加+5V电压，第7脚与底线接好。 整个测试过程包括静态、动态和主要参数测试三部分。 表3-1 74LS00与非门真值表 1.门电路的静态逻辑功能测试 静态逻辑功能测试用来检查门电路的真值表，确认门电路的逻辑功能正确与否。实验时，可将74LS00中的一个与非门的输入端A、B分别作为输入逻辑变量，加高、低电平，观测输出电平是否符合74LS00的真值表（表3-1）描述功能。 测试电路如图3-2所示。试验中A、B输入高、低电平，由数字电路实验箱中逻辑电平产生电路产生，输入F可直接插至逻辑电平只是电路的某一路进行显示。
仿真示意 2.门电路的动态逻辑功能测试 动态测试用于数字系统运行中逻辑功能的检查，测试时，电路输入串行数字信号，用示波器比较输入与输出信号波形，以此来确定电路的功能。实验时，与非门输入端A加一频率为
数字集成电路设计实验报告
哈尔滨理工大学数字集成电路设计实验报告 学院：应用科学学院 专业班级：电科12 - 1班 学号：32 姓名：周龙 指导教师：刘倩 2015年5月20日
实验一、反相器版图设计 1.实验目的 1）、熟悉mos晶体管版图结构及绘制步骤； 2）、熟悉反相器版图结构及版图仿真； 2. 实验内容 1）绘制PMOS布局图； 2）绘制NMOS布局图； 3）绘制反相器布局图并仿真； 3. 实验步骤 1、绘制PMOS布局图： (1) 绘制N Well图层；(2) 绘制Active图层； (3) 绘制P Select图层； (4) 绘制Poly图层； (5) 绘制Active Contact图层；(6) 绘制Metal1图层； (7) 设计规则检查；(8) 检查错误； (9) 修改错误； (10)截面观察； 2、绘制NMOS布局图： (1) 新增NMOS组件；(2) 编辑NMOS组件；(3) 设计导览； 3、绘制反相器布局图： (1) 取代设定；(2) 编辑组件；(3) 坐标设定；(4) 复制组件；(5) 引用nmos组件；(6) 引用pmos组件；(7) 设计规则检查；(8) 新增PMOS基板节点组件；(9) 编辑PMOS基板节点组件；(10) 新增NMOS基板接触点； (11) 编辑NMOS基板节点组件；(12) 引用Basecontactp组件；(13) 引用Basecontactn 组件；(14) 连接闸极Poly；(15) 连接汲极；(16) 绘制电源线；(17) 标出Vdd 与GND节点；(18) 连接电源与接触点；(19) 加入输入端口；(20) 加入输出端口；(21) 更改组件名称；(22) 将布局图转化成T-Spice文件；(23) T-Spice 模拟； 4. 实验结果 nmos版图
电子电路设计实验报告
电子电路设计实验报告 电子线路专题实验Ⅱ 一、实验要求: 1. 认真阅读学习系统线路及相关资料 2. 将键盘阵列定义为0. 1. 2------ E. F，编程实现将键盘输入内容显示在LCD显示器上。 3. 编程实现将日历、时钟显示在LED显示屏上（注意仔细阅读PCF8563资料），日历、时钟轮回显示。 4. 利用D/A转换通道（下行通道）实现锯齿波发生器；输出（1~5V）固定电压转换成（4~20mA）电流。 5. 利用A/D转换通道（上行通道）实现数据采集，将采集信号显示在LED屏上。程序要求分别具有平均值滤波、中值滤波和滑动滤波功能。 6. 将按键阵列定义成与16个语音段对应，编写程序，实现按键播放不同的语音段。 二、实验设计思路： 本次实验用c语言实现，主要包括LCD，LED，AD，DA，日历芯片，测温传感芯片。受到嵌入式系统实验的启发，将LCD，LED，I2C总线协议，键盘扫描模块接口写成一个文件库（放在library文件夹下），尽量做到调用时与底层硬件无关。通过调用库文件中的函数，实现代码的重用性。键盘，LCD的代码由于与嵌入式实验具有相通之处，因此可将高层的函数（与底层硬件无关的函数）方便地移植过来。 三、实验设计： 1.矩阵键盘扫描模块 4×4的矩阵键盘，通过扫描可得到按下键的行列值，将行列值转换为相应的对应数字0～F。函数GetKey()实现获得按键的键值。对于键盘模块对于对按键的键值识别主要是通过两次扫描而取得。对于第一次扫描，给四行键全部赋予1，然后读回键盘值，对于第二次扫描，逐行为键盘送1，每次送1后再读回键盘值，若非零，说明此行有键按下，最终确定键值。 通过调用GetKey函数构造GetChar()函数，实现获取键盘字符（’0’～’F’）的功能。
电路设计仿真实践报告
成绩： 《电路与系统仿真实践》报告 实践课题：基于单片机的24×24点阵LED汉字显示屏 专业：电子信息工程 学号：241099429 姓名：陈远辉 指导老师：廖一鹏 福州大学阳光学院电子信息工程系
一．设计目的与意义 LED汉字显示屏应用极为广泛，有单色大屏幕、单色条幅屏、双基色大屏幕、双基色条幅屏、彩色大屏幕、彩色条幅屏等。有与上位计算机连机显示的，也有可脱离上位计算机而由单片机控制显示的，类型多种多样，款式形形色色。 本设计主要讲述24×24点阵单色条幅显示屏的设计和实时仿真，只要掌握这基本知识，其他显示问题都能迎刃而解。 二．功能与操作说明 1.功能 （1）可显示汉字、英文和符号。 （2）分幅静止显示功能。 （3）移动循环显示功能，上移依次显示字符为“托普信息职业技术学院” 2.操作 上电运行即可 三．硬件设计 原理图如图1所示 图1 原理图 电路设计：
图2统框图 点阵LED 显示屏硬件电路控制系统框图如图1示，控制电路分为单片机控制电路，行控制和列控制，显示电路三个部分，本系统由AT89C51作为控制单元，列控制选用3线-8线译码器74HC138行数据传输选用8位串行输入并行输出寄存器74HC595。显示屏用9块8*8点阵显示模块组合成24*24点阵显示屏。 图3控制电路和含数据传输电路 列控制电路采用3片74HC138级联组成，如图(a)示。每个输出端接470的电阻器限流作用，然后P1口相连接，E1 E2 E3为片使能端，当E1和E3为低电平是第一片译码器使能控制列。行数据传输电路采用3片74HC595串联，如图（b ）数据在SH-CP 的上升沿输入，在ST-CP 的上升沿进入到存储寄存器中去。移位寄存器有一个串行移位输入和一个串行输出，和一个异步的低电平复位，74HC595的8位数据储存寄存器，具备三态的总线输出当使能OE 时，储存寄存器的数据输出到总线，在移位过程中储存寄
电子电路综合实践报告
电子电路综合实践 系（部）电力工程系 学科专业电气工程及其自动化 班级电气工程14-5班 姓名杨涛 学号 20142107160 指导教师石老师 二〇一六年六月三十日
评定意见参考提纲： 1、学生完成的工作量与内容是否符合任务书的要求。 2、学生的勤勉态度。 3、设计或说明书的优缺点，包括：学生对理论知识的掌握程度、实践工作能力、表现出的创造性和综合应用能力等。
实践评定意见 实践题目电子电路综合实践 系部电力工程系专业班级电气工程14-5学生姓名袁涛学生学号2014123456 评定意见： 评定成绩： 指导教师（签名）：年月日
电力工程系(部)实践任务书 2015-2016学年第二学期2016年6月3日 专业电气工程及 其自动化 班级 电气工程 14-5班 实践名称电子电路综合实践 实践题目人体反应力测试电路指导教师石老师 起止时间2016.06.06- 2016.07.01 周数四周实践地点实验楼A209 实践目的：1、贯彻理论联系实际的教学原则，巩固和扩大已学过的电子技术的基础知识，为技术基础课和专业课程的学习建立初步的感性认识并提高学生的工程实践能力。 2、掌握印刷电路板的设计与制作的基本方法。 3、了解电子产品的生产过程，包括生产工艺流程，电子元器件的识别、老化、筛选、 测试、焊接、装配及调试，掌握电子线路的安装、焊接和调试的基本技能。 4、了解一种电子设备主要零部件加工过程的技术要求、结构原理以及装配调试工艺。 5、培养学生的劳动观念，加强组织性和纪律性，促进学生综合素质的全面提高。 实践任务或主要技术指标： 1、计算机软件应用能力及Protel99SE训练 2、电子电路设计能力训练，熟悉所制作电路的工作原理，能画出原理图和安装图。 3、电子电路制作能力训练，掌握印刷电路板（PCB）的设计方法与制作工艺。 实践进度与要求： 第一周：软件学习（即Protel99SE学习） 要求：掌握Protel99 SE系统需求、安装及环境设置；Protel99 SE原理图绘制；Protel99 SE电路仿真设置及过程；Protel99 SE PCB电路板设计。 第二周：电子设计 要求：学生参考教纲的线路，自己设计电路。并能达到教学大纲的要求。掌握电子电路的设计方法；熟悉各种电子元件、集成电路的性能及使用方法。 第三周、第四周：电子制作 要求：掌握电子仪器设备的结构构成；电子元器件的识别和筛选；掌握万用表、示波器、晶体管图示仪、函数号发生器等有关常用电子仪器的使用方法。了解印刷电路板的设计、定稿及制板等生产制造过程。了解焊料与焊剂，熟悉焊接工艺；较好地掌握主要参考书及参考资料： [1] 王毓银.数字电路逻辑设计.高等教育出版社，2005. [2] 彭介华.电子技术课程设计.高等教育出版社，2003. [3] 谢自美.电子线路设计??实验?测试(第二版).华中科技大学出版社，2004. [4] 杨兴瑶.实用电子电路500例.化学工业出版社，1996. [5] 阎石.数字电子技术基础.高等教育出版社，1997. 教研室主任（签名）系（部）主任（签名）
北航电子电路设计数字部分实验报告.doc
电子电路设计数字部 分实验报告 学院： 姓名：
实验一简单组合逻辑设计 实验内容 描述一个可综合的数据比较器，比较数据 a 、b 的大小，若相同，则给出结果1，否则给出结果 0。 实验仿真结果 实验代码 主程序 module compare(equal,a,b); input[7:0] a,b; output equal; assign equal=(a>b)1:0; endmodule 测试程序
module t; reg[7:0] a,b; reg clock,k; wire equal; initial begin a=0; b=0; clock=0; k=0; end always #50 clock = ~clock; always @ (posedge clock) begin a[0]={$random}%2; a[1]={$random}%2; a[2]={$random}%2; a[3]={$random}%2; a[4]={$random}%2; a[5]={$random}%2; a[6]={$random}%2; a[7]={$random}%2; b[0]={$random}%2; b[1]={$random}%2; b[2]={$random}%2; b[3]={$random}%2; b[4]={$random}%2;
b[5]={$random}%2; b[6]={$random}%2; b[7]={$random}%2; end initial begin #100000 $stop;end compare m(.equal(equal),.a(a),.b(b)); endmodule 实验二简单分频时序逻辑电路的设计 实验内容 用 always 块和 @(posedge clk) 或 @(negedge clk) 的结构表述一个 1/2 分频器的可综合模型，观察时序仿真结果。 实验仿真结果
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《集成直流稳压电源》课程设计报告 专业： 班级： 姓名： 指导老师: 2011.10
一、设计题目：集成直流稳压电源 二、设计要求： 设计并制作将交流电压变换成直流电压的稳压器 1、 输出电压可调范围 +5V ─+10V 2、 最大输出电流 Iomax ≥80mA 3、 纹波电压△Uop-p ≤5mV 4、 稳压系数Sv ≤0.003 三、 设计步骤 （1）选集成稳压器，确定电路形式。 选可调式三端稳压电源CW317，其特性参数0V =+1.2V~+37V ， max 0I =800mA ，min 0i V -V ）（=37V ，最大输入，输出电压差V 40V -V max 0i =）（。 （2）选电源变压器 输入电压i V 的范围为 max 0min 0min 0i max 0)(V V V V V V V i i -+≤≤-+）（ 13V ≤i V ≤45V ，取i V =13V 。 变压器副边电压1 .1U U Imin 2≥=12V 变压器副边电流max 02I I ≥，取2I =1A 变压器副边功率W I U P i 1222=?≥。 变压器原边功率η21P P = ，取1P =20W 。 （3）选整流二极管
整流电流A I I D 25.12 1max 0==，反向电压V U U DRM 8.1622==。选用1N4001，其极限参数A I F 1=，V U RM 50≥。 （4）选滤波电容 C 可由纹波电压和稳压系数决定。已知，V U 10max 0=，V U i 13min =，纹波电压mV U pp 5=?，稳压系数3103-?=v S 。 V V V V S U U U U v i i 17.210 313101053300=???=??=?--，A I I c 5.0max 0==，ms T t 102==； i c U t I C ??==2304F μ（两只2200F μ电容并联） 四、电路图 五、元器件清单 LM317 1只 电源变压器（12V/20W ） 1只 IN4001 4只 IN4148 1只 电容 2200F μ 2只
集成电路设计综合实验报告
集 成 电 路 设 计 实 验 报 告 电控学院 微电0902班 0906090216 张鹏
目录 1 综合实验的任务与目的 (2) 2 综合实验的内容和要求 (2) 3设计方案对比和论证确定 (4) 4设计实现过程 (5) 5验证结果说明和结论 (7) 6总结版图设计技巧 (9) 7 参考文献 (10)
MOS集成运算放大器的版图设计 1 综合实验的任务与目的 集成电路设计综合实验是微电子学专业学科的实践性教学课程，其任务是向学生介绍集成电路软件设计的基本知识，基本的设计方法，学会使用专用软件进行集成电路设计，学习集成电路版图的设计及物理验证的一般方法技巧。本次集成电路设计综合实验要求学生完成对CMOS 集成运算放大器电路的版图设计及其物理验证。 2 综合实验的内容和要求 2.1 实验的内容 本次集成电路设计综合实验的内容为：CMOS 集成运算放大器的版图设计以及采用DIVA工具进行物理验证。版图设计的过程是：先进行电路分析，计算出各端点的电压及各管的电流，从而求出各管的W/L比，进而依据设计规则设计各管图形，进行布局、布线以及物理验证，最后完成整个版图设计。 2.1.1 目标电路及其性能要求 目标电路原理图如图1所示，为两级CMOS集成运算放大器，其中M1～M4构成有源负载的差分输入级；M5提供该级的工作电流；M8，M9构成共源放大电路，作为输出级；M7为源跟随器，作为增益为1的缓冲器，以克服补偿电容的前馈效应，并消除零点；M6提供M7的工作电流；M10，M11组成运放的偏置电路。
图1 CMOS 集成运算放大器原理图 电路的性能要求：输出电压摆幅大于V 3±；最大转换速率为s V μ/30；补偿电容Cc 为10pF 。 2.1.2 工艺选择 本设计选择0.6um double metal double poly mixed signal technology 。 工艺信息描述： 工艺名称：6S06DPDM-CT 工艺尺寸：0.6um 多晶硅层数：2 铝的层数：2 电压类型： 3~5V 工艺参数： )/(4002s V cm N ?=μ，)(2002s V cm P ?=μ，01.0=λ，28/103.2cm F C ox -?=，V V TP 1-=，V V TN 1=。 假定V V GS 5.2=时，晶体管进入饱和工作状态。 2.1.3 版图设计的一般方法和技巧 实际电路和原理图毕竟有所差别，各种非理想因素会影响电路的性能，使之偏离设计目标。因此，我们先要了解实际电路中各种非理想因素存在的原因，以及它对电路造成的影响。然后，同时从仿真和版图两个方面入手来解决这个问题。一方面，在电路设计中
电工电子设计性实验报告
广东石油化工学院电工电子实验中心 题目家庭照明电路设计 班级 学号 姓名 指导教师张锋 时间 2013.3.10
电工电子技术课程设计任务书姓名：班级：指导老师：张锋 设计课题： 设计任务与要求根据应用电路的功能，确定封面上的题目，然后完成以下任务： 1、分析电路由几个部分组成，并用方框图对它进行整体描述； 2、对电路（不可以复制或截屏！）的每个部分分别进行单独说明，画出 对应的单元电路，分析电路原理、元件参数、所起的作用、以及与其他部分电路的关系等等； 3、用简单的电路图绘图软件绘出整体电路图，在电路图中加上自己的学 号或姓名等信息； 4、对整体电路原理进行完整功能描述； 5、列出标准的元件清单； 6 制作电路实物（成功者可给优秀）或对进行电路仿真，演示并记录其实际效果；写出设计心得体会。（注意：设计如果与同学或网络作品雷同大于50%，则此设计作废） 设计步骤(请同学们认真在宿舍抓紧时间完成，无故拖延者扣分处理) 1、查阅相关资料，开始撰写设计说明书； 2、先给出总体方案并对工作原理进行大致的说明； 3、依次对各部分分别给出单元电路，并进行相应的原理、参数分析计算、 功能以及与其他部分电路的关系等等说明； 4、列出标准的元件清单； 5、总体电路的绘制及总体电路原理相关说明； 6、列出设计中所涉及的所有参考文献资料。 参考文献 参考文献：参考文献在说明书中按出现的顺序在设计说明书中，采用上标标注。
目录 一、设计目的 二、家庭照明电路组成部分的功能和安装要求 三、设计的总体思路 四、电路功能框图 五、安装用电路元器件以及预算 六、施工要求 七、设计总结
组合逻辑电路的分析与设计实验报告
组合逻辑电路的分析与设计 实验报告 院系：电子与信息工程学院班级：电信13-2班 组员姓名: 一、实验目的 1、掌握组合逻辑电路的分析方法与测试方法。 2、掌握组合逻辑电路的设计方法。 二、实验原理 通常逻辑电路可分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。电路在任何时刻，输出状态只取决于同一时刻各输入状态的组合，而与先前的状态无关的逻辑电路称为组合逻辑电路。 1.组合逻辑电路的分析过程，一般分为如下三步进行：①由逻辑图写输出端的逻辑表达式；②写出真值表；③根据真值表进行分析，确定电路功能。 2.组合逻辑电路一般设计的过程为图一所示。 图一组合逻辑电路设计方框图 3.设计过程中，“最简”是指按设计要求，使电路所用器件最少，器件的种类最少,而且器件之间的连线也最少。 三、实验仪器设备 数字电子实验箱、电子万用表、74LS04、74LS20、74LS00、导线若干。 74LS00 74LS04 74LS20 四、实验内容及方法
1 、设计4线-2线优先编码器并测试其逻辑功能。 数字系统中许多数值或文字符号信息都是用二进制数来表示，多位二进制数的排列组合叫做代码，给代码赋以一定的含义叫做编码。 (1)4线-2线编码器真值表如表一所示 4线-2线编码器真值表 (2)由真值表可得4线-2线编码器最简逻辑表达式为 1Y =((I 0′I 1′I 2I 3′)′(I 0′I 1′I 2′I 3)′) ′ 0Y =((I 0′I 1I 2′I 3′)′( I 0′I 1′I 2′I 3)′)′ (3)由最简逻辑表达式可分析其逻辑电路图 4线-2线编码器逻辑图 （4）按照全加器电路图搭建编码器电路，注意搭建前测试选用的电路块能够正常工作。 （5）验证所搭建电路的逻辑关系。 0I =1 1Y 0Y =0 0 1I =1 1Y 0Y =0 1 2I =1 1Y 0Y =1 0 3I =1 1Y 0Y =1 1 2、设计2线-4线译码器并测试其逻辑功能。
扩音机电路设计实验报告
北京邮电大学 实验报告 实验名称：扩音机电路的设计与实现 学院： 班级：：学号班序号：日期：
一、课题名称 扩音机电路的设计与实现 二、报告摘要和关键字 1.摘要：本实验主要采用运算放大器和集成音频功率放大电路构成扩音机电路，将话筒送出的微弱信号放大成能推动扬声器发声的大功率信号。报告中首先结合设计任务要求给出设计思路和总体结构框图，然后讨论各级电路具体设计和原理图，后给出了仿真结果，实际搭建电路测试的数据，所得的波形图，调试过程中遇到的故障和问题分析，最后对本次实验进行了总结。 2 .关键字：前置放大音调控制功率放大扩音 三、设计任务要求 采用运算放大器和集成音频功率放大电路设计实现一个对话筒输出信号具有放大功能的扩音机电路。 1、基本要求： 1）最大输出功率不小于2W 2）负载阻抗为8? 3）具有音调调控功能，即用两个电位器分别调节高音和 低音。当输入信号为1kHz时，输出为0dB；当输入信号 为100Hz正弦时，调节低音电位器可以使输出功率变化±
12dB；当输入信号为10KHz时，调节高音电位器也可以使 输出功率变化±12dB 4）输出功率的大小连续可调，即用电位器可以调节音量 的大小 2、提高要求： 1）频率响应：当高、低音调电位器处于不提升也不衰减 的位置时，-3dB的频率围是80Hz~6KHz，即BW=6KHz 2）输入端短路时，噪声输出电压的有效值不超过10mv 3）输入信号源为话筒输入，输入灵敏度不大于30mv 四、设计思路与总体结构框图 图 1扩音机电路的原理框图 扩音机电路主要采用运算放大器和集成功率放大电路构成，原理框图如图1所示。 前置放大主要完成小信号的放大，一般要求输入阻抗高，输出阻抗低，频带宽，噪声小；音调控制主要实现对输入信号高低音的提升
电子电路综合设计实验报告
电子电路综合设计实验报告 课题名称：自动增益控制电路的设计 院系：信息与通信工程 班级：2012211112 学号:2012210345 班内序号：14 姓名：廖雨农 任课老师：廖滨 一、摘要 在处理输入的模拟信号时，经常会遇到通信信道或传感器衰减强度大幅变化的情况；另外，在其他应用中，也经常有多个信号频谱结构和动态范围大体相似，而最大波幅却相差甚多的现象。很多时候系统会遇到不可预知的信号，导致因为非重复性事件而丢失数据。此时，可以使用带AGC（自动增益控制）的自适应前置放大器，使增益能随信号强弱而自动调整，以保持输出相对稳定。 自动增益控制电路已广泛用于接收机、录音机、信号采集系统、雷达、广播、电视系统中，以及在无线通信、光纤通信、卫星通信等通信系统也有着非常广泛的应用。 本实验介绍了一种简单的反馈式AGC电路，适用于低频段小信号处理的系统中。 二、关键字 倍压整流、自动增益控制、反馈 三、实验任务 1、基本要求： 设计实现一个AGC电路，设计指标以及给定条件为： （1）电源电压：9V； （2）输入信号：0.5mV~50mV； （3）输出信号：0.5V~1.5V； （4）信号带宽：100Hz~5kHz； （5）设计该电路的电源电路。 2、提高要求： （1）设计一种采用其他方式的AGC电路。 （2）采用麦克风输入、8Ω喇叭输出的完整音频系统。 （3）如何设计具有更宽输入电压范围的AGC电路。 （4）测试AGC电路中的总谐波失真（THD）及如何有效降低THD。 四、设计思路及总体结构框图 1、电路结构框图
AGC电路的实现有反馈控制、前馈控制和混合控制等三种，典型的反馈控制AGC由可变增益放大器（VGA）以及检波整流控制组成，如图 本实验电路采用了短路双极晶体管直接进行小信号控制的方法，从而简单而有效实现AGC 的功能。图3中，可变分压器由一个固定电阻R1和一个可变电阻构成，控制信号的交流振幅。可变电阻采用基极—集电极短路方式的双极性晶体管微分电阻实现，为改变Q1电阻，可从一个由电压源V2和大阻值电阻R2组成的直流源直接向短路晶体管注入电流。为防止R2影响电路的交流电压传输特性。R2的阻值必须远大于R1。 对正电流的I所有可用值，晶体管Q1的集电极—发射极饱和电压小于它的基极—发射极阈值电压，于是晶体管工作在有效状态。短路晶体管的VI特性曲线非常类似于PN二极管，符合肖特基方程，除了稍高的直流电压值外，器件电压的变化与直流电流变化的对数成正比。因此，对于VI曲线上所有直流工作点，短路晶体管的微分电阻与流过的直流电流成反比，换句话说，器件的微分电导直接与电流成正比。由于在其工作状态下，共射极连接的双极型晶体管的电流放大系数一般在100或100以上，在相当大的电流范围内，微分电阻都遵守这一规则。 因此，图3中V2的变化就会改变电流I,并控制R1—Q1分压比。耦合电容C1和C2将电路的衰减器与输入信号源和输出负载隔离开来下图为一个典型的小信号双极晶体管的短路VI 特性，图中显示，至少可以在五个十倍程范围内控制微分电阻，即控制幅度超过100dB。 2、驱动缓冲电路 驱动缓冲电路如图5所示，输入信号VIN驱动缓冲极Q1，它的旁路射极电阻R3有四个作用：首先，它将Q1的微分输出电阻提高到接近公式（1）所示的值。 RD1≈rbe+(1+βrcerbe)(R3//rbe) (1) 该电路中的微分输出电阻增加很多，使R4的阻值（27kΩ）几乎可以唯一地确定整个输出电阻。其次，由于R3未旁路，使Q1电压增益降低至：
电子电路综合设计实验报告
电子电路综合设计实验报告 实验5 自动增益控制电路的设计与实现 姓名： 学号： 班内序号：
一. 实验名称： 自动增益控制电路的设计与实现 二.实验摘要： 在处理输入的模拟信号时，经常会遇到通信信道或传感器衰减强度大幅变化的情况;另外，在其他应用中，也经常有多个信号频谱结构和动态范围大体相似，而最大波幅却相差甚多的现象。很多时候系统会遇到不可预知的信号，导致因为非重复性事件而丢失数据。此时，可以使用带AGC（自动增益控制）的自适应前置放大器，使增益能随信号强弱而自动调整，以保持输出相对稳定。 自动增益控制电路的功能是在输入信号幅度变化较大时，能使输出信号幅度稳定不变或限制在一个很小范围内变化的特殊功能电路，简称为 AGC 电路。本实验采用短路双极晶体管直接进行小信号控制的方法，简单有效地实现AGC功能。 关键词：自动增益控制，直流耦合互补级，可变衰减，反馈电路。 三.设计任务要求 1.基本要求： 1）设计实现一个AGC电路，设计指标以及给定条件为： 输入信号0.5～50mVrms； 输出信号：0.5～1.5Vrms； 信号带宽：100～5KHz； 2）设计该电路的电源电路（不要求实际搭建），用PROTEL软件绘制完整的电路原理图（SCH）及印制电路板图（PCB） 2.提高要求： 1）设计一种采用其他方式的AGC电路； 2）采用麦克风作为输入，8Ω喇叭作为输出的完整音频系统。 3.探究要求： 1）如何设计具有更宽输入电压范围的AGC电路； 2）测试AGC电路中的总谐波失真（THD）及如何有效的降低THD。 四.设计思路和总体结构框图 AGC电路的实现有反馈控制、前馈控制和混合控制等三种，典型的反馈控制AGC由可变增益放大器（VGA）以及检波整流控制组成(如图1)，该实验电路中使用了一个短路双极晶体管直接进行小信号控制的方法，从而相对简单而有效实现预通道AGC的功能。如图2，可变分压器由一个固定电阻R 1 和一个可变电阻构成，控制信号的交流振幅。可变电阻采用基极-集电极短路方式的双极性晶体管微分电 阻实现为改变Q1电阻，可从一个由电压源V REG 和大阻值电阻R 2 组成的直流源直接 向短路晶体管注入电流。为防止R 2影响电路的交流电压传输特性。R 2 的阻值必须 远大于R 1 。
数字电路设计实践报告
数字电路设计实践报告 成绩评定： 教师签名： 评定时间：
内容 1.设计题目 设计一串行数据检测电路。我们组的代码是：0110 2.小组成员分工：大家共同合作，并没有明确分工。 3.电路分析设计过程，包括逻辑抽象、状态转换图、状态转换表、卡若图化简、逻辑函数式、具体是实现电路图、能否自启动等. （1）分析设计要求，确定输入输出变量 根据题意，该电路只有一个输入变量A，代表二进制输入序列；有一个输出变量Y，表示检测结果，检测到“0110”系列事，Y=1。 若输入序列A：11001011011010 则输出系列Y：00000000100100 （2）形成原始状态表 该电路需要记忆的输入信号0，1,011,0110，加上初始状态，总共5个状态。S0为初始状态，即未收到0的状态；S1为接收到0的状态；S2为连续收到01的状态；S3为连续收到011的状态；S4为连续收到0110的状态。
将状态转换图转换成状态转换表： 由状态转换表可知S1与S4是等价的，所以化简状态转换图如下： A/Y 现取Q0Q1=00表示S0，Q0Q1=01表示S1，Q0Q1=10表示S2，Q0Q1=11表示S3，并以状态编码代替状态转换表中的S0、S1、S2和S3。下一步就是由化简的状态转换图画出以下的真值表：
又由真值表可得到电路的状态方程、输出方程和驱动方程。 状态方程： Q0*的卡诺图 Q0*=AQ0Q1’+AQ0’Q1 Q1*的卡诺图 Q1*=A ’+Q0Q1’ 输出方程： Y 的卡诺图 Y=A ’Q0Q1 在求驱动方程时，必须首先要选定触发器逻辑功能的类型，因为不同逻辑功能的触发器驱动方式不同，所以在满足同样的状态方程条件下，驱动方程的形式是不同的。 我们小组将采用D 触发器来组成这个电路，这时就需要将状态方程化成与D 触发器的特性方程Q*=D 相对应的形式，然后从中找出与D 对应的逻辑函数式。因此我们将状态方程换成： D0= Q0*=AQ0Q1’+AQ0’Q1=((AQ0’Q1)’(AQ0Q1’)’)’ D1= Q1*=A ’+Q0Q1’=(A(Q0Q1’)’)’