设计并制作一个单通道有源带通滤波、定时计数器电路.doc

一、课程设计任务
设计并制作一个单通道有源带通滤波、定时计数器电路。

二、主要技术指标
1．基本要求
电路的输入正弦信号电压有效值为100mV，频率为0~200KHz。
（1）设计一个电压放大器，增益可调。（10分）
（2）设计一个电压比较器，参考基准电压为1.0V。（10分）
（3）设计一个中心频率为1KHz的有源带通滤波器，使计数器能够对通带频率内的信号进行正常计数，其余则不计数。（10分）
（4）设计一个2位的十进计数器和LED显示器。（10分）
（5）要求计数器具有自动清零，计数和计数结果保持功能。（10分）
2．发挥部分
（1）具有较高的电路抗干扰性能（采用TLP521光耦隔离器）。（5分）
（2）当输入信号的频率是有源带通滤波器中心频率的整数倍时，本设计电路可以正常计数（采用CD4020分频器）。（5分）
（3）实现A、B双通道自动转换、计数和显示功能。（5分）
（4）实现A、B通道号的显示。（5分）

三、电原理框图
1．电原理框图

2．电路基本工作原理
本课题所设计的单通道有源带通滤波、定时计数器及显示电路主要包括电压放大电路、整形电路、有源带通滤波电路、计数、译码驱动电路和逻辑控制电路等。
被测正弦波信号通过放大器，电压比较器，有源带通滤波器后，进行计数和显示。
当被测信号频率在所设计的通带内，计数器将进行计数，否则计数器不计数。由LM555产生时基信号， 74LS123触发单稳1产生清零信号，由单稳1触发单稳2产生一个定时计数控制信号，在该脉冲信号持续时间内，计数器可以对输入被测信号进行计数。

3．电路设计参考布局图

电路设计参考布局图
四、各单元电路设计
1. 放大器、电压比较器和有源带通滤波器设计
该放大器电路可以把技术指标规定的输入信号放大到足够的电平
以驱动后面的电压比较器，放大器电路可采用OP07集成运放，如下图。

电压比较器参考基准电压为1.0V，当输入端电压大于参考端电压时该电路实现翻转，完成对输入信号的整形，电压比较器可采用LM339。

电压比较器电路

带通滤波电路的设计中心频率为1KHz左右，通带宽度BW=100Hz左右。
巴特沃斯滤波器： 特点是带内带外最佳平稳，但低阶的过度带比较宽。
切比雪夫滤波器： 特点是过度带可以很窄，但带内带外幅频震荡比较严重。

低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器典型电路

滤波器中心频率和带宽的调整：滤波器的中心频率和带宽主要是由滤波器中RC元件参数确定，通常可先选定电容器C值，再调节电阻阻值，一般可采用电位器调节。
滤波器主要采用集成运放为OP07。

2.时基信号产生电路设计
主要集成运电路为NE555，时基信号周期不小于3秒。

555时基信号产生电路及工作波形图

3．计数器清零和定时计数电路设计

由74LS123单稳态电路构成的定时计数和计数器清零电路
4. 计数器及译码驱动电路设计
计数器、译码驱动和显示器电路可分别采用74LS160、74LS47 和 LED七段共阳数码管。 74LS47译码驱动的输出是低电平有效。

由74LS160组成的十进计数器电路
5. 部分发挥电路设计
根据指标，可采用相关器件和电路。

采用光耦隔离器的抗干扰电路图
CD4020是14位二进制串行分频器，在时钟下降沿进行计数，CR为高电平时，对计数器进行清零。CD4040对在时钟输入端的信号可以实现12位二进制串行计数分频。

14位二进制串行分频器CD4020

五、电路调试与测试方法
n 检查芯片位置方向，检查连线是否可靠；
n 检查电源电压和电源连接是否正确；
n 检查LED数码管各个管脚连线是否正确；
n 注意调节相关电路的RC器件，以确定合适的电路参数；
n 用示波器对放大器电路的输入/输出波形进行观察比较、测定放大倍数；
n 用示波器观察输入和输出信号的差异，测出带通滤波电路幅频特性曲线。

六 、课程设计日程安排
3.20 上午8：00---10：00 上课（教C--112室）， 下午 方案设计。
3.21 上午8：00---10：00 上课（教C--112室）， 下午 方案设计。
3.20 ---3.21 答疑地点：实B--302室。
3.22上午 每个同学须交本课程设计的电路设计方案。符合要求者可登记领取课程设计用元器件及工具等。
3.22 --- 3.24 电路设计和安装。
3.25 --- 3.26 电路调试和验收。
3.29 --- 3.31 每个同学递交电子线路课程设计报告打印稿。（实B--311室）

七 、课程设计实验室安排
课程设计元器件领取地点：实B--212室。
课程设计调试、验收和答疑地点：实A--105室。
实A--105室开放时间：
3.22 ---3.26 上午 8：00--11：30
下午 14：00--17：20
指导教师：张永清 李鑫 王丽君 陈艳 曾志鹏 朱丹

八、课程设计报告内容及评分标准
课程设计报告应包括如下内容：
1、系统设计要求与技术指标的确定；
2、方案选择与可行性论证；
3、系统工作原理说明；
4、单元电路设计、元件和参数选择；
5、原始设计修改部分的说明；
6、电路原理图、元件布局图、主要接线图及元器件清单；
7、功能与测试结果(仪器的使用及型号)；
8、存在问题、改进措施及参考资料。

参考资料：

[1] 谢自美. 电子线路综合设计. 武汉: 华中科技大学出版社. 2006
[2] 郭勇. 余小平. 电子系统综合设计. 北京: 北京大学出版社. 2007
[3] 蒋立平. 数字逻辑电路与系统设计. 北京: 北京电子工业出版社. 2008
[4] 高吉祥. 电子技术基础实验与课程设计. (2版). 北京: 电子工业出版社. 2005
[5] 杨刚. 电子系统与实践. 北京: 电子工业出版社. 2003
[6] 谢自美. 电子线路设计．实验．测试（第二版）．武汉：华中科技大学出版社. 2000
[7] 胡宴如. 耿苏燕. 模拟电子技术基础．北京：高等教育出版社. 2003

课程设计评分标准如下表：

总体设计参考电原理图