1、一 題目要求與方案論證1.1（設計題題目）二階有源低通濾波器1.1.1題目要求設計二階有源低通濾波器。要求截止頻率f0=1000HZ；通帶內電壓放大倍數A0=15，品質因數Q=0.707。分析電路工作原理，設計電路圖，列出電路的傳遞函數，正確選擇電路中的參數。1.1.2 方案論證（1）：對信號進行分析與處理時, 常常會遇到有用信號疊加上無用噪聲的問題, 這些噪聲有的是與信號同時產生的, 有的是傳輸過程中混入的。因此, 從接收的信號中消除或減弱干擾噪聲, 就成為信號傳輸與處理中十分重要的問題。根據有用信號與噪聲的不同特性, 消除或減弱噪聲,提取有用信號的過程稱為濾波, 實現濾波功能的系統稱為濾波

2、器。濾波器分為無源濾波器與有源濾波器兩種： 無源濾波器:由電感L、電容C及電阻R等無源元件組成 有源濾波器:一般由集成運放與RC網絡構成，它具有體積小、性能穩定等優點，同時，由于集成運放的增益和輸入阻抗都很高，輸出阻抗很低，故有源濾波器還兼有放大與緩沖作用。利用有源濾波器可以突出有用頻率的信號，衰減無用頻率的信號，抑制干擾和噪聲，以達到提高信噪比或選頻的目的，因而有源濾波器被廣泛應用于通信、測量及控制技術中的小信號處理。從功能來上有源濾波器分為：低通濾波器（LPF）、高通濾波器（HPF）、帶通濾波器（BPF）、帶阻濾波器（BEF）、全通濾波器（APF）。其中前四種濾波器間互有聯系，LPF與HP

3、F間互為對偶關系。當LPF的通帶截止頻率高于HPF的通帶截止頻率時，將LPF與HPF相串聯，就構成了BPF，而LPF與HPF并聯，就構成BEF。在實用電子電路中，還可能同時采用幾種不同型式的濾波電路。濾波電路的主要性能指標有通帶電壓放大倍數AVP、通帶截止頻率fP及阻尼系數Q等。工作原理：二階有源濾波器是一種信號檢測及傳遞系統中常用的基本電路, 也是高階慮波器的基本組成單元。常用二階有源低通濾波器的電路型式有壓控電壓源型、無限增益多路反饋型和雙二次型。本次課程設計采用壓控電壓源型設計課題。有源二階濾波器基礎電路如圖1所示：圖1 二階有源低通濾波基礎電路它由兩節RC濾波電路和同相比例放大電路組成

4、，在集成運放輸出到集成運放同相輸入之間引入一個負反饋，在不同的頻段，反饋的極性不相同，當信號頻率ff0時（f0 為截止頻率），電路的每級RC 電路的相移趨于-90，兩級RC 電路的移相到-180，電路的輸出電壓與輸入電壓的相位相反，故此時通過電容c 引到集成運放同相端的反饋是負反饋，反饋信號將起著削弱輸入信號的作用，使電壓放大倍數減小，所以該反饋將使二階有源低通濾波器的幅頻特性高頻端迅速衰減，只允許低頻端信號通過。其特點是輸入阻抗高，輸出阻抗低。傳輸函數為：A(s)=Vo(s)Vi(s) =AVF1+(3-AVF)sCR+(sCR)2令 A0=AVF 稱為通帶增益Q=13-AVF1RC稱為等效

5、品質因數 c= 稱為特征角頻率 2則A(s)=s+2A0cnQ 2cs+上式為二節低通濾波電路傳遞函數的典型表達式注： 當 3-AVF0 ，即 AVF3 時濾波電路才能穩定工作。1（2）芯片介紹：產品型號：LM324N1.概述與特點LM324是由四個獨立的運算放大器組成的電路。它設計在較寬的電壓范圍內單電源工作，但亦可在雙電源條件下工作。本電路在家用電器上和工業自動化及光、機、電一體化領域中有廣泛的應用。其特點如下：具有寬的單電源或雙電源工作電壓范圍；單電源3V30V，雙電源1.5V15V 內含相位校正回路, 外圍元件少消耗電流小:Icc=0.6mA (典型值, RL=)輸入失調電壓低:2mV

6、 (典型值)電壓輸出范圍寬：0V Vcc1.5V共模輸入電壓范圍寬：0V Vcc1.5V封裝形式：DIP14圖2 LM324N實物圖圖3 LM324N管腳圖21.2（實訓題題目）波形發生器與計數器 1.2.1題目要求利用74LS138以及兩片74LS195構成模值28的程序計數器，如CBA輸入111(8分頻)時，QD端輸出8分頻脈沖 1.2.2方案論證表1.二位十進制加法計數器的狀態表芯片介紹： LM324M：運算放大器是價格便宜的帶差動輸入功能的四運算放大器。可工作在單電源下，電壓范圍是3.0V-32V或+16V。LM324M的特點：短跑保護輸出、真差動輸入級、可單電源工作：3V-32V4.

7、低偏置電流：最大100nA（LM324A）、每封裝含四個運算放大器、具有內部補償的功能、共模范圍擴展到負電源、行業標準的引腳排列、輸入端具有靜電保護功能。圖4：LM324M實物圖74LS90D：74LS90是二五十進制異步計數器，從000計到111為例。先接成加法計數狀態，在輸出為1000時（既Q4為高電平時）把Q4輸出接到R01和R02腳上（即異步置0），此時當計數到1000時則立刻置0，從新從0開始計數。1000的狀態為瞬態。狀態轉化圖中是0000到0111是有效狀態，1000是瞬態，跳轉從這個狀態跳回到30000狀態。（1） 計數脈沖從CP1輸入，QA作為輸出端，為二進制計數器。（2）

8、計數脈沖從CP2輸入，QDQLQH作為輸出端，為異步五進制加法計數器。（3） 若將CP2和QA相連，計數脈沖由CP1輸入，QD、QC、QB、QA作為輸出端，則構成異步8421碼十進制加法計數器。（4） 若將CP1與QD相連，計數脈沖由CP2輸入，QA、QD、QC、QB作為輸出端，則構成異步5421碼十進制加法計數器。（5） 清零、置9功能。a) 異步清零當R0（1）、R0（2）均為“1”；S9（1）、S9（2）中有“0”時，實現異步清零功能，即QDQCQBQA=0000。b) 置9功能當S9（1）、S9（2）均為“1”；R0（1）、R0（2）中有“0”時，實現置9功能，即QDQCQBQA =1

9、001.圖5：74LS90D管腳圖 圖6：74LS90D真值表74HC4511：圖7：74HC4511引腳圖4二 電子線路設計與實現2.1二階有源低通濾波器我們的設計題目是二階有源低通濾波器。要求截止頻率f0=1000HZ；通帶內電壓放大倍數A0=15，品質因數Q=0.707。由 Q=13-AVF=0.707可以求得AVF，所以低通濾波器的通帶電壓增 A0=AVF=1.586 選擇C=82nF,選擇標準電阻R=9.09 K，Rf=2.55 K。要使A0=15,則還須再接一個放大電路，使得一級輸出被放大9.43倍，則總增益達到15左右。設計仿真電路如圖：圖8 二階有源低通濾波器仿真模擬電路圖52

10、.2十位二進制加法計數器電路設計根據題目要求利用Multisim軟件畫出如下的電路圖：_5V圖9 仿真圖電路圖根據仿真電路的電路圖設計出如下的布線圖：圖10 十位二進制加法計數器電路模擬電路圖6根據布線圖焊接了電路板如下圖所示：圖11 二位十進制加法計數器焊接電路板7三 結果與分析3.1二階有源低通濾波器圖12 二階有源低通濾波器仿真波形圖（1）分析上圖知電路的截止頻率在989HZ左右，與題目要求稍微有點偏差，這是由于電阻和電容的設置存在偏差及兼顧通帶內電壓放大倍數引起的，在誤差允許的范圍之內。圖13 二階有源低通濾波器仿真波形圖（2）所加輸入信號的有效電壓Vi=120mv,波形入Channe

11、l-A所示;輸出電壓波形入Channel-B所示，其最大電壓約為2.570V，故輸出電壓的有效電壓值Uo=2.570 x 0.707 =1816.99(mv);由以上分析知通帶內電壓放大倍數A0=Uo/Vi=15.14,和題目要求存在極小偏差，在誤差允許的范圍之內。 綜上所分析得知我組所設計的二階有源低通濾波器仿真模擬電路圖符合題目要求，是正確的。83.2二位十進制加法計數器的實現圖14 二位十進制加法計數器仿真波形圖圖15 仿真過程圖9表2.誤差分析：總結：通過實驗的數據得出結論，當可變電阻的值增加時，周期變大；當可變電阻的值減小時，周期減小。數值的誤差范圍在測量允許范圍內。誤差原因分析：（

12、1）電路板上元件的阻值與實際的電阻值有一點的誤差，得到的結果與計算結果有不同。（2）電路板焊接時對元器件有了一點的影響。（3）讀數時有偏差，連接示波器時的元件的具體頻率值與電阻值都直接取了整數，并不是原來的那個值。因此在具體周期的計算值上也有不同。（4）焊接點與線也有一定的電阻。10四 總結與體會實習了兩個星期的，我們學會了很多東西，培養了動手能力也為我們以后的工作打下了良好的基礎。通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設計的過程中發現了自己的不足之處，對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。這次課程設計終于順利完成了，在設計中遇到了很多專業知識問題，最后在老師的辛勤指導下，終于游逆而解。同時，在老師的身