电子电路综合实验讲义全
实验选题一：烟雾报警器的设计实现
一、设计任务
烟雾报警有很多应用的地方，一些特定的地方对烟雾浓度也有一定限制，比如厨房、天然气存储的地方，还有吸烟的场所。现在要设计的课题就是需要监测指定环境内的烟雾浓度，并显示浓度的等级，系统根据不同的等级选择是否开启排风机，改善室内空气质量，并对高等级的烟雾浓度进行报警。
二、设计要求及其指标
要对浓度分级显示，并根据等级选择开启排风扇，对最高浓度报警。具体的要求就是：
1.能够检测指定环境内烟雾浓度并将烟雾浓度分为三级加以显示。
2.当浓度超过第二等级时系统自动开启风扇排风。
3.当浓度超过最高等级时系统发出声音警报。
4.当浓度超过最高等级时系统发出语音提示警报。
三、设计思路
1、浓度等级就是利用QM-N5讲烟雾浓度转化为模拟电压信号；
2、然后将模电信号转化为数字信号，这样就能进行等级划分，将不同浓度
划分为三个等级；
3、并用数码管显示出来；
4、烟雾浓度大于或等于2级时，控制风扇排风；
5、三级浓度时控制蜂鸣器报警；
6、语音录放芯片录音，并在三级烟雾浓度时，控制其放音。
这个上面的等级显示不一定非得是这里标的0、1、2。学生在做的时候可以自由选择显示，但是必须实现相应的功能。
四、所需准备的知识
首先需要查阅资料熟悉器件技术指标、器件原理、器件管脚和接法。
对烟雾浓度分级部分计算理论值。
输出控制部分熟悉CD4052的原理，并分析实验中如何实现输出控制，分析其逻辑实现。
显示部分分析编码器、反相器、数码管的连接。
风扇和蜂鸣器部分掌握三极管驱动的原理和继电器的原理。
语音报警部分使用的芯片管脚比较多，需要熟悉管脚接法和如何进行语音播报。
五、参考资料
1、罗杰；谢自美.电子线路设计实验测试.电子工业出版社
2、姜威.使用电子系统设计基础.北京理工大学出版社
实验选题二：单极性可调精密直流稳压电源的
设计实现
一、设计任务
设计一种单极性可调精密直流稳压电源。该系统要求输出电流不小于0.2A。在误差不大于4mV的条件下输出电压范围为0~5V，输出电压的步进值分为三种：20mV 100mV 1V，并能够显示输出电压值。
二、设计要求及其指标
1、基于微控制器的核心作用，以单片机STC89C51为核心，D/A，功率放大器组成。由单片机产生8位数字信号，通过D/A转换成模拟电压信号，经功率放大后作为电源使用；
2、采用计数器等产生数字信号，经D/A转换成相应的模拟电压信号。其他同1
3、采用专用的电源芯片设计，如LM系列。
三、设计思路
本设计的思路是将模拟电路知识和数字电路知识结合起来，使学生掌握模数转换或数模转换原理及应用。所以要求设计中必须有至少一处使用数模转换。利用数字信号的可靠性，使输出的电压误差尽可能的小。
四、所需准备的知识
（1）模拟电路相关知识；
（2）数字电路相关知识；
五、参考资料
1、郭天祥.新概念51单片机C语言教程——入门、提高、开发、拓展.北京：电子工业出版社.2009年
2、陈晓平.Protel 99 SE—电子线路CAD应用教程.北京:机械工业出版社.2007年
3、童诗白；华成英.模拟电子技术基础[M]. 北京：高等教育出版社,2001
实验选题三：红外遥控开关的设计实现
一、设计任务
设计制作一款双路红外遥控开关，能够分别遥控两路负载，可用于控制灯具、电风扇、加湿器等常用家用电器。作用距离大于2m。红外光峰值辐照度不小于40μW/cm2。指向性要求：圆锥角不小于30o。欠压条件下的红外光峰值辐照度：遥控器所用电源电压为额定工作电压的80%时，遥控器的红外光峰值福照度不小于20μW/cm2。指向性要求圆锥角不小于30o。静态工作电流不大于3μA。
二、设计要求及其指标
1、采用频分多址多通道红外遥控发射和接收系统。该系统一般采用频道编码开关，通过改变震荡电路的参数来改变震荡电路的震荡频率。当按下不同的编码键时，振荡器输出不同频率的信号，经驱动电路放大后对载波进行调制，通过红外发射管发射出去。红外接收电路由红外接收、解调、放大和执行机构等组成。当红外光电检测器件接收到发射器发来的红外编码指令后，将其转换成相应的电信号，经过放大和选频，选出不同的频率信号，加至相应的驱动及执行机构。对应每一个频率的信号，应有一个相应的选频电路。
2、采用码分多址多通道红外遥控发射和接收系统。该系统的遥控信号由编码脉冲发生器产生。码分指令是用不同的脉冲数目或不同宽度的脉冲组合而成。指令编码器由基本脉冲发生电路和指令编码开关组成。当按下某一个指令键时，
指令编码器将产生不同编码的指令信号。该编码信号经调制器调制后变为编码脉冲调制信号，再经驱动电路放大后加至红外发射级发射。接收端采用相应的电路进行接收控制。
三、设计思路
本设计的思路是产生若干个震荡频率作为控制信号，每一个按键对应一个振荡频率，经放大、调制、变为红外信号发射出去，接收端接收到红外信号后经解调、放大、选频来控制执行机构动作。
四、所需准备的知识
（1）模拟电路相关知识；
（2）数字电路相关知识；
（3）红外发射和接收
五、参考资料
1、康光华.电子技术基础（数字部分）[M]第五版.北京：高等教育出版社，2006
2、洪志良.模拟集成电路的分析与设计[M]北京：科学出版社，2005
3、陆勇.电子电路实验及仿真[M]北京：清华大学出版社，2004
实验选题四：便携式电子秤的设计
一、设计任务
手提电子秤具有称重精确度高，简单实用，携带方便成成本低，制作简单，测量准确，分辨率高，不易损坏和价格便宜等优点，是家庭购物使用的首选。本设计主要任务是设计一个LED或LCD显示的便携式电子秤。
二、设计要求及其指标
1、基本要求：
（1）秤重范围为20g~2kg；
（2）检定分度值：IV级（检定分度值在一百到一千之间）；
（3）显示分辨力： 1g；
（4）采用电阻应变式传感器检测物体重量，
（5）采用模拟数字电路构建系统，完成主要电路设计，包括了传感器电路，差动放大电路，A/D转换电路以及显示电路等；
（6）显示电路采用LED数码管进行显示；
2、扩展要求
（1）秤重范围为20g~2kg；
（2）检定分度值：IV级（检定分度值在一百到一千之间）；
（3）显示分辨力： 1g；
（4）采用电阻应变式传感器检测物体重量；
（5）具有自动零点追踪、自动校正等功能；
（6）显示电路采用LCD液晶显示方式，显示位数不低于4位；
三、设计思路
电子称的基本设计思路及原理框图如图1所示，主要包括了称重传感器电路、差动放大电路、A/D转换电路以及LED或LCD显示电路。
图1 电子称基本原理框图
基本设计方案主要利用称重传感器将压力转化成电信号输出，其中压力传感器按转换方法分为光电式、液压式、电磁力式、电容式、磁极变形式、振动式、陀螺仪式、电阻应变式等。称重传感器输出的电信号为差分输出形式，且差分输出电信号为微弱电信号，需采用差动放大电路将微弱模拟信号放大，其中差动放大电路可以采用专用的仪用放大器。放大后的信号直接送入A/D转换器，其输出数字量可以直接用LED或LCD显示，也可以经过处理后进行显示。
四、所需准备的知识
（1）模拟电路相关知识；
（2）数字电路相关知识；
（3）称重传感器基本原理方面知识；
（4）protel原理图设计等相关知识。
五、参考资料
1、李淑侠.ICL7107在数显稳压电源中的应用.大连教育学院学报，2006年2期
2、包本刚. 基于ICL7107器件的量程自切换数字电压表的设计. 中国仪器仪表，2007年2期
3、张海霞；滕召胜.新型便携式电子秤设计. 计量技术，2005年9期
4、王艳春；于晓敏；杨欣宇. 便携式电子秤的设计. 齐齐哈尔大学学报：自然科学版，2003年4期
实验选题五：数字式小电阻/电容测量仪设计实现
一、设计任务
设计一个能够测量小电阻/电容的数字式测量仪。
二、设计要求及其指标
1、测量1pF~100pF 的电容。测量精度<5%。
2、测量电阻阻值1欧姆~99欧姆。测量精度<5%。测量结果用七段数码管显示。
三、设计思路
555单稳态触发器接收到低电平信号，进入暂稳态，输出高电平。高电平持
续时间w t
由555外接电阻和电容决定。555输出信号和基准时钟与运算，得到一
段脉冲信号。如图2。这段脉冲信号送74160，则数码管上显示这段信号的上跳沿个数（74160是上跳沿触发）。调整555外接电阻、电容，使电阻大小与数码
图1 系统方块图
管显示数值成10n倍,则实现1/10n精度的电阻测量。同理使电容大小与数码管显示数值成10n倍,则实现1/10n精度的电容测量。
四、所需准备的知识
基本知识：555单稳态触发器、4511译码器（可参阅资料1 P186‘显示译码器’7448驱动BS201A）、74160计数器（可参阅资料1 P291）扩展知识：微分电路、石英晶体振荡电路（可参阅资料2 P406）。
五、参考资料
1、阎石.数字电子技术基础.高等教育出版社，2006年5月第五版
2、童诗白.模拟电子技术基础.高等教育出版社
3、王连英.基于Multisim 10的电子仿真.北京邮电大学出版社，2009年8月第一版
4、姜钧仁.电路基础.哈尔滨工程大学出版社，2002年9月第1版
5、百度文库https://www.360docs.net/doc/256364745.html,/
实验选题六：高效率音频功率放大器的设计
一、设计任务
设计并制作一个高效率音频功率放大器，不能使用现成的D类集成功率放大器。
二、设计要求及其指标
1、基本要求：
（1）电源电压+5V，负载为8Ω电阻。带宽为300Hz~3400Hz，输出正弦波信号无明显失真；
（2）最大不失真输出功率≥1w；
（3）输入阻抗>10kΩ，电压放大倍数连续可调。
（4）在输出功率500mw时测量功率放大器的效率≥50%。采用开关（D类功放）实现低频功率放大。
2、扩展要求
电压放大倍数1~20连续可调，带宽扩展为50Hz~20KHz，输出功率保持200mW，尽量提高放大器效率或降低放大器电源电压。
三、设计思路
采用开关方式实现音频功率放大（即D类功率放大）是提高效率的主要途径
之一。D 类功放是基于脉冲宽度调制技术的开关放大器，包括脉冲宽度调制器、功率桥电路和低通滤波电路。音频信号频率从20Hz 到20kHz 范围。PWM 的脉宽调制将振荡电路输出的三角波与音频信号比较，在输出端产生一个其脉宽变化与音频信号幅值成正比的可变脉宽方波。PWM 信号为一串方波脉冲序列，当三角波幅度大于正弦波幅度时PWM 变换电路输出为低电平，但当三角波幅度低于正弦波幅度时，PWM 变换器输出高电平。这个PWM 信号被用来驱动功率级，产生放大的数字信号，最后通过LC 低通滤波器来滤除高频成分，在负载端得到与输入模拟信号相似但被放大了的电压。只要调制频率高，输出波形的锯齿小，通过低通滤波器后的波形会更接近原来的正弦信号。系统框图如图1所示。
音频信号输入
PWM 调制器
高速开关电路L
图1 系统组成框图
四、所需准备的知识
（1）电路基础； （2）模拟电子技术； （3）数字电子技术。
五、参考资料
1、《模拟电子技术基础》哈尔滨工程大学出版社
2、《数字电子技术实践教程》哈尔滨工程大学出版社
实验选题七：波形发生器
一、设计任务
使用一片555芯片和常用运放（TL081或NE5532）芯片及常规电阻、电容、电位器，设计制作一个频率可变的同时输出矩形波、锯齿波、正弦波Ⅰ、正弦波Ⅱ的波形产生电路。
二、设计要求及其指标
1、同时四通道输出，每通道输出矩形波、锯齿波、正弦波Ⅰ、正弦波Ⅱ中的一种波形，每通道输出的负载电阻均为1K欧姆。
2、四种波形的频率关系为1:1:1:3（三次谐波），矩形波、锯齿波、正弦波Ⅰ输出频率范围为8k Hz—10k Hz，矩形波和锯齿波输出电压幅度峰峰值为1V，正弦波Ⅰ输出幅度为峰峰值2V；正弦波Ⅱ输出频率范围为24k Hz—30k Hz，输出电压幅度峰峰值为2V。矩形波、锯齿波和正弦波输出波形应无明显失真（使用示波器测量时）。
3、频率误差不大于5%，矩形波，锯齿波，正弦波Ⅰ通带内输出电压幅度峰峰值误差不大于5%，正弦波Ⅱ通带内输出电压幅度峰峰值误差不大于10%，矩形波占空比在0～1范围内可调。
4、电源只能选用+9V单电源，由稳压电源供给，不得使用额外电源。
5、要求预留矩形波、锯齿波、正弦波Ⅰ、正弦波Ⅱ和电源的测试端子。
6、每通道输出的负载电阻1K欧姆应标示清楚，置于明显位置，便于检查。
三、设计思路
系统框图如图1所示。
四、所需准备的知识
（1）电路基础；
（2）模拟电子技术；
（3）数字电子技术；
五、参考资料
1、《模拟电子技术基础》哈尔滨工程大学出版社
2、《数字电子技术实践教程》哈尔滨工程大学出版社
锯齿波
输出
正弦波
1输出
正弦波
2输出
脉冲波
输出
图1 系统框图
实验选题八：8路巡回检测、报警系统的设计与实现一、设计任务
设计一个8路巡回检测系统，能够对多个通道的工作状态（如温度、压力）是否正常进行巡回检测。当某一通道出现故障（如超温、超压）时，由巡回检测系统发出报警并显示故障的通道号。
上述设计任务实际是要解决以下几个关键问题：
1）8路通道的工作状态怎么模拟？
2）对8路通道的工作状态怎么实现巡回检测？
3）当某一通道出现故障时，应停止检测，同时发出报警和显示故障的通道号；
4）当某一通道故障排除后，继续进行巡回检测。
二、设计要求及其指标
1、基本要求：
（1）8路通道工作状态模拟：用8路拨码开关模拟8路通道的工作状态是否正常，通常用“1”表示正常情况，“0”表示异常状况。
（2）对8路通道的工作状态实现巡回检测，并且巡回检测周期在一定范围可调。
（3）当某一通道出现故障（如超温）时，停止检测，并且发出报警和显示故障的通道号。
2、扩展要求1：
（1）8路通道工作状态模拟：其中1路采用滑动变阻器实现工作状态传感器获得的电压信号输出，当这1路输出电压通过电压比较器和预设电压进行比较后，模拟量转换为“0”或“1”的数字量（“1”表示正常情况，“0”表示异常状况）；其余7路通道的工作状态用拨码开关模拟。
（2）电压比较器：可设定上、下限电压报警值；当检测电压超过设定上下限值时，输出低电平。
3、扩展要求2：
在完成扩展要求1的基础上，再实现1路通道状态瞬时异常检测（即瞬时超过设定上、下限电压值），其余6路通道的工作状态仍然用拨码开关模拟。
（1）某一通道状态瞬时变化由1路幅度可调，周期可调的脉冲信号来模拟。 （2）设计峰值保持电路：峰值电压误差小于0.5mV ；保持电压的时间漂移率为S mV 15.0。
（3）电压比较器：可设定上、下限电压报警值；当检测电压超过设定上、下限值时，输出低电平。
三、设计思路
本系统主要有8路通道工作状态检测输出电路、八位数据选择器、十进制计数器、时钟电路和译码显示电路五个模块构成，如图1所示。
图1 系统方框图
四、参考资料
1、阎石.数字电子技术基础(第5版) .清华大学电子学教研组,高等教育出版社 (2006-05).
2、谢红.模拟电子技术基础（第3版）.哈尔滨工程能大学出版社（2013-01）.
3、童诗白.模拟电子技术基础 (第4版）.高等教育出版社（2006-05）.
4、乔双.实用正负峰值保持电路.电子技术应用.1992
实验选题九：基于PWM技术的直流电机控制系统
一、设计任务
利用PWM技术，在不改变PWM矩形波周期的前提下，通过软件的方法来调整PWM波的占空比，从而控制直流电机的转动速度；同时通过改变电机两输入端的电压来控制直流电机的转动方向。可采用外部按键控制或电位器控制两种方式来调节，同时在数码管上显示出来。
二、设计要求及其指标
具体要求如下：
1、产生16种占空比不同的PWM波，以控制直流电机的转速，占空比值分别为：93.75%、87.50%、81.25%、75.00%、68.75%、62.50%、56.25%、50.00%、43.75%、37.50%、31.25%、25.00%、18.75%、12.50%、6.25%、0.00%。输出结果在示波器上观察，误差不得大于5%。
2、利用按键来控制电机的转动方向、转速以及驱动模式的切换；
3、用A/D模块实现用电位器控制电机转速，要求A/D精度为8位，A/D输入电压范围是0~5V；
4、数码管显示电机转速档位，分别用0~F表示不同的占空比，以区分转速；
5、数码管显示电机转动方向，顺时针转动不显示，逆时针转动显示“-”；
6、数码管显示电机控制模式，按键控制模式不显示，电位器控制模式显示“.”。
三、设计思路
设计由FPGA最小系统、A/D电路、按键控制电路、电机驱动电路和数码管显示电路五个部分组成。通过按键A实现电位器控制和按键控制两个控制模式的切换，按键B实现电机转动速度的控制，按键C实现电机转动方向的控制。利用FPGA的数字处理系统将控制源的输入进行编码、选择判断、生产PWM脉冲，控制电机驱动电路以控制电机转速。同时在数码管上显示电机的转速档位、转动方向以及控制模式。
四、所需准备的知识
（1）电路基础；
（2）模拟电子技术；
（3）数字电子技术；
五、参考资料
1、闫石.数字电子技术基础（第五版）.高等教育出版社
2、谢红.模拟电子技术基础.哈尔滨工程大学出版社
3、施齐云等.数字电子技术实践教程.哈尔滨工程大学出版社
4、罗杰；谢自美.电子线路设计实验测试.电子工业出版社
实验选题十：基于FPGA的音乐发生器的设计实现一、设计任务
利用PS2接口电路控制并实现一个音乐发生器系统。要求用FPGA设计产生得到一组不同频率的音阶，通过编码形成8位数字量来控制D\A转换器使其输出正弦波，以驱动音响电路。
二、设计要求及其指标
具体要求如下：
1、产生7个不同频率的音阶以驱动音响电路，波形为正弦波。要求每个正弦波有64个点，列表产生，频率分别为：261Hz、293Hz、329Hz、349Hz、391Hz、440Hz、493Hz。
2、利用PS2键盘上1~7的数字键控制该音乐发生器，其键值分别对应16、1E、26、25、2E、36、3D；
3、利用D\A模块产生正弦波，要求D\A精度为8位，输出电压范围是0~5V；
4、利用运算放大电路实现正弦波形的衰减，电压放大倍数为0.1倍；
5、利用功率放大电路实现功率的放大，电压放大倍数为20倍；
6、利用示波器观察所产生正弦波形的输出结果，并分别测量7个音阶的频率，要求频率误差不得大于5%。
三、设计思路
设计由FPGA最小系统、PS2接口电路、D\A转换电路、运算放大电路、功率放大电路五个部分组成。通过PS2键盘控制音乐发生器，利用FPGA最小系统接收PS2键盘送来的串行数据，将其转成并行数据，从而进行比较判断生成不同的正弦波并行8位数据以控制D\A转换电路。将D\A转换电路接成电压输出模式，由于输出幅度过高，若直接进行功率放大将会出现波形失真，所以先利用运放进行衰减再进行功率的放大，以驱动扬声器。
四、所需准备的知识
（1）电路基础；
（2）模拟电子技术；
（3）数字电子技术；
五、参考资料
1、闫石.数字电子技术基础（第五版）.高等教育出版社
2、谢红.模拟电子技术基础.哈尔滨工程大学出版社
3、施齐云等.数字电子技术实践教程.哈尔滨工程大学出版社
4、罗杰；谢自美.电子线路设计实验测试.电子工业出版社
实验选题十一：多功能交通信号机
一、设计任务
本课题结合学生已经掌握的数字电子技术理论知识和实验技能，以数字集成电路、可编程逻辑器件FPGA为主要器件，由学生自主完成一种单机型交通信号控制机的研制。该控制机具有功能多、时间准确、可靠性强、成本低、操作简单、便于维护等特点。