三相信号源相序检测器

《数字电子技术》课程设计报告

课题： 三相信号源相序检测器

班级 电气3071 学号 3072110109 学生姓名 顾晨杰 专业 电气工程及其自动化 系别 电子与电气学院 指导教师 电子技术课程设计指导小组

淮阴工学院 电气与电子工程院

2009年12月

班级：电气3071 姓名：顾晨杰 学号：09 课题：三相信号源相序检测器

1 设计目的

数字电子技术课程设计是电子信息工程系四个专业的公共课程设计，是数字电子技术课程结束后进行的教学环节。其目的是：

1、培养理论联系实际的正确设计思想，训练综合运用已经学过的理论和生产实际知识去分析和解决工程实际问题的能力。

2、学习较复杂的电子系统设计的一般方法，提高基于数字电路等知识解决电子信息方面常见实际问题的能力，由学生自行设计、自行制作和自行调试。

3、进行基本技能训练，如基本仪器仪表的使用，常用元器件的识别、测量、熟练运用的能力，掌握设计资料、手册、标准和规范以及使用仿真软件、实验设备进行调试和数据处理等。

4、培养学生的创新能力。

2 设计要求

1. 电源+5V

2. 产生频率为1KHZ、相位差近似为1200的单极性矩方波信号源，作为测试信号源

3. 设计电路能检测信号源的相序 4. 设计相序指示电路

5. 主要单元电路和元器件参数计算、选择； 6. 画出总体电路图；

7. 安装自己设计的电路，按照自己设计的电路，在通用板上焊接。焊接完毕后，应对照电路图仔细检查，看是否有错接、漏接、虚焊的现象； 8. 调试电路；

9. 提交格式上符合要求，内容完整的设计报告；

3 总体设计

1．设计构想

首先利用555定时器产生一个方波信号源，利用RC网络和与非门将其转换为相位差近似为120°的单极性信号源，作为测试信号源。而后利用双D触发器74LS74及74LS00组合对信号源进行检测，最后由两个LED表现检测结果。

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超前移相电路 1khz方波产生电路 滞后移相电路 相 序 检 测 电 路 相序指示电路

2．设计所需器件:

器件 电阻 二极管 电容 其他

大小 10KΩ 1.6KΩ×2 300Ω 发光二极管×2 10nF 100nF×2 555定时器 74LS74D 74LS00D×2 3．总电路装置接线图

VCC5VVCC8VCC471U1OUT321D4~1PR1QU4A58RSTDISTHRTRICONGNDU5A10U6A11625C2100nFU2A6331CLK~1Q674LS00DR474LS00D300Ω5%12R110k¦¸5%5274LS00DR21.6k¦¸5%~1CLR174LS74D9U4B1Q50C110nF1LM555CMR31.6k¦¸5%4LED14U3B7~1PR21DC3100nF074LS00D31CLK~1Q61415U8A16LED213~1CLR1XFG10R5300Ω5%74LS74D74LS00DU9A17U10A1874LS00D74LS00D

4 单元电路设计

4．1 发射单元电路设计

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VCC5VVCC8VCC471U1OUT3RSTDISTHRTRICONGND62R110k¦¸5%52C110nF1LM555CMXFG10

4.1.1 电路图如上发射电路图

接通电源后，输入端6端的交流信号经 555起振，起振后的555发出脉冲，输入工作电路。

4.1.2 主要元器件功能介绍 555定时器

555定时器一种模拟-数字混合式集成定时器，用它可以很方便的组成多谐振荡器、双稳态触发器和施密特触发器等脉冲电路，在工业控制等诸多方面有很广泛的应用。它的基本工作原理如下：

555 定时器的组成与功能

555 定时器的组成如图 4(a)所示，（b）为引脚图。其工作原理如下：比较器C1的反向输入端U6(接引脚 6)称为阈值输入端，用TH来表示，比较器C2的同向输入端U2(接引脚2)称触发输入端，用TR标注。C1和C2的参考电压(电压比较的基准)UR1和UR2由电源UCC经三个5kΩ的电阻分压给出。当控制电压输入端UCO悬空时，

UR123UCC12，

UR213UCC；若UCO外接固定电压，则

UR1UCO,UR2UCO。

RD为异步置 0 端（对应管脚4），只要在RD端加入低电平，无论U6、U2的输

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入电平如何，基本RS触发器就置 0，电路输出UO为零。平时RD处于高电平； 管

2脚6称为高触发端，该引脚的电平与31UccUcc作比较；管脚2称为低触发端，该引

脚与3作比较，所以在RD=1时，U6和U2有三种状态组合。使555定时器电路

的输出UO有低电平0、保持和高电平1三种状态。定时器的主要功能取决于两个比较器输出对RS触发器和放电管V1状态的控制。555定时器功能表如表2-1所示。 当

U623UCC、U213UCC时，比较器C1输出为 0，C2输出为 1，基本RS

触发器被置 0，V1导通，UO输出为低电平。 当

U623UCC、U213UCC时，C1输出为 1，C2 输出为 0，基本RS触发

器被置 1，V1截止，UO输出高电平。

33当时，C1和C2输出均为 1，则基本RS触发器的状态保持不变，因而V1和UO输出状态也维持不变，定时器输出处于高阻状态。

U62UCC、U21UCC

图 4 555 定时器

(a) 电路结构； (b) 引脚图

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表 1 555定时器功能表

4.1.3 注意事项

发射电路主要是有555定时器构成的多谐振荡器产生脉冲波来工作的，其中555构成多谐振荡器，振荡频率fo＝1．43／［（RI＋2R2）C］，

4．2 工作单元电路设计

4.2.1 电路图如下

4~1PR21D1Q58U4AU5A10U6A31CLK~1Q674LS00D74LS00DC2100nFU2A63~1CLR174LS74D9U4B1Q574LS00D4R21.6k¦¸5%R31.6k¦¸5%4~1PR21DU3B731CLK~1Q61415U8A~1CLR1C3100nF074LS00D74LS74D74LS00DU9A1617U10A74LS00D74LS00D （a）产生单极性120°单极性信号源 （b） 检测相序

4.2.2 主要元器件介绍 74LS74

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脚号 1 2 3 4 5 6 CLR1 D1 CLK1 PR1 Q1 Q1 引脚代码 复位信号 触发信号 时钟信号 控制 同相位输出 反相位输出 引脚功能 7 8 GND Q2 地 反相位输出 9 10 11 12 13 14

Q2 PR2 CLK2 D2 CLR2 Vcc 同相位输出 控制 时钟信号 触发信号 复位信号 电源

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74LS00

74LS00 是常用的2输入四与非门集成电路，他的作用很简单顾名思义就是实现一个与非门。

图7为LM567

发光二极管

发光二极管通常有周期中3、4族元素的化合物，如砷化镓、磷化镓制成。当有电流通过这种管子后，电子与空穴直接复合放出能量使二极管发光，但光谱范围比较窄，其波长由所使用的基本材料所决定。下图为发光二极管代表符号：

图5 发光二极管

5 调试

5.1 总体调试

先有函数信号发生器产生一个5V的交流信号，555经过振荡产生方波经RC进行超前滞后，产生3相信号输入检测电路，后经指示电路表现结果。

5.2 单元电路调试

5.2.1 发射电路调试

首先将555Vcc端接+5V电源，GND端接地，然后将函数信号发生器与555

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的6脚相连，另一端接地，555对交流信号进行振荡，后经3脚输出一个1KHz的方波信号，将3端接示波器，屏幕有显示方波且经测量频率为1KHz为正确。由于器材及接线技术上原因，开始波形因接触不良有失真情况，后经修正产生了较为满意的方波波形。 5.2.1 工作电路调试

发射电路接好后，将工作电路的74LS74及两个74LS00分别接上电源及地，RC网络及2个与非门将3端输出的方波转换为相位差近似为120°的单极性信号源分别输入双D触发器D端、CLK，后经Q端输出，进入与门、或非门左后输入到指示电路，当输入信号为上升沿（即为正序ABC）时，LED1亮，LED2不亮；反之则LED2亮，LED1不亮。

在对这部分进行调试时，实验的结果取决于当555产生振荡时刻，6端输入的交流信号处于上升沿或下降沿，通过发光二极管的表现，来判断是正序还是反序，所以我们为测试2路测试电路都处于良好工作状态，要多次通/断555电源，来获得方波信号。

6 电路测试及测试结果

555电源接通，LED1亮（此时LED2不亮），关闭，经多次接通关闭，LED1亮（此时LED2不亮），结果证明该电路能起到目标作用。

7 设计总结

这次的课程设计是我经历的第二个课程设计，在有过之前的经历之后，在信息的检索，素材的收集，及材料的筛选知识点的应用上有了更高一层的掌握。这个课题对我来说很新颖，但知识点还是主要由课本上的基础而来，对于出题老师的出题构思我很是敬佩，从刚拿到课题的迷茫，到经历辛酸最终完成实物调试成功以后的喜悦，我更是觉得课程设计对我们学习、实践基础知识的重要性。虽然过程是坎坷的，但是结果是丰硕的！

在这次的课程设计中我了解到了ne555，74LS74,74LS00，RC网络的用法，自己找寻资料，自己焊接，锻炼了自己的能力，让自己在电子电路方面多了很多的认识与理解，让自己增长了知识，提高了能力，对我今后的学习提供了很大的帮助。

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8 参考文献

1 康华光主编.电子技术基础(模拟部分).第5版.北京:高等教育出版社, 2 康华光主编.电子技术基础(数字部分).第5版.北京:高等教育出版社

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