2013自动化工程学院电子实践正稿.doc

上 海 电 力 学 院课程设计（大型作业）任务书（2012 /2013 学年第二学期）课程名称 电子制作课程设计/ 电子制作实践 课程代码 12032510*/12032290* 院（系） 自动化工程学院 专 业 测控、自动化 班 级 学 生 时 间 2013年7月1日2013年7月10日 老师签名： 教研室主任（系主任）签名： 一、 设计目的学生通过上机操作，掌握利用Proteus ISIS进行电路原理图设计的方法；掌握利用原理图元件库编辑器创建新元件的方法；了解利用Proteus ARES进行印刷电路板图设计的方法；了解利用PCB元件库编辑器创建新的PCB元件的方法；掌握利用Proteus进行模拟电子实验和数字电子仿真实验的方法，利用其中自带的虚拟仪器进行电路的仿真。学习掌握MCS-51单片机的结构和原理，Keil C51的编程，Keil和Proteus的联合调试，利用Proteus和Keil C实现AD和DA部分的电子及编程设计。少部分同学，可自行进一步学习与掌握Proteus ARES，以实现从电路原理图到印刷电路板PCB设计的转换和使用方法。能熟练运用Proteus进行电路原理图和印刷电路板图综合设计，提高综合应用能力及独立解决实际问题的能力。利用Proteus实现6个电子制作课程设计项目：l 555定时器；l 比例运算放大器；l 波形发生器；l 显示译码器和数码管的应用；l ADC0808和DAC0832的应用设计l 串/并行数据转换器；二、 设计内容、要求及组织形式1. 555定时器：设计原理555定时器工作原理；A。555定时器外接一个电容充放电电路即可构成一个无稳态多谐振荡器；B。555定时器单稳态电路实现；C。555定时器救护车变音警笛电路的实现。555定时器工作原理：555集成时基电路称为集成定时器，是一种数字、模拟混合型的中规模集成电路，其应用十分广泛。该电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器，因而广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。它的内部电压标准使用了三个5K的电阻，故取名555电路。其电路类型有双极型和CMOS型两大类，两者的工作原理和结构相似。555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为555，用CMOS工艺制作的称为7555，除单定时器外，还有对应的双定时器 556/7556。555定时器的电源电压范围宽，可在4.5V16V工作。 555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器A1的反相输入端的电压2VCC /3，A2的同相输入端的电压为VCC /3。若触发输入端 TR 的电压小于VCC /3，则比较器 A2的输出为1，可使RS触发器置1，使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于VCC /3，则 A1 的输出为 1，A2 的输出为 0，可将 RS 触发器置 0，使输出为 0 电平。它的各个引脚功能如下：1脚：外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。2脚：低触发端3脚：输出端Vo4脚：是直接清零端。当此端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TR、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。5脚：VC为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01F电容接地，以防引入干扰。6脚：TH高触发端。7脚：放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。8脚：外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5 16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3 18V。多谐振荡器多谐振荡器又称为无稳态触发器，它没有稳定的输出状态，只有两个暂稳态。在电路处于某一暂稳态后，经过一段时间可以自行触发翻转到另一暂稳态。两个暂稳态自行相互转换而输出一系列矩形波。多谐振荡器可用作方波发生器。接通电源后，假定是高电平，则T截止，电容C充电。充电回路是VCCR1R2C地，按指数规律上升，当上升到时（TH、端电平大于），输出翻转为低电平。是低电平，T导通，C放电，放电回路为CR2T地，按指数规律下降，当下降到时（TH、端电平小于），输出翻转为高电平，放电管T截止，电容再次充电，如此周而复始，产生振荡，经分析可得输出高电平时间 T=(R1+R2)Cln2Proteus绘制电路图见附图555多谐振荡电路；555单稳态电路；555警笛电路。仿真结论多谐振荡电路的计算；仿真运行，示波器观察方波和单稳态波形；仿真运行，电脑喇叭模拟警笛声音等。小结体会2. 比例运算放大器设计原理比例运算放大器LM324的原理及计算；电路特征和放大特性的掌握；虚拟表计的使用。Proteus绘制电路图见附图反相比例运算放大器和同相比例运算放大器。仿真结论整理并计算相关数据，认真填写表格和画出实验波形；比较两种比例运算放大器的电路特征和放大特性。小结体会3. 波形发生器设计原理学习用集成运放构成正弦波、方波和三角波发生器；学习波形发生器的调整和主要性能指标的测试方法。Proteus绘制电路图见附图RC桥式正弦波振荡器，三角波方波发生器。仿真结论正弦波分析RC振荡器的振幅条件，分析二极管D1、D2的稳幅作用；三角波和方波发生器，分析电路参数变化(R1、R2和RV1)对输出波形频率及幅值的影响。小结体会4. 显示译码器和数码管的应用设计原理核心器件74LS47（BCD码到七段显示译码器），74LS48七段译码器/驱动器，七段LED数码管的工作原理及应用。Proteus绘制电路图见附图译码数码管显示01和02。仿真结论仿真实现灭零及数码显示功能。小结体会5. ADC0808和DAC0832的应用设计设计原理学习和掌握ADC0808和DAC0832的工作原理与编程；MCS-51单片机基本原理：Keil C51类C语言的编程（有参考程序提供给学生）；Keil和Proteus联调的方法等。Proteus绘制电路图见附图ADC0808和DAC0832锯齿波。仿真结论仿真运行，观察可调电阻分压的读数；示波器观察锯齿波输出等。小结体会6. 串/并行数据转换器设计原理核心器件74LS164八位串入/并出移位寄存器、八位并入并出移位寄存器（两个74LS194）、九进制计数器（74LS161）、单稳态触发器74LS123、555定时器以及JK触发器的工作原理及应用。74lS164是高速硅门 CMOS 器件，与低功耗肖特基型 TTL (LSTTL) 器件的引脚兼容。74HC164是8位边沿触发式移位寄存器，串行输入数据，然后并行输出。数据通过两个输入端（DSA 或 DSB）之一串行输入；任一输入端可以用作高电平使能端，控制另一输入端的数据输入。两个输入端或者连接在一起，或者把不用的输入端接高电平，一定不要悬空。时钟(CP)每次由低变高时，数据右移一位，输入到 Q0，Q0是两个数据输入端（DSA和 DSB）的逻辑与,它将上升时钟沿之前保持一个建立时间的长度。主复位(MR)输入端上的一个低电平将使其它所有输入端都无效，同时非同步地清除寄存器，强制所有的输出为低电平。74LS194为四位双向移存器74LS194移位寄存器的引脚图74LS161从74LS161功能表功能表中可以知道，当清零端CR=“0”，计数器输出Q3、Q2、Q1、Q0立即为全“0”，这个时候为异步复位功能。当CR=“1”且LD=“0”时，在CP信号上升沿作用后，74LS161输出端Q3、Q2、Q1、Q0的状态分别与并行数据输入端D3，D2，D1，D0的状态一样，为同步置数功能。而只有当CR=LD=EP=ET=“1”、CP脉冲上升沿作用后，计数器加1。74LS161还有一个进位输出端CO，其逻辑关系是CO= Q0Q1Q2Q3CET。合理应用计数器的清零功能和置数功能，一片74LS161可以组成16进制以下的任意进制分频器。概述：74LS123 内有两组多谐振荡器，这个直流触发多振荡器的特点是由三种方法控制脉冲宽度，最基本的是选取外部的RC 值来控制。IC 内部已经有一个定时电阻（内部时间选择电阻器只在LS122 上），因此允许只外接定时电容使用。其功能特点：清零终止输出脉冲；为VCC和温度变化补偿；直流触发是高电平或电平逻辑输入。在TCL DTV2912 型机上测定IC401555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制 RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 A1 的反相输入端的电压为 2VCC /3，A2 的同相输入端的电压为VCC /3。若触发输入端 TR 的电压小于VCC /3，则比较器 A2 的输出为 1，可使 RS 触发器置 1，使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于VCC /3，则 A1 的输出为 1，A2 的输出为 0，可将 RS 触发器置 0，使输出为 0 电平。JK触发器，采用与或非电路结构，它的工作原理为：CP为0时，触发器处于一个稳态；CP由0变1时，触发器不翻转，做好接收输入信号的准备；CP由1变0时触发器翻转；JK触发器在CP下降沿前接受信息，在下降沿触发翻转，在下降沿后触发器被封锁。Proteus绘制电路图见附图串并转换。仿真结论仿真运行，观察LED输出，条状LED输出从下往上读，每隔一定时间数据输出变化一次，读到的结果是否与信号源中指定的数据一致。小结体会三、 设计进度安排（时间及地点）1. 设计时间：2013年7月1日至7月10日，答辩时间7月9、10日。2. 设计地点：全体学生必须按“201213二电子制作类课程安排一览EXCEL”规定的时间段在规定机房上机实践。讲座安排：2013年7月1日2013年7月5日2013年7月9,10日Proteus应用讲座，黄云峰注：讲座后，按正常时间上机Keil与Proteus应用讲座，刘刚注：讲座后，按正常时间上机答辩时间根据指导教师要求调整上午9：00，在北2204教室，自动化、自核四个班级上午9：00，在北2204教室，自动化、自核四个班级下午2:00，测控、测电四个班级下午2:00，测控、测电四个班级四、 考核形式及成绩评定办法每位同学所领取的指导书阴影本必须交回，此项为参加答辩的前提条件。成绩实行百分制，结合平时成绩，答辩成绩和报告成绩给出总评成绩。其中，答辩成绩占70%，报告及平时成绩占30%。注：对拷贝抄袭的情况，一旦发现，不允许答辩。重做后找原答辩老师补答，否则作零分处理。每个同学只能在一个老师那里答辩，在不同老师处重复答辩的，取最低成绩。五、 参考书目1. 朱清慧，Proteus电子技术虚拟主要实验室，中国水利水电出版社2. 徐爱钧，单片机原理实用教程-基Proteus虚拟仿真（第2版），电子工业出版社3. 胡烨，Protel99 SE 电路设计与仿真教程，机械工业出版社六、 附录：附录1：实践报告格式及要求附录2：201213二电子制作类课程安排一览EXCEL；电子制作实践课程学生名单EXCEL附录3:六项电子制作所涉及的12个参考电路图（图片格式，非DSN图，仅做学生参考用）实践报告 学院： 自动化工程学院 班级： 姓名： 学号： 2013年7月电子制作课程设计或者，电子制作实践实践报告要求每位同学要上交一份完整的设计方案（统一用A4纸打印，封面不需用彩打），内容应包括：（1） 实验报告封面（2） 实验目的（3）电子设计报告的主要内容：（或者，按任务书中的的内容撰写即可）l 方案论证及选择。l 理论分析、算法研究及参数计算。l 系统组成、各子系统的指标分配。l 系统的实现