电路综合实习报告.doc

1、电路综合实习报告姓 名：谢子荣学 号： 20121003447班 级： 075124小组成员：谢子荣、关亚军指导老师：郝国成，张晓峰，闻兆海，王国洪，吴让仲，李杏梅，王巍中国地质大学（武汉）机械与电子信息学院通信工程目录技能要求.21.32.33.74.91.92.103.151.162.173.23425 .251、 能使用 EDA（电子设计自动化）软件进行电路绘制，如应用Protel软件绘制详细电路原理图。2、 会查阅相关参考文献3、 能够阅读英文器件数据手册，进行单元电路设计。4、 在万用板上完成电路的焊接工作。学习和熟悉在万用板上进行电路焊接的方法和技术。5、 掌握某些常用芯片的功能及

2、引脚图6、 具备元器件检测能力。7、 具有装配、调试和指标测量的能力。能使用电子仪器（如直流电源，万用表，信号发生器，示波器等）对电路进行测试，能根据要求调试出较好的性能。8、 掌握模拟电路、数字电路、单片机原理等课程的基本知识。9、 会进行 C语言和汇编语言编程。10、具备一定的分析、总结能力，写出一份较为完备的实习报告一、函数发生器设计1、实习内容及要求：任务：一个电路同时产生正弦波、三角波、方波。要求： 1）正弦波幅度不小于1V；三角波不小于 5V；方波不小于 14V；2 ）频率可调，范围分为三段：10HZ100HZ；100HZ1KHZ；1KHZ10KHZ。主要性要求能：1）输出信号的幅

3、度准确稳定2）输出信号的频率准确较稳定2、设计方案1) 功能模块方波三角波产生电路上图所示为产生方波 - 三角波电路。工作原理如下：若a 点短开，运算放大器 A1 与 R1、R2 及 R3、RP1 组成电压比较器， C1 为加速电容，可加速比较器的翻转。由图分析可知比较器有两个门限电压UthR2VCC1R3RP1Uth2R2VCCR3RP1运放 A2 与 R、RP 、C 及 R 组成反相积分器，其输入信号为方波U 时，4225o1则输出积分器的电压为U o 21U o1dt(R4RP1 )C2当 UV 时U o 2V CCto1=+CC(R4RP1 )C2当 UV 时V EEo1=-EEU o

4、 2t(R4RP1 )C2可见积分器输入方波时，输出是一个上升速率与下降速率相等的三角波，其波形如图所示。A 点闭合，即比较器与积分器首尾相连，形成闭环电路，则自动产生方波- 三角波。U o 2mR2VCCRP1R3方波 - 三角波的频率为：R3RP1fRP)C4R2 (R42由上分析可1知：（ 1）电位器 RP2 在调整方波 - 三角波的输出频率时，不会影响输出波形的幅度。（ 2）方波的输出幅度应等于电源电压。三角波的输出幅度应不超过电源电压。电位器 RP1 可实现幅度上午微调，但会影响波形的频率。正弦波产生电路三角波正弦波的变换主要有差分放大器来完成。差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高、

5、抗干扰能力强等优点。特别是做直流放大器时，可以有效的抑制零点漂移，因此可将频率很低的三角波变换成正弦波。波形变换的原理是利用差分放大器传输特性的非线性。（ 1）传输特性曲线越对称，线性区越窄越好；（ 2）三角波的幅度 Um应正好使晶体管接近饱和区或截止区。图 2.3.2.2b 为三角波正弦波的变换的电路。其中 RP1 调节三极管的幅度，RP2 调整电路的对称性，其并联电阻 RE2 用来减少差分放大器的线性区。电容 C1、C2、C3 为隔直电容， C4 为滤波电容，以减少滤波分量，改善输出波形。比较器 A1 与积分器 A2 的元件参数计算如下：由于因此U o 2mR2V CCR3 RP1R2U

6、o2m41R3 RP1Vcc123取 R3=10k, 则 R3+RP1=30 k，取 R3 =20k, RP 1 为 47 k 的电位器。取平衡电阻 R=R/ （R+RP1） 10 k 。123因为R3RP1fRP )C24R2 (R41当 1Hzf 10Hz时，取 C2=1F，则 R4+RP2=（757.5 ）k，取 5.1 k， RP2 为 100 k电位器。当 19Hzf 100Hz，取 C2=0.01 F 以实现频率波段的转换， R4 、RP2 的值不变。取平衡电阻R5=10 k 。三角波正弦波变换电路的参数选择原则是：隔直电容C3、C4、C5 要取得大，因为输出频率较低，取C3 =C

7、4=C5=470F，滤波电容 C6 一般为几十皮法至 0.1 F。RE2=100与 RP4=100，相并联，以减少差分放大器的线性区。差分放大器的静态工作点可通过观测传输特性曲线，调整RP4 及电阻 R确定。2）总电路图（ multisim仿真）3）引脚图LM7414）元件清单名称直流稳压电源双踪示波器万用表运算放大器电位器电阻型号数量1 台1 台1 只LM7412 片50K2 只100K1 只1001 只20K1 只10k5 只8K1 只6.8K2 只5.1K1 只2k2 只1001 只470uF3 只电容10uF1 只1uF1 只0.1uF2 只0 01uF1 只三极管90134 只万用板

8、1 块导线1.若干3、 调试过程与结果 方波三角波的调试由于比较器 A1 与积分器 A2 组成正反馈闭环电路， 同时输出方波与三角波， 这两个单元电路可以同时安装。 需要注意的是， 安装电位器 RP1 与 RP2 之前，要先将其调整到设计值，如设计举例题中，应先使RP1=10K， RP2取（2.570 ）内的任一阻值 , 否则电路可能会不起振 . 只要电路接线正确, 上电后 , U01 的输出为方波 , U02 的输出为三角波 , 微调RP1, 使三角波的输出幅度满足设计指标要求, 调节 RP2, 则输出频率在对应波段内连续可变 . 正弦波调试装调三角波 - 正弦波变换电路，其中差分放大器可利

9、用课题三设计完成的电路。电路的调试步骤如下：经电容C4 输入差模信号电压uid =500mV，f i =100Hz的正弦波。调节RP4 及电阻R*，使传输特性曲线对称。再逐渐增大uid ，直到传输特曲线形状如图3-73 所示，记下此时对应的 uid ，即 uidm 值。移去信号源，再将C4 左端接地，测量差分放大器的静态工作点I0 、Uc1、Uc2、Uc3、Uc4。将 RP3 与 C4 连接，调节 RP3 使三角波的输出幅度经 RP3 后输出等于 uidm 值，这时 U03 的输出波形应接近正弦波，调整 C6 大小可以改善输出波形。如果 U03 的波形出现如图 1 所示的几种正弦波失真，则应调

10、整和修改电路参数，产生失真的原因及采取的相应措施有： 钟形失真，如图 1.2 （a）所示，传输特性曲线的线性区太宽，应减小 RE2。波圆顶或平顶失真，如图 1.2 （ b）如示，传输特性曲线对称性差，工作点 Q偏上或偏下，应调整电阻 R* 。非线性失真如图 1.2 （ c）所示，三角波的线性度较差引起的非线性失真，主要受运放性能的影响。可在输出端加滤波网络（如C6=0.1mF）改善输出图 1.2 几种波形的失真4、 测试数据记录在各个波形都不失真的情况下，得到下列测试结果：（ Vcc+=11.9V Vcc-=-11.8V ）二、多功能数字钟设计1、 实习内容及要求1） 学习要求掌握数字电路系统

11、的设计方法、装调技术及数字钟的功能扩展电路的设计。2 ）基本功能准确计时；以数字形式显示时、分、秒；小时的计时要求为“ 24 进制”，分、秒计时要求为 60 进制；能够校正时间。3 ）扩展功能定时（闹时）控制，时间可自行设定；仿广播电台整点报时；报整点时数；2、设计方案1）数字钟组成系统框图时显示器分显示器秒显示器定时控制主时译码器分译码器秒译码器仿电台报时扩体展电时计数器分计数器秒计数器电路报整点时数路校时电路1s闹点报时振荡器分频器2）设计总体思路和原理如上图所示，数字钟电路系统由主体电路和扩展电路两大部分组成。其中主体电路完成数字钟的基本功能，扩展电路完成数字钟的扩展功能：报时和定时功能

12、。该数字钟系统的工作原理是：振荡器产生稳定的高频脉冲信号, 作为数字钟的时间基准 , 然后经过分频器输出标准秒脉冲。秒计数器满60 后向分计数器进位 , 分计数器满60 后向小时计数器进位 , 小时计数器按照“ 24 翻1”规律计数。 计数器的输出分别经译码器送显示器显示。计时出现误差时 ,可以用校时电路校时、校分。各扩展电路必须在主体电路正常运行的情况下才能进行功能扩展。3）主体部分设计1、振荡电路（脉冲产生电路）由 555 定时器产生 1KHZ的矩形波经过3 片 74LS90分频后产生1HZ的方波脉冲，将该脉冲输入到秒个位的时钟脉冲输入端，即可使计数器工作。2、计数器脉冲信号经过 6 级计

13、数器，分别得到“秒”个位、十位，“分”个位、十位以及“时”个位、十位的计时。“秒”、“分”计数器为 60 进制，小时为 24 进制。（1）60 进制计数器数字钟的“分”和“秒”计数器均为模 60 的计数器，它们的个位都是十进制计数器，而十位则是六进制计数器，其计数规律为 00-01- -58-59-00 。可选用 74LS90作为“分”和“秒”的个位计数器， 74LS92 作为“分”和“秒”的十位计数器，其中，十位计数器将 74LS92连接成模 6 计数器。（2）24 进制计数器数字钟的“时”计数器为模 24 的计数器，其计数规律为 00-01-22-23-00 ，即当数字钟运行到23 时 5

14、9 分 59 秒时，在下一个秒2脉冲作用下，数字钟显示 00 时 00 分 00 秒。同理， M=2410, 应选用 2 片 74LS90，将其连接成模 24 计数器作为“时”计数器。模 60 计数器模 24 计数器（3）显示电路计数脉冲经过 CD4511译码后变成 7 段显示码，使数码管显示相应数字，电路如下图所示：3、芯片引脚图CD4511BE74LS9074LS924 、主体电路（ multisim仿真）4）扩展部分设计整点报时电路要求是仿电台整点报时，每当数字钟计时到整点（或快要到整点时）发出音响，通常按照4 低音 1 高音的顺序发出间断声响，以最后一声高音结束的时刻为整点时刻。设 4

15、 声低音（约 500Hz）分别发生在 59 分 51 秒、 53 秒、 55 秒及 57 秒，最后一声高音（约 1kHz）发生在 59 分 59 秒，它们的持续时间为 1 秒。由此可见，分十位和个位计数器的状态分别为（ QDQCQBQA）M2=0101，（ QDQCQBQA）M2=1001；秒十位计数器的状态为（ QDQCQBQA）S2=0101。秒个位计数器 QDS1的状态可用来控制 1kHz 和 750Hz的音频。QAM21QCM2QAM1QDM1QAS21QCS2QAS1音1响电1kHz路秒个位 QDS11500Hz图 5整点报时电路（ 1）定时控制电路定时控制电路要求数字钟在规定的时刻

16、驱动音响电路时行“闹时”，要求时间准确，即信号的开始时间与持续时间必须满足规定的要求。例如要求上午 7 点 59 分发出闹时信号， 持续时间为 1 分钟。7 点 59 分对应数字钟的时十位计数器的状态为（QDQCQBQA）H2=0000，时个位计数器的状态为（ QDQCQBQA）H1=0111，分十位计数器的状态为（ QDQCQBQA）M2=0101，分个位计数器的状态为（ QDQCQBQA）M1=1001。若将上述计数器输出为“ 1”的所有输出端经过与门电路去控制音响电路，可以使音响电路正好在7 点59 分响，持续 1 分钟（即 8 点时）5 ）元件清单名称型号数量数码管共阴极6 个CD45

17、11BE6 片74LS907 片74LS922 片芯片74LS042 片74LS003 片74LS202 片555 定时器1 片三极管3DG121 片电位器10K1 个5.1K1 个3.3K4 个电阻2K11K2 个222 个电容0.01uF3 个0.1uF1 个开关单刀单置2 个蜂鸣器82 个3、调试过程与结果本电路采取分级调试的方法。首先，试555 定时器的输出端是否有1KHZ的方波输出若没有，则需调节电位器 Rp，直到有 1KHZ方波输出为止；然后测试 74LS90（3）的输出端，看是否有 1HZ的方波输出 , 若有方波输出，但不是 1HZ，则需调节电位器， 直到输出为标准的 1HZ方波

18、为止；接下来将1HZ方波输入计数器秒个位， 看计数是否正确； 最后将秒个位输出脉冲输入到秒十位，看是否有进位。同理可分别测试分电路和小时部分电路，直到计数准确为止。当主体部分调试完毕后，再进行扩展部分电路的调试。首先连接校时电路。利用 1方波对小时电路和分电路进行校时。开关闭合时，可设定时个位和时十位； 开关闭合时， 可设定分个位和分十位。 然后连接整点报时电路，每当数字钟计时到整点（或快要到整点时）发出音响，通常按照4低音 1 高音的顺序发出间断声响， 以最后一声高音结束的时刻为整点时刻。 设 4 声低音（约 500Hz）分别发生在 59 分 51 秒、 53 秒、 55 秒及 57 秒，最

19、后一声高音（约 1kHz）发生在 59 分 59 秒，它们的持续时间为 1 秒。最后连接定时电路。定时控制电路要求数字钟在规定的时刻驱动音响电路进行“闹时”要求时间准确， 即信号的开始时间与持续时间必须满足规定的要求。例如要求上午 7 点 59 分发出闹时信号，持续时间为1 分钟。7 点 59 分对应数字钟的时十位计数器的状态为（QDQCQBQA）H2=0000，时个位计数器的状态为 （QDQCQBQA）H1=0111，分十位计数器的状态为（ QDQCQBQA）M2=0101，分个位计数器的状态为（ QDQCQBQA）M1=1001。若将上述计数器输出为“1”的所有输出端经过与门电路去控制音响

20、电路， 可以使音响电路正好在 7 点 59 分响，持续 1 分钟。至此，整个电路调试完毕。三、自动量程转换电压表1、 实习内容及要求1） 实验内容：设计并制作数字电压表2）基本要求：(1) 测量电压范围为： 0V20V直流电压；(2) 电压测量范围分为 0.2V ，2V，20V 三档，量程自动切换；(3) 显示精度： 0.01V(4) 测量误差 1%3）发挥部分：测量交流电压有效值，测量范围05V；2、设计方案1）功能模块数据采集模块（放大电路）本模块将待测电压进行适当的放大和缩小，并能够由单片机自动控制选择输出，从而在不同量程都能提供给ADC0809合适的电压值， 提高其测量精度。此电路输入

21、电阻首先对待测电压进行五分压，单片机首先置S1 高电平，通过运放组成的同向电压跟随器， 输入 ADC0809，0809 向单片机提供模数转换结果， 由单片机判断量程并决定打开和关闭 S1、S2 或 S3。 A/D 转换模块本模块实现的功能是将采集的模拟信号（电压）转换为数字信号，我们选用 ADC0809芯片来实现本功能。 ADC0809是将输入的模拟值转化为 8 位二进制数值输出，也就是对一个模拟量进行量化采用逐次逼近的方法近似为数字量。说明：（ 1）由于每次都从 IN-0 口输入电压值，所以其余七个入口都是空置的，所以 ADC0809的三个地址输入口要接地。（ 2）从 IN-0 口输入的电压

22、值范围 0-5V，所以 ADC0809采取 5V 的标准电压，以待量化进行数模转换。（ 3）ADC0809的工作是通过单片机 C51 中的程序控制的，当 ADC0809的START=1，ALE=1时启动模数转换，此时EOC=0;转化结束后 EOC=1,若 OE=1,则允许单片机从ADC0809中读取数据，读取结束后，OE=0.（ 4）同时 A 的 10 号引脚 CLK要接单片机的 30 号引脚 ALE,由于 ADC0809的频率一般采用 500KHZ左右，单片机 30 号引脚输出为 2MHZ，所以要用 74LS74进行两次二分频。数据处理模块（单片机）本模块主要是通过程序来实现三个功能：（1）

23、控制模拟开关 4051 来实现调挡功能。（2）控制 ADC0809进行模数转换，单片机的 P1 口和 ADC0809的 8 位输出口相连，来读取数据。（ 3）单片机通过 P0和 P2 口控制非门 74LS04和译码器 4511 对数码管进行动态扫描。另外，还有置位电路和产生频率的晶振电路， 单片机本身可以六分频，由于使用的是 12MHZ的晶振，所以单片机 30 脚输出 ,2MHZ，经分频后送到ADC0809。 显示模块该模块由非门 74LS04、译码器 4511 和一片 4 位七段数码管组成； 主要结合程序实现动态扫描。说明：（1）单片机P0 口的低四位通过非门来控制片选B1B2B3B4 ，另

24、外P0.7口通过非门来控制小数点dp，由于P0 口一般情况下位低电平，故需加上拉电阻来提高电平。（ 2）单片机 P2 口的低四位输入到译码器 CD4511，译码器将输入转换成七位即 abcdefg ，进行段选。2) 总电路4）单片机程序#include #define uchar unsigned char;uchar code scan_con=0x08,0x04,0x02,0x01; /定义扫描片选uchar dispbuf8=0,0,0,0,0,0,0,0; /定义 8 个存储空间uchar getdata;unsigned long int temp;/定义暂存空间uchar i,j,

25、k,l,m;sbit s3=P37; /位定义，控制模拟开关sbit s2=P36;sbit s1=P35;sbit dp=P07; /定义小数点#define v20_on s3=0;s2=0;s1=0; /宏定义不同量程，不同的开关状态#define v2_on s3=0;s2=0;s1=1;#define v02_on s3=0;s2=1;s1=0;sbit ST=P31;/定义单片机和 ADC的控制信号sbit OE=P33;sbit EOC=P32;main()while(1)_20v:/220V量程v20_on;ST=0;/ST=1;ST=0;while(EOC=0);OE=1;g

26、etdata=P1;OE=0;if(getdata21) /启动 A/D 转换量程不合适，切换goto _2v;l=3;temp=getdata;/temp=temp*100;temp=(temp/51)*5;goto disp;/_2v:/200MV2Vv2_on;量程合适，数据处理跳到数码管显示程序段量程ST=0;ST=1;ST=0;while(EOC=0);OE=1;getdata=P1;OE=0;if(getdata204)goto _20v;l=2;temp=getdata;temp=(temp*100/51)*10;temp=temp/2; /goto disp;求出模拟待测电压；

27、_02v:/0200MV量程v02_on;OE=0;ST=0;ST=1;ST=0;While(EOC=0);OE=1;getdata=P1;OE=0;if(getdata204)goto _2v;l=1;temp=getdata;temp=(temp*100/51)*100;temp=temp/20;disp:i=0;while(temp/10)/电压值的每个位计dispbufi=temp%10;temp=temp/10;i+;dispbufi=temp;for(k=0;k=3;k+) /数码管显示P2=dispbufk&0x0f;P0=scan_conk;if(l=3)if(k=2) dp=

28、0; elsedp=1; / 小数点的确定 else if(l=2)if(k=3)dp=0; elsedp=1;else if(l=1)if(k=3) dp=0; elsedp=1;elsedp=0;for(m=0;m=2;m+)/延时for(j=0;j=100;j+);5）元件清单单片机89S511片模数转换器ADC0809FN1片D触发器74LS741片译码器CD4511BCN1片非门74LS041片运算放大器LM324AM1片晶振12M1片数码管4个电位器1042个1051个电阻10K5个5.6K1个4.7K1个2K2个电容22uF1个27pF2个开关模拟开关（ HCF4051）1 片复

29、位开关1 个3、调试过程与结果本电路采用分级调试的方法。首先调试模拟数据采集模块。将该部分电路与模数转换部分电路断开，先不接模拟开关，直接将反馈电阻接到运放（LM741）反相端。给电路输入一路电压， 分别测当反馈电阻为 0、100K、1000K时的输出电压，若输出电压分别为输入电压的 1 倍、10 倍、100 倍，则说明电路已调试好，若不是，则需检查电路焊接是否正确。 数据采集模块调试好以后，然后调试单片机模块。 测试单片机 18、19 脚（外部晶振输入端） 是否有 12MHZ 频率输入，该晶振应为频率为 12M的正弦波。然后测试单片机 30 号引脚是否有 2MHZ方波脉冲输出。 果没有，则需

30、检查外部晶振电路连接是否正确； 若有，则说明单片机模块工作正常。 接下来调试显示模块。 先在向单片机内写入一个显示程序，使 4 个数码管从左到右依次显示 1、2、3、4。将单片机模块与显示模块连接好后，按下复位开关，看数码管是否能扫描数字 1、2、3、4。若不能，则需检查显示部分电路连接是否正确； 若可以，则说明显示模块工作正常。显示部分调试好以后，接下来调试 A/D 转换模块。将程序写入单片机后，给电路输入一模拟电压， 按下复位开关，分别测 ADC0809的 CLK、ALE和 START端是否有脉冲输入。 若没有，则需检查 A/D 转换部分电路连接是否正确； 若有，则还需检查 D0D7端电平，若测得的电平跟计算所得电平一样，则说明 A/D 转换模块工作正常。 最后，将所有功能模块连接到一起， 进行整体联调。 首先，用直流稳压源给该电压表输入一路 220V的模拟电压，观察数码管输出电压是否跟输入电压一致。若不一致，则需调节电位器 Rp1（5 分压电位器）直到输出电压与输入电压完全一致为止。然后，输入一路 0.22V 电压，观察输出电压是否一致。 若不一致，则需调节 Rp2（0.22V 档反馈电阻）直到测量值与真实值基本相同为止（误差不超过 1%）。最后，输入一路 00.2V 电压，观察输出，若输出电压与输入电压不一致，则需调节 Rp3（00