中国地质大学机电学院暑期电路综合实习报告

1、电路综合实习报告 姓 名： 组 别： 学 号： 班 号： 专 业： 通信工程 指导老师： 郝国成，张晓峰，闻兆海，王国洪，吴让仲,李杏梅，王巍2014.7机械与电子信息学院 目录实验一 函数发生器-3实验二 多功能数字钟电路设计-12 实验三、自动量程转换电压表-21实习总结-31参考文献-32 实验一 函数发生器一、任务及要求 任务：一个电路同时产生正弦波、三角波、方波 要求：正弦波幅度不小于1V； 三角波不小于5V； 方波不小于14V； 频率可调： 范围分为三段：10HZ100HZ；100HZ1KHZ；1KHZ10KHZ 主要性能指标： 出信号的幅度准确稳定 输出信号的频率准确较稳定 二、

2、方案论证分析与设计产生正弦波、方波、三角波的方案有多种，实习时，对于三种方案进行了比较。方案一：基本原理：通过运算放大器与电阻组成的电压比较器，产生方波。比较器输出的方波随后进入积分器，比较器与积分器首尾相连，形成闭环电路，产生三角波。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。方案二： ICL8038芯片 电路图基本原理：ICL8038芯片内部有两个比较器，比较器的基准电压由内部电阻分压网络提供。电阻R1与电位器RP1用来确定直流电位V8。V8越高，IA、IB越小，输出频率越低，反之亦然。因此，ICL8

3、038又称为压控振荡器(VCO)或频率调制器（FM)。RP1可调节的频率范围为20Hz20kHz。 方案三：基本原理：555定时器接成多谐振荡器工作形式，C3为定时电容，C3的充电回路是Rp1R6C3；C3的放电回路是C3R6IC的7脚。充电时间常数与放电时间常数近似相等，由IC的3脚输出的是近似对称方波。调节电位器RP可改变振荡器的频率。方波信号经积分网络后，输出三角波。三角波再经积分网络，输出近似的正弦波。经过分析后，结合实习所发器材，集成运放是一种高增益放大器，只要加入适当的反馈网络，利用正反馈原理，满足振荡条件，就可以构成方波-正弦波-三角波等各种振荡电路。由于差分放大器具有工作点稳定

4、，输入阻抗高、抗干扰能力强等优点。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，由于本实验要求最低频率为10Hz，并且变化的范围较大，对于方案二，由于芯片的造价太高，不实际，因此我们最终选用了方案一，电路图如下：方波-三角波电路:运放A1与R1、 R2 、R3、 RP1组成电压比较器，R1为平衡电阻。运放的反相端接基准电压，即V=0; 同相端接输入电压via；比较器的输出vo1的高电平等于正电源电压+VCC，低电平等于负电源电压VEE。当输入端V+ =V- =0 时，比较器翻转，V01从+Vcc跳到-Vee，或从-Vee跳到Vcc。运放A2与R4、RP2、C2及

5、R5组成反相积分器，其输入信号为方波Uo1时，则输出积分器的电压为 比较器电压传输特性 方波-三角波 三角波的幅度为： Vo2m =Vcc*R2/(R3+RP1)方波-三角波的波频率为： f=(R3+RP1)/4R2 (R4+RP2) C2经分析可知方波的幅度由+Vcc 和 Vee决定；调节电位器RP1，可调节三角波的幅度，但会影响其频率；调节电位器RP2，可调节方 波-三角波 的频率，但不会影响其幅度，可用 RP2实现频率微调，而用C2改变频率范围。三角波正弦波电路：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、抗干扰能力强等优点。波形变换的原理是利用差分放

6、大器传输特性的非线性。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R用来减少差分放大器的线性区。电容C3、C4、C5为隔直电容，C6为滤波电容，以减少滤波分量，改善输出波形。三角波正弦波电路的参数选择原则是：隔直电容C3、C4、C5要取得较大，因为输出频率很低，取C3= C4= C5=470f，滤波电容C6的取值视输出的波形而定，若含高次谐波成分较多，则C6一般为几十皮法至0.1mF。RE2=100W与RP4=100W相并联，以减小差分放大器的线性区。仿真电路图：三、元件清单与常用芯片引脚元件型号数量运放2741三极管2N39034电阻2001(R9)2K2 (R10、11)

7、5.1K1 (R4)8K1 (R13)8.8k1 (R12)10K5 (R1、2、5、7、8)20k1 (R3)20.8K1 (R6)电位器200、47k、100k、200k各1个电解电容100nF1 (C6)150nF1 (C2)1uF2 (C1、5)10uF1 （C3）470uF1 (C7)开关单刀单掷（单刀三掷）3 （1） UA741芯片图：四、调试过程与结果方波-三角-正弦波函数发生器电路是由三级单元电路组成的，在装调多级电路时，我们按照单元电路的先后顺序进行分级装调与级联。首先运用示波器检验方波能否正常出现，若未出现正常方波，则说明第一个运放电路模块出现问题，应该对照电路图仔细检查电

8、路的焊接是否完整无误，可能出现短路、断路等问题造成方波无法出现。然后检查741芯片是否损坏。接着检验三角波的产生，检查电路后，调节RP1，通过微调，使三角波波幅值形的符合要求。前两个模块检查无误后，检查正弦波的产生，微调RP3和RP4，使正弦波波形与幅值符合要求。调解过程中，很容易发现正弦波波形发生失真，钟形失真、半波圆顶或平顶失真以及非线性失真都有可能发生，需要调节相应的电阻。在我们小组调试过程中，我们发现最开始的方波没有出现，然后开始检查电路，用万用表对电路进行是否断路、短路的检测，最终发现电路里面，有两处焊接不牢，电路断路，我们马上把断路的地方焊接上去，但是发现示波器上的波形还是有问题。

9、然后我们就对741芯片那一小块电路进行检测，发现741芯片不能正常工作，就是芯片出现问题。经过和同学们讨论，发现很多小组都是因为UA741芯片的问题导致方波无法出现。我们小组觉得可能是因为开始调试的时候，输入电压过大，导致UA741芯片被烧坏，以至于后面的波形都无法出现。更换芯片之后，方波出现，后面的三角波和正弦波也顺利出现，但是正弦波的幅值不符合要求，小于要求的幅值。于是我们对电位器RP3和RP4进行调节，使示波器上的正弦波幅值变化。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.

10、 得到的波形如下图：五、数据测试与分析得到下列测试结果：波形峰峰值方波7.68V三角波3.56V正弦波1.07V六、心得体会这是暑期综合实习的第一个实验，相对来说比较简单，第一个实验的完成给我增添了信心。通过这一个实验的锻炼，我明白了完成一个项目，首先应该设计电路图，一定要明白电路的原理，只有明白的原理，才能够在后来的焊接与调试过程中找到错误，顺利的完成。在焊接过程中，要有耐心，认真的进行布线，避免造成电路短路与断路。焊接完成后，需要对整体电路进行检查。调试过程中，通过与同学交流，我学会分级检查，应用示波器、万用表等工具检查电路工作情况。同时，复习了一部分模电知识，通过看书，将之前的模电知识又

11、温习了一遍，深刻体会到课余时间也应该多复习之前学过的知识，避免忘记。最重要的一点，就是我们做任何事，都应该心平气和，耐心的完成每一步，不能急功近利，这样反而得不偿失，容易出错。 实验二 多功能数字钟电路设计一、任务及要求 主要性能指标：1 计时准确2 时间显示正常，时为24进制，分秒为60进制，能正常进位和清零3 校准电路能按需灵敏地校准分和时 学习要求： 掌握数字电路系统的设计方法、装调技术及数字钟的功能扩展电路的设计。 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。 扩展功能: 定时（闹时）控制，时间可自行设定；

12、 仿广播电台整点报时； 报整点时数； 二、方案设计数字钟电路系统的组成框图： （1）振荡器 本次实验中，我们采用的振荡器为555振荡器，555定时器与RC构成的多谐振荡器可以产生1KHz的方波信号，作为时间标准信号源。利用555和3个电阻、两个电容完成电路。其中Cf为刚干扰电容，设计电路前根据相关频率计算公式计算R1 R2 C的具体取值并通过示波器的显示来进行微调 f=1/T=1.43/(R1+2*R2)*C （2）分频器分频器74LS90在级联使用时一定注意各个引脚的连接，从555振荡器输出的波频率为1KHz,经过一个74LS90芯片后，频率变为100Hz，再经过一74LS90芯片后，频率变

13、为10Hz，依次类推，经过最后一个74LS90芯片时，频率为1Hz，实现了分频。（2）时间计数器电路 时间计数电路由秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器及时个位和时十位计数器电路构成，其中秒、分为60进制计数器，而根据设计要求，时为12进制计数器。60进制计数器由两片74LS90构成六十进制计数器，联接方式如下图，将一片74LS90作为个位，另一片74LS290作为十位。秒计数器的十位和个位，输出脉冲除用作自身清零外，同时还作为分计数器的输入脉冲CP0。下图电路即可作为秒计数器，也可作为分计数器。24进制计数器由两片74LS290构成的二十四进制计数器，连接图如下：将一片74LS290作

14、为个位，另一片作为十位，当个位值是4，同时十位值是2的时候，两片同时清零。（3）校时电路数字种启动后,每当数字钟显示与实际时间不符进,需要根据标准时间进行校时。校“秒”时，采用等待校时。校“分”、“时”的原理比较简单，采用加速校时。对校时电路的要求是 :在小时校正时不影响分和秒的正常计数 ；在分校正时不影响秒和小时的正常计数 。当闭合开关时，因为校正信号和0相与的输出为0，而开关的另一端接高电平，正常输入信号可以顺利通过与或门，故校时电路处于正常计时状态；当开关打向上时，情况正好与上述相反，这时校时电路处于校时状态。与非门可选74LS00，非门则可用与非门2个输入端并接来代替节省芯片。因此实际

15、使用时，须对开关的状态进行消除抖动处理，加2个0.01uF的电容，在此次试验中，采取拨码开关可以更好消除抖动，也更方便快捷。 （4）译码器 译码电路的功能是将秒、分、时计数器的输出代码进行翻译，变成相应的数字。用与驱动LED七段数码管的译码器常用的有74HC4511。74HC4511是BCD-7段译码器，用于驱动LED七段共阴极显示数码管。若将秒、分、时计数器的每位输出分别送到相应七段译吗管的输入端便可以进行不同数字的显示。由于4511的输出较大，因此在译码管输出与数码管之间串联电阻R作为限流电阻。 （5）显示器 本系统用七段发光二极管来显示译码器输出的数字，显示器有两种：共阳极或共阴极显示器

16、。4511译码器对应的显示器是共阴极显示器。 整体仿真图： 由于仿真软件的原因，若将1Hz的方波接入电路图，则会发现显示器无法显示，故在仿真图中，将1KHz的方波接入，但在实际焊接过程中，应将1Hz方波接入。同时我发现仿真图里面，在1Hz处接一个频率计，该频率计无法显示。扩展电路（整点报时）： 此图上的数码管，左边的代表分位的十位，右边的代表分位的个位 通过分钟的两个发光二极管上f和g两段的熄灭控制蜂鸣器，当分位变成“00”时，f为高电平，g为低电平，将个位的f与十位的f再进行与操作，从而产生报时控制信号，将结果经过三极管输出给蜂鸣器，就能完成整点报时功能，从整点开始报时，蜂鸣器响一分钟。若需

17、要减短蜂鸣器鸣叫时间，只需将秒位上的f,g和分位上得到的结果相与，输出给蜂鸣器，即可减少鸣叫时间。选蜂鸣器为电声器件，蜂鸣器是一种压电电声器件，当其两端加上一个直流电压时酒会发出鸣叫声，两个输入端是极性的，其较长引脚应与高电位相连。三、常用芯片引脚图 四、调试过程与结果电路焊接完成之后，首先应该通电进行检查，利用电压表与示波器检测每个芯片是否正常工作，这是电路有效工作的基本保证。同时还应该拨动开关，观察开关是否起作用。通过检查，调试电路直至正常工作。调试可分为静态调试和动态调试两种，一般组合电路应静态调试，时序电路应动态调试。调试时应采取分级调试，分模块调试。振荡模块、分频模块、计数模块、显示

18、模块、校时模块应该分别检查。当我们小组焊完电路之后，我们将电路通电，发现数码管都没有跳动，拨动校时电路的开关，数码管上的数字依旧不动，同时，数码管上显示的数字不完整，有的段没有被点亮。通过分析电路，我们将数码管那一块的电路中某些点重新焊接了一遍，焊得更加牢固，再次通电，数码管上的数字显示完整了，但是，数码管上的数字依旧不变。有了上一次实验的经验，我们小组先将秒针位置上的4511和7490芯片更换，发现依旧不动，这就排除了芯片的问题，然后，我们首先测试分频电路，连上示波器，发现分频部分能够正常的工作，最后输出为小于10Hz的波，故排除分频部分的故障。接下来，继续检查。看着芯片引脚图，我们发现由于

19、仿真图上有一些应该接地与VCC的芯片引脚被隐藏，导致我们焊接时，忘记将这两个引脚焊接上去，就导致芯片不工作。于是我们再次对照芯片图焊接，但是发现数码管上数字还是不动。我们利用实验室的设备波形发生器，将波形信号直接接入分位的信号输入端，我们惊喜的发现此时分位与时位跳动了，这就说明秒位计数出现问题，于是我们开始检查秒位的电路。用示波器检测74LS90芯片与4511芯片各个脚的电位，对照真值表，没有发现问题。但是经过论证，问题确实出现在这一块，然后通过请教王巍老师，在王巍老师的帮助下，我们终于找到了原因，电路发生了短路。一根外面有胶套的电线由于胶套被烫坏，和下面的一根裸线短路，导致问题发生。找出问题

20、后，我们立即修正问题，数字钟正常工作了。拓展电路比较简单，调试也比较很顺利。五、心得体会这次实验，焊接电路确实比较麻烦。芯片多，布线复杂。在焊接时，非常考验小组成员间的配合与合作。焊接时，一定要细心，注意每个脚的布局走线。由于刚开始我们组没准备用杜邦线，开始时就已将芯片的几个引脚焊接完毕，所以导致后来我们临时决定用杜邦线时，我们无法非常顺利的焊接排针，反而因此费了许多功夫，耽误里时间，耗费了精力。这次实验过程中，我对于数字钟有了更深刻的体会。我发现许多科目的知识点都是相似的，比如在EDA实习中，也出现了数字钟这一题目，只要我们了解了原理，数字钟在哪个科目中应用都是相似的。因此课余时间里，我们应

21、该将各科知识融会贯通，形成自己的知识体系。同时，做事情时，有耐心、有毅力也是非常重要的，这个实验原理比较简单，最困难的就是焊接部分，因此在实习过程中，要抓住机会，锻炼自己的动手能力，面对密密麻麻的芯片引脚时，认认真真的完成每一次焊接。 实验三、自动量程转换电压表一、任务及要求：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，显示稳定，无闪烁 (4)测量误差0.2V档10%，2V和20V档1% 发挥部分：测量交流电压有效值，测量范围05V二、方案论证与分析1.

22、模拟数据采集模块将待测电压进行适当的放大和缩小，保证ADC0809接收的电压在05V，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。输入电阻首先对待测电压进行五分压，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。这里需注意的是，在调试过程里，最开始就应该将第一个电位器调到阻值五分之一处，保证测量的准确。2.AC-DC转换模块：该模块采用AD0809的模数转换功能来完成对所测的电压的AC-DC的转换。ADC0809是将输入的模拟值转化为8位二进制值输出，也就是对一个模拟量进行量化采用逐次

23、逼近的方法近似为数字量。由于AD0809仿真有问题，我们用AD0808进行代替。由于单片机晶振为6MHz,ALE引脚输出为1MHz,然后通过D触发器进行二分频，使频率变为500KHz,再输入给AD0809，使其符合AD0809的工作频率。3.译码显示模块显示模块有两种方案方案一： 该模块由非门74LS04、译码器4511和四个七段数码管组成；主要结合程序实现动态扫描，单片机P0口的低四位通过非门来控制片选B1B2B3B4，另外P0.7口通过非门来控制小数点dp，由于控制小数点dp的电平过低，故加上一上拉电阻来提高电平。方案二： 该模块用1602液晶模块实现，功能比数码管的功能要强大，其显示的均

24、字符，可灵活的实现读写和编指令的操作，较为方便和灵活。经过分析，结合老师所发材料，我们决定采用第一种较为经济的方案。51单片机对ADC0809的输入电压的数字信息进行量程判断及数值运算之后，要将电压的数值送给显示模块进行显示。显示器采用七段数码管，采用动态显示，均可将采集到的电压值显示出来。三、方案设计自动调挡模块： 利用芯片LM324和模拟开关4051并结合程序实现自动调挡。保证此模块输出到ADC0809的电压值维持在0-5V，并对0-20V待测电压用电位器进行分压。此方案的自动换挡在硬件和软件中都有所体现，在硬件中，其输入直接经过LM324放大后到达ADC0809的通路一，另外一路经过电位

25、器先衰减为原来的十分之一后在经过LM324到达通路0，经过软件的判断后经数码管显示。在软件中判断是否超过2V的基准电压，然后实现自动换挡。ADC0809模数转换模块： ADC0809是将输入的模拟值转化为8位二进制值输出，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。由于每次都从IN-0和IN-1口输入电压值，所以其余六个入口都是空置的，所以ADC0809的三个地址输入口要接地。从IN-0口输入的电压值范围0-5V，所以ADC0809采取2V的标准电压，以待量化进行数模转换。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

26、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.单片机C52模块： 该模块主要是通过程序来实现自动调档、模数转换、显示三个功能。另外，还有复位电路和产生频率的晶振电路。显示模块 实际焊接过程中，由于提供的是4051芯片和数码管，我们决定用动态扫描，4051译码进行段选，通过非门连接数码管的两个接地端，进行位选。另外P0.7口通过非门来控制小数点dp，由于控制小数点dp的电平过低，故加上一上拉电阻来提高电平。电路仿真图：四、元件清单与常用芯片图名 称数 量电阻100，10k，4.7k，5.6k若干电容22UF1个33PF2个电

27、位器数量1042个1051个开关1个6M晶振1个七段数码管4个LM3241片模拟开关40511片D触发器74LS741片ADC08091片89C511片CD45111片74ls041片 LM324 4051 74LS74五、调试过程与结果这次实验依旧采用分级调试的方法，分模块调试模拟数据采集模块、AC-DC转换模块、译码显示模块。检测模拟数据采集模块时，先断开4051模拟开关，直接将反馈电阻接到运放（LM324）反相端。然后根据模电知识，计算得到模拟开关前的两个电位器应该分别调到90K欧、990K欧才能使放大倍数符合实验要求。检测AD转换模块时，同时需要检测单片机的ALE脚输出频率是否正确，由

28、于晶振非常容易坏掉，故时刻应小心检测单片机模块。在检测译码显示模块时，要对照芯片图，由于这一部分线比较多，故应该耐心的检查。当我们小组焊接完毕，对电路通电之后，发现数码管上一直显示25.00，没有变化，由于第二次实验的教训，我们将所有芯片的VCC和接地的引脚全部检查了一遍，发现没有漏掉任何一个脚。于是，通过和同学们交流，发现有好几组和我们情况都一样，经过商量，我们发现D触发器的接线出现了问题，应该将D触发器的5、6引脚接线变换，我们奖接线进行改动之后，示数终于变化了，然后就开始调节电位器。首先将输入电压调成20V，然后调节最开始的电位器，使数码管显示在20.00左右，然后将电压稍调小一点，发现

29、大量程的时候，数码管示数与标准电压相差不大，于是，这个电位器就固定了，开始调节104和105电位器。经过调试我们发现小量程这一部分是最难调的，要求特别精确，否则会造成相对误差很大。微调电位器，使显示的数据与标准电压更加接近。调节好电位器后，我们发现数码管上显示时有些抖动，于是，我们修改了延时，起到了一定的效果。测量结果实际电压标准电压00.2V0.040V0.046V0.075V0.076V0.095V0.103V0.115V0.137V0.135V0.150V0.2V2V0.260V0,.233V0.380V0.372V0.505V0.476V1.235V1.196V1.730V1.723V

30、2V20V2.35V2.32V3.60V3.49V8.40V8.37V10.00V9.90V12.45V12.36V15.15V15.28V17.60V17.45V19.60V19.62V故所测得的数据均满足题目要求所允许的最大误差。六、源程序#include <reg52.H> #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 te

31、mp;/定义暂存空间uchar i,j,k,l,m;int a,b;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;delay_ms(int n) for(a=n;a>0;a-) for(

32、b=500;b>0;b-);main(void) while(1) _20v: /220V量程 v20_on; ST=0; /启动A/D转换 ST=1; ST=0; while(EOC=0); OE=1; getdata=P1; OE=0; if(getdata<21) /量程不合适，切换 goto _2v; delay_ms(10); l=3; temp=getdata; /量程合适，数据处理 temp=temp*100; temp=(temp/51)*5; goto disp; /跳到数码管显示程序段 _2v: /200MV2V量程 v2_on; ST=0; ST=1; ST=

33、0; while(EOC=0); OE=1; getdata=P1; OE=0; if(getdata<21) goto _02v; delay_ms(10); else if(getdata>204) goto _20v; delay_ms(10); l=2; temp=getdata; temp=(temp*100/51)*10; temp=temp/2; /求出模拟待测电压； goto disp; _02v: /0200MV量程 v02_on; OE=0; ST=0; ST=1; ST=0; while(EOC=0); OE=1; getdata=P1; OE=0; if(g

34、etdata>204) goto _2v;delay_ms(10); l=1; temp=getdata; temp=(temp*100/51)*100; temp=temp/20; disp: dispbuf0=0;dispbuf1=0;dispbuf2=0;dispbuf3=0;dispbuf4=0;dispbuf5=0;dispbuf6=0;dispbuf7=0; 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=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; fo