电子制作课程设计实践报告

1、实践报告 学院： 自动化工程学院 班级： 2012153 姓名： 徐建红 学号： 20122600 2014年7月一、 实验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A

2、D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：二、 实验内容1555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。NE555是属于555系列的计时IC的其中的一种型号，555系列IC的接脚功能及运用都是相容的，只

3、是型号不同的因其价格不同其稳定度、省电、可产生的振荡频率也不大相同；而555是一个用途很广且相当普遍的计时IC，只需少数的电阻和电容，便可产生数位电路所需的各种不同频率之脉波讯号。它的特点如下：只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久；它的操作电源范围极大，可与TTL，CMOS等逻辑电路配合，也就是它的输出电平及输入触发电平，均能与这些系列逻辑电路的高、低电平匹配；其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载；它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。各引脚功能如下：Pin 1 (接地) -地线(或共同接地) ，通常被连接到电路共同接

4、地。Pin 2 (触发点) -这个脚位是触发NE555使其启动它的时间周期。触发信号上缘电压须大于2/3 VCC，下缘须低于1/3 VCC 。Pin 3 (输出) -当时间周期开始555的输出脚位，移至比电源电压少1.7伏的高电位。周期的结束输出回到O伏左右的低电位。于高电位时的最大输出电流大约200 mA 。Pin 4 (重置) -一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器和使输出回到一个低电位。它通常被接到正电源或忽略不用。Pin 5 (控制) -这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压。当计时器经营在稳定或振荡的运作方式下,这输入能用来改变或调整输出频率。Pin 6 (重置锁定) - Pi

5、n 6重置锁定并使输出呈低态。当这个接脚的电压从1/3 VCC电压以下移至2/3 VCC以上时启动这个动作。Pin 7 (放电) -这个接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出能力，当输出为ON时为LOW，对地为低阻抗，当输出为OFF时为HIGH，对地为高阻抗。Pin 8 (V +) -这是555个计时器IC的正电源电压端。供应电压的范围是+4.5伏特(最小值)至+16伏特(最大值)。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。如

6、图1所示，接通电源后，假定是高电平，则T截止，电容C充电。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，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)Cln2；输出低电平时间T=R1Cln2，振荡周期 T=(R2+2R1)Cln2单稳态电路单稳态触发器只有一个稳态状态。在未加触发信号之前，触发器处于稳定状态，经触发后，触发器由稳定状态翻转为暂稳状态，暂稳状态保持一段时间后，又会自动翻转回原来的稳定状态。单稳态触发器一般用于延时和脉冲

7、整形电路。如图2所示，接通电源后，未加负脉冲，而C充电，上升，当时，电路输出为低电平，放电管T导通，C快速放电，使 = 0。这样，在加负脉冲前， 为低电平， = 0，这是电路的稳态。在t = t0时刻 负跳变（ 端电平小于 ），而 = 0（TH端电平小于 ），所以输出 翻为高电平，T截止，C充电。 按指数规律上升。t = t1时， 负脉冲消失。t = t2时 上升到 （此时TH端电平大于 ， 端电平大于 ），又自动翻为低电平。在 这段时间电路处于暂稳态。t t2，T导通，C快速放电，电路又恢复到稳态。由分析可得：输出正脉冲宽度 tW = 1.1RCProteus绘制电路图见附图555多谐振荡电

8、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；输出高电平时间 T=(R1+R2)Cln2；输出低电平时间T=R1Cln2，振荡周期 T=(R2+2R1)Cln2.仿真运行，示波器观察方波和单稳态波形如图所示： 单稳态电路仿真 多谐振荡器电路仿真 警笛电路仿真小结体会通过对ne555定时器的实验的相关完成，让我掌握了关于这个定时器的工作原理，对此有了进一步的了解和认识。在完成这个试验以后，也增强了我的满足感，这对于完成接下来的实验有了更好的信心与动力。对于其原理的认识，知道了555定时器在生活中也可以运用于多个方面的领域，例如：报警器，灯光的照明等等。这些原理让我对此也有了更

9、深刻的了解。2.比例运算放大器掌握比例运算放大器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。LM324系列器件带有差动输入的四运算放大器。与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。每一组运算放大器可用图1所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端V

10、o的信号与该输入端的相位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。 LM324引脚排列 运算放大器反相交流放大器 原理电路图如图所示。此放大器可代替晶体管进行交流放大，可用于扩音机前置放大等。电路无需调试。放大器采用单电源供电，由R1、R2组成1/2V+偏置，C1是消振电容。放大器电压放大倍数Av仅由外接电阻Ri、Rf决定：Av=-Rf/Ri。负号表示输出信号与输入信号相位相反。按图中所给数值，Av=-10。此电路输入电阻为Ri。一般情况下先取Ri与信号源内阻相等，然后根据要求的放大倍数在选定Rf。Co和Ci为耦合电容。 同相交流放大器原理电路图如图所示。同

11、相交流放大器的特点是输入阻抗高。其中的R1、R2组成1/2V+分压电路，通过R3对运放进行偏置。电路的电压放大倍数Av也仅由外接电阻决定：Av=1+Rf/R4，电路输入电阻为R3。R4的阻值范围为几千欧姆到几十千欧姆。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。 反相比例运算放大实验波形图 同相比例运算放大实验波形图在同相比例运算放大器实验中，输出Uo=（1+Rf/R1）Ui，R2=R1/Rf；在反相比例运算放大器实验中，输出Uo=（-Rf/R1）Ui, R2=R1/Rf。改变Rf或R1的值能改变波形。

12、小结体会通过对这个实验的制作过程，从画电路图到仿真运行，让我再次对同相比例运算放大器和反相比例运算放大器有了更深刻的理解。根据运算放大器的特点：虚短和虚断，能容易的得出运放的比例系数，从而进一步了解其原理特性。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。波形发生器的工作原理： 如图所示，当电路接通电源以后，由于运算放大器输入端的瞬时电压不为零，运算放大器的输出端与同相输入端的正反馈特性使输出端的电压不能维持在等于零的状态，而只能以运算放大器的极限运行速度翻转到电源电压的正极或者负极。假设此时运算放大器输出端的电压为正，同相输

13、入端的正向门限电压Um+也随之变化到+6V的位置。输出端的正电压通过R3向电容充电，电容C的电压从零开始上升。当电容两端的电压上升到超过Um+的时候，运算放大器的正反馈回路就使输出端的电压以运放的极限速度翻转到电源电压的负极。此时同相输入端的电压Um-也随之变化到-6V的位置。输出端的负电压又通过R3给电容放电，电容C的电压又从Um+开始下降。当电容两端的电压下降到低于Um-的时候，运算放大器输出端的电压又翻转到电源电压的正极。此时同相输入端的反向门限电压也随之变化到Um+的位置。新的震荡循环又重新开始。波形频率与元件参数的关系：由于电容电压的变化速率与电容量成反比，所以，电容电压变化到回差电

14、压门限值的时间也与电容量成反比，调整电容量就可以调整波形发生器的频率。由于电容电压的变化速率与充放电电流成正比，所以，电容电压变化到回差电压门限值的时间与充放电电阻R3成反比，调整R3的阻值就可以调整波形发生器的频率。由于电容电压变化到回差电压门限值的时间与回差电压门限值成反比，所以，调整回差电压门限值就可以调整波形发生器的频率。波形发生器的输出端输出一个方波。由于通过R给电容C充电的电流不是恒定值，运算放大器的反相输入端输出一个不规则同步的三角波。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RC振荡器的振幅条件是（R3+R5+R

15、W）/R53。震荡期间（R3+R5+RW）/R5=3。分析二极管D1、D2的稳幅作用：如图14所示电路中，RF分为两部分。在RF1上正反并联两个二极管，它们在输出电压uO的正负半周内分别导通。在起振之初，由于 uo 幅值很小，尚不足以使二极管导通，正向二极管近于开路。此时， RF 2 R1。而后，随着振荡幅度的增大，正向二极管导通，其正向电阻逐渐减小，直到RF=2 R1，振荡稳定。 分析二极管D1、D2的稳幅作用电路图输出方波的幅值由稳压管决定，被限制在-Vz到+Vz之间；电路的振荡频率：f=R4/(RV1+R2)；方波的幅值：V0=+Vz和-Vz；三角波的幅值：V0=(R2/R4)VzRC桥

16、式正弦波振荡器产生的波形图如图15所示，随着RW阻值的改变，失真情况逐渐明显。 RC桥式正弦波振荡器仿真 三角波方波发生器仿真电路小结体会通过这个实验我掌握了如何操作来使波形发生器输出波形，它一般是由DA转换器定时输出电压，有一系列包含波形输出点的电压信息输出一个完整的电压波形。这次试验让我对其有了进一步的了解。4.显示译码器和数码管的应用设计原理主要掌握：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；译码器是组合逻辑电路的一个重要的器件，其可以分为：变量译码和显示译码两类。显示译码主要解决二进制数显示成对应的十、或十六进

17、制数的转换功能，一般其可分为驱动LED和驱动LCD两类。数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管。数码管按段数可分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）；按能显示多少个“8”可分为1位、2位、3位、4位、5位、6位、7位等数码管；译码器的工作原理：译码器是一种具有“翻译”功能的逻辑电路，这种电路能将输入二进制代码的各种状态，按照其原意翻译成对应的输出信号。有一些译码器设有一个和多个使能控制输入端，又成为片选端，用来控制允许译码或禁止译码。BCD码到七段显示译码器电路中，LED数码管将显示与BCD码对应的十进制数09。因为显示译码器电路

18、输出高电平，所以应该采用共阴极LED数码管。LED数码管（LED Segment Displays）是由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。LED数码管常用段数一般为7段有的另加一个小数点，还有一种是类似于3位“+1”型。位数有半位，1，2，3，4，5，6，8，10位等等，LED数码管根据LED的接法不同分为共阴和共阳两类。数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字，因此根据数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片

19、机的I/O端口进行驱动，或者使用如BCD码二-十进制译码器译码进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O端口多，如驱动5个数码管静态显示则需要58=40根I/O端口来驱动，要知道一个89S51单片机可用的I/O端口才32个呢：），实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。动态显示驱动，数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同

20、的字形码，但究竟是哪个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。Proteus绘制电路图见附图译码数码管显示01和02。仿真结论 灭零及数码显示功能小结体会这次试验让我知道了LED译码显示器可根据LED的公共极是阳极还是阴极分为两类译码器，即针对共阳极的低电平有效的译码器；针对共阴极LED的高电平输出有效的译码器。74LS48是输出高电平有效的译码器，74LS47是输出低电平有效的七段字形译码器。实验让我

21、学会了很多知识。5.ADC0808和DAC0832的应用设计设计原理主要掌握：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。ADC0808是采样分辨率为8位的、以逐次逼近原理进行模/数转换的器件。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。ADC0808是ADC0809的简化版本，功能基本相同。一般在硬件仿真时采用ADC0808进行A/D转换，实际使用时采用ADC0809进行A/D转换。ADC080

22、8是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，它有8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型A/D转换器。ADC0808引脚功能：15和2628（IN0IN7）：8路模拟量输入端。8、14、15和1721：8位数字量输出端。22（ALE）：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。6（START）： A/D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。7（EOC）： A/D转换结束信号，输出，当A/D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。9（OE）：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当A/D转换结束时，此端

23、输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。10（CLK）：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。12（VREF（+）和16（VREF（-）：参考电压输入端11（Vcc）：主电源输入端。13（GND）：地。2325（ADDA、ADDB、ADDC）：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路。DAC0832是8分辨率的D/A转换集成芯片。与微处理器完全兼容。这个DA芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点，在单片机应用系统中得到广泛的应用。D/A转换器由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换电路及转换控制电路构成。DAC0832结构:D0D7：8位数据输入线，TT

24、L电平，有效时间应大于90ns(否则锁存器的数据会出错)；ILE：数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效；CS：片选信号输入线（选通数据锁存器），低电平有效；WR1：数据锁存器写选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。由ILE、CS、WR1的逻辑组合产生LE1，当LE1为高电平时，数据锁存器状态随输入数据线变换，LE1的负跳变时将输入数据锁存；XFER：数据传输控制信号输入线，低电平有效，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效；WR2：DAC寄存器选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。由WR2、XFER的逻辑组合产生LE2，当LE2为高电平时，DAC寄存器的输出随寄存器的输入而变

25、化，LE2的负跳变时将数据锁存器的内容打入DAC寄存器并开始D/A转换。IOUT1：电流输出端1，其值随DAC寄存器的内容线性变化；IOUT2：电流输出端2，其值与IOUT1值之和为一常数；Rfb：反馈信号输入线，改变Rfb端外接电阻值可调整转换满量程精度；Vcc：电源输入端，Vcc的范围为+5V+15V；VREF：基准电压输入线，VREF的范围为-10V+10V；AGND：模拟信号地；DGND：数字信号地。根据对DAC0832的数据锁存器和DAC寄存器的不同的控制方式，DAC0832有三种工作方式：直通方式、单缓冲方式和双缓冲方式。DAC0832引脚功能电路应用原理图DAC0832是采样频率为八位的D/A转换芯片，集成电路内有两级输入寄存器，使DAC0832芯片具备双缓冲、单缓冲和直通三种输入方式，以便适于各种电路的需要(如要求多路D/A异步输入、同步转换等)。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。 ADC0808显示图 DAC0832锯齿波显示图小结体会通过这次试验让我了解了通过电路图仿真的实验，掌握ADC0808和DAC