中国地质大学电路实习报告修正版讲解.docx
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中国地质大学电路实习报告修正版讲解
电路综合实习报告
姓名:
学号:
班级:
075111
组别:
第12组
指导老师:
王巍,郝国成,王瑾,闻兆海,
张晓峰,王国洪,吴让仲,李杏梅
中国地质大学(武汉)
机械与电子信息学院
通信工程专业
一、函数信号发生器…………………………………………………………………3
(1):
设计任务和性能指标…………………………………………………………3
(2):
设计方案………………………………………………………………………3
(3):
系统硬件设计…………………………………………………………………5
(4):
调试及性能分析………………………………………………………………7
附录1:
系统硬件电路图……………………………………………………………7
附录2:
元件清单……………………………………………………………………8
二、多功能数字钟电路设计…………………………………………………………8
(1):
设计任务和性能指标…………………………………………………………8
(2):
设计方案………………………………………………………………………9
(3):
系统硬件设计…………………………………………………………………9
(4):
调试及性能分析………………………………………………………………13
附录1:
系统硬件电路图……………………………………………………………14
附录2:
元件清单……………………………………………………………………14
三、自动量程转换电压表…………………………………………………………16
(1):
设计任务和性能指标…………………………………………………………16
(2):
设计方案………………………………………………………………………16
(3):
系统硬件设计…………………………………………………………………16
(4):
系统软件设计…………………………………………………………………19
(5):
调试及性能分析………………………………………………………………19
附录1:
系统硬件电路图……………………………………………………………20
附录2:
元件清单……………………………………………………………………20
附录3:
程序清单……………………………………………………………………21
附录4:
测量数据……………………………………………………………………23
四、心得体会………………………………………………………………………24
五、参考文献………………………………………………………………………24
一、函数信号发生器
(1)、设计任务和性能指标:
任务:
设计一个电路可以同时产生正弦波、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:
10HZ—100HZ;100HZ—1KHZ;1KHZ—10KHZ。
主要性能要求:
输出信号幅度准确稳定、输出信号的频率准确较稳定。
(2)、设计方案:
函数发生器的设计有多种方案,以下列出几种。
方案1、采用分立元件+简单运放
方波产生电路输出只有两个暂态,即不是高电平就是低电平,而且两个暂态自动地相互转换,从而产生自激振荡。
所以采用比较器来实现方波的产生。
观察方波和三角波的波形图可以发现,三角波形是由方波波形积分而来,所以只需要在方波输出端加一个积分器即可得到三角波,其中反馈支路中的电容决定了输出三角波幅度的大小。
任何波都可以看成是各次正弦波的叠加,在三角波输出端加上一个差分放大器,滤掉高次谐波在经过放大得到正弦波。
方案2、8038集成函数发生器
1.正弦波线性调节;2.正弦波输出;3.三角波输出;4.恒流源调节;5.恒流源调节;6.正电源;7.调频偏置电压;8.调频控制输入端;9.方波输出(集电极开路输出);10.外接电容;11.负电源或接地;12.正弦波线性调节;13、14.空脚
通过查询相关资料得知,8038由恒流源,电压比较器和触发器等组成。
其内部原理电路框图和外部引脚排列如上图所示。
方案3、
4518计数器、分频器
MF10双路、通用开关电容滤波器
TL081高输入阻抗运算放大器
方案比较及选择:
由于实验室器材限制,没有8038芯片,因此方案2排除。
差分放大器具有工作点稳定、输入阻抗高、抗干扰能力强的特点,而且作为直流放大器时,可以有效地抑制零点漂移,因此可以将频率很低的三角波转变成方波。
方案3用到的芯片多,造价高,综上选择方案一较为妥当。
(3)、系统硬件设计:
方波及三角波产生电路:
图中A1等元件构成比较器,其门限电压为:
图中A2等元件构成反相积分器,其中:
当Uo1=+VCC时
当Uo1=-VEE时
当输入为方波时,积分器输出的是上升和下降速率一样的三角波,仿真波形如图所示:
方波-三角波的频率为:
正弦波产生电路:
将三角波转换为正弦波是利用了差分放大器传输特性的非线性。
传输特性曲线越对称,线性区越窄越好,三角波的幅度Um应正好使晶体管接近饱和区或截止区。
RE2用来减少差分放大器的线性区,除C6电容用来滤波外,其它电容均用来隔直流。
三极管T3、T4及RE3、RE4构成镜像电流源给差分放大器提供偏置电流、提高放大器电路的电压增益。
(4)、调试及性能分析:
根据设计图焊接好之后,还需进行调试才会得到不失真、较准确的波形。
在焊接之前,我在电脑上进行了仿真,通过仿真可以发现,方波输出的幅度等于电源电压的幅度。
电位器RP1可以进行幅度微调,但是也会改变频率。
电位器RP2可以调节方波以及三角波的频率,而且不会影响幅度。
RP3调节三极管的幅度,RP4调整电路的对称性。
在硬件电路的调试过程中也是如此。
在硬件焊接正确的情况下,方波一般可以出现较为标准的波形,三角波也不会出现大的偏差,难以调试的主要是正弦波。
上文也提到调节RP3、RP4可以调节正弦波的波形。
附录1:
系统硬件电路图
附录2:
元件清单
名称
型号
数量
直流稳压电源
1台
双踪示波器
1台
万用表
1只
运算放大器
LM741
2片
电位器
47K
2只
100K
1只
100Ω
1只
电阻
20K
1只
10k
5只
8K
1只
6.8K
2只
5.1K
1只
2k
2只
100Ω
1只
电容
470uF
3只
10uF
1只
1uF
1只
0.1uF
2只
0.01uF
1只
三极管
9013
4只
万用板
1块
导线
1.
若干
二、多功能数字钟电路设计
(1)、设计任务和性能指标:
1、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。
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)、设计方案及(3)、系统硬件设计:
数字钟电路系统的组成框图:
振荡器产生的高频脉冲信号,经过分频器分频得到秒脉冲信号,秒满六十就向分进一位,同理,分满六十向时进一位,小时部分从零到二十三循环,满二十四瞬间跳到零。
1:
振荡器
由555振荡器和RC电路构成多谐振荡器
2:
分频器
由三片74LS90构成,分频得到所需的秒脉冲。
3:
计数器电路
计数电路由秒个位、秒十位;分个位、分十位;时个位、时十位计数器构成。
秒、分为六十进制计数器,时为24进制计数器。
4:
校时电路
校时采用等待校时,且秒、分、时的校时相互之间不会影响。
5:
译码及显示电路
译码器采用CD4511,显示采用共阴七段数码管。
电路连接如图。
电路原理分析:
555振荡器产生1KHZ的信号,经过分频电路分频得到所需的秒脉冲。
秒个位是十进制,R0⑴和R9⑴接地,当计数器计数到9即QDQCQBQA=1001时,计数器自动清零,QD从高电平转变为低电平,同时向秒十位输送一个计数脉冲,使秒十位开始计数,由于秒十位是六进制,所以秒十位计数器A3=0,当QCQBQA=101时,秒十位计数器自动清零。
当秒十位QC由高电平转变为低电平时,通过与非电路,向分个位计数器输送一个进位脉冲,使分个位开始计数,分个位和分十位计数及进位原理同秒个位和秒十位相同。
当分十位QC由高电平转变为低电平时,通过与非电路,向时个位计数器输送一个进位脉冲,使时个位开始计数,当时十位QBQA=10及时个位QCQBQA=100时,时计数器通过与非电路自动清零,实现二十四进制计数。
6:
扩展部分
由于时间有限,我们只做了整点报时部分的扩展。
按常理,整点报时一般是在59分51秒、53秒、55秒、57秒以及59秒共报时五次。
所以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。
表5列出了秒个位计数器的状态。
秒个位计数状态
CP/秒
QDS
QCS
QBS
QAS
功能
50
0
0
0
0
51
0
0
0
1
鸣音
52
0
0
1
0
停
53
0
0
1
1
鸣音
54
0
1
0
0
停
55
0
1
0
1
鸣音
56
0
1
1
0
停
57
0
1
1
1
鸣音
58
1
0
0
0
停
59
1
0
0
1
鸣音
00
0
0
0
0
停
只有当QCM2QAM2=11,QDM1QAM1=11,QCS2QAS2=11及QAS1=1时,音响电路才能工作。
由于蜂鸣器的声音太小,所以我们改成发光二极管闪烁报时。
下图均输入1KHZ的信号,音响电路改为发光二极管电路。
(4)、调试及性能分析:
本次实验电路的一大特点就是用的集成芯片很多,要连接的导线特别地多,在连接电路的时候一定要有足够的耐心,足够的细心。
为了避免调试过程出现过于复杂的问题,我们采用分级焊接、分级测试、分级解决问题的方法,在焊接电路的过程中尽量合理布线,减短线距,减小失真。
级联时如果出现时序配合不同步,或尖峰脉冲干扰,引起逻辑混乱,可以增加多级逻辑门来延时。
附录1:
系统硬件电路图
附录2:
元件清单
名称
数量
7段数码管
6个
74LS90
7个
74LS92
2个
CD4511
6个
74LS00
2个
74LS04
1个
3.3KΩ电阻
2个
5.1KΩ电阻
1个
20KΩ电阻
1个
10KΩ电位器
1个
0.01微F电容
2个
0.1微F电容
2个
开关
2个
芯片引脚图:
CD4511、74LS90:
74LS92、74ls04:
74ls00、74ls20:
三、自动量程转换电压表
(1)、设计任务和性能指标:
•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:
0V—20V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0~5V;
(2)、设计方案;(3)、系统硬件设计:
1、电压放大电路
为了给0809芯片提供合适的电压值以提高测量精度,首先对输入电压进行五分压,再经过运放构成的同相电压跟随器,输入到ADC0809中。
其中HCF4051是译码开关,根据A、B、C的输入值决定开通哪一个通道。
由于ADC0809需要500K的时钟脉冲才可以工作,所以单片机振荡电路输出12MHZ的信号,经过单片机自身六分频后得到2MHZ的脉冲,再由双D触发器四分频得到500KHZ的脉冲信号使0809工作。
2、模数转换电路
ADC0809将采集到的模拟电压信号转换为数字信号,具体做法是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。
ADC0809的基准电压是5V,其具体工作由单片机中的程序进行控制。
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.
3、数据处理及显示
单片机是整个电路的核心。
它不仅要控制4051开关,还要读入0809的数据进行处理。
P0和P2口控制非门74LS04和译码器4511对数码管进行动态扫描。
其中P0口的低四位通过非门对数码管进行片选,P0.7控制小数点。
P2口的低四位和CD4511进行段选,从而使数码管显示不同的数值。
(4)、系统软件设计:
程序总共分为三块,首先定义扫描片选、存储空间、模拟开关,暂存空间等。
其次要判断量程,打开对应的模拟开关,自动切换量程,还要将分压后的电压值还原。
最后通过LED显示所测得的电压值。
(5)、调试及性能分析:
此次实验焊接比上一个简单些,但是,因为我们没有四位七段数码管,只好用四个单个的数码管代替,所以连线还是有点困难。
刚开始做出来的电压表总是不能出结果,经过反复检查后,我们才发现原理图有一处连接的是总线,我们却直接相连了。
这导致单片机不能正确读取数据。
还有,在D触发器四分频时,我们检测到的并不是四分频后的信号,经过改正,电压表才能正常工作。
虽然调试了很久,我们的电路还是存在问题:
测量0到200mv的电压,必须复位才能显示。
总的来说,做出来的电压表测量精度较高,尤其是测量电压比较大的时候,误差就比较小。
附录1:
系统硬件电路图
附录2:
元件清单
单片机
89S51
1片
模数转换器
ADC0809FN
1片
D触发器
74LS74
1片
译码器
CD4511BCN
1片
非门
74LS04
1片
运算放大器
LM324AM
1片
晶振
12M
1片
数码管
4个
电位器
104
2个
105
1个
电阻
10K
5个
5.6K
1个
4.7K
1个
2K
2个
电容
22uF
1个
27pF
2个
开关
模拟开关(HCF4051)
1片
复位开关
1个
附录3:
程序清单
#include
#defineucharunsignedchar;
ucharcodescan_con[]={0x08,0x04,0x02,0x01};//定义扫描片选
uchardispbuf[8]={0,0,0,0,0,0,0,0};//定义8个存储空间
uchargetdata;
unsignedlonginttemp;//定义暂存空间
uchari,j,k,l,m;
sbits3=P3^7;//位定义,控制模拟开关
sbits2=P3^6;
sbits1=P3^5;
sbitdp=P0^7;//定义小数点
#definev20_on{s3=0;s2=0;s1=0;}//宏定义不同量程,不同的开关状态
#definev2_on{s3=0;s2=0;s1=1;}
#definev02_on{s3=0;s2=1;s1=0;}
sbitST=P3^1;//定义单片机和ADC的控制信号
sbitOE=P3^3;
sbitEOC=P3^2;
main()
{
while
(1)
{
_20v:
//2~20V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;
}
l=3;
temp=getdata;//量程合适,数据处理
temp=temp*100;
temp=(temp/51)*5;
gotodisp;//跳到数码管显示程序段
_2v:
//200MV~2V量程
v2_on;
ST=0;
ST=1;
ST=0;
while(EOC==0);
OE=1;
getdata=P1;
OE=0;
if(getdata<21)
{
goto_02v;
}
elseif(getdata>204)
{
goto_20v;
}
l=2;
temp=getdata;
temp=(temp*100/51)*10;
temp=temp/2;//求出模拟待测电压;
gotodisp;
_02v:
//0~200MV量程
v02_on;
OE=0;
ST=0;
ST=1;
ST=0;
While(EOC==0);
OE=1;
getdata=P1;
OE=0;
if(getdata>204)
{
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
{
dispbuf[i]=temp%10;
temp=temp/10;
i++;
}
dispbuf[i]=temp;
for(k=0;k<=3;k++)//数码管显示
{
P2=dispbuf[k]&0x0f;
P0=scan_con[k];
if(l==3){if(k==2){dp=0;}else{dp=1;}}//小数点的确定
elseif(l==2)
{
if(k==3)
{dp=0;}
else{dp=1;}
}
elseif(l==1)
{
if(k==3){dp=0;}
else{dp=1;}
}
else{dp=0;}
for(m=0;m<=2;m++)//延时
for(j=0;j<=100;j++);
}
}
}
附录4:
测量数据
量程
标准值
测量值
0~200mv
0.031
0.035
0.042
0.045
0.103
0.105
0.2v~2v
0.336
0.345
0.552
0.555
0.620
0.625
0.725
0.735
0.830
0.845
0.980
0.980
1.076
1.075
1.430
1.425
0.2v~2v
1.732
1.725
1.973
1.985
2v~20v
2.35
2.35
3.21
3.20
4.44
4.40
5.14
5.15
6.62
6.65
7.44
7.45
8.07
8.10
9.62
9.60
16.06
16.05
19.90
20.00
四、心得体会
跟去年的电路实习相比,此次的综合实习不仅有硬件方面的焊接,还有电路的设计以及软件设计。
本次实习是将理论与实践相结合的机会,所以我们都很重视实习的过程。
实习要求两人一组,这有利于我们增强团队合作意识。
在实习过程中,我学到了很多东西。
首先,设计电路时要考虑全面,布局要合理清晰,尤其是芯片的引脚要标注好,便于焊接。
第二,焊接时要有足够的耐心,细心地去焊接。
而且焊接要有层次,板子布局要合理,分步焊接,边焊接边检查,这样可以帮助我们及时发现错误、解决问题。
比如,做数字钟的时候,我们采用分步焊接的方法,每次焊接完一部分都会仔细检查好几遍再进行下面的焊接。
有的还可以焊完之后检测错误,如555定时器振荡电路以及分频电路焊完后,可以用示波器检测输出的信号是否满足要求。
焊接时还要注意芯片必须取下才能焊接,防止芯片被烧坏。
我们焊接的时候就因为调试过程中出现错误,没有将芯片取下就改正电路,最终导致芯片不能正常工作。
第三,在设计好电路后,用软件仿真一下比较好。
这样可以避免出现重大错误。
本次实习也是对我们理论知识的一次检验,达到学以致用的效果。
相信这次实习对我们今后的学习也会有很大帮助。
五、参考文献
《电子技术基础》(数字部分),主编康华光,高等教育出版社。
《单片机原理及应用》,主编汪文、陈林,华中科技大学出版社。
《模拟电子线路》,主编张友纯,华中科技大学出版社。
《C程序设计》,主编谭浩强,清华大学出版社。
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