中國地質大學電路實習報告修正版

1、電路綜合實習報告姓 名：學 號：班 級：075111組 別：第12組指導老師：王巍，郝國成，王瑾，聞兆海，張曉峰，王國洪，吳讓仲,李杏梅 中國地質大學（武漢）機械與電子信息學院通信工程專業(yè)目錄一、函數(shù)信號發(fā)生器3（1）：設計任務和性能指標3（2）：設計方案3（3）：系統(tǒng)硬件設計5（4）：調試及性能分析7附錄1：系統(tǒng)硬件電路圖7附錄2：元件清單8二、多功能數(shù)字鐘電路設計8（1）：設計任務和性能指標8（2）：設計方案9（3）：系統(tǒng)硬件設計9（4）：調試及性能分析13附錄1：系統(tǒng)硬件電路圖14附錄2：元件清單14三、自動量程轉換電壓表16（1）：設計任務和性能指標16（2）：設計方案16（3）：系統(tǒng)

2、硬件設計16（4）：系統(tǒng)軟件設計19（5）：調試及性能分析19附錄1：系統(tǒng)硬件電路圖20附錄2：元件清單20附錄3：程序清單21附錄4：測量數(shù)據(jù)23四、心得體會24五、參考文獻24一、函數(shù)信號發(fā)生器（1）、設計任務和性能指標：任務：設計一個電路可以同時產生正弦波、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 、頻率可調 范圍分為三段： 10HZ100HZ；100HZ1KHZ；1KHZ10KHZ。主要性能要求：輸出信號幅度準確穩(wěn)定、輸出信號的頻率準確較穩(wěn)定。（2）、設計方案：函數(shù)發(fā)生器的設計有多種方案，以下列出幾種。方案1、采用分立元件+簡單運放

3、方波產生電路輸出只有兩個暫態(tài)，即不是高電平就是低電平，而且兩個暫態(tài)自動地相互轉換，從而產生自激振蕩。所以采用比較器來實現(xiàn)方波的產生。觀察方波和三角波的波形圖可以發(fā)現(xiàn)，三角波形是由方波波形積分而來，所以只需要在方波輸出端加一個積分器即可得到三角波，其中反饋支路中的電容決定了輸出三角波幅度的大小。任何波都可以看成是各次正弦波的疊加，在三角波輸出端加上一個差分放大器，濾掉高次諧波在經過放大得到正弦波。方案2、8038集成函數(shù)發(fā)生器1. 正弦波線性調節(jié)；2. 正弦波輸出；3. 三角波輸出；4. 恒流源調節(jié)；5. 恒流源調節(jié)；6. 正電源；7. 調頻偏置電壓；8. 調頻控制輸入端；9. 方波輸出（集電極

4、開路輸出）； 10. 外接電容；11. 負電源或接地；12.正弦波線性調節(jié)；13、14. 空腳通過查詢相關資料得知，8038由恒流源，電壓比較器和觸發(fā)器等組成。其內部原理電路框圖和外部引腳排列如上圖所示。方案3、4518 計數(shù)器、分頻器 MF10 雙路、通用開關電容濾波器 TL081 高輸入阻抗運算放大器 方案比較及選擇：由于實驗室器材限制，沒有8038芯片，因此方案2排除。差分放大器具有工作點穩(wěn)定、輸入阻抗高、抗干擾能力強的特點，而且作為直流放大器時，可以有效地抑制零點漂移，因此可以將頻率很低的三角波轉變成方波。方案3用到的芯片多，造價高，綜上選擇方案一較為妥當。（3）、系統(tǒng)硬件設計：方波及

5、三角波產生電路：圖中A1等元件構成比較器，其門限電壓為：圖中A2等元件構成反相積分器，其中：當Uo1=+VCC時當Uo1=-VEE時當輸入為方波時，積分器輸出的是上升和下降速率一樣的三角波，仿真波形如圖所示：方波-三角波的頻率為：正弦波產生電路：將三角波轉換為正弦波是利用了差分放大器傳輸特性的非線性。傳輸特性曲線越對稱，線性區(qū)越窄越好，三角波的幅度Um應正好使晶體管接近飽和區(qū)或截止區(qū)。RE2用來減少差分放大器的線性區(qū)，除C6電容用來濾波外，其它電容均用來隔直流。三極管T3、T4及RE3、RE4構成鏡像電流源給差分放大器提供偏置電流、提高放大器電路的電壓增益。（4）、調試及性能分析：根據(jù)設計圖焊

6、接好之后，還需進行調試才會得到不失真、較準確的波形。在焊接之前，我在電腦上進行了仿真，通過仿真可以發(fā)現(xiàn)，方波輸出的幅度等于電源電壓的幅度。電位器RP1可以進行幅度微調，但是也會改變頻率。電位器RP2可以調節(jié)方波以及三角波的頻率，而且不會影響幅度。RP3調節(jié)三極管的幅度，RP4調整電路的對稱性。在硬件電路的調試過程中也是如此。在硬件焊接正確的情況下，方波一般可以出現(xiàn)較為標準的波形，三角波也不會出現(xiàn)大的偏差，難以調試的主要是正弦波。上文也提到調節(jié)RP3、RP4可以調節(jié)正弦波的波形。附錄1：系統(tǒng)硬件電路圖附錄2：元件清單名稱型號數(shù)量直流穩(wěn)壓電源1臺雙蹤示波器1臺萬用表1只運算放大器LM7412片電位

7、器47K2只100K1只1001只電阻20K1只10k5只8K1只6.8K2只5.1K1只2k2只1001只電容470uF3只10uF1只1uF1只0.1uF2只001uF1只三極管90134只萬用板1塊導線1.若干二、多功能數(shù)字鐘電路設計（1）、設計任務和性能指標：1、 學習要求： 掌握數(shù)字電路系統(tǒng)的設計方法、裝調技術及數(shù)字鐘的功能擴展電路的設計。2 、基本功能： 準確計時； 以數(shù)字形式顯示時、分、秒； 小時的計時要求為“24進制”，分、秒計時要求為60進制； 能夠校正時間。 3、 擴展功能 ： 定時（鬧時）控制，時間可自行設定； 仿廣播電臺整點報時； 報整點時數(shù)； （2）、設計方案及（3）

8、、系統(tǒng)硬件設計：數(shù)字鐘電路系統(tǒng)的組成框圖：振蕩器產生的高頻脈沖信號，經過分頻器分頻得到秒脈沖信號，秒滿六十就向分進一位，同理，分滿六十向時進一位，小時部分從零到二十三循環(huán)，滿二十四瞬間跳到零。1：振蕩器由555振蕩器和RC電路構成多諧振蕩器2：分頻器由三片74LS90構成，分頻得到所需的秒脈沖。3：計數(shù)器電路計數(shù)電路由秒個位、秒十位；分個位、分十位；時個位、時十位計數(shù)器構成。秒、分為六十進制計數(shù)器，時為24進制計數(shù)器。4：校時電路校時采用等待校時，且秒、分、時的校時相互之間不會影響。5：譯碼及顯示電路譯碼器采用CD4511，顯示采用共陰七段數(shù)碼管。電路連接如圖。電路原理分析：555振蕩器產生1

9、KHZ的信號，經過分頻電路分頻得到所需的秒脈沖。秒個位是十進制，R0和R9接地，當計數(shù)器計數(shù)到9即QDQCQBQA=1001時，計數(shù)器自動清零，QD從高電平轉變?yōu)榈碗娖?，同時向秒十位輸送一個計數(shù)脈沖，使秒十位開始計數(shù)，由于秒十位是六進制，所以秒十位計數(shù)器A3=0，當QCQBQA=101時，秒十位計數(shù)器自動清零。當秒十位QC由高電平轉變?yōu)榈碗娖綍r，通過與非電路，向分個位計數(shù)器輸送一個進位脈沖，使分個位開始計數(shù)，分個位和分十位計數(shù)及進位原理同秒個位和秒十位相同。當分十位QC由高電平轉變?yōu)榈碗娖綍r，通過與非電路，向時個位計數(shù)器輸送一個進位脈沖，使時個位開始計數(shù)，當時十位QBQA=10及時個位QCQB

10、QA=100時，時計數(shù)器通過與非電路自動清零，實現(xiàn)二十四進制計數(shù)。6：擴展部分由于時間有限，我們只做了整點報時部分的擴展。按常理，整點報時一般是在59分51秒、53秒、55秒、57秒以及59秒共報時五次。所以分十位和個位計數(shù)器的狀態(tài)分別為（QDQCQBQA）M2=0101，（QDQCQBQA）M2=1001；秒十位計數(shù)器的狀態(tài)為（QDQCQBQA）S2=0101。秒個位計數(shù)器QDS1的狀態(tài)可用來控制1kHz和750Hz的音頻。表5列出了秒個位計數(shù)器的狀態(tài)。 秒個位計數(shù)狀態(tài)CP/秒QDSQCSQBSQAS功能500000510001鳴音520010停530011鳴音540100停550101鳴音

11、560110停570111鳴音581000停591001鳴音000000停 只有當QCM2QAM2=11, QDM1QAM1=11, QCS2QAS2=11及QAS1=1時，音響電路才能工作。由于蜂鳴器的聲音太小，所以我們改成發(fā)光二極管閃爍報時。下圖均輸入1KHZ的信號，音響電路改為發(fā)光二極管電路。（4）、調試及性能分析：本次實驗電路的一大特點就是用的集成芯片很多,要連接的導線特別地多,在連接電路的時候一定要有足夠的耐心,足夠的細心。為了避免調試過程出現(xiàn)過于復雜的問題，我們采用分級焊接、分級測試、分級解決問題的方法，在焊接電路的過程中盡量合理布線，減短線距，減小失真。級聯(lián)時如果出現(xiàn)時序配合不同

12、步，或尖峰脈沖干擾，引起邏輯混亂，可以增加多級邏輯門來延時。附錄1：系統(tǒng)硬件電路圖附錄2：元件清單名 稱數(shù) 量7段數(shù)碼管6個74LS907個74LS922個CD45116個74LS002個74LS041個3.3K電阻2個5.1K電阻1個20K電阻1個10K電位器1個0.01微F電容2個0.1微F電容2個開關2個芯片引腳圖：CD4511、74LS90:74LS92、74ls04:74ls00、74ls20:三、自動量程轉換電壓表（1）、設計任務和性能指標： 1.實驗內容：設計并制作數(shù)字電壓表 2.基本要求： (1)測量電壓范圍為：0V20V直流電壓； (2)電壓測量范圍分為0.2V，2V，20V

13、三檔，量程自動切換； (3)顯示精度：0.01V，顯示穩(wěn)定，無閃爍； (4)測量誤差0.2V檔10%，2V和20V檔1% 發(fā)揮部分：測量交流電壓有效值，測量范圍05V； （2）、設計方案；（3）、系統(tǒng)硬件設計：1、 電壓放大電路為了給0809芯片提供合適的電壓值以提高測量精度，首先對輸入電壓進行五分壓，再經過運放構成的同相電壓跟隨器，輸入到ADC0809中。其中HCF4051是譯碼開關，根據(jù)A、B、C的輸入值決定開通哪一個通道。由于ADC0809需要500K的時鐘脈沖才可以工作，所以單片機振蕩電路輸出12MHZ的信號，經過單片機自身六分頻后得到2MHZ的脈沖，再由雙D觸發(fā)器四分頻得到500KH

14、Z的脈沖信號使0809工作。 2、模數(shù)轉換電路ADC0809將采集到的模擬電壓信號轉換為數(shù)字信號，具體做法是是將輸入的模擬值轉化為8位二進制數(shù)值輸出，也就是對一個模擬量進行量化采用逐次逼近的方法近似為數(shù)字量。ADC0809的基準電壓是5V，其具體工作由單片機中的程序進行控制。當ADC0809的START=1，ALE=1時啟動模數(shù)轉換，此時EOC=0;轉化結束后EOC=1,若OE=1,則允許單片機從ADC0809中讀取數(shù)據(jù)，讀取結束后，OE=0.3、數(shù)據(jù)處理及顯示單片機是整個電路的核心。它不僅要控制4051開關，還要讀入0809的數(shù)據(jù)進行處理。P0和P2口控制非門74LS04和譯碼器4511對數(shù)

15、碼管進行動態(tài)掃描。其中P0口的低四位通過非門對數(shù)碼管進行片選，P0.7控制小數(shù)點。P2口的低四位和CD4511進行段選，從而使數(shù)碼管顯示不同的數(shù)值。（4）、系統(tǒng)軟件設計：程序總共分為三塊，首先定義掃描片選、存儲空間、模擬開關，暫存空間等。其次要判斷量程，打開對應的模擬開關，自動切換量程，還要將分壓后的電壓值還原。最后通過LED顯示所測得的電壓值。（5）、調試及性能分析：此次實驗焊接比上一個簡單些，但是，因為我們沒有四位七段數(shù)碼管，只好用四個單個的數(shù)碼管代替，所以連線還是有點困難。剛開始做出來的電壓表總是不能出結果，經過反復檢查后，我們才發(fā)現(xiàn)原理圖有一處連接的是總線，我們卻直接相連了。這導致單片

16、機不能正確讀取數(shù)據(jù)。還有，在D觸發(fā)器四分頻時，我們檢測到的并不是四分頻后的信號，經過改正，電壓表才能正常工作。 雖然調試了很久，我們的電路還是存在問題：測量0到200mv的電壓，必須復位才能顯示?？偟膩碚f，做出來的電壓表測量精度較高，尤其是測量電壓比較大的時候，誤差就比較小。附錄1：系統(tǒng)硬件電路圖附錄2：元件清單單片機89S511片模數(shù)轉換器ADC0809FN1片D觸發(fā)器74LS741片譯碼器CD4511BCN1片非門74LS041片運算放大器LM324AM1片晶振12M1片數(shù)碼管4個電位器1042個1051個電阻10K5個5.6K1個4.7K1個2K2個電容22uF1個27pF2個開關模擬開

17、關（HCF4051）1片復位開關1個附錄3：程序清單#include #define uchar unsigned char;uchar code scan_con=0x08,0x04,0x02,0x01; /定義掃描片選uchar dispbuf8=0,0,0,0,0,0,0,0; /定義8個存儲空間 uchar getdata; unsigned long int temp;/定義暫存空間uchar i,j,k,l,m;sbit s3=P37; /位定義，控制模擬開關sbit s2=P36;sbit s1=P35;sbit dp=P07; /定義小數(shù)點#define v20_on s3=0

18、;s2=0;s1=0; /宏定義不同量程，不同的開關狀態(tài)#define v2_on s3=0;s2=0;s1=1;#define v02_on s3=0;s2=1;s1=0;sbit ST=P31; /定義單片機和ADC的控制信號sbit OE=P33; sbit EOC=P32;main() while(1) _20v: /220V量程 v20_on; ST=0; /啟動A/D轉換 ST=1; ST=0; while(EOC=0); OE=1; getdata=P1; OE=0; if(getdata21) /量程不合適，切換 goto _2v; l=3; temp=getdata; /量程

19、合適，數(shù)據(jù)處理 temp=temp*100; temp=(temp/51)*5; goto disp; /跳到數(shù)碼管顯示程序段 _2v: /200MV2V量程 v2_on; 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; /求出模擬待測電壓； goto disp; _02v: /0200MV量程 v02_on; OE=0; ST=0; ST=1; ST=0; While(

20、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)/電壓值的每個位計 dispbufi=temp%10; temp=temp/10; i+; dispbufi=temp; for(k=0;k=3;k+) /數(shù)碼管顯示 P2=dispbufk&0x0f; P0=scan_conk; if(l=3)if(k=2) dp=0; elsedp=1; /小數(shù)點的確定 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+) /延時 for(j=0;j=100;j+); 附錄4：測量數(shù)據(jù)量程標準值測量值0200mv0.0310.0350.0420.0450.1030.1050.2v2v0.3360.3450.5520.5550.6200.6250.7250.7350.8300.8450.9800.9801.0761.0751.4301.4250.2v2v1.7321.7251.97