中國(guó)地質(zhì)大學(xué)機(jī)電學(xué)院暑期電路綜合實(shí)習(xí)報(bào)告

1、電路綜合實(shí)習(xí)報(bào)告 姓 名： 組 別： 學(xué) 號(hào)： 班 號(hào)： 專 業(yè)： 通信工程 指導(dǎo)老師： 郝國(guó)成，張曉峰，聞?wù)缀?，王?guó)洪，吳讓仲,李杏梅，王巍2014.7機(jī)械與電子信息學(xué)院 目錄實(shí)驗(yàn)一 函數(shù)發(fā)生器-3實(shí)驗(yàn)二 多功能數(shù)字鐘電路設(shè)計(jì)-12 實(shí)驗(yàn)三、自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換電壓表-21實(shí)習(xí)總結(jié)-31參考文獻(xiàn)-32 實(shí)驗(yàn)一 函數(shù)發(fā)生器一、任務(wù)及要求 任務(wù)：一個(gè)電路同時(shí)產(chǎn)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； 頻率可調(diào)： 范圍分為三段：10HZ100HZ；100HZ1KHZ；1KHZ10KHZ 主要性能指標(biāo)： 出信號(hào)的幅度準(zhǔn)確穩(wěn)定 輸出信號(hào)的頻率準(zhǔn)確較穩(wěn)定 二、

2、方案論證分析與設(shè)計(jì)產(chǎn)生正弦波、方波、三角波的方案有多種，實(shí)習(xí)時(shí)，對(duì)于三種方案進(jìn)行了比較。方案一：基本原理：通過(guò)運(yùn)算放大器與電阻組成的電壓比較器，產(chǎn)生方波。比較器輸出的方波隨后進(jìn)入積分器，比較器與積分器首尾相連，形成閉環(huán)電路，產(chǎn)生三角波。三角波正弦波的變換主要有差分放大器來(lái)完成。差分放大器可將頻率很低的三角波變換成正弦波。波形變換的原理是利用差分放大器傳輸特性的非線性。方案二： ICL8038芯片 電路圖基本原理：ICL8038芯片內(nèi)部有兩個(gè)比較器，比較器的基準(zhǔn)電壓由內(nèi)部電阻分壓網(wǎng)絡(luò)提供。電阻R1與電位器RP1用來(lái)確定直流電位V8。V8越高，IA、IB越小，輸出頻率越低，反之亦然。因此，ICL8

3、038又稱為壓控振蕩器(VCO)或頻率調(diào)制器（FM)。RP1可調(diào)節(jié)的頻率范圍為20Hz20kHz。 方案三：基本原理：555定時(shí)器接成多諧振蕩器工作形式，C3為定時(shí)電容，C3的充電回路是Rp1R6C3；C3的放電回路是C3R6IC的7腳。充電時(shí)間常數(shù)與放電時(shí)間常數(shù)近似相等，由IC的3腳輸出的是近似對(duì)稱方波。調(diào)節(jié)電位器RP可改變振蕩器的頻率。方波信號(hào)經(jīng)積分網(wǎng)絡(luò)后，輸出三角波。三角波再經(jīng)積分網(wǎng)絡(luò)，輸出近似的正弦波。經(jīng)過(guò)分析后，結(jié)合實(shí)習(xí)所發(fā)器材，集成運(yùn)放是一種高增益放大器，只要加入適當(dāng)?shù)姆答伨W(wǎng)絡(luò)，利用正反饋原理，滿足振蕩條件，就可以構(gòu)成方波-正弦波-三角波等各種振蕩電路。由于差分放大器具有工作點(diǎn)穩(wěn)定

4、，輸入阻抗高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。做直流放大器時(shí)，可以有效的抑制零點(diǎn)漂移，因此可將頻率很低的三角波變換成正弦波，由于本實(shí)驗(yàn)要求最低頻率為10Hz，并且變化的范圍較大，對(duì)于方案二，由于芯片的造價(jià)太高，不實(shí)際，因此我們最終選用了方案一，電路圖如下：方波-三角波電路:運(yùn)放A1與R1、 R2 、R3、 RP1組成電壓比較器，R1為平衡電阻。運(yùn)放的反相端接基準(zhǔn)電壓，即V=0; 同相端接輸入電壓via；比較器的輸出vo1的高電平等于正電源電壓+VCC，低電平等于負(fù)電源電壓VEE。當(dāng)輸入端V+ =V- =0 時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)，V01從+Vcc跳到-Vee，或從-Vee跳到Vcc。運(yùn)放A2與R4、RP2、C2及

5、R5組成反相積分器，其輸入信號(hào)為方波Uo1時(shí)，則輸出積分器的電壓為 比較器電壓傳輸特性 方波-三角波 三角波的幅度為： Vo2m =Vcc*R2/(R3+RP1)方波-三角波的波頻率為： f=(R3+RP1)/4R2 (R4+RP2) C2經(jīng)分析可知方波的幅度由+Vcc 和 Vee決定；調(diào)節(jié)電位器RP1，可調(diào)節(jié)三角波的幅度，但會(huì)影響其頻率；調(diào)節(jié)電位器RP2，可調(diào)節(jié)方 波-三角波 的頻率，但不會(huì)影響其幅度，可用 RP2實(shí)現(xiàn)頻率微調(diào)，而用C2改變頻率范圍。三角波正弦波電路：三角波正弦波的變換主要有差分放大器來(lái)完成。差分放大器具有工作點(diǎn)穩(wěn)定，輸入阻抗高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。波形變換的原理是利用差分放

6、大器傳輸特性的非線性。其中RP1調(diào)節(jié)三極管的幅度，RP2調(diào)整電路的對(duì)稱性，其并聯(lián)電阻R用來(lái)減少差分放大器的線性區(qū)。電容C3、C4、C5為隔直電容，C6為濾波電容，以減少濾波分量，改善輸出波形。三角波正弦波電路的參數(shù)選擇原則是：隔直電容C3、C4、C5要取得較大，因?yàn)檩敵鲱l率很低，取C3= C4= C5=470f，濾波電容C6的取值視輸出的波形而定，若含高次諧波成分較多，則C6一般為幾十皮法至0.1mF。RE2=100W與RP4=100W相并聯(lián)，以減小差分放大器的線性區(qū)。仿真電路圖：三、元件清單與常用芯片引腳元件型號(hào)數(shù)量運(yùn)放2741三極管2N39034電阻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)電位器200、47k、100k、200k各1個(gè)電解電容100nF1 (C6)150nF1 (C2)1uF2 (C1、5)10uF1 （C3）470uF1 (C7)開(kāi)關(guān)單刀單擲（單刀三擲）3 （1） UA741芯片圖：四、調(diào)試過(guò)程與結(jié)果方波-三角-正弦波函數(shù)發(fā)生器電路是由三級(jí)單元電路組成的，在裝調(diào)多級(jí)電路時(shí)，我們按照單元電路的先后順序進(jìn)行分級(jí)裝調(diào)與級(jí)聯(lián)。首先運(yùn)用示波器檢驗(yàn)方波能否正常出現(xiàn)，若未出現(xiàn)正常方波，則說(shuō)明第一個(gè)運(yùn)放電路模塊出現(xiàn)問(wèn)題，應(yīng)該對(duì)照電路圖仔細(xì)檢查電

8、路的焊接是否完整無(wú)誤，可能出現(xiàn)短路、斷路等問(wèn)題造成方波無(wú)法出現(xiàn)。然后檢查741芯片是否損壞。接著檢驗(yàn)三角波的產(chǎn)生，檢查電路后，調(diào)節(jié)RP1，通過(guò)微調(diào)，使三角波波幅值形的符合要求。前兩個(gè)模塊檢查無(wú)誤后，檢查正弦波的產(chǎn)生，微調(diào)RP3和RP4，使正弦波波形與幅值符合要求。調(diào)解過(guò)程中，很容易發(fā)現(xiàn)正弦波波形發(fā)生失真，鐘形失真、半波圓頂或平頂失真以及非線性失真都有可能發(fā)生，需要調(diào)節(jié)相應(yīng)的電阻。在我們小組調(diào)試過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)最開(kāi)始的方波沒(méi)有出現(xiàn)，然后開(kāi)始檢查電路，用萬(wàn)用表對(duì)電路進(jìn)行是否斷路、短路的檢測(cè)，最終發(fā)現(xiàn)電路里面，有兩處焊接不牢，電路斷路，我們馬上把斷路的地方焊接上去，但是發(fā)現(xiàn)示波器上的波形還是有問(wèn)題。

9、然后我們就對(duì)741芯片那一小塊電路進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)741芯片不能正常工作，就是芯片出現(xiàn)問(wèn)題。經(jīng)過(guò)和同學(xué)們討論，發(fā)現(xiàn)很多小組都是因?yàn)閁A741芯片的問(wèn)題導(dǎo)致方波無(wú)法出現(xiàn)。我們小組覺(jué)得可能是因?yàn)殚_(kāi)始調(diào)試的時(shí)候，輸入電壓過(guò)大，導(dǎo)致UA741芯片被燒壞，以至于后面的波形都無(wú)法出現(xiàn)。更換芯片之后，方波出現(xiàn)，后面的三角波和正弦波也順利出現(xiàn)，但是正弦波的幅值不符合要求，小于要求的幅值。于是我們對(duì)電位器RP3和RP4進(jìn)行調(diào)節(jié)，使示波器上的正弦波幅值變化。只要電路接線正確,上電后,U01的輸出為方波,U02的輸出為三角波,微調(diào)RP1,使三角波的輸出幅度滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求,調(diào)節(jié)RP2,則輸出頻率在對(duì)應(yīng)波段內(nèi)連續(xù)可變.

10、 得到的波形如下圖：五、數(shù)據(jù)測(cè)試與分析得到下列測(cè)試結(jié)果：波形峰峰值方波7.68V三角波3.56V正弦波1.07V六、心得體會(huì)這是暑期綜合實(shí)習(xí)的第一個(gè)實(shí)驗(yàn)，相對(duì)來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單，第一個(gè)實(shí)驗(yàn)的完成給我增添了信心。通過(guò)這一個(gè)實(shí)驗(yàn)的鍛煉，我明白了完成一個(gè)項(xiàng)目，首先應(yīng)該設(shè)計(jì)電路圖，一定要明白電路的原理，只有明白的原理，才能夠在后來(lái)的焊接與調(diào)試過(guò)程中找到錯(cuò)誤，順利的完成。在焊接過(guò)程中，要有耐心，認(rèn)真的進(jìn)行布線，避免造成電路短路與斷路。焊接完成后，需要對(duì)整體電路進(jìn)行檢查。調(diào)試過(guò)程中，通過(guò)與同學(xué)交流，我學(xué)會(huì)分級(jí)檢查，應(yīng)用示波器、萬(wàn)用表等工具檢查電路工作情況。同時(shí)，復(fù)習(xí)了一部分模電知識(shí)，通過(guò)看書(shū)，將之前的模電知識(shí)又

11、溫習(xí)了一遍，深刻體會(huì)到課余時(shí)間也應(yīng)該多復(fù)習(xí)之前學(xué)過(guò)的知識(shí)，避免忘記。最重要的一點(diǎn)，就是我們做任何事，都應(yīng)該心平氣和，耐心的完成每一步，不能急功近利，這樣反而得不償失，容易出錯(cuò)。 實(shí)驗(yàn)二 多功能數(shù)字鐘電路設(shè)計(jì)一、任務(wù)及要求 主要性能指標(biāo)：1 計(jì)時(shí)準(zhǔn)確2 時(shí)間顯示正常，時(shí)為24進(jìn)制，分秒為60進(jìn)制，能正常進(jìn)位和清零3 校準(zhǔn)電路能按需靈敏地校準(zhǔn)分和時(shí) 學(xué)習(xí)要求： 掌握數(shù)字電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法、裝調(diào)技術(shù)及數(shù)字鐘的功能擴(kuò)展電路的設(shè)計(jì)。 基本功能: 準(zhǔn)確計(jì)時(shí)； 以數(shù)字形式顯示時(shí)、分、秒； 小時(shí)的計(jì)時(shí)要求為“24進(jìn)制”，分、秒計(jì)時(shí)要求為60進(jìn)制； 能夠校正時(shí)間。 擴(kuò)展功能: 定時(shí)（鬧時(shí)）控制，時(shí)間可自行設(shè)定；

12、 仿廣播電臺(tái)整點(diǎn)報(bào)時(shí)； 報(bào)整點(diǎn)時(shí)數(shù)； 二、方案設(shè)計(jì)數(shù)字鐘電路系統(tǒng)的組成框圖： （1）振蕩器 本次實(shí)驗(yàn)中，我們采用的振蕩器為555振蕩器，555定時(shí)器與RC構(gòu)成的多諧振蕩器可以產(chǎn)生1KHz的方波信號(hào)，作為時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源。利用555和3個(gè)電阻、兩個(gè)電容完成電路。其中Cf為剛干擾電容，設(shè)計(jì)電路前根據(jù)相關(guān)頻率計(jì)算公式計(jì)算R1 R2 C的具體取值并通過(guò)示波器的顯示來(lái)進(jìn)行微調(diào) f=1/T=1.43/(R1+2*R2)*C （2）分頻器分頻器74LS90在級(jí)聯(lián)使用時(shí)一定注意各個(gè)引腳的連接，從555振蕩器輸出的波頻率為1KHz,經(jīng)過(guò)一個(gè)74LS90芯片后，頻率變?yōu)?00Hz，再經(jīng)過(guò)一74LS90芯片后，頻率變

13、為10Hz，依次類推，經(jīng)過(guò)最后一個(gè)74LS90芯片時(shí)，頻率為1Hz，實(shí)現(xiàn)了分頻。（2）時(shí)間計(jì)數(shù)器電路 時(shí)間計(jì)數(shù)電路由秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器、分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)器及時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器電路構(gòu)成，其中秒、分為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，而根據(jù)設(shè)計(jì)要求，時(shí)為12進(jìn)制計(jì)數(shù)器。60進(jìn)制計(jì)數(shù)器由兩片74LS90構(gòu)成六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，聯(lián)接方式如下圖，將一片74LS90作為個(gè)位，另一片74LS290作為十位。秒計(jì)數(shù)器的十位和個(gè)位，輸出脈沖除用作自身清零外，同時(shí)還作為分計(jì)數(shù)器的輸入脈沖CP0。下圖電路即可作為秒計(jì)數(shù)器，也可作為分計(jì)數(shù)器。24進(jìn)制計(jì)數(shù)器由兩片74LS290構(gòu)成的二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器，連接圖如下：將一片74LS290作

14、為個(gè)位，另一片作為十位，當(dāng)個(gè)位值是4，同時(shí)十位值是2的時(shí)候，兩片同時(shí)清零。（3）校時(shí)電路數(shù)字種啟動(dòng)后,每當(dāng)數(shù)字鐘顯示與實(shí)際時(shí)間不符進(jìn),需要根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間進(jìn)行校時(shí)。?！懊搿睍r(shí)，采用等待校時(shí)。?！胺帧薄ⅰ皶r(shí)”的原理比較簡(jiǎn)單，采用加速校時(shí)。對(duì)校時(shí)電路的要求是 :在小時(shí)校正時(shí)不影響分和秒的正常計(jì)數(shù) ；在分校正時(shí)不影響秒和小時(shí)的正常計(jì)數(shù) 。當(dāng)閉合開(kāi)關(guān)時(shí)，因?yàn)樾Ｕ盘?hào)和0相與的輸出為0，而開(kāi)關(guān)的另一端接高電平，正常輸入信號(hào)可以順利通過(guò)與或門，故校時(shí)電路處于正常計(jì)時(shí)狀態(tài)；當(dāng)開(kāi)關(guān)打向上時(shí)，情況正好與上述相反，這時(shí)校時(shí)電路處于校時(shí)狀態(tài)。與非門可選74LS00，非門則可用與非門2個(gè)輸入端并接來(lái)代替節(jié)省芯片。因此實(shí)際

15、使用時(shí)，須對(duì)開(kāi)關(guān)的狀態(tài)進(jìn)行消除抖動(dòng)處理，加2個(gè)0.01uF的電容，在此次試驗(yàn)中，采取撥碼開(kāi)關(guān)可以更好消除抖動(dòng)，也更方便快捷。 （4）譯碼器 譯碼電路的功能是將秒、分、時(shí)計(jì)數(shù)器的輸出代碼進(jìn)行翻譯，變成相應(yīng)的數(shù)字。用與驅(qū)動(dòng)LED七段數(shù)碼管的譯碼器常用的有74HC4511。74HC4511是BCD-7段譯碼器，用于驅(qū)動(dòng)LED七段共陰極顯示數(shù)碼管。若將秒、分、時(shí)計(jì)數(shù)器的每位輸出分別送到相應(yīng)七段譯嗎管的輸入端便可以進(jìn)行不同數(shù)字的顯示。由于4511的輸出較大，因此在譯碼管輸出與數(shù)碼管之間串聯(lián)電阻R作為限流電阻。 （5）顯示器 本系統(tǒng)用七段發(fā)光二極管來(lái)顯示譯碼器輸出的數(shù)字，顯示器有兩種：共陽(yáng)極或共陰極顯示器

16、。4511譯碼器對(duì)應(yīng)的顯示器是共陰極顯示器。 整體仿真圖： 由于仿真軟件的原因，若將1Hz的方波接入電路圖，則會(huì)發(fā)現(xiàn)顯示器無(wú)法顯示，故在仿真圖中，將1KHz的方波接入，但在實(shí)際焊接過(guò)程中，應(yīng)將1Hz方波接入。同時(shí)我發(fā)現(xiàn)仿真圖里面，在1Hz處接一個(gè)頻率計(jì)，該頻率計(jì)無(wú)法顯示。擴(kuò)展電路（整點(diǎn)報(bào)時(shí)）： 此圖上的數(shù)碼管，左邊的代表分位的十位，右邊的代表分位的個(gè)位 通過(guò)分鐘的兩個(gè)發(fā)光二極管上f和g兩段的熄滅控制蜂鳴器，當(dāng)分位變成“00”時(shí)，f為高電平，g為低電平，將個(gè)位的f與十位的f再進(jìn)行與操作，從而產(chǎn)生報(bào)時(shí)控制信號(hào)，將結(jié)果經(jīng)過(guò)三極管輸出給蜂鳴器，就能完成整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能，從整點(diǎn)開(kāi)始報(bào)時(shí)，蜂鳴器響一分鐘。若需

17、要減短蜂鳴器鳴叫時(shí)間，只需將秒位上的f,g和分位上得到的結(jié)果相與，輸出給蜂鳴器，即可減少鳴叫時(shí)間。選蜂鳴器為電聲器件，蜂鳴器是一種壓電電聲器件，當(dāng)其兩端加上一個(gè)直流電壓時(shí)酒會(huì)發(fā)出鳴叫聲，兩個(gè)輸入端是極性的，其較長(zhǎng)引腳應(yīng)與高電位相連。三、常用芯片引腳圖 四、調(diào)試過(guò)程與結(jié)果電路焊接完成之后，首先應(yīng)該通電進(jìn)行檢查，利用電壓表與示波器檢測(cè)每個(gè)芯片是否正常工作，這是電路有效工作的基本保證。同時(shí)還應(yīng)該撥動(dòng)開(kāi)關(guān)，觀察開(kāi)關(guān)是否起作用。通過(guò)檢查，調(diào)試電路直至正常工作。調(diào)試可分為靜態(tài)調(diào)試和動(dòng)態(tài)調(diào)試兩種，一般組合電路應(yīng)靜態(tài)調(diào)試，時(shí)序電路應(yīng)動(dòng)態(tài)調(diào)試。調(diào)試時(shí)應(yīng)采取分級(jí)調(diào)試，分模塊調(diào)試。振蕩模塊、分頻模塊、計(jì)數(shù)模塊、顯示

18、模塊、校時(shí)模塊應(yīng)該分別檢查。當(dāng)我們小組焊完電路之后，我們將電路通電，發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管都沒(méi)有跳動(dòng)，撥動(dòng)校時(shí)電路的開(kāi)關(guān)，數(shù)碼管上的數(shù)字依舊不動(dòng)，同時(shí)，數(shù)碼管上顯示的數(shù)字不完整，有的段沒(méi)有被點(diǎn)亮。通過(guò)分析電路，我們將數(shù)碼管那一塊的電路中某些點(diǎn)重新焊接了一遍，焊得更加牢固，再次通電，數(shù)碼管上的數(shù)字顯示完整了，但是，數(shù)碼管上的數(shù)字依舊不變。有了上一次實(shí)驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)，我們小組先將秒針位置上的4511和7490芯片更換，發(fā)現(xiàn)依舊不動(dòng)，這就排除了芯片的問(wèn)題，然后，我們首先測(cè)試分頻電路，連上示波器，發(fā)現(xiàn)分頻部分能夠正常的工作，最后輸出為小于10Hz的波，故排除分頻部分的故障。接下來(lái)，繼續(xù)檢查。看著芯片引腳圖，我們發(fā)現(xiàn)由于

19、仿真圖上有一些應(yīng)該接地與VCC的芯片引腳被隱藏，導(dǎo)致我們焊接時(shí)，忘記將這兩個(gè)引腳焊接上去，就導(dǎo)致芯片不工作。于是我們?cè)俅螌?duì)照芯片圖焊接，但是發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管上數(shù)字還是不動(dòng)。我們利用實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備波形發(fā)生器，將波形信號(hào)直接接入分位的信號(hào)輸入端，我們驚喜的發(fā)現(xiàn)此時(shí)分位與時(shí)位跳動(dòng)了，這就說(shuō)明秒位計(jì)數(shù)出現(xiàn)問(wèn)題，于是我們開(kāi)始檢查秒位的電路。用示波器檢測(cè)74LS90芯片與4511芯片各個(gè)腳的電位，對(duì)照真值表，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。但是經(jīng)過(guò)論證，問(wèn)題確實(shí)出現(xiàn)在這一塊，然后通過(guò)請(qǐng)教王巍老師，在王巍老師的幫助下，我們終于找到了原因，電路發(fā)生了短路。一根外面有膠套的電線由于膠套被燙壞，和下面的一根裸線短路，導(dǎo)致問(wèn)題發(fā)生。找出問(wèn)題

20、后，我們立即修正問(wèn)題，數(shù)字鐘正常工作了。拓展電路比較簡(jiǎn)單，調(diào)試也比較很順利。五、心得體會(huì)這次實(shí)驗(yàn)，焊接電路確實(shí)比較麻煩。芯片多，布線復(fù)雜。在焊接時(shí)，非常考驗(yàn)小組成員間的配合與合作。焊接時(shí)，一定要細(xì)心，注意每個(gè)腳的布局走線。由于剛開(kāi)始我們組沒(méi)準(zhǔn)備用杜邦線，開(kāi)始時(shí)就已將芯片的幾個(gè)引腳焊接完畢，所以導(dǎo)致后來(lái)我們臨時(shí)決定用杜邦線時(shí)，我們無(wú)法非常順利的焊接排針，反而因此費(fèi)了許多功夫，耽誤里時(shí)間，耗費(fèi)了精力。這次實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，我對(duì)于數(shù)字鐘有了更深刻的體會(huì)。我發(fā)現(xiàn)許多科目的知識(shí)點(diǎn)都是相似的，比如在EDA實(shí)習(xí)中，也出現(xiàn)了數(shù)字鐘這一題目，只要我們了解了原理，數(shù)字鐘在哪個(gè)科目中應(yīng)用都是相似的。因此課余時(shí)間里，我們應(yīng)

21、該將各科知識(shí)融會(huì)貫通，形成自己的知識(shí)體系。同時(shí)，做事情時(shí)，有耐心、有毅力也是非常重要的，這個(gè)實(shí)驗(yàn)原理比較簡(jiǎn)單，最困難的就是焊接部分，因此在實(shí)習(xí)過(guò)程中，要抓住機(jī)會(huì)，鍛煉自己的動(dòng)手能力，面對(duì)密密麻麻的芯片引腳時(shí)，認(rèn)認(rèn)真真的完成每一次焊接。 實(shí)驗(yàn)三、自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換電壓表一、任務(wù)及要求：1.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：設(shè)計(jì)并制作數(shù)字電壓表2.基本要求： (1)測(cè)量電壓范圍為：0V20V直流電壓 (2)電壓測(cè)量范圍分為0.2V，2V，20V三檔，量程自動(dòng)切換 (3)顯示精度：0.01V，顯示穩(wěn)定，無(wú)閃爍 (4)測(cè)量誤差0.2V檔10%，2V和20V檔1% 發(fā)揮部分：測(cè)量交流電壓有效值，測(cè)量范圍05V二、方案論證與分析1.

22、模擬數(shù)據(jù)采集模塊將待測(cè)電壓進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆糯蠛涂s小，保證ADC0809接收的電壓在05V，并能夠由單片機(jī)自動(dòng)控制選擇輸出，從而在不同量程都能提供給ADC0809合適的電壓值，提高其測(cè)量精度。輸入電阻首先對(duì)待測(cè)電壓進(jìn)行五分壓，通過(guò)運(yùn)放組成的同向電壓跟隨器，輸入ADC0809，0809向單片機(jī)提供模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果，由單片機(jī)判斷量程。這里需注意的是，在調(diào)試過(guò)程里，最開(kāi)始就應(yīng)該將第一個(gè)電位器調(diào)到阻值五分之一處，保證測(cè)量的準(zhǔn)確。2.AC-DC轉(zhuǎn)換模塊：該模塊采用AD0809的模數(shù)轉(zhuǎn)換功能來(lái)完成對(duì)所測(cè)的電壓的AC-DC的轉(zhuǎn)換。ADC0809是將輸入的模擬值轉(zhuǎn)化為8位二進(jìn)制值輸出，也就是對(duì)一個(gè)模擬量進(jìn)行量化采用逐次

23、逼近的方法近似為數(shù)字量。由于AD0809仿真有問(wèn)題，我們用AD0808進(jìn)行代替。由于單片機(jī)晶振為6MHz,ALE引腳輸出為1MHz,然后通過(guò)D觸發(fā)器進(jìn)行二分頻，使頻率變?yōu)?00KHz,再輸入給AD0809，使其符合AD0809的工作頻率。3.譯碼顯示模塊顯示模塊有兩種方案方案一： 該模塊由非門74LS04、譯碼器4511和四個(gè)七段數(shù)碼管組成；主要結(jié)合程序?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)掃描，單片機(jī)P0口的低四位通過(guò)非門來(lái)控制片選B1B2B3B4，另外P0.7口通過(guò)非門來(lái)控制小數(shù)點(diǎn)dp，由于控制小數(shù)點(diǎn)dp的電平過(guò)低，故加上一上拉電阻來(lái)提高電平。方案二： 該模塊用1602液晶模塊實(shí)現(xiàn)，功能比數(shù)碼管的功能要強(qiáng)大，其顯示的均

24、字符，可靈活的實(shí)現(xiàn)讀寫和編指令的操作，較為方便和靈活。經(jīng)過(guò)分析，結(jié)合老師所發(fā)材料，我們決定采用第一種較為經(jīng)濟(jì)的方案。51單片機(jī)對(duì)ADC0809的輸入電壓的數(shù)字信息進(jìn)行量程判斷及數(shù)值運(yùn)算之后，要將電壓的數(shù)值送給顯示模塊進(jìn)行顯示。顯示器采用七段數(shù)碼管，采用動(dòng)態(tài)顯示，均可將采集到的電壓值顯示出來(lái)。三、方案設(shè)計(jì)自動(dòng)調(diào)擋模塊： 利用芯片LM324和模擬開(kāi)關(guān)4051并結(jié)合程序?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)調(diào)擋。保證此模塊輸出到ADC0809的電壓值維持在0-5V，并對(duì)0-20V待測(cè)電壓用電位器進(jìn)行分壓。此方案的自動(dòng)換擋在硬件和軟件中都有所體現(xiàn)，在硬件中，其輸入直接經(jīng)過(guò)LM324放大后到達(dá)ADC0809的通路一，另外一路經(jīng)過(guò)電位

25、器先衰減為原來(lái)的十分之一后在經(jīng)過(guò)LM324到達(dá)通路0，經(jīng)過(guò)軟件的判斷后經(jīng)數(shù)碼管顯示。在軟件中判斷是否超過(guò)2V的基準(zhǔn)電壓，然后實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換擋。ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊： ADC0809是將輸入的模擬值轉(zhuǎn)化為8位二進(jìn)制值輸出，也就是對(duì)一個(gè)模擬量進(jìn)行量化采用逐次逼近的方法近似為數(shù)字量。由于每次都從IN-0和IN-1口輸入電壓值，所以其余六個(gè)入口都是空置的，所以ADC0809的三個(gè)地址輸入口要接地。從IN-0口輸入的電壓值范圍0-5V，所以ADC0809采取2V的標(biāo)準(zhǔn)電壓，以待量化進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。ADC0809的工作是通過(guò)單片機(jī)C51中的程序控制的，當(dāng)ADC0809的START=1，ALE=1時(shí)啟動(dòng)模數(shù)

26、轉(zhuǎn)換，此時(shí)EOC=0;轉(zhuǎn)化結(jié)束后EOC=1,若OE=1,則允許單片機(jī)從ADC0809中讀取數(shù)據(jù)，讀取結(jié)束后，OE=0.單片機(jī)C52模塊： 該模塊主要是通過(guò)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)檔、模數(shù)轉(zhuǎn)換、顯示三個(gè)功能。另外，還有復(fù)位電路和產(chǎn)生頻率的晶振電路。顯示模塊 實(shí)際焊接過(guò)程中，由于提供的是4051芯片和數(shù)碼管，我們決定用動(dòng)態(tài)掃描，4051譯碼進(jìn)行段選，通過(guò)非門連接數(shù)碼管的兩個(gè)接地端，進(jìn)行位選。另外P0.7口通過(guò)非門來(lái)控制小數(shù)點(diǎn)dp，由于控制小數(shù)點(diǎn)dp的電平過(guò)低，故加上一上拉電阻來(lái)提高電平。電路仿真圖：四、元件清單與常用芯片圖名 稱數(shù) 量電阻100，10k，4.7k，5.6k若干電容22UF1個(gè)33PF2個(gè)電

27、位器數(shù)量1042個(gè)1051個(gè)開(kāi)關(guān)1個(gè)6M晶振1個(gè)七段數(shù)碼管4個(gè)LM3241片模擬開(kāi)關(guān)40511片D觸發(fā)器74LS741片ADC08091片89C511片CD45111片74ls041片 LM324 4051 74LS74五、調(diào)試過(guò)程與結(jié)果這次實(shí)驗(yàn)依舊采用分級(jí)調(diào)試的方法，分模塊調(diào)試模擬數(shù)據(jù)采集模塊、AC-DC轉(zhuǎn)換模塊、譯碼顯示模塊。檢測(cè)模擬數(shù)據(jù)采集模塊時(shí)，先斷開(kāi)4051模擬開(kāi)關(guān)，直接將反饋電阻接到運(yùn)放（LM324）反相端。然后根據(jù)模電知識(shí)，計(jì)算得到模擬開(kāi)關(guān)前的兩個(gè)電位器應(yīng)該分別調(diào)到90K歐、990K歐才能使放大倍數(shù)符合實(shí)驗(yàn)要求。檢測(cè)AD轉(zhuǎn)換模塊時(shí)，同時(shí)需要檢測(cè)單片機(jī)的ALE腳輸出頻率是否正確，由

28、于晶振非常容易壞掉，故時(shí)刻應(yīng)小心檢測(cè)單片機(jī)模塊。在檢測(cè)譯碼顯示模塊時(shí)，要對(duì)照芯片圖，由于這一部分線比較多，故應(yīng)該耐心的檢查。當(dāng)我們小組焊接完畢，對(duì)電路通電之后，發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管上一直顯示25.00，沒(méi)有變化，由于第二次實(shí)驗(yàn)的教訓(xùn)，我們將所有芯片的VCC和接地的引腳全部檢查了一遍，發(fā)現(xiàn)沒(méi)有漏掉任何一個(gè)腳。于是，通過(guò)和同學(xué)們交流，發(fā)現(xiàn)有好幾組和我們情況都一樣，經(jīng)過(guò)商量，我們發(fā)現(xiàn)D觸發(fā)器的接線出現(xiàn)了問(wèn)題，應(yīng)該將D觸發(fā)器的5、6引腳接線變換，我們獎(jiǎng)接線進(jìn)行改動(dòng)之后，示數(shù)終于變化了，然后就開(kāi)始調(diào)節(jié)電位器。首先將輸入電壓調(diào)成20V，然后調(diào)節(jié)最開(kāi)始的電位器，使數(shù)碼管顯示在20.00左右，然后將電壓稍調(diào)小一點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)

29、大量程的時(shí)候，數(shù)碼管示數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)電壓相差不大，于是，這個(gè)電位器就固定了，開(kāi)始調(diào)節(jié)104和105電位器。經(jīng)過(guò)調(diào)試我們發(fā)現(xiàn)小量程這一部分是最難調(diào)的，要求特別精確，否則會(huì)造成相對(duì)誤差很大。微調(diào)電位器，使顯示的數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)電壓更加接近。調(diào)節(jié)好電位器后，我們發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管上顯示時(shí)有些抖動(dòng)，于是，我們修改了延時(shí)，起到了一定的效果。測(cè)量結(jié)果實(shí)際電壓標(biāo)準(zhǔn)電壓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故所測(cè)得的數(shù)據(jù)均滿足題目要求所允許的最大誤差。六、源程序#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(gè)存儲(chǔ)空間 uchar getdata; unsigned long int temp;/定義暫存空間uchar

31、i,j,k,l,m;int a,b;sbit s3=P37; /位定義，控制模擬開(kāi)關(guān)sbit s2=P36;sbit s1=P35;sbit dp=P07; /定義小數(shù)點(diǎn)#define v20_on s3=0;s2=0;s1=0; /宏定義不同量程，不同的開(kāi)關(guān)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(jī)和ADC的控制信號(hào)sbit OE=P33; sbit EOC=P32;delay_ms(int n) for(a=n;a0;a-) for(b=500;b0;b-);main(vo

32、id) while(1) _20v: /220V量程 v20_on; ST=0; /啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)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; delay_ms(10); l=3; temp=getdata; /量程合適，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; getda

33、ta=P1; OE=0; if(getdata204) goto _20v; delay_ms(10); l=2; temp=getdata; temp=(temp*100/51)*10; temp=temp/2; /求出模擬待測(cè)電壓； 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(getdata204) goto _2v;delay_ms(10); l=1; temp=getdata; temp=(temp*100/51)*100; tem

34、p=temp/20; disp: dispbuf0=0;dispbuf1=0;dispbuf2=0;dispbuf3=0;dispbuf4=0;dispbuf5=0;dispbuf6=0;dispbuf7=0; i=0; while(temp/10)/電壓值的每個(gè)位計(jì) 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(diǎn)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(