電子電路課程設(shè)計(jì)《站臺(tái)無線計(jì)時(shí)器》實(shí)驗(yàn)報(bào)告匯編

1、電子電路課程設(shè)計(jì)站臺(tái)無線計(jì)時(shí)器實(shí)驗(yàn)報(bào)告2013011076王晗2015/07/07一、實(shí)驗(yàn)任務(wù)和要求用給定的無線收發(fā)模塊，設(shè)計(jì)一個(gè)站臺(tái)無線計(jì)時(shí)器，要求如下：車輛進(jìn)站時(shí)，司機(jī)遙控站臺(tái)計(jì)時(shí)器清零，即時(shí)間顯示為“00”；車輛離開后，站臺(tái)計(jì)時(shí)器開始 25 秒（假設(shè)該站臺(tái)每隔 25 秒來一趟車）倒計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)間隔為 1 秒。計(jì)時(shí)器倒計(jì)時(shí)到零時(shí)，車輛仍未到達(dá)，保持倒計(jì)時(shí)器“ 00”顯示。當(dāng)車輛進(jìn)站，計(jì)時(shí)器清零時(shí)，使揚(yáng)聲器給出音響提示。 （選做任務(wù)）當(dāng)計(jì)時(shí)器倒計(jì)時(shí)到零時(shí)，車輛仍未到達(dá)，使倒計(jì)時(shí)器上的“00”閃爍。（選做任務(wù)）二、方案設(shè)計(jì)和選取1、總體設(shè)計(jì)電路的總體結(jié)構(gòu)如下圖所示：發(fā)射模塊接收模塊清零清零閘門電

2、路地址地址預(yù)載計(jì)數(shù)器預(yù)置BNEAQ1秒脈沖3SDQ4CLK_1Hz8D2SU/D加載數(shù)碼管1D1S重置執(zhí)行譯碼器ENB預(yù)載計(jì)數(shù)器BNEAQ13SDQ4數(shù)碼管8D2SU/D加載1D1S重置執(zhí)行譯碼器ENB關(guān)斷計(jì)數(shù)脈沖編碼器和解碼器需要相同的地址配置。 清零信號(hào)經(jīng)過編碼器編碼后通過 315MHz 收發(fā)模塊傳送至解碼器。解碼器解出清零信號(hào)，供計(jì)數(shù)器復(fù)位使用。 清零信號(hào)經(jīng)過閘門電路產(chǎn)生預(yù)置信號(hào)，供計(jì)數(shù)器置數(shù)使用。 秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生 1Hz 時(shí)鐘信號(hào)，供計(jì)數(shù)器低位片計(jì)數(shù)；低位片的借位信號(hào)作為高位片的計(jì)數(shù)脈沖。高位片的借位信號(hào)作為控制秒脈沖通斷的開關(guān)信號(hào)。計(jì)數(shù)器的輸出經(jīng)過譯碼器點(diǎn)亮LED數(shù)碼管。1/ 12

3、2、接收電路和發(fā)射電路接收和發(fā)射電路的地址輸入由8 位撥碼開關(guān)產(chǎn)生。編碼芯片 PT2262和解碼芯片 PT2272 各需要接入一個(gè)電阻控制時(shí)鐘頻率。由于 315MHz 發(fā)射電路碼率一般控制在 2.5kbps，而 PT2262中最小的傳輸單位是 4 個(gè)時(shí)鐘周期，因此 PT2262 的時(shí)鐘周期可以選為 10kHz，查閱 datasheet 可知此時(shí) OSC1與 OSC2引腳之間應(yīng)接入 3.3M 電阻。同時(shí) PT2272接入 680k電阻。3、閘門電路閘門電路可以由與非門構(gòu)成：A0NAND0B0C0 NAND0D0當(dāng) A 由高電平跳至的電平時(shí)， B 迅速上升為高電平，而 C 由于電容放電較慢，從高電

4、平緩慢降低為低電平，在此過程中， D 出現(xiàn)一個(gè)負(fù)脈沖。4、秒脈沖產(chǎn)生電路556 定時(shí)器可以當(dāng)作兩個(gè) 555 定時(shí)器使用?？刂贫送ㄟ^ 0.01F 電容接地，可以保持控制電壓穩(wěn)定。用 555 定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩電路， 輸出高電平的時(shí)間 ? = ( ? + ?) ?2，輸出低電平的? 12時(shí)間 ?= ?2 ?2，故周期 T = ( ?1 + 2?) ?2。當(dāng) ?1 = 43?,2 = 51?=, 10?時(shí)， ? 1.005?，可以作為倒計(jì)時(shí)所用的秒脈沖使用。5、計(jì)數(shù)電路兩片 CD40192計(jì)數(shù)器分別用作高位片和低位片。 高位片置數(shù)輸入為 0010，低位片置數(shù)輸入為 0101，兩片均工作在減法計(jì)數(shù)模式

5、下。低位片的計(jì)數(shù)脈沖由秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生，高位片的計(jì)數(shù)脈沖由低位片的借位信號(hào)產(chǎn)生。為了實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器倒計(jì)時(shí)到0 時(shí)停止計(jì)數(shù)，可以采用如下方式生成秒脈沖發(fā)生器的復(fù)位信2/ 12號(hào)：該電路需要用到多達(dá) 5 個(gè)或門，用與非門實(shí)現(xiàn)會(huì)更加復(fù)雜。利用高位片的借位信號(hào)，可以通過控制計(jì)數(shù)脈沖的有無達(dá)到同樣效果：當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到 0 時(shí)， overflow 輸出低電平， cp 輸出恒為 0，計(jì)數(shù)脈沖無效；否則計(jì)數(shù)脈沖有效。*6 、蜂鳴器電路用 555 定時(shí)器為蜂鳴器生成440Hz 的方波，設(shè)計(jì)方法與秒脈沖發(fā)生器相同，此時(shí) ?=362?,4 = 130?,?5 = 0.01?。為實(shí)現(xiàn)蜂鳴器僅在 clear 信號(hào)有效時(shí)工作

6、，將方波與clear 做與運(yùn)算，再通過限流電阻接入蜂鳴器。將 1s 時(shí)鐘信號(hào) CLK_1Hz接入第二個(gè)與非門，可以實(shí)現(xiàn)蜂鳴器斷續(xù)發(fā)聲。*7 、LED數(shù)碼管閃爍電路共陽(yáng)極數(shù)碼管接入 5V 電位時(shí)，LED點(diǎn)亮。若要求 LED閃爍，可以直接將陽(yáng)極接在 CLK_1Hz 信號(hào)上?，F(xiàn)在要求僅在計(jì)數(shù)器為 0 時(shí)閃爍，而此時(shí)高位片的借位信號(hào)保持在低電平，因此只需將高位片借位信號(hào)取反，再和CLK_1Hz做與運(yùn)算。3/ 12U4Aoverflow74LS00DU4BLED_ANODECLK_1Hz74LS00D為了減少門電路數(shù)量，可以用一個(gè)與非門代替與門，這時(shí)LED將在 CLK_1Hz為低電平時(shí)點(diǎn)亮。三、實(shí)驗(yàn)電路

7、1、發(fā)射電路電路圖如下圖所示：VCC由 7805 穩(wěn)壓芯片產(chǎn)生， PT2262的地址端由撥碼開關(guān)產(chǎn)生。Tx 接 315MHz 發(fā)射模塊的 Tx 端，當(dāng)電源接通時(shí)，發(fā)送電路即開始工作。2、接收電路電路圖如下圖所示：PT2272 地址端與 PT2262地址端保持一致。4/ 12對(duì)于閘門電路，假設(shè)電平轉(zhuǎn)換發(fā)生在2.5V，則低電平脈沖持續(xù)時(shí)間：?1- ?00 -5?= ?= ? 0.7?1 - ?0 -2.5當(dāng) R=2.7k, C=1F時(shí)， ?1.89?。圖中使用 1000 表示計(jì)數(shù)器清零信號(hào)clear，經(jīng)過閘門電路后，產(chǎn)生預(yù)置數(shù)信號(hào)load。3、秒脈沖產(chǎn)生電路電路圖如圖所示：當(dāng) ?1 = 43?,?

8、2 = 51?=, 10?時(shí)，? 1.005?，可以作為倒計(jì)時(shí)所用的秒脈沖使用。4、計(jì)數(shù)電路電路圖如下圖所示：5/ 12其中 clear 和 load 信號(hào)由接收電路產(chǎn)生，用于計(jì)數(shù)器的清零和預(yù)置數(shù)。計(jì)數(shù)脈沖由以下電路產(chǎn)生：當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到0 時(shí)， overflow 輸出低電平，計(jì)數(shù)脈沖無效；否則計(jì)數(shù)脈沖有效。實(shí)際實(shí)驗(yàn)中，為了節(jié)約面包板空間，七段數(shù)碼管的在陽(yáng)極接一個(gè) 510限流電阻，代替 7 個(gè) 1k電阻排。這樣會(huì)造成顯示不同數(shù)字時(shí)亮度不均勻的缺陷。*5 、蜂鳴器電路電路圖如下圖所示：555 定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩電路輸出 ?=1448?的方波，將其與 clear 信號(hào)( ? +2? ) ?234做

9、與非，再與 CLK_1Hz時(shí)鐘信號(hào)與非，即可驅(qū)動(dòng)蜂鳴器在clear 信號(hào)有效時(shí)發(fā)出持續(xù)聲音。*6 、LED閃爍電路5V 電平的位置改為下圖所示電路：將七段數(shù)碼管接入U(xiǎn)4Aoverflow74LS00DU4BLED_ANODECLK_1Hz74LS00D當(dāng) overflow 信號(hào)低電平有效時(shí)，七段數(shù)碼管按?CLK1Hz閃爍，否則七段數(shù)碼管常亮。四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析1、 ASK調(diào)制波形：整體波形：6/ 12細(xì)節(jié)波形：可以觀察到天線上收發(fā)的 ASK 調(diào)制波形的載波頻率為 315MHz，波形的振幅隨二進(jìn)制基帶信號(hào)而變化。2、編碼后的基帶信號(hào)7/ 12如圖所示，在一幀傳輸信號(hào)中，地址碼是：1/00/11/0

10、(Float), 11/0/11/0(1),11/0/11/0(1),1/00/11/0(Float), 1/00/11/0(Float), 11/0/11/0(1), 11/0/11/0(1), 1/00/11/0(Float)，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是：11/0/11/0(1), 1/00/1/00(0), 1/00/1/00(0), 1/00/1/00(0) ，最后是同步位。用光標(biāo)測(cè)得一幀數(shù)據(jù)持續(xù)的時(shí)間是40.7ms，可以計(jì)算出數(shù)據(jù)發(fā)送速度?=12?40.7 ×10-3 ?295?.3、清零、預(yù)置、時(shí)鐘信號(hào)如上圖所示，當(dāng)接收到的清零信號(hào)從 1 跳變?yōu)?0 時(shí)，閘門電路產(chǎn)生一個(gè)負(fù)脈沖作為預(yù)置

11、信號(hào)。假設(shè)電平轉(zhuǎn)換發(fā)生在2.5V，則負(fù)脈沖寬度：?1 -?00 -5? = ?= ?0.7?當(dāng) R=2.7k, C=1F時(shí)，?1 -?0 -2.5。1.89?示波器測(cè)得的負(fù)脈沖寬度約為 5ms，造成誤差的可能原因有：與非門的轉(zhuǎn)換電平不是2.5V；電容、電阻的工藝偏差；與非門存在輸入電流等。8/ 12時(shí)鐘信號(hào)用 555 定時(shí)器產(chǎn)生， 輸出高電平的時(shí)間 ? = (? + ?) ?2，輸出低電平的時(shí)間?12?= ?2?2，故周期 T = ( ?1 + 2?) ?2。當(dāng)?1 = 43?,2 = 51?=, 10?時(shí)，? 1.005?。示波器測(cè)量結(jié)果為T=1.13s，造成誤差的可能原因是器件的工藝偏差。

12、4、傳輸單元的最高傳輸速率PT2262/2272 的 OSC1、OSC2端外接電阻可以改變編碼、解碼的時(shí)鐘頻率。本實(shí)驗(yàn)中，12?PT2262接 3.3M電阻， PT2272接 680k電阻，傳輸速率為 ?= 40.7 ×10-3 ?295?.當(dāng) PT2262接 1.2M、PT2272接 200k時(shí)，電路正常工作，用示波器測(cè)得一幀數(shù)據(jù)的寬12?度是 17.78ms，傳輸速率為 ?= 17.78 ×10-3 ? 675?.9/ 12當(dāng) PT2262接 830k、PT2272接 150k時(shí)，電路存在輕微的誤碼，用示波器測(cè)得一幀數(shù)12?據(jù)的寬度是 11.52ms，傳輸速率為 ?=

13、11.52 ×10-3 ? 1.042?.當(dāng) PT2262接 510k、PT2272接 91k時(shí)，電路誤碼率上升，用示波器測(cè)得一幀數(shù)據(jù)的寬12?度是 7.2ms，傳輸速率為 ?= 7.2 ×10-3 ?1.667?.此時(shí)的波形細(xì)節(jié)如下圖所示：10/12接收到的信號(hào)發(fā)生了較為明顯的畸變，可以認(rèn)為此時(shí)已經(jīng)達(dá)到傳輸單元的最大傳輸速度。五、問題與解決1、關(guān)斷計(jì)數(shù)脈沖的邏輯最初設(shè)計(jì)的關(guān)斷邏輯是對(duì)計(jì)數(shù)器的6bits 輸出做或運(yùn)算，再輸入到555 定時(shí)器的復(fù)位端。這樣需要用到 5 個(gè)或門，實(shí)驗(yàn)室并未提供。在老師的提示下，注意到借位信號(hào)是在0 的下降沿跳變?yōu)榈碗娖?，并? 的上升沿恢復(fù)為高

14、電平：因此將高位片的借位輸出和計(jì)數(shù)脈沖做與運(yùn)算，就可以實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)到0 時(shí)關(guān)斷計(jì)數(shù)脈沖，停止計(jì)數(shù)。2、 LED數(shù)碼管亮度不一致實(shí)驗(yàn)中兩個(gè) LED數(shù)碼管的陽(yáng)極接在同一條電源線上，但是亮度并不一致。在用示波器檢查譯碼器輸出信號(hào)時(shí)，發(fā)現(xiàn)示波器地線一旦接入電路， LED 數(shù)碼管亮度就恢復(fù)一致。由此判斷其中一個(gè)譯碼器的地線虛接，和 GND 間存在電壓，導(dǎo)致亮度偏低。更換地線使用的導(dǎo)線后，問題得到了解決。3、蜂鳴器不響仿真時(shí)蜂鳴器可以設(shè)置工作頻率， 接入 5V 電源即可正常工作。 實(shí)際實(shí)驗(yàn)中的蜂鳴器接入 5V 電源后僅有很小的一聲“啪” 。助教解釋說實(shí)驗(yàn)中所用的蜂鳴器相當(dāng)于一個(gè)小喇叭，需要自己產(chǎn)生一定頻率的方波信號(hào)用于發(fā)聲。在用 555 設(shè)計(jì)一個(gè) 440Hz 的振蕩電路后，小喇叭仍然不能工作。一位同學(xué)建議串聯(lián)一個(gè)電阻限制電流，助教建議并聯(lián)一個(gè)電容進(jìn)行濾波。我在555 輸出端并聯(lián)一個(gè)104 電容接地，在蜂鳴器前串聯(lián)100電阻后，蜂鳴器可以正常工作。六、實(shí)驗(yàn)小結(jié)這次實(shí)驗(yàn)一改以往電路實(shí)驗(yàn)重復(fù)、枯燥的內(nèi)容，新的實(shí)驗(yàn)題目讓我很感興趣。作為第一輪參加本實(shí)驗(yàn)的同學(xué)，我們沒有前人的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為參考，完全靠自己探索、設(shè)計(jì)、仿真完成了實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)，又在電路搭建和測(cè)試的過程中不斷解決問題、