電子制作實(shí)踐報(bào)告

-.z.實(shí)踐報(bào)告學(xué)院：自動(dòng)化工程學(xué)院班級(jí)：**：**：2013年7月一、設(shè)計(jì)目的通過(guò)上機(jī)操作，掌握利用ProteusISIS進(jìn)行電路原理圖設(shè)計(jì)的方法；掌握利用原理圖元件庫(kù)編輯器創(chuàng)建新元件的方法；了解利用ProteusARES進(jìn)行印刷電路板圖設(shè)計(jì)的方法；了解利用PCB元件庫(kù)編輯器創(chuàng)建新的PCB元件的方法；掌握利用Proteus進(jìn)行模擬電子實(shí)驗(yàn)和數(shù)字電子仿真實(shí)驗(yàn)的方法，利用其中自帶的虛擬儀器進(jìn)行電路的仿真。學(xué)習(xí)掌握MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理，KeilC51的編程，Keil和Proteus的聯(lián)合調(diào)試，利用Proteus和KeilC實(shí)現(xiàn)AD和DA部分的電子及編程設(shè)計(jì)。二、設(shè)計(jì)內(nèi)容●555定時(shí)器一）.實(shí)驗(yàn)?zāi)康模赫莆?55定時(shí)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及原理，并利用555定時(shí)器實(shí)現(xiàn)555多諧振蕩器、555定時(shí)器單穩(wěn)態(tài)電路、555警笛電路。二）.實(shí)驗(yàn)原理：555定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)如上圖：555集成定時(shí)器由五部分構(gòu)成：分壓器、比較器、基本RS觸發(fā)器、晶體管開關(guān)和輸出緩沖器。1．分壓器：有三個(gè)阻值為5K的電阻串聯(lián)起來(lái)構(gòu)成分壓器，為比較器提供兩個(gè)參考電壓。比較器C1的同向輸入端U+=（2/3）Vcc，比較器C2的反向輸入端U-=（1/3）Vcc。CO端為外加電壓控制端。通過(guò)該端的外加電壓Vco可改變C1、C2的參考電壓。工作中不用CO端時(shí)，一般CO端都通過(guò)一個(gè)0.01uF的電容接地，以旁路高頻干擾。2．比較器：555有兩個(gè)完全相同的高精度電壓比較器C1和C2。當(dāng)U+>U-時(shí)，比較器輸出高電平（uo=Vcc）；當(dāng)U+<U-時(shí)，比較器輸出低電平（uo=0）。比較器的輸入端基本上不向外電路索取電流，其輸入電阻可視為無(wú)窮大。3．基本RS觸發(fā)器：由兩個(gè)與非門G1、G2組成基本RS觸發(fā)器。兩個(gè)比較器的輸出信號(hào)uo1和uo2決定觸發(fā)器的輸出端狀態(tài)。R=0時(shí)，RS觸發(fā)器維持原狀態(tài)不變。4．晶體管開關(guān)：由V管構(gòu)成。當(dāng)基極為低電平時(shí)，V管截止；當(dāng)基極為高電平時(shí)，V管飽和導(dǎo)通，起到開關(guān)的作用。5．輸出緩沖器：由非門G4組成，用于增大對(duì)負(fù)載的驅(qū)動(dòng)能力和隔離負(fù)載對(duì)555基本RS觸發(fā)器：由兩個(gè)與非門G1、G2組成基本RS觸發(fā)器。兩個(gè)比較器的輸出信號(hào)uo1和uo2決定觸發(fā)器的輸出端狀態(tài)。R=0時(shí)，RS觸發(fā)器維持原狀態(tài)不變。各個(gè)引腳功能如下：1腳：外接電源負(fù)端或接地，一般情況下接地。2腳：觸發(fā)輸入3腳：輸出端Vo4腳：直接清零端。當(dāng)此端接低電平，則時(shí)基電路不工作，電路輸出為“0”，該端不用時(shí)應(yīng)接高電平。5腳：VC為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內(nèi)部?jī)蓚€(gè)比較器的基準(zhǔn)電壓，當(dāng)該端不用時(shí)，應(yīng)將該端串入一只0.01μF電容接地，以防引入干擾。6腳：閾值輸入7腳：放電端。該端與放電管集電極相連，用做定時(shí)器時(shí)電容的放電。8腳：外接電源VCC。A.555定時(shí)器組成單穩(wěn)態(tài)電路：沒(méi)有觸發(fā)信號(hào)時(shí)Vi處于高電平，如果接通電源后Q=0，Vo=0，T導(dǎo)通，電容通過(guò)放電三極管T放電，使Vc＝０，Vo保持低電平不變。如果接通電源后Q=１，放電三極管T就會(huì)截止，電容通過(guò)電阻Ｒ向電容Ｃ充電，當(dāng)Vc上升到（2/3）Vcc時(shí)，由于Ｒ＝０，Ｓ＝１，鎖存器置０，Vo為低電平。此時(shí)放電三極管Ｔ導(dǎo)通，電容Ｃ放電，Vo為低電平。因此，電路通電后在沒(méi)有觸發(fā)信號(hào)時(shí)，電路只有一種穩(wěn)定狀態(tài)Vo=0。若觸發(fā)輸入端施加觸發(fā)信號(hào)Vi＜（１/3）Vcc，電路的輸出狀態(tài)由低電平跳到高電平，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，放電三極管Ｔ截止。電容充電至（2/3）Vcc時(shí)，Vo由高電平轉(zhuǎn)為低電平，Ｔ導(dǎo)通，電容Ｃ放電，電路返回到穩(wěn)定狀態(tài)，電路波形如右圖所示。ｔｗ≈1.1RCProteus繪制圖形：B.555多諧振蕩器：接通電源后，電容Ｃ被充電，當(dāng)Vc上升到（2/3）Vcc時(shí)，使Vo為低電平，同時(shí)放電三極管Ｔ導(dǎo)通，此時(shí)電容Ｃ通過(guò)Ｒ２和Ｔ放電，Vc下降。當(dāng)Vc下降到（１/3）Vcc時(shí)，Vo翻轉(zhuǎn)為高電平。電容器Ｃ放電所需時(shí)間為當(dāng)放電結(jié)束后，T截止，Vcc將通過(guò)R1、R2向電容器C充電，Vc由（１/3）Vcc上升到（2/3）Vcc所需時(shí)間為Tph≈0.7（R1+R2）C當(dāng)Vc上升到（2/3）Vcc時(shí)，電路又翻轉(zhuǎn)為低電平。如此周而復(fù)始，在電路的輸出端就得到一個(gè)周期性的矩形波。電路的工作波如右圖所示。其振蕩頻率為：f=≈Proteus繪制圖形：C.555警笛電路555警笛電路是由兩個(gè)555多諧振蕩器組成的。一個(gè)為振蕩電路，一個(gè)為報(bào)警器發(fā)生電路.振蕩電路:當(dāng)接通電源后，T截止，電源通過(guò)R2、R3向電容C2充電，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，電容兩端的電壓達(dá)到高電平，而這時(shí)T導(dǎo)通，電容C2通過(guò)點(diǎn)阻R2放電，一段時(shí)間后，電容兩端的電壓變回原來(lái)狀態(tài)，隨即T又截止，電容C1又開始充電。如此周而復(fù)始，重復(fù)上述的過(guò)程，輸出端得到矩形波電壓。報(bào)警器發(fā)生電路模塊：電阻R1改變了參考電平，由IC1的3腳輸出的高低電平通過(guò)IC2的5腳控制報(bào)警聲的頻率。多諧振蕩器的振蕩頻率由R5、R6與C4的數(shù)值決定，本電路約為860Hz。調(diào)整R5、R6及C4的數(shù)值，可得到所需要的振蕩頻率和報(bào)警聲。Proteus繪制圖形：三）.實(shí)驗(yàn)小結(jié)：本次設(shè)計(jì)555定時(shí)器的相關(guān)實(shí)驗(yàn)，再次鞏固了數(shù)電中555定時(shí)器的原理及管腳分配，并用兩個(gè)555做成了555警笛聲，進(jìn)一步了解了555定時(shí)器的相關(guān)應(yīng)用。但在實(shí)驗(yàn)中要注意元器件的正確選擇?！癖壤\(yùn)算放大器一）.實(shí)驗(yàn)?zāi)康模赫莆毡壤\(yùn)算放大器LM324的原理及計(jì)算、電路特征和放大特性的掌握、虛擬表計(jì)的使用。二）.實(shí)驗(yàn)原理：LM324的原理:LM324是四運(yùn)放集成電路，它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器，除電源共用外，四組運(yùn)放相互獨(dú)立?！?”、“-”為兩個(gè)信號(hào)輸入端，“V+”、“V-”為正、負(fù)電源端，即4腳與11腳分別接正負(fù)電源端，1腳“Vo”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的相位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的相位相同。反相比例運(yùn)算放大器:Proteus繪制圖形：反相端為虛地點(diǎn)，即Vn=0,由虛短和虛斷的概念可得，=即Vo=-×Vi電壓增益：Av==-Rf為可變電阻,可任意調(diào)整電壓放大的倍數(shù)。電路特征和放大特性為：輸入電阻大，輸出電阻小，可以調(diào)節(jié)放大倍數(shù)，負(fù)號(hào)表示反相。同相比例運(yùn)算放大器：Proteus繪制圖形：如上圖，由虛短和虛斷的概念可得，=即Vo=（1+）×Vi電壓增益：Av==1+Rf為可變電阻,可任意調(diào)整電壓放大的倍數(shù)。電路特征和放大特性為：輸入電阻大，輸出電阻小，可以調(diào)節(jié)放大倍數(shù)。正號(hào)表示同相。三）.實(shí)驗(yàn)小結(jié)：本次試驗(yàn)讓我很好的掌握了模電中的運(yùn)算放大器，并根據(jù)運(yùn)放的原理，設(shè)計(jì)了同相與反相的放大比例運(yùn)算?！癫ㄐ伟l(fā)生器一）.實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩W(xué)習(xí)用集成運(yùn)放構(gòu)成正弦波、方波和三角波發(fā)生器；學(xué)習(xí)波形發(fā)生器的調(diào)整和主要性能指標(biāo)的測(cè)試方法。二）.實(shí)驗(yàn)原理：LM324的原理LM324是四運(yùn)放集成電路，它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器，除電源共用外，四組運(yùn)放相互獨(dú)立?！?”、“-”為兩個(gè)信號(hào)輸入端，“V+”、“V-”為正、負(fù)電源端，即4腳與11腳分別接正負(fù)電源端，1腳“Vo”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的相位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的相位相同。A.RC橋式振蕩器：正弦波振蕩電路必須由放大電路、選頻網(wǎng)絡(luò)、反饋網(wǎng)絡(luò)和穩(wěn)幅電路四個(gè)基本部分組成。正弦波振蕩電路就是一個(gè)沒(méi)有輸入信號(hào)的帶選頻網(wǎng)絡(luò)的正反饋放大電路。Proteus繪制圖形：1．放大電路:放大信號(hào)2.RC選頻網(wǎng)絡(luò)：輸入的信號(hào)含有各次頻率分量，選頻網(wǎng)絡(luò)對(duì)于其中的諧振頻率分量呈現(xiàn)出低阻特性，而對(duì)其他分量呈現(xiàn)高阻抗，信號(hào)可以保持較少的幅值衰減通過(guò)選頻網(wǎng)絡(luò)，而其他信號(hào)則被選頻網(wǎng)絡(luò)抑制。自激振蕩的條件：AF=1振幅平衡條件：相位平衡條件：相位條件意味著振蕩電路必須是正反饋；幅度條件表明反饋放大器要產(chǎn)生自激振蕩，還必須有足夠的反饋量(可以通過(guò)調(diào)整放大倍數(shù)A或反饋系數(shù)F達(dá)到)。起振及穩(wěn)幅振蕩的過(guò)程：設(shè)：Uo是振蕩電路輸出電壓的幅度，B是要求達(dá)到的輸出電壓幅度。起振時(shí)Uo0，達(dá)到穩(wěn)定振蕩時(shí)Uo=B。起振過(guò)程中Uo<B，要求AuF>1，一般應(yīng)選取RF略大2R５可使輸出電壓的幅度不斷增大。穩(wěn)定振蕩時(shí)Uo=B，要求AuF=1，使輸出電壓的幅度得以穩(wěn)定。從AuF>1到AuF=1，就是自激振蕩建立的過(guò)程。起始信號(hào)的產(chǎn)生：在電源接通時(shí)，會(huì)在電路中激起一個(gè)微小的擾動(dòng)信號(hào)，它是個(gè)非正弦信號(hào)，含有一系列頻率不同的正弦分量。3.反饋網(wǎng)絡(luò):必須是正反饋，反饋信號(hào)即是放大電路的輸入信號(hào)4.穩(wěn)幅電路：穩(wěn)幅分為兩部分。在R４上正反并聯(lián)兩個(gè)二極管，它們?cè)谳敵鲭妷海郑锏恼?fù)半周內(nèi)分別導(dǎo)通。在起振之初，由于uo幅值很小，尚不足以使二極管導(dǎo)通，正向二極管近于開路，此時(shí)，RF>2R1。而后，隨著振蕩幅度的增大，正向二極管導(dǎo)通，其正向電阻逐漸減小，直到RF=2R５，振蕩穩(wěn)定。B.三角波方波發(fā)生器左邊的運(yùn)放構(gòu)成一個(gè)遲滯比較器，在比較器的輸出端引入限流電阻Ｒ和兩個(gè)雙向穩(wěn)壓管組成了方波發(fā)生電路，生成的方波經(jīng)過(guò)右邊的積分電路，生成三角波，而它又經(jīng)過(guò)遲滯比較器生成方波，如此周而復(fù)始。三）.實(shí)驗(yàn)小結(jié)：本次實(shí)驗(yàn)基本知識(shí)還是運(yùn)放，只不過(guò)是有運(yùn)放深化為遲滯比較器和積分電路，掌握基本才是關(guān)鍵?！耧@示譯碼器和數(shù)碼管的應(yīng)用一）.實(shí)驗(yàn)?zāi)康模赫莆蘸诵钠骷?4LS47（BCD碼到七段顯示譯碼器），74LS48七段譯碼器/驅(qū)動(dòng)器，七段LED數(shù)碼管的工作原理及應(yīng)用。二）.實(shí)驗(yàn)原理：74LS47:74LS47是BCD-7段數(shù)碼管譯碼器/驅(qū)動(dòng)器，74LS47的功能用于將BCD碼轉(zhuǎn)化成數(shù)碼塊中的數(shù)字,通過(guò)它解碼，可以直接把數(shù)字轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管的顯示數(shù)字。譯碼為編碼的逆過(guò)程。它將編碼時(shí)賦予代碼的含義“翻譯”過(guò)來(lái)。實(shí)現(xiàn)譯碼的邏輯電路成為譯碼器。譯碼器輸出與輸入代碼有唯一的對(duì)應(yīng)關(guān)系。74LS47是輸出低電平有效的七段字形譯碼器。引腳圖(1)LT：試燈輸入，是為了檢查數(shù)碼管各段是否能正常發(fā)光而設(shè)置的。當(dāng)LT=0時(shí)，無(wú)論輸入A3，A2，A1，A0為何種狀態(tài)，譯碼器輸出均為低電平，若驅(qū)動(dòng)的數(shù)碼管正常，是顯示8。(2)BI：滅燈輸入，是為控制多位數(shù)碼顯示的滅燈所設(shè)置的。BI=0時(shí)。不論LT和輸入A3，A2，A1，A0為何種狀態(tài)，譯碼器輸出均為高電平，使共陽(yáng)極7段數(shù)碼管熄滅。(3)RBI：滅零輸入，它是為使不希望顯示的0熄滅而設(shè)定的。當(dāng)對(duì)每一位A3=A2=A1=A0=0時(shí)，本應(yīng)顯示0，但是在RBI=0作用下，使譯碼器輸出全1。其結(jié)果和加入滅燈信號(hào)的結(jié)果一樣，將0熄滅。(4)RBO：滅零輸出，它和滅燈輸入BI共用一端，兩者配合使用，可以實(shí)現(xiàn)多位數(shù)碼顯示的滅零控制。74LS48:74LS48是輸出高電平有效的七段字形譯碼器。除了有實(shí)現(xiàn)7段顯示譯碼器基本功能的輸入（DCBA）和輸出（Qa～Qg）端外，7448還引入了燈測(cè)試輸入端（LT）和動(dòng)態(tài)滅零輸入端（RBI），以及既有輸入功能又有輸出功能的消隱輸入/動(dòng)態(tài)滅零輸出（BI/RBO）端。（1）7段譯碼功能（LT=1，RBI=1）在燈測(cè)試輸入端（LT）和動(dòng)態(tài)滅零輸入端（RBI）都接無(wú)效電平時(shí)，輸入DCBA經(jīng)7448譯碼，輸出高電平有效的7段字符顯示器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，顯示相應(yīng)字符。除DCBA=0000外，RBI也可以接低電平。（2）消隱功能（BI=0）此時(shí)BI/RBO端作為輸入端，該端輸入低電平信號(hào)時(shí)，無(wú)論LT和RBI輸入什么電平信號(hào)，不管輸入DCBA為什么狀態(tài)，輸出全為“0”，7段顯示器熄滅。該功能主要用于多顯示器的動(dòng)態(tài)顯示。（3）燈測(cè)試功能（LT=0）此時(shí)BI/RBO端作為輸出端，輸入低電平信號(hào)時(shí)，與DCBA輸入無(wú)關(guān)，輸出全為“1”，顯示器7個(gè)字段都點(diǎn)亮。該功能用于7段顯示器測(cè)試，判別是否有損壞的字段。（4）動(dòng)態(tài)滅零功能（LT=1，RBI=1）此時(shí)BI/RBO端也作為輸出端，LT端輸入高電平信號(hào)，RBI端輸入低電平信號(hào)，若此時(shí)DCBA=0000，輸出全為“0”，顯示器熄滅，不顯示這個(gè)零。DCBA≠0，則對(duì)顯示無(wú)影響。該功能主要用于多個(gè)7段顯示器同時(shí)顯示時(shí)熄滅高位的零。數(shù)碼管顯示管：共陽(yáng)極電路共陰極電路顯示器分段布局圖發(fā)光二極管構(gòu)成的七段顯示器有兩種，共陽(yáng)極與共陰極電路，如上圖所示，共陽(yáng)極就是把所有LED的陽(yáng)極連接到共同接點(diǎn)，而每個(gè)LED的陰極分別為a、b、c、d、e、f、g及dp（小數(shù)點(diǎn)）；共陰極則是把所有LED的陰極連接到共同接點(diǎn)，而每個(gè)LED的陽(yáng)極分別為a、b、c、d、e、f、g及dp（小數(shù)點(diǎn)）。LED分別與譯碼器各段相對(duì)應(yīng)，通過(guò)控制各個(gè)LED的亮滅來(lái)顯示數(shù)字。Proteus繪制圖形：三）.實(shí)驗(yàn)小結(jié)：本次試驗(yàn)是我掌握了核心器件74LS47（BCD碼到七段顯示譯碼器），74LS48七段譯碼器/驅(qū)動(dòng)器，七段LED數(shù)碼管的工作原理及應(yīng)用。但在選元器件時(shí)，要注意共陰極和共陽(yáng)極的區(qū)別?！翊?并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器一).實(shí)驗(yàn)?zāi)康模赫莆蘸诵钠骷?4LS164八位串入/并出移位寄存器、八位并入并出移位寄存器（兩個(gè)74LS194）、九進(jìn)制計(jì)數(shù)器（74LS161）、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LS123、555定時(shí)器以及JK觸發(fā)器的工作原理及應(yīng)用。二）.實(shí)驗(yàn)原理：核心器件74LS164八位串入/并出移位寄存器、八位并入并出移位寄存器（兩個(gè)74LS194）、九進(jìn)制計(jì)數(shù)器（74LS161）、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LS123、555定時(shí)器以及JK觸發(fā)器的工作原理及應(yīng)用。74LS164是中規(guī)模集成的８位移位寄存器，有兩個(gè)串行數(shù)據(jù)輸入端，實(shí)際輸入為兩個(gè)輸入的與。在應(yīng)用中，可利用一個(gè)輸入端作為串行數(shù)據(jù)輸入端的使能端。在3～6，10～13可得到8位并行數(shù)據(jù)輸出，同時(shí)在13端得到串行輸出。74LS194是四位雙向移位寄存器。當(dāng)Ｓ１Ｓ０＝00時(shí)，保持；Ｓ１Ｓ０＝01時(shí)，右移；Ｓ１Ｓ０＝10時(shí)，左移；Ｓ１Ｓ０＝11時(shí)，并行輸入。CLK為時(shí)鐘信號(hào)。當(dāng)輸入串行數(shù)據(jù)位HHLL