電子制作課程設計實踐報告

1、實踐報告 學院： 自動化工程學院 班級： 2012153 姓名： 徐建紅 學號： 20122600 2014年7月一、 實驗目的學生通過上機操作，掌握利用Proteus ISIS進行電路原理圖設計的方法；掌握利用原理圖元件庫編輯器創(chuàng)建新元件的方法；了解利用Proteus ARES進行印刷電路板圖設計的方法；了解利用PCB元件庫編輯器創(chuàng)建新的PCB元件的方法；掌握利用Proteus進行模擬電子實驗和數(shù)字電子仿真實驗的方法，利用其中自帶的虛擬儀器進行電路的仿真。學習掌握MCS-51單片機的結(jié)構(gòu)和原理，Keil C51的編程，Keil和Proteus的聯(lián)合調(diào)試，利用Proteus和Keil C實現(xiàn)A

2、D和DA部分的電子及編程設計。少部分同學，可自行進一步學習與掌握Proteus ARES，以實現(xiàn)從電路原理圖到印刷電路板PCB設計的轉(zhuǎn)換和使用方法。能熟練運用Proteus進行電路原理圖和印刷電路板圖綜合設計，提高綜合應用能力及獨立解決實際問題的能力。利用Proteus實現(xiàn)6個電子制作課程設計項目：二、 實驗內(nèi)容1555定時器：設計原理555定時器工作原理；A。555定時器外接一個電容充放電電路即可構(gòu)成一個無穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器；B。555定時器單穩(wěn)態(tài)電路實現(xiàn)；C。555定時器救護車變音警笛電路的實現(xiàn)。NE555是屬于555系列的計時IC的其中的一種型號，555系列IC的接腳功能及運用都是相容的，只

3、是型號不同的因其價格不同其穩(wěn)定度、省電、可產(chǎn)生的振蕩頻率也不大相同；而555是一個用途很廣且相當普遍的計時IC，只需少數(shù)的電阻和電容，便可產(chǎn)生數(shù)位電路所需的各種不同頻率之脈波訊號。它的特點如下：只需簡單的電阻器、電容器，即可完成特定的振蕩延時作用。其延時范圍極廣，可由幾微秒至幾小時之久；它的操作電源范圍極大，可與TTL，CMOS等邏輯電路配合，也就是它的輸出電平及輸入觸發(fā)電平，均能與這些系列邏輯電路的高、低電平匹配；其輸出端的供給電流大，可直接推動多種自動控制的負載；它的計時精確度高、溫度穩(wěn)定度佳，且價格便宜。各引腳功能如下：Pin 1 (接地) -地線(或共同接地) ，通常被連接到電路共同接

4、地。Pin 2 (觸發(fā)點) -這個腳位是觸發(fā)NE555使其啟動它的時間周期。觸發(fā)信號上緣電壓須大于2/3 VCC，下緣須低于1/3 VCC 。Pin 3 (輸出) -當時間周期開始555的輸出腳位，移至比電源電壓少1.7伏的高電位。周期的結(jié)束輸出回到O伏左右的低電位。于高電位時的最大輸出電流大約200 mA 。Pin 4 (重置) -一個低邏輯電位送至這個腳位時會重置定時器和使輸出回到一個低電位。它通常被接到正電源或忽略不用。Pin 5 (控制) -這個接腳準許由外部電壓改變觸發(fā)和閘限電壓。當計時器經(jīng)營在穩(wěn)定或振蕩的運作方式下,這輸入能用來改變或調(diào)整輸出頻率。Pin 6 (重置鎖定) - Pi

5、n 6重置鎖定并使輸出呈低態(tài)。當這個接腳的電壓從1/3 VCC電壓以下移至2/3 VCC以上時啟動這個動作。Pin 7 (放電) -這個接腳和主要的輸出接腳有相同的電流輸出能力，當輸出為ON時為LOW，對地為低阻抗，當輸出為OFF時為HIGH，對地為高阻抗。Pin 8 (V +) -這是555個計時器IC的正電源電壓端。供應電壓的范圍是+4.5伏特(最小值)至+16伏特(最大值)。多諧振蕩器多諧振蕩器又稱為無穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它沒有穩(wěn)定的輸出狀態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)。在電路處于某一暫穩(wěn)態(tài)后，經(jīng)過一段時間可以自行觸發(fā)翻轉(zhuǎn)到另一暫穩(wěn)態(tài)。兩個暫穩(wěn)態(tài)自行相互轉(zhuǎn)換而輸出一系列矩形波。多諧振蕩器可用作方波發(fā)生器。如

6、圖1所示，接通電源后，假定是高電平，則T截止，電容C充電。按指數(shù)規(guī)律上升，當上升到時（TH、端電平大于），輸出翻轉(zhuǎn)為低電平。是低電平，T導通，C放電，按指數(shù)規(guī)律下降，當下降到時（TH、端電平小于），輸出翻轉(zhuǎn)為高電平，放電管T截止，電容再次充電，如此周而復始，產(chǎn)生振蕩，經(jīng)分析可得：輸出高電平時間 T=(R1+R2)Cln2；輸出低電平時間T=R1Cln2，振蕩周期 T=(R2+2R1)Cln2單穩(wěn)態(tài)電路單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器只有一個穩(wěn)態(tài)狀態(tài)。在未加觸發(fā)信號之前，觸發(fā)器處于穩(wěn)定狀態(tài)，經(jīng)觸發(fā)后，觸發(fā)器由穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)為暫穩(wěn)狀態(tài)，暫穩(wěn)狀態(tài)保持一段時間后，又會自動翻轉(zhuǎn)回原來的穩(wěn)定狀態(tài)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一般用于延時和脈沖

7、整形電路。如圖2所示，接通電源后，未加負脈沖，而C充電，上升，當時，電路輸出為低電平，放電管T導通，C快速放電，使 = 0。這樣，在加負脈沖前， 為低電平， = 0，這是電路的穩(wěn)態(tài)。在t = t0時刻 負跳變（ 端電平小于 ），而 = 0（TH端電平小于 ），所以輸出 翻為高電平，T截止，C充電。 按指數(shù)規(guī)律上升。t = t1時， 負脈沖消失。t = t2時 上升到 （此時TH端電平大于 ， 端電平大于 ），又自動翻為低電平。在 這段時間電路處于暫穩(wěn)態(tài)。t > t2，T導通，C快速放電，電路又恢復到穩(wěn)態(tài)。由分析可得：輸出正脈沖寬度 tW = 1.1RCProteus繪制電路圖見附圖555

8、多諧振蕩電路；555單穩(wěn)態(tài)電路；555警笛電路。仿真結(jié)論多諧振蕩電路的計算；輸出高電平時間 T=(R1+R2)Cln2；輸出低電平時間T=R1Cln2，振蕩周期 T=(R2+2R1)Cln2.仿真運行，示波器觀察方波和單穩(wěn)態(tài)波形如圖所示： 單穩(wěn)態(tài)電路仿真 多諧振蕩器電路仿真 警笛電路仿真小結(jié)體會通過對ne555定時器的實驗的相關(guān)完成，讓我掌握了關(guān)于這個定時器的工作原理，對此有了進一步的了解和認識。在完成這個試驗以后，也增強了我的滿足感，這對于完成接下來的實驗有了更好的信心與動力。對于其原理的認識，知道了555定時器在生活中也可以運用于多個方面的領域，例如：報警器，燈光的照明等等。這些原理讓我對

9、此也有了更深刻的了解。2.比例運算放大器掌握比例運算放大器LM324的原理及計算；電路特征和放大特性的掌握；虛擬表計的使用。LM324系列器件帶有差動輸入的四運算放大器。與單電源應用場合的標準運算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點。該四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的電源下，靜態(tài)電流為MC1741的靜態(tài)電流的五分之一。共模輸入范圍包括負電源，因而消除了在許多應用場合中采用外部偏置元件的必要性。每一組運算放大器可用圖1所示的符號來表示，它有5個引出腳，其中“+”、“-”為兩個信號輸入端，“V+”、“V-”為正、負電源端，“Vo”為輸出端。兩個信號輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運

10、放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相同。 LM324引腳排列 運算放大器反相交流放大器 原理電路圖如圖所示。此放大器可代替晶體管進行交流放大，可用于擴音機前置放大等。電路無需調(diào)試。放大器采用單電源供電，由R1、R2組成1/2V+偏置，C1是消振電容。放大器電壓放大倍數(shù)Av僅由外接電阻Ri、Rf決定：Av=-Rf/Ri。負號表示輸出信號與輸入信號相位相反。按圖中所給數(shù)值，Av=-10。此電路輸入電阻為Ri。一般情況下先取Ri與信號源內(nèi)阻相等，然后根據(jù)要求的放大倍數(shù)在選定Rf。Co和Ci為耦合電容。 同相交流放大器原理電路圖如

11、圖所示。同相交流放大器的特點是輸入阻抗高。其中的R1、R2組成1/2V+分壓電路，通過R3對運放進行偏置。電路的電壓放大倍數(shù)Av也僅由外接電阻決定：Av=1+Rf/R4，電路輸入電阻為R3。R4的阻值范圍為幾千歐姆到幾十千歐姆。Proteus繪制電路圖見附圖反相比例運算放大器和同相比例運算放大器。仿真結(jié)論畫出實驗波形；比較兩種比例運算放大器的電路特征和放大特性。 反相比例運算放大實驗波形圖 同相比例運算放大實驗波形圖在同相比例運算放大器實驗中，輸出Uo=（1+Rf/R1）Ui，R2=R1/Rf；在反相比例運算放大器實驗中，輸出Uo=（-Rf/R1）Ui, R2=R1/Rf。改變Rf或R1的值能

12、改變波形。小結(jié)體會通過對這個實驗的制作過程，從畫電路圖到仿真運行，讓我再次對同相比例運算放大器和反相比例運算放大器有了更深刻的理解。根據(jù)運算放大器的特點：虛短和虛斷，能容易的得出運放的比例系數(shù)，從而進一步了解其原理特性。3.波形發(fā)生器設計原理學習用集成運放構(gòu)成正弦波、方波和三角波發(fā)生器；學習波形發(fā)生器的調(diào)整和主要性能指標的測試方法。波形發(fā)生器的工作原理： 如圖所示，當電路接通電源以后，由于運算放大器輸入端的瞬時電壓不為零，運算放大器的輸出端與同相輸入端的正反饋特性使輸出端的電壓不能維持在等于零的狀態(tài)，而只能以運算放大器的極限運行速度翻轉(zhuǎn)到電源電壓的正極或者負極。假設此時運算放大器輸出端的電壓為

13、正，同相輸入端的正向門限電壓Um+也隨之變化到+6V的位置。輸出端的正電壓通過R3向電容充電，電容C的電壓從零開始上升。當電容兩端的電壓上升到超過Um+的時候，運算放大器的正反饋回路就使輸出端的電壓以運放的極限速度翻轉(zhuǎn)到電源電壓的負極。此時同相輸入端的電壓Um-也隨之變化到-6V的位置。輸出端的負電壓又通過R3給電容放電，電容C的電壓又從Um+開始下降。當電容兩端的電壓下降到低于Um-的時候，運算放大器輸出端的電壓又翻轉(zhuǎn)到電源電壓的正極。此時同相輸入端的反向門限電壓也隨之變化到Um+的位置。新的震蕩循環(huán)又重新開始。波形頻率與元件參數(shù)的關(guān)系：由于電容電壓的變化速率與電容量成反比，所以，電容電壓變

14、化到回差電壓門限值的時間也與電容量成反比，調(diào)整電容量就可以調(diào)整波形發(fā)生器的頻率。由于電容電壓的變化速率與充放電電流成正比，所以，電容電壓變化到回差電壓門限值的時間與充放電電阻R3成反比，調(diào)整R3的阻值就可以調(diào)整波形發(fā)生器的頻率。由于電容電壓變化到回差電壓門限值的時間與回差電壓門限值成反比，所以，調(diào)整回差電壓門限值就可以調(diào)整波形發(fā)生器的頻率。波形發(fā)生器的輸出端輸出一個方波。由于通過R給電容C充電的電流不是恒定值，運算放大器的反相輸入端輸出一個不規(guī)則同步的三角波。Proteus繪制電路圖見附圖RC橋式正弦波振蕩器，三角波方波發(fā)生器。仿真結(jié)論正弦波分析RC振蕩器的振幅條件RC振蕩器的振幅條件是（R3

15、+R5+RW）/R5>3。震蕩期間（R3+R5+RW）/R5=3。分析二極管D1、D2的穩(wěn)幅作用：如圖14所示電路中，RF分為兩部分。在RF1上正反并聯(lián)兩個二極管，它們在輸出電壓uO的正負半周內(nèi)分別導通。在起振之初，由于 uo 幅值很小，尚不足以使二極管導通，正向二極管近于開路。此時， RF >2 R1。而后，隨著振蕩幅度的增大，正向二極管導通，其正向電阻逐漸減小，直到RF=2 R1，振蕩穩(wěn)定。 分析二極管D1、D2的穩(wěn)幅作用電路圖輸出方波的幅值由穩(wěn)壓管決定，被限制在-Vz到+Vz之間；電路的振蕩頻率：f=R4/(RV1+R2)；方波的幅值：V0=+Vz和-Vz；三角波的幅值：V0

16、=(R2/R4)VzRC橋式正弦波振蕩器產(chǎn)生的波形圖如圖15所示，隨著RW阻值的改變，失真情況逐漸明顯。 RC橋式正弦波振蕩器仿真 三角波方波發(fā)生器仿真電路小結(jié)體會通過這個實驗我掌握了如何操作來使波形發(fā)生器輸出波形，它一般是由DA轉(zhuǎn)換器定時輸出電壓，有一系列包含波形輸出點的電壓信息輸出一個完整的電壓波形。這次試驗讓我對其有了進一步的了解。4.顯示譯碼器和數(shù)碼管的應用設計原理主要掌握：核心器件74LS47（BCD碼到七段顯示譯碼器）、 74LS48七段譯碼器/驅(qū)動器、七段LED數(shù)碼管的工作原理及應用；譯碼器是組合邏輯電路的一個重要的器件，其可以分為：變量譯碼和顯示譯碼兩類。顯示譯碼主要解決二進制

17、數(shù)顯示成對應的十、或十六進制數(shù)的轉(zhuǎn)換功能，一般其可分為驅(qū)動LED和驅(qū)動LCD兩類。數(shù)碼管是一種半導體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管。數(shù)碼管按段數(shù)可分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個發(fā)光二極管單元（多一個小數(shù)點顯示）；按能顯示多少個“8”可分為1位、2位、3位、4位、5位、6位、7位等數(shù)碼管；譯碼器的工作原理：譯碼器是一種具有“翻譯”功能的邏輯電路，這種電路能將輸入二進制代碼的各種狀態(tài)，按照其原意翻譯成對應的輸出信號。有一些譯碼器設有一個和多個使能控制輸入端，又成為片選端，用來控制允許譯碼或禁止譯碼。BCD碼到七段顯示譯碼器電路中，LED數(shù)碼管將顯示與BCD碼對應的十進制

18、數(shù)09。因為顯示譯碼器電路輸出高電平，所以應該采用共陰極LED數(shù)碼管。LED數(shù)碼管（LED Segment Displays）是由多個發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個筆劃，公共電極。LED數(shù)碼管常用段數(shù)一般為7段有的另加一個小數(shù)點，還有一種是類似于3位“+1”型。位數(shù)有半位，1，2，3，4，5，6，8，10位等等，LED數(shù)碼管根據(jù)LED的接法不同分為共陰和共陽兩類。數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動電路來驅(qū)動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼

19、管的每一個段碼都由一個單片機的I/O端口進行驅(qū)動，或者使用如BCD碼二-十進制譯碼器譯碼進行驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用I/O端口多，如驅(qū)動5個數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5×8=40根I/O端口來驅(qū)動，要知道一個89S51單片機可用的I/O端口才32個呢：），實際應用時必須增加譯碼驅(qū)動器進行驅(qū)動，增加了硬件電路的復雜性。動態(tài)顯示驅(qū)動，數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨

20、立的I/O線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是哪個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的COM端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。Proteus繪制電路圖見附圖譯碼數(shù)碼管顯示01和02。仿真結(jié)論 滅零及數(shù)碼顯示功能小結(jié)體會這次試驗讓我知道了LED譯碼顯示器可根據(jù)LED的公共極是陽極還是陰極分為兩類譯碼器，即針對共陽極的低電平有效的譯碼器；針對共陰極LED的高電平輸出有效的譯碼器。74LS48是輸出高電平有效的

21、譯碼器，74LS47是輸出低電平有效的七段字形譯碼器。實驗讓我學會了很多知識。5.ADC0808和DAC0832的應用設計設計原理主要掌握：學習和掌握ADC0808和DAC0832的工作原理與編程；MCS-51單片機基本原理；Keil C51類C語言的編程（有參考程序提供給學生）；Keil和Proteus聯(lián)調(diào)的方法等。ADC0808是采樣分辨率為8位的、以逐次逼近原理進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。其內(nèi)部有一個8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8路模擬輸入信號中的一個進行A/D轉(zhuǎn)換。ADC0808是ADC0809的簡化版本，功能基本相同。一般在硬件仿真時采用ADC0808進行A/D

22、轉(zhuǎn)換，實際使用時采用ADC0809進行A/D轉(zhuǎn)換。ADC0808是CMOS單片型逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，它有8路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關(guān)樹型A/D轉(zhuǎn)換器。ADC0808引腳功能：15和2628（IN0IN7）：8路模擬量輸入端。8、14、15和1721：8位數(shù)字量輸出端。22（ALE）：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。6（START）： A/D轉(zhuǎn)換啟動脈沖輸入端，輸入一個正脈沖（至少100ns寬）使其啟動（脈沖上升沿使0809復位，下降沿啟動A/D轉(zhuǎn)換）。7（EOC）： A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，當A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸出一個高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。9（OE）

23、：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。當A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。10（CLK）：時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高于640KHZ。12（VREF（+）和16（VREF（-）：參考電壓輸入端11（Vcc）：主電源輸入端。13（GND）：地。2325（ADDA、ADDB、ADDC）：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路。DAC0832是8分辨率的D/A轉(zhuǎn)換集成芯片。與微處理器完全兼容。這個DA芯片以其價格低廉、接口簡單、轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點，在單片機應用系統(tǒng)中得到廣泛的應用。D/A轉(zhuǎn)換器由8位輸入鎖存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換控

24、制電路構(gòu)成。DAC0832結(jié)構(gòu):D0D7：8位數(shù)據(jù)輸入線，TTL電平，有效時間應大于90ns(否則鎖存器的數(shù)據(jù)會出錯)；ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號輸入線，高電平有效；CS：片選信號輸入線（選通數(shù)據(jù)鎖存器），低電平有效；WR1：數(shù)據(jù)鎖存器寫選通輸入線，負脈沖（脈寬應大于500ns）有效。由ILE、CS、WR1的邏輯組合產(chǎn)生LE1，當LE1為高電平時，數(shù)據(jù)鎖存器狀態(tài)隨輸入數(shù)據(jù)線變換，LE1的負跳變時將輸入數(shù)據(jù)鎖存；XFER：數(shù)據(jù)傳輸控制信號輸入線，低電平有效，負脈沖（脈寬應大于500ns）有效；WR2：DAC寄存器選通輸入線，負脈沖（脈寬應大于500ns）有效。由WR2、XFER的邏輯組合產(chǎn)生L

25、E2，當LE2為高電平時，DAC寄存器的輸出隨寄存器的輸入而變化，LE2的負跳變時將數(shù)據(jù)鎖存器的內(nèi)容打入DAC寄存器并開始D/A轉(zhuǎn)換。IOUT1：電流輸出端1，其值隨DAC寄存器的內(nèi)容線性變化；IOUT2：電流輸出端2，其值與IOUT1值之和為一常數(shù)；Rfb：反饋信號輸入線，改變Rfb端外接電阻值可調(diào)整轉(zhuǎn)換滿量程精度；Vcc：電源輸入端，Vcc的范圍為+5V+15V；VREF：基準電壓輸入線，VREF的范圍為-10V+10V；AGND：模擬信號地；DGND：數(shù)字信號地。根據(jù)對DAC0832的數(shù)據(jù)鎖存器和DAC寄存器的不同的控制方式，DAC0832有三種工作方式：直通方式、單緩沖方式和雙緩沖方式。DAC0832引腳功能電路應用原理圖DAC0832是采樣頻率為八位的D/A轉(zhuǎn)換芯片，集成電路內(nèi)有兩級輸入寄存器，使DAC0832芯片具備雙緩沖、單緩沖和直通三種輸入方式，以便適于各種電路的需要(如要求多路D/A異步輸入、同步轉(zhuǎn)換等)。Proteus繪制電路圖見附圖ADC0808和DAC0832鋸齒波。仿真結(jié)論仿真運行，觀察可調(diào)電阻分壓的讀數(shù)；示波器觀察鋸齒波輸出等。 ADC0808顯示圖 DAC0832鋸齒波顯示圖小結(jié)體會通過這次試驗讓我了解了通過電路圖仿真的實驗，掌握ADC0808和