电子制作实践报告

实践报告学院：自动化工程学院班级：姓名：学号：2013 年 7 月一、设计目的通过上机操作，掌握利用Proteus ISIS进行电路原理图设计的方法；掌握利用原理图元件 库编辑器创建新元件的方法；了解利用 Proteus ARES 进行印刷电路板图设计的方法；了解利用 PCB元件库编辑器创建新的PCB元件的方法；掌握利用Proteus进行模拟电子实验和数字电子仿 真实验的方法，利用其中自带的虚拟仪器进行电路的仿真。学习掌握 MCS-51 单片机的结构和原理， KeilC51 的编程， Keil 和 Proteus 的联合调试，利 用Proteus和Keil C实现AD和DA部分的电子及编程设计。二、设计内容555 定时器一) .实验目的：掌握555定时器的内部结构及原理，并利用 555定时器实现555多谐振荡 器、555定时器单稳态电路、555 警笛电路。二) .实验原理：555 定时器的电路结构如上图：555 集成定时器由五部分构成：分压器、比较器、基本 RS 触发器、晶体管开关和输出 缓冲器。1分压器：有三个阻值为5K的电阻串联起来构成分压器，为比较器提供两个参考电压。比较器C1的同向输入端U+= (2/3) Vcc，比较器C2的反向输入端U-= (1/3) Vcc。CO端为外加电压控制端。通过该端的外加电压Vco可改变Cl、C2的参考电压。工作中不用CO端时，一般CO端都 通过一个O.OluF的电容接地，以旁路高频干扰。2比较器：555有两个完全相同的高精度电压比较器C1和C2。当U+U-时，比较器输出高电平 (uo=Vcc)；当U+U-时，比较器输出低电平(uo=0)。比较器的输入端基本上不向外电路索取 电流，其输入电阻可视为无穷大。 ?3基本RS触发器：由两个与非门Gl、G2组成基本RS触发器。两个比较器的输出信号uoi和 uo2决定触发器的输出端状态。R=0时，RS触发器维持原状态不变。4.晶体管开关：由V管构成。当基极为低电平时，V管截止；当基极为高电平时，V管饱和导通， 起到开关的作用。 ?5.输出缓冲器：由非门G4组成，用于增大对负载的驱动能力和隔离负载对555基本RS触发器： 由两个与非门Gl、G2组成基本RS触发器。两个比较器的输出信号uol和uo2决定触发器的输出 端状态。 R=0 时， RS 触发器维持原状态不变。各个引脚功能如下：1脚：外接电源负端或接地，一般情况下接地。2脚：触发输入3脚：输出端Vo4脚：直接清零端。当此端接低电平，则时基电路不工作，电路输出为“0”，该端不用 时应接高电平。5脚：VC为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该 端不用时，应将该端串入一只 0.01 “ F电容接地，以防引入干扰。6脚：阈值输入7脚：放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。8脚：外接电源VCC。A. 555定时器组成单稳态电路: 出状态由低电平跳到高电平，电路进入暂稳态，放电三极管T截止。电容充电至（2/3） Vcc时， Vo由高电平转为低电平，T导通，电容C放电，电路返回到稳定状态，电路波形如右图所示。vi 没有触发信号时Vi处于高电平，如果接通电源后Q=0, Vo=放电，使Vc=0, Vo保持低电平不变。如果接通电源后Q= 过电阻R向电容C充电，当Vc上升到(2/3) Vcc时，由于V 为低电平。此时放电三极管T导通，电容C放电，Vo为低电平。因此，电路 信号时，电路只有一种稳定状态Vo=0。若触发输入端施加触发信Ovo)-T导通，由电容通过放由三极管 T 1，放电三极管T就会截止，电容通 R=P，b=1,，锁存 器置U, Vo，导通1，放电:ttiW(l/3) Vcc,，电路的输twF.lRCProteus绘制图形：B. 555 多谐振荡器：接通电源后，电容C被充电，当Vc上升到（2/3） Vcc时，使Vo为低电平，同时放电三极管T 导通，此时电容C通过R 2和T放电，Vc下降。当Vc下降到（1/3） Vcc时，Vo翻转为高电平。 电容器C放电所需时间为当放电结束后，T截止，Vcc将通过Rl、R2向电容器C充电，Vc由（1/3） Vcc上升到（2/3） Vcc 所需时间为 Tph0.7 （R1+R2） C当 Vc 上升到（2/3） Vcc 时，电路又翻转为低电平。如此周而复始，在电路的输出端就得到一个 周期性的矩形波。电路的工作波如右图所示。其振荡频率为：f = 心Proteus绘制图形：C. 555 警笛电路555 警笛电路是由两个 555 多谐振荡器组成的。一个为振荡电路，一个为报警器发生电路. 振荡电路:当接通电源后，T截止，电源通过R2、R3向电容C2充电，经过一段时间后，电容两端的电 压达到高电平，而这时T导通，电容C2通过点阻R2放电，一段时间后，电容两端的电压变回原 来状态，随即T又截止，电容C1又开始充电。如此周而复始，重复上述的过程，输出端得到矩 形波电压。报警器发生电路模块：电阻R1改变了参考电平，由IC1的3脚输出的高低电平通过IC2的5脚控制报警声的频率。 多谐振荡器的振荡频率由R5、R6与C4的数值决定，本电路约为860Hz。调整R5、R6及C4的数 值，可得到所需要的振荡频率和报警声。Proteus绘制图形： 三）.实验小结：本次设计555定时器的相关实验，再次巩固了数电中 555定时器的原理及管脚分配，并用两 个 555 做成了 555 警笛声，进一步了解了 555 定时器的相关应用。但在实验中要注意元器件的正 确选择。比例运算放大器一) 实验目的：掌握比例运算放大器LM324的原理及计算、电路特征和放大特性的掌握、虚 拟表计的使用。二) 实验原理：LM324 的原理:LM324 是四运放集成电路，它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外， 四组运放相互独立。“ + ”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，即4 脚与11脚分别接正负电源端，1脚“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-(-)为反相输入 端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相反；Vi+ ( + )为同相输入端，表示运放输出 端 Vo 的信号与该输入端的相位相同。A. 反相比例运算放大器：Proteus绘制图形：反相端为虚地点，即Vn=0,由虚短和虚断的概念可得，=即 Vo= - XVi电压增益：Av=-Rf为可变电阻,可任意调整电压放大的倍数。电路特征和放大特性为：输入电阻大，输出电阻 小，可以调节放大倍数，负号表示反相。B. 同相比例运算放大器：Proteus绘制图形：如上图，由虚短和虚断的概念可得， =即 Vo=(1+)XVi电压增益： Av=1+Rf为可变电阻,可任意调整电压放大的倍数。电路特征和放大特性为：输入电阻大，输出电阻 小，可以调节放大倍数。正号表示同相。三) . 实验小结：本次试验让我很好的掌握了模电中的运算放大器，并根据运放的原理，设计了同相与反相的 放大比例运算。波形发生器一) .实验目的：学习用集成运放构成正弦波、方波和三角波发生器；学习波形发生器的调整和 主要性能指标的测试方法。二) .实验原理：LM324 的原理LM324 是四运放集成电路，它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外， 四组运放相互独立。“ + ”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，即4 脚与11脚分别接正负电源端，1脚“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-(-)为反相输入 端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相反；Vi+ ( + )为同相输入端，表示运放输出 端 Vo 的信号与该输入端的相位相同。A.RC 桥式振荡器：正弦波振荡电路必须由放大电路、选频网络、反馈网络和稳幅电路四个基本部分组成。正弦 波振荡电路就是一个没有输入信号的带选频网络的正反馈放大电路。Proteus绘制图形：1放大电路: 放大信号2. RC选频网络：输入的信号含有各次频率分量，选频网络对于其中的谐振频率分量呈现出低阻 特性，而对其他分量呈现高阻抗，信号可以保持较少的幅值衰减通过选频网络，而其他信号则被 选频网络抑制。自激振荡的条件： AF=1振幅平衡条件：|AF =1 相位平衡条件： 化+件= 2n兀相位条件意味着振荡电路必须是正反馈；幅度条件表明反馈放大器要产生自激振荡，还必须有足 够的反馈量(可以通过调整放大倍数 A 或反馈系数 F 达到)。起振及稳幅振荡的过程：设： U 是振荡电路输出电压的幅度， B 是要求达到的输出电压幅度。o起振时U ? 0,达到稳定振荡时U =B。oo起振过程中U B,要求?AF ? 1，一般应选取R略大2RouF5可使输出电压的幅度不断增大。稳定振荡时u = B，要求?AF ? = 1,ou使输出电压的幅度得以稳定。从?AF ? 1到?AF ? = 1,就是自激振荡建立的过程。uu起始信号的产生：在电源接通时，会在电路中激起一个微小的扰动信号，它是个非正弦信号，含 有一系列频率不同的正弦分量。3. 反馈网络: 必须是正反馈，反馈信号即是放大电路的输入信号4稳幅电路：稳幅分为两部分。在R上正反并联两个二极管，它们在输出电压Vo的正负半周4内分别导通。在起振之初，由于 u 幅值很小，尚不足以使二极管导通，正向二极管近于开路，o此时，R2R。而后，随着振荡幅度的增大，正向二极管导通，其正向电阻逐渐减小，直到R=2F1FR ，振荡稳定。5B.三角波方波发生器左边的运放构成一个迟滞比较器，在比较器的输出端引入限流电阻R和两个双向稳压管组成了方 波发生电路，生成的方波经过右边的积分电路，生成三角波，而它又经过迟滞比较器生成方波， 如此周而复始。三）.实验小结：本次实验基本知识还是运放，只不过是有运放深化为迟滞比较器和积分电路，掌握基本才是 关键。显示译码器和数码管的应用一）.实验目的：掌握核心器件 74LS47（BCD 码到七段显示译码器）， 74LS48 七段译码器/驱动 器，七段 LED 数码管的工作原理及应用。二）.实验原理：74LS47:74LS47是BCD-7段数码管译码器/驱动器，74LS47的功能用于将BCD码转化成数码块中的数字， 通过它解码，可以直接把数字转换为数码管的显示数字。译码为编码的逆过程。它将编码时赋予 代码的含义“翻译”过来。实现译码的逻辑电路成为译码器。译码器输出与输入代码有唯一的对 应关系。74LS47是输出低电平有效的七段字形译码器。引脚图（1）LT：试灯输入，是为了检查数码管各段是否能正常发光而设置的。当LT=0时，无论输入A3 , A2，A1，A0为何种状态，译码器输出均为低电平，若驱动的数码管正常，是显示8。（2）BI：灭灯输入，是为控制多位数码显示的灭灯所设置的。BI=0时。不论LT和输入A3，A2， Al, A0为何种状态，译码器输出均为高电平，使共阳极7段数码管熄灭。（3）RBI :灭零输入，它是为使不希望显示的0熄灭而设定的。当对每一位A3= A2 =A1 =A0=0时， 本应显示0,但是在RBI=0作用下，使译码器输出全1。其结果和加入灭灯信号的结果一样，将 0熄灭。（4）RB0:灭零输出，它和灭灯输入BI共用一端，两者配合使用，可以实现多位数码显示的灭零 控制。74LS48:74LS48是输出高电平有效的七段字形译码器。除了有实现7段显示译码器基本功能的输入 （DCBA）和输出（QaQg）端外，7448还引入了灯测试输入端（LT）和动态灭零输入端（RBI）， 以及既有输入功能又有输出功能的消隐输入/动态灭零输出（BI/RB0）端。（1）7 段译码功能（LT=1，RBI=1）在灯测试输入端（LT）和动态灭零输入端（RBI）都接无效电平时，输入DCBA经7448译码，输 出高电平有效的7段字符显示器的驱动信号，显示相应字符。除DCBA=0000外，RBI也可以接低 电平。（2）消隐功能（BI=0）此时BI/RBO端作为输入端，该端输入低电平信号时，无论LT和RBI输入什么电平信号，不管输 入DCBA为什么状态，输出全为“0”，7段显示器熄灭。该功能主要用于多显示器的动态显示。（3）灯测试功能（LT=0）此时BI/RBO端作为输出端，输入低电平信号时，与DCBA输入无关，输出全为“ 1”，显示器7 个字段都点亮。该功能用于7段显示器测试，判别是否有损坏的字段。（4）动态灭零功能（LT=1，RBI=1） ?此时BI/RBO端也作为输出端,LT端输入高电平信号，RBI端输入低电平信号，若此时DCBA=0000， 输出全为“0”，显示器熄灭，不显示这个零DCBAH0,则对显示无影响。该功能主要用于多个 7段显示器同时显示时熄灭高位的零。数码管显示管：发光二极管构成的七段显示器有两种，共阳极与共阴极电路，如上图所示，共阳极就是把所 有LED的阳极连接到共同接点com,而每个LED的阴极分别为a、b、c、d、e、f、g及dp （小数 点）；共阴极则是把所有LED的阴极连接到共同接点com，而每个LED的阳极分别为a、b、c、d、 e、f、g及dp （小数点）。LED分别与译码器各段相对应，通过控制各个LED的亮灭来显示数字。Proteus绘制图形：三）.实验小结：本次试验是我掌握了核心器件74LS47 （BCD码到七段显示译码器），74LS48七段译码器/驱动 器，七段 LED 数码管的工作原理及应用。但在选元器件时，要注意共阴极和共阳极的区别。串/并行数据转换器一）.实验目的：掌握核心器件74LS164八位串入/并出移位寄存器、八位并入并出移位寄存器（两 个74LS194）、九进制计数器（74LS161）、单稳态触发器74LS123、555定时器以及JK触发器 的工作原理及应用。二）. 实验原理：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（两个74LS194）、九 进制计数器（74LS161）、单稳态触发器74LS123、555定时器以及JK触发器的工作原理及应用。74LS164是中规模集成的8位移位寄存器，有两个串行数据输入端，实际输入为两个输入的与。 在应用中，可利用一个输入端作为串行数据输入端的使能端。在36, 1013可得到8位并行 数据输出，同时在13端得到串行输出。74LS194是四位双向移位寄存器。当SS=00时，保持；S】S=01时，右移；SS=10 时，左移；SS = 11时，并行输入。CLK为时钟信号。当输入串行数据位HHLLHHLLHHHHHLLLHHHLHHHHLLLLHHF时，LED输出如下图：三）. 实验小结：通过本次实验掌握了核心器件74LS164八位串入/并出移位寄存器、八位并入并出移位寄存 器（两个74LS194）、单稳态触发器74LS123、555定时器以及JK触发器的工作原理及应用。ADC0808与DAC0832的应用设计一）.实验目的：学习和掌握ADC0808和DAC0832的工作原理与编程；MCS-51单片机基本原理：Keil C51类 C 语言的编程； Keil 和 Proteus 联调的方法等。二）.实验原理：AT89C51是单片机。ADC0808是模数转换器，DAC0832数模转换器。A.ADC0808ADC0808是模数转换器，输入的模拟信号通过它转换成数字信号，将其输入到AT89C51,由数 码显示管显示。如下图，电压表显示2.45V,数码管显示2500mV.Proteus绘制图形：B.DAC0832 锯齿波：DAC0832是数模转换器，AT89C51将数字信号发送到DAC0832，其将数字信号转化为模拟信号， 再经过运放，输出锯齿波。Proteus绘制图形：三）.实验小结：通过本次实验学习和了解了 ADC0808和DAC0832的工作原理与编程，为以后学习单片机奠定 了基础。三设计小结这次课程设计我学会使用了 proteus 软件，并利用此软件制作了六个内容，而且我有参与了 硬件的设计，让我更好的将硬件与软件结合起来，在这次课程设计中，我学到很多知识，并为以 后学习单片机奠定了一定的基础。