电路综合实习报告.docx
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电路综合实习报告
电路综合实习报告
姓名：
学号：
班级：
组别：
指导老师：
王巍，郝国成，王瑾，闻兆海，
张晓峰，王国洪，吴让仲,李杏梅
中国地质大学（武汉）
机械与电子信息学院
通信工程专业
一、函数发生器设计
1、实习内容及要求：
任务：
一个电路同时产生正弦波、三角波、方波。
①要求：
1）正弦波幅度不小于1V；
三角波不小于5V；
方波不小于14V；
2）频率可调，范围分为三段：
10HZ—100HZ；100HZ—1KHZ；1KHZ—10KHZ。
②主要性要求能：
1）输出信号的幅度准确稳定
2）输出信号的频率准确较稳定
2、所用仪器设备：
万用表，稳压电源，示波器，信号发生器，电烙铁，剪刀，镊子。
函数发生器设计电路图
3、设计方案
产生正弦波、方波、三角波的方案有多种，如先产生正弦波，然后通过整形电路将正弦波变换成方波，再由积分电路将方波变成三角波；也可以先产生三角波—方波，再将三角波变成正弦波或将方波变成正弦波。
将迟滞比较器与积分器首尾相连，构成方波-三角波产生器，然后将三角波用差动发达器变换为正弦波。
三角波→正弦波的变换主要有差分放大器来完成。
其设计框图如图：
4、调试过程与结果
1方波—三角波的调试
由于比较器A1与积分器A2组成正反馈闭环电路，同时输出方波与三角波，这两个单元电路可以同时安装。
需要注意的是，安装电位器RP1与RP2之前，要先将其调整到设计值，如设计举例题中，应先使RP1=10KΩ，RP2取（2.5~70）Ω内的任一阻值,否则电路可能会不起振.只要电路接线正确,上电后,U01的输出为方波,U02的输出为三角波,微调RP1,使三角波的输出幅度满足设计指标要求,调节RP2,则输出频率在对应波段内连续可变.
2正弦波调试
装调三角波-正弦波变换电路，其中差分放大器可利用课题三设计完成的电路。
电路的调试步骤如下：
经电容C4输入差模信号电压uid=500mV，fi=100Hz的正弦波。
调节RP4及电阻R*，使传输特性曲线对称。
再逐渐增大uid，直到传输特曲线形状如图3-73所示，记下此时对应的uid，即uidm值。
移去信号源，再将C4左端接地，测量差分放大器的静态工作点I0、Uc1、Uc2、Uc3、Uc4。
将RP3与C4连接，调节RP3使三角波的输出幅度经RP3后输出等于uidm值，这时U03的输出波形应接近正弦波，调整C6大小可以改善输出波形。
如果U03的波形出现如图1所示的几种正弦波失真，则应调整和修改电路参数，产生失真的原因及采取的相应措施有：
1钟形失真，如图1.2（a）所示，传输特性曲线的线性区太宽，应减小RE2。
②波圆顶或平顶失真，如图1.2（b）如示，传输特性曲线对称性差，工作点Q偏上或偏下，应调整电阻R*。
③非线性失真如图1.2（c）所示，三角波的线性度较差引起的非线性失真，主要受运放性能的影响。
可在输出端加滤波网络（如C6=0.1mF）改善输出
3、测试数据记录
在各个波形都不失真的情况下，得到下列测试结果：
初始值
电容大小
C1=10u
C2=1u
波形
峰峰值
频率
峰峰值
频率
方波
10.5V
20.8Hz
10.5V
18.8Hz
三角波
6.0V
20.8Hz
24.6V
18.8Hz
正弦波
0.58V
20.8Hz
0.58V
18.8Hz
（Vcc+=11.9VVcc-=-11.8V）
测量值
电容大小
C1=10u
C2=1u
波形
峰峰值范围
频率范围
峰峰值范围
频率范围
方波
10.5V
0.45~33Hz
10.5V
4.15~30.2Hz
三角波
5.5～16V
9.9~32.0Hz
16.0～45.0V
4.13~30.2Hz
正弦波
0.24～0.6V
10.5~32.0Hz
0.4～0.55V
50~30.2Hz
二、多功能数字钟设计
1、实习内容及要求
1）学习要求
掌握数字电路系统的设计方法、装调技术及数字钟的功能扩展电路的设计。
2）基本功能
准确计时；
以数字形式显示时、分、秒；
小时的计时要求为“24进制”，分、秒计时要求为60进制；
能够校正时间。
3）扩展功能
定时（闹时）控制，时间可自行设定；
仿广播电台整点报时；
报整点时数；
2、设计方案
1）数字钟组成系统框图
2）设计总体思路和原理
如上图所示，数字钟电路系统由主体电路和扩展电路两大部分组成。
其中主体电路完成数字钟的基本功能，扩展电路完成数字钟的扩展功能：
报时和定时功能。
该数字钟系统的工作原理是：
振荡器产生稳定的高频脉冲信号,作为数字钟的时间基准,然后经过分频器输出标准秒脉冲。
秒计数器满60后向分计数器进位,分计数器满60后向小时计数器进位,小时计数器按照“24翻1”规律计数。
计数器的输出分别经译码器送显示器显示。
计时出现误差时,可以用校时电路校时、校分。
各扩展电路必须在主体电路正常运行的情况下才能进行功能扩展。
3）主体部分设计
1、振荡电路（脉冲产生电路）
由555定时器产生1KHZ的矩形波经过3片74LS90分频后产生1HZ的方波脉冲，将该脉冲输入到秒个位的时钟脉冲输入端，即可使计数器工作。
计数脉冲产生电路
2、计数器
脉冲信号经过6级计数器，分别得到“秒”个位、十位，“分”个位、十位以及“时”个位、十位的计时。
“秒”、“分”计数器为60进制，小时为24进制。
（1）60进制计数器
数字钟的“分”和“秒”计数器均为模60的计数器，它们的个位都是十进制计数器，而十位则是六进制计数器，其计数规律为00->01->…->58->59->00…。
可选用74LS90作为“分”和“秒”的个位计数器，74LS92作为“分”和“秒”的十位计数器，其中，十位计数器将74LS92连接成模6计数器。
（2）24进制计数器
数字钟的“时”计数器为模24的计数器，其计数规律为00->01->…->22->23->00…，即当数字钟运行到23时59分59秒时，在下一个秒脉冲作用下，数字钟显示00时00分00秒。
同理，M=24<102,应选用2片74LS90，将其连接成模24计数器作为“时”计数器。
模60计数器
模24计数器
（3）显示电路
计数脉冲经过CD4511译码后变成7段显示码，使数码管显示相应数字，电路如下图所示：
显示电路
3、芯片引脚图
4、主体电路
4）扩展部分设计
（1）整点报时电路
要求是仿电台整点报时，每当数字钟计时到整点（或快要到整点时）发出音响，通常按照4低音1高音的顺序发出间断声响，以最后一声高音结束的时刻为整点时刻。
设4声低音（约500Hz）分别发生在59分51秒、53秒、55秒及57秒，最后一声高音（约1kHz）发生在59分59秒，它们的持续时间为1秒。
由此可见，分十位和个位计数器的状态分别为（QDQCQBQA）M2=0101，（QDQCQBQA）M2=1001；秒十位计数器的状态为（QDQCQBQA）S2=0101。
秒个位计数器QDS1的状态可用来控制1kHz和750Hz的音频。
表5列出了秒个位计数器的状态。
秒个位计数状态
CP/秒
QDS
QCS
QBS
QAS
功能
50
0
0
0
0
51
0
0
0
1
鸣低音
52
0
0
1
0
停
53
0
0
1
1
鸣低音
54
0
1
0
0
停
55
0
1
0
1
鸣低音
56
0
1
1
0
停
57
0
1
1
1
鸣低音
58
1
0
0
0
停
59
1
0
0
1
鸣高音
00
0
0
0
0
停
只有当QCM2QAM2=11,QDM1QAM1=11,QCS2QAS2=11及QAS1=1时，音响电路才能工作。
整点报时的电路如图5所示，这里采用的都是TTL与非门。
（2）定时控制电路
定时控制电路要求数字钟在规定的时刻驱动音响电路时行“闹时”，
要求时间准确，即信号的开始时间与持续时间必须满足规定的要求。
例如要求上午7点59分发出闹时信号，持续时间为1分钟。
7点59分对应数字钟的时十位计数器的状态为（QDQCQBQA）H2=0000，时个位计数器的状态为（QDQCQBQA）H1=0111，分十位计数器的状态为（QDQCQBQA）M2=0101，分个位计数器的状态为（QDQCQBQA）M1=1001。
若将上述计数器输出为“1”的所有输出端经过与门电路去控制音响电路，可以使音响电路正好在7点59分响，持续1分钟（即8点时）
三、多量程数字电压表
1.实习内容及要求
实验目的：
1.通过数字电压表的实习，了解各个芯片的工作的原理。
2.学习MCS51与ADC0809各个管脚的功能。
3.使用单片机﹑模数转换器﹑数码管等芯片来共同完成电压表的实现，学习各个芯片连接的软件实现以及硬件电路的连接。
实验要求：
1.测量电压范围：
0-20V
2.档位0.2V，2V,20V；自动量程转换
3.显示精度:
0.01V
4.测量误差：
<=1%
2.模拟数据采集模块
本模块将待测电压进行适当的放大和缩小，并能够由单片机自动控制选择输出，从而在不同量程都能提供给ADC0809合适的电压值，提高其测量精度，
如图所示：
图3.1
此电路输入电阻首先对待测电压进行五分压，单片机首先置S1高电平，通过运放组成的同向电压跟随器，输入ADC0809，0809向单片机提供模数转换结果，由单片机判断量程并决定打开和关闭S1、S2或S3。
此电路理论上的确可行,我们选择了用此方案。
译码显示模块
51单片机对ADC0809的输入电压的数字信息进行量程判断及数值运算之后，要将电压的数值送给显示模块进行显示。
显示器采用四位七段LED数码管，采用动态显示的方式，将电压数值显示出来。
由单片机译出待输出数字的七段码，由于单片机P口带负载能力有限，因此我们将七段码输出到4511芯片，由它来驱动七段数码管的显示。
AC-DC转换模块：
采用AD637完成AC-DC的转换，配合LM324完成交流转成其直流有效值的功能，精度较高。
所需材料：
名称
数量
电阻
数量
10K
2个
5.1K
2个
510
1个
电容
数量
22UF
1个
33PF
2个
电位器
数量
104
2个
105
1个
开关
1个
6M晶振
1个
四位七段数码管
1个
LM324
1片
模拟开关4051
1片
译码器4511
1片
非门74LS04
1片
D触发器74LS74
1片
ADC0809
1片
89C51
1片
软件和硬件设计
●自动调挡模块：
利用芯片LM324和模拟开关4051并结合程序实现自动调挡。
（1）保证此模块输出到ADC0809的电压值维持在0-5V;所以对0-20V待测电压先进行5倍分压。
（2）由于0-0.2V和0.2-2V的待测电压分压后电压值过小，所以要对0-0.2V降压后再放大100倍，对0.2-2V降压后再放大10倍。
利用运算放大器LM324来实现放大功能。
（3）至于选择那个档位需要使用模拟开关4051芯片，程序通过S1,S2,S3来控制选通哪一条电路。
如：
S1S2S3=000则选择2-20V挡位，S1S2S3=001则选择0.2-2V挡位，S1S2S3=010则选择0-0.2V挡位。
●ADC0809模数转换模块：
ADC0809是将输入的模拟值转化为8位二进制值输出，也就是对一个模拟量进行量化采用逐次逼近的方法近似为数字量。
（1）由于每次都从IN-0口输入电压值，所以其余七个入口都是空置的，所以ADC0809的三个地址输入口要接地。
（2）从IN-0口输入的电压值范围0-5V，所以ADC0809采取5V的标准电压，以待量化进行数模转换。
（3）ADC0809的工作是通过单片机C51中的程序控制的，当ADC0809的START=1，ALE=1时启动模数转换，此时EOC=0;转化结束后EOC=1,若OE=1,则允许单片机从ADC0809中读取数据，读取结束后，OE=0.
（4）同时A的10号引脚CLK要接单片机的30号引脚ALE,由于ADC0809的频率一般采用500KHZ左右，单片机30号引脚输出为1MHZ，所以要用74LS74进行二分频。
●单片机C51模块：
（程序见附录）
该模块主要是通过程序来实现三个功能：
（1）控制模拟开关4051来实现调挡功能（在自动调挡模块已详细说明）。
（2）控制ADC0809进行模数转换，单片机的P1口和ADC0809的8位输出口相连，来读取数据。
（3）单片机通过P0和P2口控制非门74LS04和译码器4511对数码管进行动态扫描。
另外，还有置位电路和产生频率的晶振电路，单片机本身可以六分频，由于使用的是6MHZ的晶振所以单片机30脚输出1MHZ，经分频后送到ADC0809。
●显示模块
该模块由非门74LS04、译码器4511和一片4位七段数码管组成；主要结合程序实现动态扫描。
（1）单片机P0口的低四位通过非门来控制片选B1\B2\B3\B4，另外P0.7口通过非门来控制小数点dp，由于控制小数点dp的电平过低，故加上一上拉电阻来提高电平。
（2）单片机P2口的低四位输入到译码器4511，译码器将输入转换成七位即abcdefg，进行段选。
图3.3
测试数据记录
数据表格：
2-20V
0.2-2V
0-0.2V
实际值
测量值
实际值
测量值
实际值
测量值
19.7
19.1
1.53
1.72
0.314
0.215
18.83
18.90
0.91
1.05
17.02
17.15
0.45
0.51
15.07
15.05
11.26
11.25
12.52
12.55
10.25
10.25
4.92
4.90
2.94
2.90
2.10
2.05
误差分析：
一、由于电压源不稳定，
二、ADC0809是8位的，采样的时候不可能达到更精确，
三、电路中一些噪声的影响。
程序附录：
#include
#defineucharunsignedchar;
ucharcodescan_con[]={0x08,0x04,0x02,0x01};//定义扫描片选
uchardispbuf[8]={0,0,0,0,0,0,0,0};//定义8个存储空间
uchargetdata;
unsignedlonginttemp;//定义暂存空间
uchari,j,k,l,m;
sbits3=P3^7;//位定义，控制模拟开关
sbits2=P3^6;
sbits1=P3^5;
sbitdp=P0^7;//定义小数点
#definev20_on{s3=0;s2=0;s1=0;}//宏定义不同量程，不同的开关状态
#definev2_on{s3=0;s2=0;s1=1;}
#definev02_on{s3=0;s2=1;s1=0;}
sbitST=P3^1;//定义单片机和ADC的控制信号
sbitOE=P3^3;
sbitEOC=P3^2;
main（）
{
while
（1）
{
_20v:
//2~20V量程
v20_on;
ST=0;//启动A/D转换
ST=1;
ST=0;
while（EOC==0）;
OE=1;
getdata=P1;
OE=0;
if（getdata<21）//量程不合适，切换
{
goto_2v;
}
l=3;
temp=getdata;//量程合适，数据处理
temp=temp*100;
temp=（temp/51）*5;
gotodisp;//跳到数码管显示程序段
_2v:
//200MV~2V量程
v2_on;
ST=0;
ST=1;
ST=0;
while（EOC==0）;
OE=1;
getdata=P1;
OE=0;
if（getdata<21）
{
goto_02v;
}
elseif（getdata>204）
{
goto_20v;
}
l=2;
temp=getdata;
temp=（temp*100/51）*10;
temp=temp/2;//求出模拟待测电压；
gotodisp;
_02v:
//0~200MV量程
v02_on;
//OE=0;
ST=0;
ST=1;
ST=0;
while（EOC==0）;
OE=1;
getdata=P1;
OE=0;
if（getdata>204）
{
goto_2v;
}
l=1;
temp=getdata;
temp=（temp*100/51）*100;
temp=temp/20;
disp:
i=0;
while（temp/10）//电压值的每个位计
{
dispbuf[i]=temp%10;
temp=temp/10;
i++;
}
dispbuf[i]=temp;
for（k=0;k<=3;k++）//数码管显示
{
P2=dispbuf[k]&0x0f;
P0=scan_con[k];
if（l==3）{if（k==2）{dp=0;}else{dp=1;}}//小数点的确定
elseif（l==2）{if（k==3）{dp=0;}else{dp=1;}}
elseif（l==1）{if（k==3）{dp=0;}else{dp=1;}}
else{dp=0;}
for（m=0;m<=2;m++）//延时
for（j=0;j<=100;j++）;
}
}
}
四、实习总结
这次实验的内容很多，工作量大，和以前的实验相比，这次的难度也明显要大很多，一开始的时候不太适应，但是做完第一个较为简单的实验后，基本就适应了实验的难度，和做实验的步骤。
第一个实验是简易函数信号发生器，通过这个实验让我了解了集成运放的功能和接线法,运放的接线要严格按照各个管脚所对应的接线柱接线，并且一定要注意电源的正负级不能接反，否则运放就会烧掉；同时也让我学会了自己查找资料并设计电路，再根据设计方案计算元件参数，选择合适的元器件。
这个焊接量不大，难度也不是很大，主要是在焊接的时候要做到细心，每个芯片的供电端和接地端都要接好，不能漏焊和虚焊，另外就是布局要合理，尽量方便走线，这个就要在开始考虑到整个板子的元件摆放和一些小细节，这次的布局也为之后的两个实验的布局打下了基础。
有些焊点之间离得比较远，要用导线连接，这些在布局的时候能避免就避免，不能避免的，非要用导线连的也尽量要让导线绕过芯片连过去，使得板子后面的焊点看起来更清晰，也方便焊完后的电路检查，这点在后面的实验中显得尤为重要。
调试的时候要循序渐进，按着电路走线顺序来调试，这样能更快的排查电路故障，更快的调试好电路。
总之，通过第一个实验的锻炼，为后面的实验打下了基础。
第二个实验是数字式电子时钟，这个实验的焊接量非常大，难度也比较高，焊接的时候非常容易出错，所以在焊接的时候，我们组两个人分别负责某几块区域的焊接，这样可以相互检查，避免一个人长时间焊接产生疲劳。
由于芯片种类比较多，数量也多，更容易产生一些电路连接错误，所以在焊接的时候要格外小心。
我们组在焊这个电路的时候，是按照从左到右，从上到下的顺序来焊接电路的，且每个芯片的每个功能不同的引脚分别用不同颜色的导线连接在一起，这样，在后面焊同样的芯片的时候，可以有个参照，不用再慢慢地查找电路图查找引脚了，节省了不少时间，也减少了犯错的机会，让我们可以更快更好的焊完电路。
由于导线比较多，且要交叉相连的也很多，所以在连这些“飞线”的时候要尽量绕开焊点，整齐排列，不仅看上去美观，也为后续的拓展连接腾出空间。
由于芯片非常多，所起在布局的时候就尽量对称整齐的排列，在放电源线和地线的时候，也要合理利用芯片插座间的空间，可以通过一整条导线，将这一排芯片的相应引脚都连在一起，很方便。
另外要注意的就是焊点间防止接触造成短路。
在连拓展电路的时候也是和上面说的一样。
我们刚插上电的时候显示不正确，由于我们焊接的时候导线分颜色焊接，且排列整齐，所以很快就检查出了发生故障的焊接点，可见焊接时候的细节是很重要的。
第三个实验是数字电压表，整个的实习过程充满了未知的挑战。
我们固然有一定的理论基础，但是将知识运用于实际，却需要我们对知识更加深入的理解和理论联系实际的意识和创造的思维。
课本中的知识绝大部分是理想化的模型，在实际生产中有很多客观的因素决定着误差和谬误。
所以在实践中检验知识、消化知识、完善知识则成为我们实习的首义之一。
我们的专业属于工程技术学科，需要相当多的实践经验和创造力。
不拘泥于他人的思维、将所学的知识融会贯通，并有所创新，是对一个工程技术专业学生的基本要求。
焊接量不是很大，但是难度很大，主要难度体现在程序设计部分，焊接部分由于有前两个实验的锻炼经验，所以焊接的很快，基本没有错误。
由于是第一次用单片机做实验，所以有些不太熟练，尤其是程序设计的时候，很多语句不熟练，使用上就产生了一些错误，单片机一直不能实现预定的功能，期间我们为此大为苦恼。
后来通过仔细分析和检查，发现电路没有问题，问题出在程序部分，于是开始分析程序，先编写了一个显示译码部分检查电路，发现显示不正确，于是修改了显示部分的程序，确认无误后，接着检查单片机的输入部分，即模数转换部分的程序，经过适当修改后，单片机终于能正确的实现测量电压的功能了，接着我们开始调节精度。
由于是分三档测量的，我们也是分别通过三个档位调节，通过漫长的调节，终于将误差控制在了稳定的范围内，实验大功告成。
这次实验让我们学到了很多，体会很深刻。
书本上的知识是基础，在实验的时候，灵活运用是关键。
遇到问题的时候要冷静，光着急是没用的，分析问题的根源，要学会使用仪器检查电路工作状况，帮助我们判断错误发生在哪。
总之，无论是理论知识还是动手能力，这次实验对我们的提高都很大。
4、参考文献
[1]汪文《单片机原理及应用》武汉：
华中科技大学出版社，2007
[2]康华光《电子技术基础.数字部分》北京:
高等教育出版社,2000
[3]谢自美《电子线路设计、实验、测试（第三版）》华中理工大学出版社,2000
[4]谭浩强《C语言程序设计》清华大学出版社，2007
[5]吕思忠、施齐云《数字电路实验与课程设计》哈尔滨工程大学出版社，2001
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