自动化工程学院电子实践正稿.docx

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自动化工程学院电子实践正稿

上海电力学院

课程设计（大型作业）任务书

（2012/2013学年第二学期）

课程名称电子制作课程设计/电子制作实践

课程代码12032510*/12032290*

院（系）自动化工程学院

专业测控、自动化

班级

学生

时间2013年7月1日－2013年7月10日

老师签名：

教研室主任（系主任）签名：

一、设计目的

学生通过上机操作，掌握利用ProteusISIS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ProteusARES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KeilC实现AD和DA部分的电子及编程设计。

少部分同学，可自行进一步学习与掌握ProteusARES，以实现从电路原理图到印刷电路板PCB设计的转换和使用方法。

能熟练运用Proteus进行电路原理图和印刷电路板图综合设计，提高综合应用能力及独立解决实际问题的能力。

利用Proteus实现6个电子制作课程设计项目：

●555定时器；

●比例运算放大器；

●波形发生器；

●显示译码器和数码管的应用；

●ADC0808和DAC0832的应用设计

●串/并行数据转换器；

二、设计内容、要求及组织形式

1.555定时器：

设计原理

555定时器工作原理；A。

555定时器外接一个电容充放电电路即可构成一个无稳态多谐振荡器；B。

555定时器单稳态电路实现；C。

555定时器救护车变音警笛电路的实现。

555定时器工作原理：

555集成时基电路称为集成定时器，是一种数字、模拟混合型的中规模集成电路，其应用十分广泛。

该电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器，因而广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。

它的内部电压标准使用了三个5K的电阻，故取名555电路。

其电路类型有双极型和CMOS型两大类，两者的工作原理和结构相似。

555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。

一般用双极性工艺制作的称为555，用CMOS工艺制作的称为7555，除单定时器外，还有对应的双定时器556/7556。

555定时器的电源电压范围宽，可在4.5V～16V工作。

555定时器的功能主要由两个比较器决定。

两个比较器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。

在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器A1的反相输入端的电压2VCC/3，A2的同相输入端的电压为VCC/3。

若触发输入端TR的电压小于VCC/3，则比较器A2的输出为1，可使RS触发器置1，使输出端OUT=1。

如果阈值输入端TH的电压大于2VCC/3，同时TR端的电压大于VCC/3，则A1的输出为1，A2的输出为0，可将RS触发器置0，使输出为0电平。

它的各个引脚功能如下：

1脚：

外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。

2脚：

低触发端

3脚：

输出端Vo

4脚：

是直接清零端。

当此端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TR、TH处于何电平，时基电路输出为“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0.01μF电容接地，以防引入干扰。

6脚：

TH高触发端。

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，双极型时基电路VCC的范围是4.5~16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3~18V。

多谐振荡器

多谐振荡器又称为无稳态触发器，它没有稳定的输出状态，只有两个暂稳态。

在电路处于某一暂稳态后，经过一段时间可以自行触发翻转到另一暂稳态。

两个暂稳态自行相互转换而输出一系列矩形波。

多谐振荡器可用作方波发生器。

接通电源后，假定是高电平，则T截止，电容C充电。

充电回路是VCC—R1—R2—

C—地，按指数规律上升，当上升到时（TH、端电平大于），输出翻转为低电平。

是低电平，T导通，C放电，放电回路为C—R2—T—地，按指数规律下降，当下降到时（TH、端电平小于），输出翻转为高电平，放电管T截止，电容再次充电，如此周而复始，产生振荡，经分析可得

输出高电平时间T=（R1+R2）Cln2

Proteus绘制电路图

见附图555多谐振荡电路；555单稳态电路；555警笛电路。

仿真结论

多谐振荡电路的计算；仿真运行，示波器观察方波和单稳态波形；仿真运行，电脑喇叭模拟警笛声音等。

小结体会

2.比例运算放大器

设计原理

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。

Proteus绘制电路图

见附图反相比例运算放大器和同相比例运算放大器。

仿真结论

整理并计算相关数据，认真填写表格和画出实验波形；比较两种比例运算放大器的电路特征和放大特性。

小结体会

3.波形发生器

设计原理

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。

Proteus绘制电路图

见附图RC桥式正弦波振荡器，三角波方波发生器。

仿真结论

正弦波分析RC振荡器的振幅条件，分析二极管D1、D2的稳幅作用；

三角波和方波发生器，分析电路参数变化（R1、R2和RV1）对输出波形频率及幅值的影响。

小结体会

4.显示译码器和数码管的应用

设计原理

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。

Proteus绘制电路图

见附图译码数码管显示01和02。

仿真结论

仿真实现灭零及数码显示功能。

小结体会

5.ADC0808和DAC0832的应用设计

设计原理

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：

KeilC51类C语言的编程（有参考程序提供给学生）；Keil和Proteus联调的方法等。

Proteus绘制电路图

见附图ADC0808和DAC0832锯齿波。

仿真结论

仿真运行，观察可调电阻分压的读数；示波器观察锯齿波输出等。

小结体会

6.串/并行数据转换器

设计原理

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是高速硅门CMOS器件，与低功耗肖特基型TTL（LSTTL）器件的引脚兼容。

74HC164是8位边沿触发式移位寄存器，串行输入数据，然后并行输出。

数据通过两个输入端（DSA或DSB）之一串行输入；任一输入端可以用作高电平使能端，控制另一输入端的数据输入。

两个输入端或者连接在一起，或者把不用的输入端接高电平，一定不要悬空。

时钟（CP）每次由低变高时，数据右移一位，输入到Q0，Q0是两个数据输入端（DSA和DSB）的逻辑与,它将上升时钟沿之前保持一个建立时间的长度。

主复位（MR）输入端上的一个低电平将使其它所有输入端都无效，同时非同步地清除寄存器，强制所有的输出为低电平。

74LS194为四位双向移存器

74LS194移位寄存器的引脚图

74LS161

从74LS161功能表功能表中可以知道，当清零端CR=“0”，计数器输出Q3、Q2、Q1、Q0立即为全“0”，这个时候为异步复位功能。

当CR=“1”且LD=“0”时，在CP信号上升沿作用后，74LS161输出端Q3、Q2、Q1、Q0的状态分别与并行数据输入端D3，D2，D1，D0的状态一样，为同步置数功能。

而只有当CR=LD=EP=ET=“1”、CP脉冲上升沿作用后，计数器加1。

74LS161还有一个进位输出端CO，其逻辑关系是CO=Q0·Q1·Q2·Q3·CET。

合理应用计数器的清零功能和置数功能，一片74LS161可以组成16进制以下的任意进制分频器。

概述：

74LS123内有两组多谐振荡器，这个直流触发多振荡器的特点是由三种方法控制

脉冲宽度，最基本的是选取外部的RC值来控制。

IC内部已经有一个定时电阻（内部时间

选择电阻器只在LS122上），因此允许只外接定时电容使用。

其功能特点：

清零终止输出脉

冲；为VCC和温度变化补偿；直流触发是高电平或电平逻辑输入。

在TCLDTV2912型机上测定IC401

555定时器的功能主要由两个比较器决定。

两个比较器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。

在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器A1的反相输入端的电压为2VCC/3，A2的同相输入端的电压为VCC/3。

若触发输入端TR的电压小于VCC/3，则比较器A2的输出为1，可使RS触发器置1，使输出端OUT=1。

如果阈值输入端TH的电压大于2VCC/3，同时TR端的电压大于VCC/3，则A1的输出为1，A2的输出为0，可将RS触发器置0，使输出为0电平。

JK触发器，采用与或非电路结构，它的工作原理为：

CP为0时，触发器处于一个稳态；CP由0变1时，触发器不翻转，做好接收输入信号的准备；CP由1变0时触发器翻转；JK触发器在CP下降沿前接受信息，在下降沿触发翻转，在下降沿后触发器被封锁。

Proteus绘制电路图

见附图串并转换。

仿真结论

仿真运行，观察LED输出，条状LED输出从下往上读，每隔一定时间数据输出变化一次，读到的结果是否与信号源中指定的数据一致。

小结体会

三、设计进度安排（时间及地点）

1.设计时间：

2013年7月1日至7月10日，答辩时间7月9、10日。

2.设计地点：

全体学生必须按“201213二电子制作类课程安排一览EXCEL”规定的时间段在规定机房上机实践。

讲座安排：

2013年7月1日

2013年7月5日

2013年7月9,10日

Proteus应用讲座，黄云峰

注：

讲座后，按正常时间上机

Keil与Proteus应用讲座，刘刚

注：

讲座后，按正常时间上机

答辩时间根据指导教师要求调整

上午9：

00，在北2204教室，自动化、自核四个班级

上午9：

00，在北2204教室，自动化、自核四个班级

下午2:

00，测控、测电四个班级

下午2:

00，测控、测电四个班级

四、考核形式及成绩评定办法

每位同学所领取的指导书阴影本必须交回，此项为参加答辩的前提条件。

成绩实行百分制，结合平时成绩，答辩成绩和报告成绩给出总评成绩。

其中，答辩成绩占70%，报告及平时成绩占30%。

注：

对拷贝抄袭的情况，一旦发现，不允许答辩。

重做后找原答辩老师补答，否则作零分处理。

每个同学只能在一个老师那里答辩，在不同老师处重复答辩的，取最低成绩。

五、参考书目

1.朱清慧，Proteus电子技术虚拟主要实验室，中国水利水电出版社

2.徐爱钧，单片机原理实用教程-基Proteus虚拟仿真（第2版），电子工业出版社

3.胡烨，Protel99SE电路设计与仿真教程，机械工业出版社

六、附录：

附录1：

实践报告格式及要求

附录2：

201213二电子制作类课程安排一览EXCEL；电子制作实践课程学生名单EXCEL

附录3:

六项电子制作所涉及的12个参考电路图（图片格式，非DSN图，仅做学生参考用）

实践报告

　　　　学院：

　自动化工程学院

班级：

姓名：

学号：

2013年7月

电子制作课程设计

或者，电子制作实践

实践报告要求

每位同学要上交一份完整的设计方案（统一用A4纸打印，封面不需用彩打），内容应包括：

（1）实验报告封面

（2）实验目的

（3）电子设计报告的主要内容：

（或者，按任务书中的

的内容撰写即可）

●方案论证及选择。

●理论分析、算法研究及参数计算。

●系统组成、各子系统的指标分配。

●系统的实现——硬件设计、EDA仿真，总体方框图、各功能块电路图、计算机仿真波形图或曲线图、总的完整电路图。

●系统的实现——软件设计，软件流程图、执行程序及源程序。

源程序各部分要注释清楚。

●系统调试，出现问题及解决的途径与方法。

（4）实验结论。

必要的附件文档，如电路原理图、PCB图、原程序清单等。

（5）总结

对实验结果进行分析，对实验过程进行总结，学习体会等。

注：

以上内容为报告中必写项。

实践报告中所写内容自己要弄懂，不懂的理论知识请不要盲目拷贝粘贴，报告中体现出自己所做所学即可，报告页数在十几页左右，个人根据情况自定。