课程张岩修改版.docx
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课程张岩修改版
学院：
机电工程学院
专业：
测控技术与仪器
班级：
2013-1班
姓名：
张岩
学号：
20130310110113
指导老师：
曹青松周继惠
模电：
RC桥式正弦波振荡器
组员：
李雅仙夏尚
数电：
多路防盗报警器
组员：
李雅仙
机电学院微电子课程设计
目录
一、任务书1
1.1实习性质及目的1
1.2实习主要内容1
1.3设计题目1
1.4实习进度或计划1
1.5设计说明书包括的主要内容2
1.6考核方法2
二、常用元器件及工具3
2.1电阻器3
2.1.1定值电阻3
2.1.2可变电阻4
2.1.3特殊电阻4
2.1.4电阻的大小表示5
2.2电容器5
2.2.1电容参数6
2.2.2电容性质7
2.3二极管7
2.3.1二极管定义7
2.3.2二极管特性8
2.3.3二极管的种类8
2.4数字万用表9
2.4.1功能检查9
2.4.2元件的测量10
2.4示波器11
三、专业必备软件12
3.1KeilC软件12
3.1.1KeilC的介绍12
3.1.2KeilC的使用12
3.2Proteus软件14
3.2.1Proteus的介绍14
3.2.2Proteus的使用15
四、RC桥式正弦波振荡器的设计16
4.1题目要求16
4.2正弦波振荡电路16
4.4芯片的选用17
4.4.1LM35817
4.4.2LM32417
4.4.3OP0718
4.5调试结果19
4.6总结19
五、多路防盗报警20
5.1题目要求20
5.2总方案设计20
5.3所有芯片简介20
5.3.1光电对管H92B421
5.3.2继电器21
5.3.3定时器55521
5.3.4蜂鸣器22
5.3.5芯片74LS14822
5.3.6芯片74LS27922
5.3.7芯片74LS4823
5.3.8共阴极数码管23
5.4模块装置23
5.4.1光电对管模块23
5.4.2555定时器延时模块24
5.4.3继电器模块24
5.5调试结果25
5.6总结25
六、电子市场调研报告26
七、心得与体会27
参考文献28
附录AALTIUMDESIGNER工作界面29
附录BRC正弦波振荡器的波形29
附录C模电数电实物图32
一、任务书
1.1实习性质及目的
通过微电子实习教学，使学生对电工和电子的一些相关知识有感性认识，加深电类有关课程的理论知识。
并在生产实践中，激发学生动手、动脑、勇于创新的积极性，培养学生严谨、认真、踏实、勤奋的学习精神和工作作风，为后续专业课程的学习打下坚实的基础。
1.2实习主要内容
1）熟悉一些电工电子常用元器件及其基本性能；
2）掌握相关仪器/工具的使用方法；
3）掌握单片机开发系统（ISP、KEILC）的使用；
4）掌握电子元件的焊接、电气元件的安装、连线等基本技能，建立电气原理图和电子线路图的基本概念，熟悉PROTEL软件的基本使用；
5）参观故障诊断实验室、调研长运电子市场、请教学长、查阅相关网站，了解电子类、测控类相关知识，并写一份调研报告；
6）针对某一常见的测控问题（详细任务见下页），设计具体电路，要求实验室调试。
1.3设计题目
微电子实习
1.4实习进度或计划
1）布置任务0.5天
2）熟悉常用元器件1天
3）掌握相关仪器/工具的使用1天
4）掌握单片机开发系统使用1.5天
5）掌握焊接技术1天
6）参观故障诊断实验室、调研长运电子市场等，写参观笔记/报告1天
7）模拟电路设计及实验室调试4天
8）数字电路设计及实验室调试5天
9）答辩1天
1.5设计说明书包括的主要内容
1）目录
2）设计任务书
3）设计题目
4）正文按上述实习主要内容撰写（参观笔记/报告须提供手写速记材料）
5）心得体会
6）主要参考文献
1.6考核方法
考核根据学生平时学习态度（含出勤率）、报告（包括参观笔记、面包板实物、焊接实物）和答辩（报告答辩、现场调试等）成绩确定。
二、常用元器件及工具
2.1电阻器
电阻器（Resistor）的种类有很多，常用的有绕线电阻、高压电阻、碳膜电阻等，在日常生活中一般直接称为电阻。
是一个限流元件，将电阻接在电路中后，电阻器的阻值是固定的一般是两个引脚，它可限制通过它所连支路的电流大小。
阻值不能改变的称为固定电阻器。
阻值可变的称为电位器或可变电阻器。
理想的电阻器是线性的，即通过电阻器的瞬时电流与外加瞬时电压成正比。
用于分压的可变电阻器。
在裸露的电阻体上，紧压着一至两个可移金属触点。
触点位置确定电阻体任一端与触点间的阻值。
阻值不能改变的称为固定电阻器。
阻值可变的称为电位器或可变电阻器。
我们常用的有定值电阻和可变电阻两种。
图1即为电阻器。
图1电阻器
2.1.1定值电阻
电阻阻值不变的电阻器，定值电阻又简称电阻。
我们知道导体电阻大小与导体的长度，横截面面积，材料（就是电阻率:
ρ=RS/L,与温度有关）。
所谓定值电阻是指具有一定电阻数值的电阻器。
它是在电子仪器中用得较多的元件。
定值电阻的种类很多，而且随着科学技术的发展，新型电阻不断出现。
这里只介绍几种常见、用得较为普遍的定值电阻。
如表1所示定值电阻种类。
表1电阻种类
绕线电阻
RXQ
固定式涂料管形线绕电阻
RXQ-T
可调式涂料管形线绕电阻
RXY
被釉固定式线绕电阻
非绕线电阻
RS
实心碳质电阻
RJ
金属膜电阻
RT
碳膜电阻
2.1.2可变电阻
阻值可以调整的电阻器（如图2所示），用于需要调节电路电流或需要改变电路阻值的场合。
可变电阻器可以改变信号发生器的特性，使灯光变暗，启动电动机或控制它的转速。
根据用途的不同，可变电阻器的电阻材料可以是金属丝、金属片、碳膜或导电液。
对于一般大小的电流，常用金属型的可变电阻器。
在电流很小的情况下，则使用碳膜型。
当电流很大时，电解型最适用；这种可变电阻器的电极都浸在导电液中。
电势计是可变电阻器的特殊形式，它使未知电压或未知电势相平衡，从而测出未知电压或未知电势差的大小。
更为常用的电势器只不过是一个有两个固定接头的电阻器，第三个接头连到一个可调的电刷上。
电位器的另一个用途是再音响设备中用作音响控制。
图2可变电阻
从图上可以看出可变电阻一般有三个引脚，其中两个引脚之间为固定阻值RAB，该值为电位器的标称阻值，另外一个引脚连接一个滑动片，通过移动滑动片来改变RAC和RBC的阻值。
可变电阻器按制作材料可分为膜式可变电阻器和线绕式可变电阻器。
可变电阻首先是一种电阻，它在电子电路中可以起电阻的作用，它与一般电阻的不同之处是它的阻值可以在一定范围内连续变化，在一些要求电阻值变动而又不常变动的场合，可使用可变电阻。
可变电阻由于结构和使用的原因，故障发生率明显高于普通电阻。
可变电阻器通常用于小信号电路中，在电子管放大器等少数场合也使用大信号可变电阻。
2.1.3特殊电阻
1.保险电阻
保险电阻又称熔断电阻器（如图3所示），在正常情况下起着电阻和保险丝的双重作用，当电路出现故障而使其功率超过额定功率时，它会像保险丝一样熔断使连接电路断开。
保险丝电阻一般电阻值都小（0.33Ω～10KΩ），功率也较小。
保险丝电阻器常用型号有：
RF10型、RF111-5保险丝电阻器的符号型、RRD0910型、RRD0911型等。
图3保险电阻
2.敏感电阻器
敏感电阻是指其电阻值对于某种物理量（如温度、湿度、光照、电压、机械力、以及气体浓度等）具有敏感特性，当这些物理量发生变化时，敏感电阻的阻值就会随物理量变化而发生改变，呈现不同的电阻值。
根据对不同物理量敏感，敏感电阻器可分为热敏、湿敏、光敏、压敏、力敏、磁敏和气敏等类型敏感电阻。
敏感电阻器所用的材料几乎都是半导体材料，这类电阻器也称为半导体电阻器。
图4、图5即为光敏及热敏电阻。
图4光敏电阻图5热敏电阻
2.1.4电阻的大小表示
为了表示电阻的大小，电阻器在出厂时都会在表面标注阻值，这个阻值被称为标称阻值。
电阻器的实际阻值和标称阻值往往会有一定的差距，这个差距被称为误差。
电阻器的标称阻值和误差的标注方法主要有直标法和色环法两种方法。
2.2电容器
电容器是一种可以储存电荷的元器件。
相距很近且中间有绝缘体介质（如空气、纸和陶瓷等）的两块导电电极板就构成了电容器。
如图6所示就是一些常见的固定电容器的实物外形。
图6电容器
2.2.1电容参数
电容的主要参数有标称容量、允许误差、额定电压和绝缘电阻等。
1.标称容量
电容器可以储存电荷，其储存的电荷的多少称为容量。
电容器的容量越大，储存的电荷就越多。
其容量的大小和以下因素有关
a.两极板间的面积，相对面积越大，容量就越大；
b.两极板间的距离。
极板相距越近，容量就越大；
c.两极板间的绝缘介质，在极板相对面积和距离相同的情况下，绝缘介质不同的电容器，其容量不同。
2.允许误差
允许误差是指电容器标称容量与实际容量之间允许的最大的误差范围。
3.额定电压
额定电压不是指电容器的耐压值，它是指在正常条件下电容器长时间使用两端允许承受的最高电压。
一旦加到的电压超过额定电压，两极板间的绝缘介质容易被击穿而失去绝缘能力，造成极板短路。
4.绝缘电阻
电容器两极板之间隔着绝缘介质，绝缘电阻用来表示绝缘介质的绝缘程度。
绝缘电阻越大，表明绝缘介质性能就越好。
一般情况下，无极性电容的绝缘电阻为无穷大，而有极性电容（电解电容）绝缘电阻很大，但一般达不到无穷大。
5.容量大小
国际上统一规定，给电容器外加1伏特直流电压时，它所能储存的电荷量，为该电容器的电容量（即单位电压下的电量），用字母C表示。
电容量的基本单位为法拉（F）。
在1伏特直流电压作用下，如果电容器储存的电荷为1库仑，电容量就被定为1法拉，法拉用符号F表示,1F=1Q/V。
在实际应用中，电容器的电容量往往比1法拉小得多，常用较小的单位，如毫法（mF）、微法（μF）、纳法（nF）、皮法（pF）等。
换算关系如
（1）
（2）公式所示。
1F=1000000μF
（1）
1μF=1000000pF
（2）
2.2.2电容性质
在直流电路中，电容器是相当于断路的。
电容器是一种能够储藏电荷的元件，也是最常用的电子元件之一。
这得从电容器的结构上说起。
最简单的电容器是由两端的极板和中间的绝缘电介质（包括空气）构成的。
通电后，极板带电，形成电压（电势差），但是由于中间的绝缘物质，所以整个电容器是不导电的。
不过，这样的情况是在没有超过电容器的临界电压（击穿电压）的前提条件下的。
我们知道，任何物质都是相对绝缘的，当物质两端的电压加大到一定程度后，物质是都可以导电的，我们称这个电压叫击穿电压。
电容也不例外，电容被击穿后，就不是绝缘体了。
不过在中学阶段，这样的电压在电路中是见不到的，所以都是在击穿电压以下工作的，可以被当做绝缘体看。
但是，在交流电路中，因为电流的方向是随时间成一定的函数关系变化的。
而电容器充放电的过程是有时间的，这个时候，在极板间形成变化的电场，而这个电场也是随时间变化的函数。
实际上，电流是通过电场的形式在电容器间通过的。
2.3二极管
2.3.1二极管定义
二极管，英语：
Diode，电子元件当中，一种具有两个电极的装置，只允许电流由单一方向流过，许多的使用是应用其整流的功能。
而变容二极管（VaricapDiode）则用来当作电子式的可调电容器。
大部分二极管所具备的电流方向性我们通常称之为“整流（Rectifying）”功能。
二极管最普遍的功能就是只允许电流由单一方向通过（称为顺向偏压），反向时阻断（称为逆向偏压）。
因此，二极管可以想成电子版的逆止阀。
如图7所示普通镇流二极管。
图7二极管
2.3.2二极管特性
1.正向性
外加正向电压时，在正向特性的起始部分，正向电压很小，不足以克服PN结内电场的阻挡作用，正向电流几乎为零，这一段称为死区。
这个不能使二极管导通的正向电压称为死区电压。
当正向电压大于死区电压以后，PN结内电场被克服，二极管正向导通，电流随电压增大而迅速上升。
在正常使用的电流范围内，导通时二极管的端电压几乎维持不变，这个电压称为二极管的正向电压。
当二极管两端的正向电压超过一定数值，内电场很快被削弱，特性电流迅速增长，二极管正向导通。
叫做门坎电压或阈值电压，硅管约为0.5V，锗管约为0.1V。
硅二极管的正向导通压降约为0.6~0.8V，锗二极管的正向导通压降约为0.2~0.3V。
2.反向性
外加反向电压不超过一定范围时，通过二极管的电流是少数载流子漂移运动所形成反向电流。
由于反向电流很小，二极管处于截止状态。
这个反向电流又称为反向饱和电流或漏电流，二极管的反向饱和电流受温度影响很大。
一般硅管的反向电流比锗管小得多，小功率硅管的反向饱和电流在nA数量级，小功率锗管在μA数量级。
温度升高时，半导体受热激发，少数载流子数目增加，反向饱和电流也随之增加。
2.3.3二极管的种类
二极管种类有很多，按照所用的半导体材料，可分为锗管和硅管。
根据其不同用途，可分为检波二极管、整流二极管、稳压二极管、开关二极管、隔离二极管、肖特基二极管、发光二极管、硅功率开关二极管、旋转二极管等。
按照管芯结构，又可分为点接触型二极管、面接触型二极管及平面型二极管。
点接触型二极管是用一根很细的金属丝压在光洁的半导体晶片表面，通以脉冲电流，使触丝一端与晶片牢固地烧结在一起，形成一个“PN结”。
由于是点接触，只允许通过较小的电流（不超过几十毫安），适用于高频小电流电路，如收音机的检波等；面接触型二极管的“PN结”面积较大，允许通过较大的电流（几安到几十安），主要用于把交流电变换成直流电的“整流”电路中。
平面型二极管是一种特制的硅二极管，它不仅能通过较大的电流，而且性能稳定可靠，多用于开关、脉冲及高频电路中。
如图8所示发光二极管。
图8发光二极管
2.4数字万用表
数字万用表是一种多用途的电子测量仪器，在电子线路等实际操作中有着重要的用途。
它不仅可以测量电阻还可以测量电流、电压、电容、二极管、三极管等电子元件和电路。
实物如图9所示。
图9万用电表
数字万用表具有以下几个特点：
①准确度高。
数字万用表具有很高的准确度，相比之下，指针式万用表的准确度较低。
②显示直观。
数字万用表采用数显技术，使测量结果一目了然，并缩短了测量时间。
2.4.1功能检查
1.在将两支表笔开路时，直流200mA挡和2V挡可能有数字出现，这是由于该挡灵敏度高，感应外界干扰信号所致，属于正常现象，但将表笔短路后应显示零。
2.交流挡在短路时亦应显示零。
3.直流电流、交流电流挡在开路时应显示零。
4.各电阻挡在开路时应显示“1"，将表笔短路时仅200Ω挡可显示0.1-0.3Ω，其他各电阻挡位均应显示零。
5.蜂鸣器挡开路时应显示“1"短路后能发出正常的响声并且显示为零。
2.4.2元件的测量
1.电阻的测量，首先红表笔插入VΩ孔黑表笔插入COM孔。
a.量程的选择和转换。
量程选小了显示屏上会显示“1”此时应换用较之大的量程；反之，量程选大了的话，显示屏上会显示一个接近于“0”的数，此时应换用较之小的量程；
b.显示屏上显示的数字再加上边档位选择的单位就是它的读数。
要提醒的是在“200”档时单位是“Ω”，在“2k~200k” 档时单位是“kΩ”，在“2M~2000M”档时单“M”；
c.如果被测电阻值超出所选择量程的最大值，将显示过量程“1”,应选择更高的量程，对于大于1MΩ或更高的电阻，要几秒钟后读数才能稳定；
d.当没有连接好时，例如开路情况，仪表显示为“1”。
2直流电压的测量，红表笔插入VΩ孔，黑表笔插入COM孔。
a把旋钮选到比估计值大的量程档，接着把表笔接电源或电池两端；保持接触稳定，数值可以直接从显示屏上读取；
b若显示为“1”，则表明量程太小，那么就要加大量程后再测量；
c若在数值左边出现“-”，则表明表笔极性与实际电源极性相反，此时红表笔接的是负极。
3直流电流的测量时，断开电路，黑表笔插入com端口，红表笔插入mA或者20A端口。
a功能旋转开关打至A~（交流）或A-（直流），并选择合适的量程；
b估计电路中电流的大小。
若测量大于200mA的电流，则要将红表笔插入“10A”插孔并将旋钮打到直流“10A”档；若测量小于200mA的电流，则将红表笔插入“200mA”插孔，将旋钮打到直流200mA以内的合适量程；
c断开被测线路，将数字万用表串联入被测线路中，被测线路中电流从一端流入红表笔，经万用表黑表笔流出，再流入被测线路中接通电路读出显示屏数字；
d将万用表串进电路中，保持稳定，即可读数。
若显示为“1”，那么就要加大量程；如果在数值左边出现“-”，则表明电流从黑表笔流进万用表。
4电容的测量，首先红表笔插入VΩ孔黑表笔插入COM孔。
a需要先将电容两端短接，对电容进行放电，确保数字万用表的安全；
b将功能旋转开关打至电容“F”测量档，并选择合适的量程，读出LCD显示屏上数字；
c测量后也要放电，避免埋下安全隐患；
d仪器本身已对档设置了保护，因此测试过程中不用考虑极性及电容充放电等情况。
2.4示波器
示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器。
它能把肉眼看不见的电信号变换成看得见的图像，便于人们研究各种电现象的变化过程。
它可以用来测量交流电或脉冲电流波的形状的仪器。
图10为智能示波器。
图10数字示波器
数字示波器是数据采集，A/D转换，软件编程等一系列的技术制造出来的高性能示波器。
数字示波器的工作方式是通过模拟转换器（ADC）把被测电压转换为数字信息。
数字示波器捕获的是波形的一系列样值，并对样值进行存储，存储限度是判断累计的样值是否能描绘出波形为止，随后，数字示波器重构波形。
数字示波器可以分为数字存储示波器（DSO），数字荧光示波器（DPO）和采样示波器。
三、专业必备软件
3.1KeilC软件
3.1.1KeilC的介绍
单片机开发中除了必要的硬件外，同样离不开软件，我们写的汇编语言源程序要变为CPU可以执行的机器码有两种方法，一种是手工汇编，另外一种是及其汇编，目前应很少使用手工汇编的方法了。
机器汇编是通过汇编软件将源程序变为机器码。
KeilC软件是目前为止最流行开发MCS-51系列单片机的软件。
KeilC提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的开发方案。
如图11keil打开图示。
图11keil
3.1.2KeilC的使用
首先启动KeilC软件的集成开发环境，在该窗口有Files、Edit和Project等的标签。
点击“Project->New Project…”菜单，出现一个对话框，要求给将要建立的工程起一个名字，你可以在编缉框中输入一个名字（设为exam1），不需要扩展名。
点击“保存”按钮，出现第二个对话框，如图2所示，这个对话要求选择目标CPU（即你所用芯片的型号），KeilC支持的CPU很多，我们选择Atmel公司的89C51芯片。
点击Atmel，点击其中的89C51，然再点击“确定”按钮，回到主界面，此时在工程窗口中显示，此时，在工程窗口的文件页中，出现了“Target1”，前面有“”号，点击“”号展开，可以看到下一层的SourceGroupl，这时的工程还是一个空的工程，里面什么文件也没有，需要手动把源程序加入，点击“Source Group1”然后点击鼠标右键，出现一个下拉菜单，如图8所示。
选中其中的“AddfiletoGroupSource Group1”，出现一个对话框，要求寻找源文件，注意，该对话框下面的“文件类型”默认为Csourcefile（*.c），也就是以C为扩展名的文件，而我们的文件是以asm为扩展名的，所以在列表框中找不到exam1.asm，要将文件类型改掉，点击对话框中“文件类型”后的下拉列表，找到并选中“AsmSourceFile（*.a51.*.asm），这样，在列表框中就可以找到examl.asm文件了扩展名的文件。
然后双击exam1.asm文件，将文件加入项目，返回主界面后点击“SourceGroup1”前面的加号，就会看到exam1.asm文件已在其中。
双击文件名，即可打开。
然后编入程序，图12为Target的打开。
图12Target
工程文件建立好后，还要对工程进行进一步的设置，以满足要求。
首先点击Project窗口的Target1，然后使用菜单“Project-Optionfortarget‘target1’”即出现对工程设置的对话框。
设置对话框中的Target页面，Xtal后面的数值是晶振频率值，默认值是所选目标CPU的最高可用频率值，该数值与最终产生的目标代码无关，仅
用于软件模拟调试时显示程序执行时间，正确设置该数值可使显示时间与实际所用时间一致，一般将其设置成与你的硬件所用晶振频率相同，如果没必要了解程序执行的时间，也可以不设置。
然后设置对话框中的OutPut页面，这里面也有多个选择项，其中Creat Hex file用于生成可执行代码文件（可以用编程器写入单片机芯片的HEX格式文件，文件的扩展名为.HEX），默认情况下该项未被选中，如果要写片做硬件实验，就必须选中该项。
选中Debug information将会产生调试信息，这些信息用于调试，如果需要对程序进行调试，应当选中该项。
在设置好工程后，即可进行编译、连接。
选择菜单Project->Build target，对当前工程进行连接，如果当前文件已修改，软件会先对该文件进行编译，然后再连接以产生目标代码；如果选择Rebuild All target files将会对当前工程中的所有文件重新进行编译然后再连接，确保最终生产的目标代码是最新的，而Translate…项则仅对该文件进行编译，不进行连接。
编译过程中的信息将出现在输出窗口中的Build页中，如果源程序中有语法错误，会有错误报告出现，双击该行，可以定位到出错的位置，对源程序反复修改之后，最终会得到如图11所示的结果，提示获得了名为exam1.hex的文件，该文件即可被编程器读入并写到芯片中，同时还产生了一些其它相关的文件，可被用于KeilC的仿真与调试，这时可以进入下一步调试的工作。
3.2Proteus软件
3.2.1Proteus的介绍
Proteus ISIS是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。
它运行于Windows操作系统上，可以仿真、分析（SPICE）各种模拟器件和集成电路，该软件的特点是：
①实现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合。
具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、信号发生器等；②支持主流单片机系统的仿真；③提供软件调试功能。
在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态；④具有强大的原理图绘制功能。
图13位Proteuse打开图标。
图13Proteuse
3.2.2Proteus的使用
双击桌面上的ISIS7Professional，进入该软件的集成开发环境Proteus ISIS的工作界面是一种标准的Wind
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