中国地质大学电路综合实习报告

1、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 通信工程专业目录 技能要求.1一、 函数发生器设计21、实习内容及要求.2 2、设计方案.23、调试过程与结果.104、测试数据记录.11二、多功能数字钟设计.121、实习内容及要求.122、设计方案.133、调试过程与结果.21三、自动量程转换电压表1、实习内容及要求.222、设计方案.223、调试过程与结果.324、测试数据记录.33四、实习总结.34五、参考文献.36 技能要求：1、 能使用EDA（电子设计自动化）软件进行电路绘制，

2、如应用Protel软件绘制详细电路原理图。 2、 会查阅相关参考文献3、 能够阅读英文器件数据手册，进行单元电路设计。 4、 在万用板上完成电路的焊接工作。学习和熟悉在万用板上进行电路焊接的方法和技术。5、 掌握某些常用芯片的功能及引脚图6、 具备元器件检测能力。7、 具有装配、调试和指标测量的能力。能使用电子仪器（如直流电源，万用表，信号发生器，示波器等）对电路进行测试，能根据要求调试出较好的性能。8、 掌握模拟电路、数字电路、单片机原理等课程的基本知识。9、 会进行C语言和汇编语言编程。10、 具备一定的分析、总结能力，写出一份较为完备的实习报告 一、 函数发生器设计1、 实习内容及要求：

3、任务：一个电路同时产生正弦波、三角波、方波。 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：10HZ100HZ；100HZ1KHZ；1KHZ10KHZ。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、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。方案1：正弦波 方波RC桥式振荡电路Vo1迟滞比较器Vo2积分器 Vo3框图中第一部分单元电路为RC文氏电桥正弦波振荡电路。

4、其输出的正弦波Vo1通过第二部分单元电路迟滞比较器变换为方波输出Vo2。第三部分单元电路为积分器，它将方波Vo2积分变换为三角波Vo3输出。方案2：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： 方案3：采用IC芯片8038设计的方案：ICL8038是性能优良的集成函数信号发生器芯片。8038在使用中可用单电源（+10V +30V）供电，也可以用双电源（+ 5V +15V）供电。频率的可调范围为0.001Hz-300kHz。输出矩形波的占空比q的调节范围为2%-98%，上升时间为180ns，

5、下降时间为40ns。输出三角波的非线形小于0.05%，输出正弦波的失真度小于1%，8038为压控振荡器（VCO）或频率调制器（FM）。方案选择：差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高、抗干扰能力强等优点。特别是做直流放大器时，可以有效的抑制零点漂移，因此可将频率很低的三角波变换成正弦波。由于本实验要求最低频率为10Hz，并且变化的范围较大，因此方案一对于此试验无法满足此要求；对于方案三，由于芯片的造价太高，不实际，因此选用方案二比较合适。集成运放是一种高增益放大器，只要加入适当的反馈网络，利用正反馈原理，满足振荡条件，就可以构成方波-正弦波-三角波等各种振荡电路。但由于受集成运放带宽的限制，其产

6、生的信号频率一般都在低频范围。故选用第二种方案。1)功能模块方波三角波产生电路 方波-三角波电路上图所示为产生方波-三角波电路。工作原理如下：若a点短开，运算放大器A1与R1、R2及R3、RP1组成电压比较器，C1为加速电容，可加速比较器的翻转。由图分析可知比较器有两个门限电压运放A2与R4、RP2、C2及R5组成反相积分器，其输入信号为方波Uo1时，则输出积分器的电压为当Uo1=+VCC时当Uo1=-VEE时 比较器电压传输特性 方波-三角形波可见积分器输入方波时，输出是一个上升速率与下降速率相等的三角波，其波形如图所示。A点闭合，即比较器与积分器首尾相连，形成闭环电路，则自动产生方波-三角

7、波。 方波-三角波的频率为：由上分析可知：（1）电位器RP2在调整方波-三角波的输出频率时，不会影响输出波形的幅度。（2）方波的输出幅度应等于电源电压。三角波的输出幅度应不超过电源电压。电位器RP1可实现幅度上午微调，但会影响波形的频率。正弦波产生电路三角波正弦波的变换主要有差分放大器来完成。差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高、抗干扰能力强等优点。特别是做直流放大器时，可以有效的抑制零点漂移，因此可将频率很低的三角波变换成正弦波。波形变换的原理是利用差分放大器传输特性的非线性。（1） 传输特性曲线越对称，线性区越窄越好；（2）三角波的幅度Um应正好使晶体管接近饱和区或截止区。图2.3.2.2

8、b为三角波正弦波的变换的电路。其中RP1调节三极管的幅度，RP2调整电路的对称性，其并联电阻RE2用来减少差分放大器的线性区。电容C1、C2、C3为隔直电容，C4为滤波电容，以减少滤波分量，改善输出波形。 三角波正弦波变换电路比较器A1与积分器A2的元件参数计算如下：由于因此取R3=10k,则R3+RP1=30 k，取R3=20k, RP1为47 k的电位器。取平衡电阻R1=R2/（R3+RP1）10 k。因为当1Hzf10Hz时，取C2=1F，则R4+RP2=（757.5）k，取5.1 k，RP2为100 k电位器。当 19Hzf100Hz，取C2=0.01F以实现频率波段的转换，R4、RP

9、2的值不变。取平衡电阻R5=10 k。三角波正弦波变换电路的参数选择原则是：隔直电容C3、C4、C5要取得大，因为输出频率较低，取C3=C4=C5=470F，滤波电容C6一般为几十皮法至0.1F。RE2=100与RP4=100，相并联，以减少差分放大器的线性区。差分放大器的静态工作点可通过观测传输特性曲线，调整RP4及电阻R确定。2）总电路图（方波三角波正弦波产生电路）3）引脚图 LM7414）元件清单名称型号数量直流稳压电源1台双踪示波器1台万用表1只运算放大器LM7412片电位器50K2只100K1只1001只电阻20K1只10k5只8K1只6.8K2只5.1K1只2k2只1001只电容4

10、70uF3只10uF1只1uF1只0.1uF2只001uF1只三极管90134只万用板1块导线1.若干3、 调试过程与结果 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=10K，RP2取（2.570）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. 正弦波调试装调三角波-正弦波变换电路，其

11、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

12、施有： 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。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*。图1.2 几种波形的失真非线性失真 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4、 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=10uC2=1u波形峰峰值频率峰峰值频率方波10.5 V20.8 Hz10.5 V18.8 Hz三角波6.0 V20.8 Hz24.6 V18.8 Hz正弦波0.58 V

13、20.8 Hz0.58 V18.8 Hz（Vcc+=11.9V Vcc-=-11.8V） 测量值电容大小C1=10uC2=1u波形峰峰值范围频率范围峰峰值范围频率范围方波10.5 V0.4533 Hz10.5 V4.1530.2 Hz三角波5.516 V9.932.0 Hz16.045.0 V4.1330.2 Hz正弦波0.240.6 V10.532.0 Hz0.40.55 V5030.2 Hz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”

14、，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

15、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->-&

16、gt;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

17、，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 CD4511BE 74LS90 74LS92 74LS04 74LS00 74LS204 、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=100

18、1；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QDSQCSQBSQAS功能500000510001鸣低音520010停530011鸣低音540100停550101鸣低音560110停570111鸣低音581000停591001鸣高音000000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

19、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） 5）元件清单名称型号数量数码管共阴极6个 芯片CD4511BE6片74LS907

20、片74LS922片74LS042片74LS003片74LS202片555定时器1片三极管3DG121片电位器10K1个电阻5.1K1个3.3K4个2K11K2个222个电容0.01uF3个0.1uF1个开关单刀单置2个蜂鸣器82个3、调试过程与结果 本电路采取分级调试的方法。首先，试555定时器的输出端是否有1KHZ的方波输出若没有，则需调节电位器Rp，直到有1KHZ方波输出为止；然后测试74LS90（3）的输出端，看是否有1HZ的方波输出,若有方波输出，但不是1HZ，则需调节电位器，直到输出为标准的1HZ方波为止；接下来将1HZ方波输入计数器秒个位，看计数是否正确；最后将秒个位输出脉冲输入到

21、秒十位，看是否有进位。同理可分别测试分电路和小时部分电路，直到计数准确为止。当主体部分调试完毕后，再进行扩展部分电路的调试。首先连接校时电路。利用1方波对小时电路和分电路进行校时。开关闭合时，可设定时个位和时十位；开关闭合时，可设定分个位和分十位。然后连接整点报时电路，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。最后连接定时电路。定时控制电路要求数字钟在规定的时刻驱动音响电路

22、进行“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。至此，整个电路调试完毕。三、自动量程转换电压表1、 实习内容及要求1） 实验内容：设计并制作数字电压表2）基本要求

23、： (1)测量电压范围为：0V20V直流电压； (2)电压测量范围分为0.2V，2V，20V三档，量程自动切换； (3)显示精度：0.01V (4)测量误差1% 3）发挥部分：测量交流电压有效值，测量范围05V；2、设计方案1）系统框图2）功能模块数据采集模块（放大电路）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。 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、

24、S2或S3。 A/D转换模块本模块实现的功能是将采集的模拟信号（电压）转换为数字信号，我们选用ADC0809芯片来实现本功能。ADC0809是将输入的模拟值转化为8位二进制数值输出，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。说明：（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

25、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2MHZ，所以要用74LS74进行两次二分频。数据处理模块（单片机） 本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。（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

26、，单片机本身可以六分频，由于使用的是12MHZ的晶振，所以单片机30脚输出,2MHZ，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。说明：（1） 单片机P0口的低四位通过非门来控制片选B1B2B3B4，另外P0.7口通过非门来控制小数点dp，由于P0口一般情况下位低电平，故需加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CD4511，译码器将输入转换成七位即abcdefg，进行段选。3)总电路4）单片机程序#include <reg51.H> #define uchar unsign

27、ed char;uchar code scan_con=0x08,0x04,0x02,0x01; /定义扫描片选uchar dispbuf8=0,0,0,0,0,0,0,0; /定义8个存储空间 uchar getdata; unsigned long int temp;/定义暂存空间uchar i,j,k,l,m;sbit s3=P37; /位定义，控制模拟开关sbit s2=P36;sbit s1=P35;sbit dp=P07; /定义小数点#define v20_on s3=0;s2=0;s1=0; /宏定义不同量程，不同的开关状态#define v2_on s3=0;s2=0;s1=

28、1;#define v02_on s3=0;s2=1;s1=0;sbit ST=P31; /定义单片机和ADC的控制信号sbit OE=P33; sbit EOC=P32;main() while(1) _20v: /220V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; goto disp;

29、 /跳到数码管显示程序段 _2v: /200MV2V量程 v2_on; ST=0; ST=1; ST=0; while(EOC=0); OE=1; getdata=P1; OE=0; if(getdata<21) goto _02v; else if(getdata>204) goto _20v; l=2; temp=getdata; temp=(temp*100/51)*10; temp=temp/2; /求出模拟待测电压； goto disp; _02v: /0200MV量程 v02_on; OE=0; ST=0; ST=1; ST=0; While(EOC=0); OE=1;

30、 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 dispbufi=temp%10; temp=temp/10; i+; dispbufi=temp; for(k=0;k<=3;k+) /数码管显示 P2=dispbufk&0x0f; P0=scan_conk; if(l=3)if(k=2) dp=0; elsedp=1; /小数点的确定 else if(

31、l=2) if(k=3) dp=0; elsedp=1; else if(l=1)if(k=3) dp=0; elsedp=1; elsedp=0; for(m=0;m<=2;m+) /延时 for(j=0;j<=100;j+); 5）元件清单单片机89S511片模数转换器ADC0809FN1片D触发器74LS741片译码器CD4511BCN1片非门74LS041片运算放大器LM324AM1片晶振12M1片数码管4个电位器1042个1051个电阻10K5个5.6K1个4.7K1个2K2个电容22uF1个27pF2个开关模拟开关（HCF4051）1片复位开关1个3、调试过程与结果本电

32、路采用分级调试的方法。首先调试模拟数据采集模块。将该部分电路与模数转换部分电路断开，先不接模拟开关，直接将反馈电阻接到运放（LM741）反相端。给电路输入一路电压，分别测当反馈电阻为0、100K、1000K时的输出电压，若输出电压分别为输入电压的1倍、10倍、100倍，则说明电路已调试好，若不是，则需检查电路焊接是否正确。数据采集模块调试好以后，然后调试单片机模块。测试单片机18、19脚（外部晶振输入端）是否有12MHZ频率输入，该晶振应为频率为12M的正弦波。然后测试单片机30号引脚是否有2MHZ方波脉冲输出。果没有，则需检查外部晶振电路连接是否正确；若有，则说明单片机模块工作正常。接下来调

33、试显示模块。先在向单片机内写入一个显示程序，使4个数码管从左到右依次显示1、2、3、4。将单片机模块与显示模块连接好后，按下复位开关，看数码管是否能扫描数字1、2、3、4。若不能，则需检查显示部分电路连接是否正确；若可以，则说明显示模块工作正常。显示部分调试好以后，接下来调试A/D转换模块。将程序写入单片机后，给电路输入一模拟电压，按下复位开关，分别测ADC0809的CLK、ALE和START端是否有脉冲输入。若没有，则需检查A/D转换部分电路连接是否正确；若有，则还需检查D0D7端电平，若测得的电平跟计算所得电平一样，则说明A/D转换模块工作正常。最后，将所有功能模块连接到一起，进行整体联调

34、。首先，用直流稳压源给该电压表输入一路220V的模拟电压，观察数码管输出电压是否跟输入电压一致。若不一致，则需调节电位器Rp1（5分压电位器）直到输出电压与输入电压完全一致为止。然后，输入一路0.22V电压，观察输出电压是否一致。若不一致，则需调节Rp2（0.22V档反馈电阻）直到测量值与真实值基本相同为止（误差不超过1%）。最后，输入一路00.2V电压，观察输出，若输出电压与输入电压不一致，则需调节Rp3（00.2V档反馈电阻），直到测量值与真实值基本相同为止（误差不超过1%）。至此，整个电路调试完毕。4、测试数据记录1）数据表格：2-20V0.2-2V0-0.2V实际值测量值实际值测量值实

35、际值测量值2.152.130.2100.2120.0230.0233.253.250.3250.3280.0580.0584.324.310.4170.4200.0750.0755.655.650.5400.5450.0860.0866.096.090.7540.7600.1080.1097.127.120.9250.9320.1280.1298.358.361.0651.0580.1420.14310.1910.181.2361.2450.1650.16612.1812.181.4581.4640.1820.18314.2014.191.6321.6450.1900.19116.5816.581.8641.87218.6018.611.9361.9472）数据处理：第一档：0-0.2V，最大误差：0.926% < 1%第二档：0.2-2V，最大误差：0.952