电路综合实习报告.doc韩懿亭

1、电路综合实习报告姓 名：韩懿亭学 号：20121002602班 级：075121组 别：第6组指导老师：王巍，郝国成，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 通信工程专业设计任务和性能指标1（一）设计任务1（二）性能指标1设计方案2一、函数发生器设计3二、多功能数字钟设计.5三、自动量程转换电压表.6系统硬件设计.7系统软件设计.17调试及性能分析.9（一） 调试步骤.（二） 性能分析.心得体会.23参考文献.26附录.27一设计任务和性能指标1. 函数发生器（波形发生电路） 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

2、； 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。2. 多功能数字钟设计1.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。 2.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. 自动量程转换电压表1.实验内容：设计并制作数字电压表2.基本要求： (1)测量电压范围为：0V20V直流电压（15分）； (2)电压测量范围分为0.2V，2V，20V三档，量程自动切换（25分）； (3)显示精度：0.01V

3、，显示稳定，无闪烁（20分）； (4)测量误差0.2V档10%，2V和20V档1%（40分）发挥部分：测量交流电压有效值，测量范围05V；二设计方案一 函数发生器设计产生正弦波、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。方案一： 方波正弦波RC桥式振荡电路Vo1迟滞比较器 Vo2积分器三角波 函数发生器方框图1.1Vo3 函数发生器方框图框图中第一部分单元电路为RC文氏电桥正弦波振荡电路。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

4、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。方案二：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放大器变换为正弦波。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： 方案三：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，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

5、%，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，其产生的信号频率一般都在低频范围。故选用第二种方案。二、多功能数字钟设计设计框图为

6、：完整电路图设计三、量程自动切换的数字电压表设计设计框图：三、多量程电压表完整的电路图： 系统硬件设计：一、 函数发生器设计系统硬件设计：一、 方波三角波产生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

7、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-三角波。 方波-三角波的频率为：由上分析可知：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。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。l 三角波正弦波的变换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

8、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2.3.2.2b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。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

9、19Hzf100Hz，取C2=0.01F以实现频率波段的转换，R4、RP2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。 三角波正弦波变换电路lllllllllll 方波-三角-正弦波函数发生器电路图根据以上三部分的分析设计与计算，将其组合起来，再加上合适的改变，可画出方波-三角-正弦波函数发生器电路图，整个设计电

10、路采用如图2.3.3所示。其中运算放大器A1、A2用二只双运放A741，差分放大器采用单入、单出方式，四只晶体管用集成电路差分对管BG319或双三极管3DG130等。取电源电压为±12V。 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。二、简易数字时钟21基本功能电路设计1.振荡器 数字计时器电路的振荡器有两种，一种为石英晶体振荡器，一

11、种为555振荡器。石英晶体振荡器的特点是振荡频率准确、电路结构简单、频率易调整。本设计实验用555定时器与RC构成的多谐振荡器。如下图。2、时间计数器电路 时间计数电路由秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器及时个位和时十位计数器电路构成，其中秒、分为60进制计数器，而根据设计要求，时为12进制计数器。3、校时电路数字种启动后,每当数字钟显示与实际时间不符进,需要根据标准时间进行校时。校“秒”时，采用等待校时。校“分”、“时”的原理比较简单，采用加速校时。对校时电路的要求是 :在小时校正时不影响分和秒的正常计数 。在分校正时不影响秒和小时的正常计数 。4.译码器 译码是将给定的代码进行翻译

12、。计数器采用的码制不同，译码电路也不同。74HC4511驱动器是与8421BCD编码计数器配合用的七段译码驱动器。4511的输入端和计数器对应的输出端、4511的输出端和七段显示器的对应段相连。 5.显示器 本系统用七段发光二极管来显示译码器输出的数字，显示器有两种：共阳极或共阴极显示器。4511译码器对应的显示器是共阴极显示器。6.原理分析 1.555振荡器产生1KHZ的振荡信号，经过三级分频器分频第一个分频器输出频率为500HZ的振荡信号，第二个分频器输出频率为10HZ的振荡信号，第三个分频器输出频率为1HZ的振荡信号，分别供扩展电路使用。1HZ的信号作为输入信号输入到数字钟.秒个位的计数

13、器，同时也作为数字钟校时脉冲信号。 2.秒个位是十进制，R0和R9接地，当计数器计数到9即QDQCQBQA=1001时，计数器自动清零，QD从高电平转变为低电平，同时向秒十位输送一个计数脉冲，使秒十位开始计数，由于秒十位是六进制，所以秒十位计数器A3=0，当QCQBQA=101时，秒十位计数器自动清零。当秒十位QC由高电平转变为低电平时，通过与非电路，向分个位计数器输送一个进位脉冲，使分个位开始计数，分个位和分十位计数及进位原理同秒个位和秒十位相同。当分十位QC由高电平转变为低电平时，通过与非电路，向时个位计数器输送一个进位脉冲，使时个位开始计数，当时十位QBQA=10及时个位QCQBQA=1

14、00时，时计数器通过与非电路自动清零，实现二十四进制计数。 显示器真值表Q0Q1Q2Q3abcdefg显示000101100001001011010012001111110013010001100114010110110115011000111116011111100007100011111118100111101192.2扩展电路 1.闹时部分 原理图如下所示：三、数字电压表1)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（所以我们采用2.55V的基准电压）;所以对0-20V待测电压先进行用电位器进行分

15、压。（2）此方案的自动换挡在硬件和软件中都有所体现，在硬件中，其输入直接经过LM324放大后到达ADC0809的通路一，另外一路经过电位器先衰减为原来的十分之一后在经过LM324到达通路0，经过软件的判断后经1602显示。（3）在软件中判断是否超过2V的基准电压，然后实现自动换挡。2)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和IN-1口输入电压值，所以其余六个入口都是空置的，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AD

16、C0809采取2V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2MHZ（由于晶振为12MHZ），所以要用74LS74进行二分频。3)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） 控制实现调挡功能（在自动调挡模块已详细

17、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控制1602显示模块。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。4)显示模块 两种方案方案一：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，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，由于控制小数点dp的电平过低，故加上一上拉电阻来提高电平。方案二：该模块用1602液

18、晶模块实现，功能比数码管的功能要强大，其显示的均字符，可灵活的实现读写和编指令的操作，较为方便和灵活。系统软件设计：1.函数发生器软件仿真图：由仿真得到的波形可知方波幅度可以达到14.112V,三角波幅度可以达到4.734V,正弦波幅度可以达到1.252V，完全达到预定目标。2、简易数字钟软件仿真图：3、自动量程转换电压表调试及性能分析：1.函数发生器 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

19、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

20、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： 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3、 测试数据记录在各个

21、波形都不失真的情况下，得到下列测试结果： 波形 容 值0.1uF1uF10uF峰值范围（V）频率范围（Hz）峰值范围（V）频率范围（Hz）峰值范围（V）频率范围（Hz）方波21.8149-2.68K21.215-30022三角波3.8-4.3140-2.56K3.3-5.115-2984.6-11正弦波6.8-10138-2.5K4.4-9.514-2806-122.简易数字钟我采取分级调试的方法。1.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；2.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，

22、则需调节电位器，直到输出为标准的1HZ方波为止。3.接下来将1HZ方波输入计数器秒个位，看计数是否正确；然后将秒个位输出脉冲输入到秒十位，看是否有进位。接着分别测试分电路和小时部分电路，直到计数准确为止。3. 多量程电压表我依旧采用分级调试的方法。1.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。2.数据采集模块调试好以后，然后调试单片机模块。测

23、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。3.调试显示模块。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。4.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。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际值测量值18.0717.451.52

24、1.5150.1160.10515.8815.350970.970.0550.05511.8111.750.820.820.0790.0759.9810.00.470.480.0620.0658.208.200.370.380.0990.0956.116.052）数据处理：第一档：0-0.2V，最大误差：526% < 10%第二档：0.2-2V，最大误差：1.2% >1%第三挡：2-20，最大误差：0.93% < 1%3）误差分析：1.由于电压源不稳定。2.ADC0809是8位的，采样的时候不可能达到更精确。3.电路中一些噪声的影响。4自己焊接的时候出现了一些问题，比如，焊点

25、不牢固。5.调节电压器的频率不准确。6.芯片本身的质量问题。心得体会：（1）函数发生器：函数发生器的焊接，对我们小组来说，并不能算作是一个良好的开端。刚开始焊接的时候由于没有经验，我们将方波与三角波的输出节点焊接在了一起，虽然没有相通，但是距离很近，导致我们在调试的时候，才发现方波和三角波的失真很明显，相互干扰现象十分严重。最后，无奈只能将这两个节点重新引线，重新布线。后来再次经过调试，方波和三角波的输出波形正常了，但是正弦波的输出波形失真却开始变得严重了，在咨询了郝国成老师之后，他告诉我们要调节那个与输出节点相接的电位器，但是我们怎么调试却都改变不大。无奈，最后给老师检查的时候，只能得到一个

26、“正弦波失真较大”的评语。（2） 简易数字钟对于这个实验，更是让我们喜忧参半。这个实习的电路的焊接真的是相当麻烦，线路比较多，而且连起来比较乱，检查也不好检查，而且一旦连错，不容易改正。总是让我们焊接的头晕眼花的。在这个电路的焊接中，很多同学都想到了捷径，运用了排线，省去了很多焊接的痛苦，只有我们小组还是自己老老实实一个点一个点焊接出来的，这个过程简直痛苦。当我们终于焊接完成的那一刻，接通了电源，数码管如愿以偿的亮了，但是有一小段却一直黑着，无奈，拆下电路板重新检查，这才发现原来有一些引脚没有焊。当把那些引脚焊好以后再接电源，发现已经可以正常工作了，当时那种心情简直溢于言表。基础部分很顺利的通

27、过了老师的检查，但是在做扩展部分的时候，却非常的不顺利，我们甚至试用了3种设计思路都没有成功，看见本来没有我们进度快的小组都一个个超过了我们，那种心情简直又焦虑有烦躁，无奈却只能耐着性子继续弄，最后，皇天不负有心人，终于成功了。（3） 多量程电压表这个实习更是把我折磨的要死，这个实习虽然电路不难，跟上个实习比起来焊接也非常简单，但是可能真的是由于我焊接时候的粗心大意，导致调试时候也非常的不顺利。开始时，焊接完成以后，才发现数码管根本不亮，只能重新开始检查电路，电路看了一遍又一遍，检查了一遍又一遍短路，都没有发现问题，真是欲哭无泪，后来在检查第5遍的时候才发现，原来是有一个芯片忘记接地了，赶忙接

28、上，数码管开始正常工作，但是抖动却非常厉害。咨询了学长学姐，他们说可能是程序的延时时间过长的问题，可是我们又不知道到底应该延时多少，无奈只能一遍一遍的写，一遍一遍的下，一遍一遍的下载，最后，终于把这个该死的抖动去掉了，数码管显示稳定。但是测量的误差却偏大，调整了一上午也不知道是怎么回事。（4） 实习总结 在实习前，我以为这次实习会跟上次寒假实习一样简单顺利，所以也没有过多的担心，就是希望自己能通过这次实习培养自己的动手能力，也可以把这学期学习的数电，上学期学习的模电好好理解一下，将死知识灵活运用到实习中来。最后，不到20天，实习结束。这次实习，总体结果虽然都成功做出来了，但是过程却都不非常顺利

29、。我总结了一下自身的原因，我自己的性子比较急，做什么都喜欢赶，所以容易粗心大意，在焊接的时候不是漏掉这个点，就是焊错了那个点，导致了很多不必要的麻烦。这个问题，在以后的实习中，我一定会注意的。虽然这20天的实习中，碰到的问题很多，把自己也折磨的死去活来的，但是通过这次的实习，的确学会了不少，除了软件的仿真运用，焊接技能的提高，还有自己差错并成功解决问题的能力，最重要的是，小组之间的团结合作能力。感谢学校，感谢机电学院，感谢通信的各位老师给了我们这次实习的机会，让我们收获颇多，谢谢你们。参考文献：1、张友纯模拟电子线路 华中科技大学出版社，2009年6月2、康华光电子技术基础-数字部分 高等教育

30、出版社，2006年1月3、汪文单片机原理及应用 华中科技大学出版社，2007年3月4、谭浩强C程序设计 清华大学出版社，2005年7月附录：单片机程序#include <AT89X52.H>#define uchar unsigned char;uchar code scan_con=0x03,0x02,0x01,0x00; /定义列扫描uchar dispcode=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00;/定义09的显示段码uchar dispbuf8=0,0,0,0,0,0,0,0; /定义8个存储空间uch

31、ar dispcount=0;uchar getdata;unsigned int temp;/定义暂存空间uchar i,j,k,l,m;sbit s3=P27; /位定义，控制模拟开关sbit s2=P26;sbit s1=P25;sbit dp=P17; /定义小数点#define v20_on s3=0;s2=0;s1=1; /宏定义不同量程，不同的开关状态#define v2_on s3=0;s2=1;s1=0;#define v02_on s3=1;s2=0;s1=0;sbit ST=P20; /定义单片机和ADC的控制信号sbit OE=P21;sbit EOC=P22;main

32、() while(1) _20v: /220V量程 v20_on; ST=0; /启动A/D转换 ST=1; ST=0; while(EOC=0); OE=0; getdata=P0; OE=1; 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; /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=0; getdata=P0; OE=1; if(getdata<21) goto _02v; else if(getdata>204) goto _20v; l=2; temp=getdata; temp=(temp*100/51)*10; temp=temp/2; goto disp; _02v: /0200MV量程 v02_