电子制作实践报告

-.z.实践报告学院：自动化工程学院班级：**：**：2013年7月一、设计目的通过上机操作，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。二、设计内容●555定时器一）.实验目的：掌握555定时器的内部结构及原理，并利用555定时器实现555多谐振荡器、555定时器单稳态电路、555警笛电路。二）.实验原理：555定时器的电路结构如上图：555集成定时器由五部分构成：分压器、比较器、基本RS触发器、晶体管开关和输出缓冲器。1．分压器：有三个阻值为5K的电阻串联起来构成分压器，为比较器提供两个参考电压。比较器C1的同向输入端U+=（2/3）Vcc，比较器C2的反向输入端U-=（1/3）Vcc。CO端为外加电压控制端。通过该端的外加电压Vco可改变C1、C2的参考电压。工作中不用CO端时，一般CO端都通过一个0.01uF的电容接地，以旁路高频干扰。2．比较器：555有两个完全相同的高精度电压比较器C1和C2。当U+>U-时，比较器输出高电平（uo=Vcc）；当U+<U-时，比较器输出低电平（uo=0）。比较器的输入端基本上不向外电路索取电流，其输入电阻可视为无穷大。3．基本RS触发器：由两个与非门G1、G2组成基本RS触发器。两个比较器的输出信号uo1和uo2决定触发器的输出端状态。R=0时，RS触发器维持原状态不变。4．晶体管开关：由V管构成。当基极为低电平时，V管截止；当基极为高电平时，V管饱和导通，起到开关的作用。5．输出缓冲器：由非门G4组成，用于增大对负载的驱动能力和隔离负载对555基本RS触发器：由两个与非门G1、G2组成基本RS触发器。两个比较器的输出信号uo1和uo2决定触发器的输出端状态。R=0时，RS触发器维持原状态不变。各个引脚功能如下：1脚：外接电源负端或接地，一般情况下接地。2脚：触发输入3脚：输出端Vo4脚：直接清零端。当此端接低电平，则时基电路不工作，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：阈值输入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。A.555定时器组成单稳态电路：没有触发信号时Vi处于高电平，如果接通电源后Q=0，Vo=0，T导通，电容通过放电三极管T放电，使Vc＝０，Vo保持低电平不变。如果接通电源后Q=１，放电三极管T就会截止，电容通过电阻Ｒ向电容Ｃ充电，当Vc上升到（2/3）Vcc时，由于Ｒ＝０，Ｓ＝１，锁存器置０，Vo为低电平。此时放电三极管Ｔ导通，电容Ｃ放电，Vo为低电平。因此，电路通电后在没有触发信号时，电路只有一种稳定状态Vo=0。若触发输入端施加触发信号Vi＜（１/3）Vcc，电路的输出状态由低电平跳到高电平，电路进入暂稳态，放电三极管Ｔ截止。电容充电至（2/3）Vcc时，Vo由高电平转为低电平，Ｔ导通，电容Ｃ放电，电路返回到稳定状态，电路波形如右图所示。ｔｗ≈1.1RCProteus绘制图形：B.555多谐振荡器：接通电源后，电容Ｃ被充电，当Vc上升到（2/3）Vcc时，使Vo为低电平，同时放电三极管Ｔ导通，此时电容Ｃ通过Ｒ２和Ｔ放电，Vc下降。当Vc下降到（１/3）Vcc时，Vo翻转为高电平。电容器Ｃ放电所需时间为当放电结束后，T截止，Vcc将通过R1、R2向电容器C充电，Vc由（１/3）Vcc上升到（2/3）Vcc所需时间为Tph≈0.7（R1+R2）C当Vc上升到（2/3）Vcc时，电路又翻转为低电平。如此周而复始，在电路的输出端就得到一个周期性的矩形波。电路的工作波如右图所示。其振荡频率为：f=≈Proteus绘制图形：C.555警笛电路555警笛电路是由两个555多谐振荡器组成的。一个为振荡电路，一个为报警器发生电路.振荡电路:当接通电源后，T截止，电源通过R2、R3向电容C2充电，经过一段时间后，电容两端的电压达到高电平，而这时T导通，电容C2通过点阻R2放电，一段时间后，电容两端的电压变回原来状态，随即T又截止，电容C1又开始充电。如此周而复始，重复上述的过程，输出端得到矩形波电压。报警器发生电路模块：电阻R1改变了参考电平，由IC1的3脚输出的高低电平通过IC2的5脚控制报警声的频率。多谐振荡器的振荡频率由R5、R6与C4的数值决定，本电路约为860Hz。调整R5、R6及C4的数值，可得到所需要的振荡频率和报警声。Proteus绘制图形：三）.实验小结：本次设计555定时器的相关实验，再次巩固了数电中555定时器的原理及管脚分配，并用两个555做成了555警笛声，进一步了解了555定时器的相关应用。但在实验中要注意元器件的正确选择。●比例运算放大器一）.实验目的：掌握比例运算放大器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。二）.实验原理：LM324的原理:LM324是四运放集成电路，它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，即4脚与11脚分别接正负电源端，1脚“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。反相比例运算放大器:Proteus绘制图形：反相端为虚地点，即Vn=0,由虚短和虚断的概念可得，=即Vo=-×Vi电压增益：Av==-Rf为可变电阻,可任意调整电压放大的倍数。电路特征和放大特性为：输入电阻大，输出电阻小，可以调节放大倍数，负号表示反相。同相比例运算放大器：Proteus绘制图形：如上图，由虚短和虚断的概念可得，=即Vo=（1+）×Vi电压增益：Av==1+Rf为可变电阻,可任意调整电压放大的倍数。电路特征和放大特性为：输入电阻大，输出电阻小，可以调节放大倍数。正号表示同相。三）.实验小结：本次试验让我很好的掌握了模电中的运算放大器，并根据运放的原理，设计了同相与反相的放大比例运算。●波形发生器一）.实验目的：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。二）.实验原理：LM324的原理LM324是四运放集成电路，它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，即4脚与11脚分别接正负电源端，1脚“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。A.RC桥式振荡器：正弦波振荡电路必须由放大电路、选频网络、反馈网络和稳幅电路四个基本部分组成。正弦波振荡电路就是一个没有输入信号的带选频网络的正反馈放大电路。Proteus绘制图形：1．放大电路:放大信号2.RC选频网络：输入的信号含有各次频率分量，选频网络对于其中的谐振频率分量呈现出低阻特性，而对其他分量呈现高阻抗，信号可以保持较少的幅值衰减通过选频网络，而其他信号则被选频网络抑制。自激振荡的条件：AF=1振幅平衡条件：相位平衡条件：相位条件意味着振荡电路必须是正反馈；幅度条件表明反馈放大器要产生自激振荡，还必须有足够的反馈量(可以通过调整放大倍数A或反馈系数F达到)。起振及稳幅振荡的过程：设：Uo是振荡电路输出电压的幅度，B是要求达到的输出电压幅度。起振时Uo0，达到稳定振荡时Uo=B。起振过程中Uo<B，要求AuF>1，一般应选取RF略大2R５可使输出电压的幅度不断增大。稳定振荡时Uo=B，要求AuF=1，使输出电压的幅度得以稳定。从AuF>1到AuF=1，就是自激振荡建立的过程。起始信号的产生：在电源接通时，会在电路中激起一个微小的扰动信号，它是个非正弦信号，含有一系列频率不同的正弦分量。3.反馈网络:必须是正反馈，反馈信号即是放大电路的输入信号4.稳幅电路：稳幅分为两部分。在R４上正反并联两个二极管，它们在输出电压Ｖｏ的正负半周内分别导通。在起振之初，由于uo幅值很小，尚不足以使二极管导通，正向二极管近于开路，此时，RF>2R1。而后，随着振荡幅度的增大，正向二极管导通，其正向电阻逐渐减小，直到RF=2R５，振荡稳定。B.三角波方波发生器左边的运放构成一个迟滞比较器，在比较器的输出端引入限流电阻Ｒ和两个双向稳压管组成了方波发生电路，生成的方波经过右边的积分电路，生成三角波，而它又经过迟滞比较器生成方波，如此周而复始。三）.实验小结：本次实验基本知识还是运放，只不过是有运放深化为迟滞比较器和积分电路，掌握基本才是关键。●显示译码器和数码管的应用一）.实验目的：掌握核心器件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。二）.实验原理：74LS47:74LS47是BCD-7段数码管译码器/驱动器，74LS47的功能用于将BCD码转化成数码块中的数字,通过它解码，可以直接把数字转换为数码管的显示数字。译码为编码的逆过程。它将编码时赋予代码的含义“翻译”过来。实现译码的逻辑电路成为译码器。译码器输出与输入代码有唯一的对应关系。74LS47是输出低电平有效的七段字形译码器。引脚图(1)LT：试灯输入，是为了检查数码管各段是否能正常发光而设置的。当LT=0时，无论输入A3，A2，A1，A0为何种状态，译码器输出均为低电平，若驱动的数码管正常，是显示8。(2)BI：灭灯输入，是为控制多位数码显示的灭灯所设置的。BI=0时。不论LT和输入A3，A2，A1，A0为何种状态，译码器输出均为高电平，使共阳极7段数码管熄灭。(3)RBI：灭零输入，它是为使不希望显示的0熄灭而设定的。当对每一位A3=A2=A1=A0=0时，本应显示0，但是在RBI=0作用下，使译码器输出全1。其结果和加入灭灯信号的结果一样，将0熄灭。(4)RBO：灭零输出，它和灭灯输入BI共用一端，两者配合使用，可以实现多位数码显示的灭零控制。74LS48:74LS48是输出高电平有效的七段字形译码器。除了有实现7段显示译码器基本功能的输入（DCBA）和输出（Qa～Qg）端外，7448还引入了灯测试输入端（LT）和动态灭零输入端（RBI），以及既有输入功能又有输出功能的消隐输入/动态灭零输出（BI/RBO）端。（1）7段译码功能（LT=1，RBI=1）在灯测试输入端（LT）和动态灭零输入端（RBI）都接无效电平时，输入DCBA经7448译码，输出高电平有效的7段字符显示器的驱动信号，显示相应字符。除DCBA=0000外，RBI也可以接低电平。（2）消隐功能（BI=0）此时BI/RBO端作为输入端，该端输入低电平信号时，无论LT和RBI输入什么电平信号，不管输入DCBA为什么状态，输出全为“0”，7段显示器熄灭。该功能主要用于多显示器的动态显示。（3）灯测试功能（LT=0）此时BI/RBO端作为输出端，输入低电平信号时，与DCBA输入无关，输出全为“1”，显示器7个字段都点亮。该功能用于7段显示器测试，判别是否有损坏的字段。（4）动态灭零功能（LT=1，RBI=1）此时BI/RBO端也作为输出端，LT端输入高电平信号，RBI端输入低电平信号，若此时DCBA=0000，输出全为“0”，显示器熄灭，不显示这个零。DCBA≠0，则对显示无影响。该功能主要用于多个7段显示器同时显示时熄灭高位的零。数码管显示管：共阳极电路共阴极电路显示器分段布局图发光二极管构成的七段显示器有两种，共阳极与共阴极电路，如上图所示，共阳极就是把所有LED的阳极连接到共同接点，而每个LED的阴极分别为a、b、c、d、e、f、g及dp（小数点）；共阴极则是把所有LED的阴极连接到共同接点，而每个LED的阳极分别为a、b、c、d、e、f、g及dp（小数点）。LED分别与译码器各段相对应，通过控制各个LED的亮灭来显示数字。Proteus绘制图形：三）.实验小结：本次试验是我掌握了核心器件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。但在选元器件时，要注意共阴极和共阳极的区别。●串/并行数据转换器一).实验目的：掌握核心器件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。二）.实验原理：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是中规模集成的８位移位寄存器，有两个串行数据输入端，实际输入为两个输入的与。在应用中，可利用一个输入端作为串行数据输入端的使能端。在3～6，10～13可得到8位并行数据输出，同时在13端得到串行输出。74LS194是四位双向移位寄存器。当Ｓ１Ｓ０＝00时，保持；Ｓ１Ｓ０＝01时，右移；Ｓ１Ｓ０＝10时，左移；Ｓ１Ｓ０＝11时，并行输入。CLK为时钟信号。当输入串行数据位HHLL