暑期電子實習報告

1、 電路綜合實習報告 學 院： 機電學院 專 業(yè)： 通信工程 班 級： 姓 名： 學 號： 組 員： 指導老師： 郝國成 張曉峰 聞?wù)缀?吳讓仲 李杏梅 王 巍 時 間：函數(shù)發(fā)生器一、函數(shù)發(fā)生器設(shè)計1、實習內(nèi)容及要求：任務(wù)：一個電路同時產(chǎn)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）頻率可調(diào)，范圍分為三段：10HZ100HZ；100HZ1KHZ；1KHZ10KHZ。主要性要求能：1）輸出信號的幅度準確穩(wěn)定2）輸出信號的頻率準確較穩(wěn)定2、設(shè)計方案總體方案：函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計需要我們運用模擬電路部分所學的知識，產(chǎn)生正弦波、三角波、方波的方案有許

2、多，根據(jù)設(shè)計的電路，選擇集成運放產(chǎn)生波形。集成運放是一種高增益放大器，只要加入適當?shù)姆答伨W(wǎng)絡(luò)，利用正反饋原理，滿足振蕩條件，就可以構(gòu)成方波-正弦波-三角波等各種振蕩電路。函數(shù)發(fā)生器一般是指能自動產(chǎn)生正弦波、三角波、方波及鋸齒波、階梯波等電壓波形的電路或儀器。根據(jù)用途不同，有產(chǎn)生三種或多種波形的函數(shù)發(fā)生器，使用的器件可以是分立器件 (如低頻信號函數(shù)發(fā)生器S101全部采用晶體管)，也可以采用集成電路(如單片函數(shù)發(fā)生器模塊8038)。為進一步掌握電路的基本理論及實驗調(diào)試技術(shù)，本課題采用由集成運算放大器與晶體管差分放大器共同組成的方波三角波正弦波函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計方法。產(chǎn)生正弦波、方波、三角波的方案有多

3、種，如首先產(chǎn)生正弦波，然后通過整形電路將正弦波變換成方波，再由積分電路將方波變成三角波；也可以首先產(chǎn)生三角波方波，再將三角波變成正弦波或?qū)⒎讲ㄗ兂烧也ǖ鹊?。本課題采用先產(chǎn)生波三角波，再將三角波變換成正弦波的電路設(shè)計方法，由比較器和積分器組成方波三角波產(chǎn)生電路，比較器輸出的方波經(jīng)積分器得到三角波，三角波到正弦波的變換電路主要由差分放大器來完成。差分放大器具有工作點穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強等優(yōu)點。特別是作為直流放大器時，可以有效地抑制零點漂移，因此可將頻率很低的三角波變換成正弦波。波形變換的原理是利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性。具體方案：方案1： VO1 VO2 VO3 積分器遲滯比

4、較器RC橋式振蕩電路 框圖中第一部分單元電路為RC文氏電橋正弦波振蕩電路。其輸出的正弦波VO1通過第二部分單元電路遲滯比較器變換為方波輸出V02。第三部分單元電路為積分器，它將方波VO2積分變換為三角波VO3輸出。方案2：將遲滯比較器與積分器首尾相連，構(gòu)成方波-三角波產(chǎn)生器，然后將三角波用差動發(fā)達器變換為正弦波。三角波正弦波的變換主要有差分放大器來完成。其設(shè)計框圖如圖： 方案3：采用IC芯片8038設(shè)計的方案：ICL8038是性能優(yōu)良的集成函數(shù)信號發(fā)生器芯片。8038在使用中可用單電源（+10V +30V）供電，也可以用雙電源（+ 5V +15V）供電。頻率的可調(diào)范圍為0.001Hz-300k

5、Hz。輸出矩形波的占空比q的調(diào)節(jié)范圍為2%-98%，上升時間為180ns，下降時間為40ns。輸出三角波的非線形小于0.05%，輸出正弦波的失真度小于1%，8038為壓控振蕩器（VCO）或頻率調(diào)制器（FM）。方案四：利用555定時器產(chǎn)生方波，方波通過積分電路產(chǎn)生三角波，再將產(chǎn)生的三角波經(jīng)過低通電路濾波后送入差分放大器產(chǎn)生正弦波。方案選擇：差分放大器具有工作點穩(wěn)定，輸入阻抗高、抗干擾能力強等優(yōu)點。特別是做直流放大器時，可以有效的抑制零點漂移，因此可將頻率很低的三角波變換成正弦波。由于本實驗要求最低頻率為10Hz，并且變化的范圍較大，因此方案一對于此試驗無法滿足此要求；對于方案三，由于芯片的造價太

6、高，不實際，因此選用方案二比較合適。集成運放是一種高增益放大器，只要加入適當?shù)姆答伨W(wǎng)絡(luò)，利用正反饋原理，滿足振蕩條件，就可以構(gòu)成方波-正弦波-三角波等各種振蕩電路。但由于受集成運放帶寬的限制，其產(chǎn)生的信號頻率一般都在低頻范圍。故選用第二種方案。3、原理分析總電路圖（方波三角波正弦波產(chǎn)生電路）功能模塊1）方波三角波產(chǎn)生電路 方波-三角波電路上圖所示為產(chǎn)生方波-三角波電路。工作原理如下：若a點短開，運算放大器A1與R1、R2及R3、RP1組成電壓比較器，C1為加速電容，可加速比較器的翻轉(zhuǎn)。由圖分析可知比較器有兩個門限電壓運放A2與R4、RP2、C2及R5組成反相積分器，其輸入信號為方波Uo1時，則

7、輸出積分器的電壓為當Uo1=+VCC時當Uo1=-VEE時 比較器電壓傳輸特性 方波-三角形波可見積分器輸入方波時，輸出是一個上升速率與下降速率相等的三角波，其波形如圖所示。A點閉合，即比較器與積分器首尾相連，形成閉環(huán)電路，則自動產(chǎn)生方波-三角波。 方波-三角波的頻率為：由上分析可知：（1）電位器RP2在調(diào)整方波-三角波的輸出頻率時，不會影響輸出波形的幅度。（2）方波的輸出幅度應(yīng)等于電源電壓。三角波的輸出幅度應(yīng)不超過電源電壓。電位器RP1可實現(xiàn)幅度上午微調(diào)，但會影響波形的頻率。2）正弦波產(chǎn)生電路三角波正弦波的變換主要有差分放大器來完成。差分放大器具有工作點穩(wěn)定，輸入阻抗高、抗干擾能力強等優(yōu)點。

8、特別是做直流放大器時，可以有效的抑制零點漂移，因此可將頻率很低的三角波變換成正弦波。波形變換的原理是利用差分放大器傳輸特性的非線性。（1） 傳輸特性曲線越對稱，線性區(qū)越窄越好；（2）三角波的幅度Um應(yīng)正好使晶體管接近飽和區(qū)或截止區(qū)。圖2.3.2.2b為三角波正弦波的變換的電路。其中RP1調(diào)節(jié)三極管的幅度，RP2調(diào)整電路的對稱性，其并聯(lián)電阻RE2用來減少差分放大器的線性區(qū)。電容C1、C2、C3為隔直電容，C4為濾波電容，以減少濾波分量，改善輸出波形。 三角波正弦波變換電路比較器A1與積分器A2的元件參數(shù)計算如下：由于因此取R3=10k,則R3+RP1=30 k，取R3=20k, RP1為47 k

9、的電位器。取平衡電阻R1=R2/（R3+RP1）10 k。因為當1Hzf10Hz時，取C2=1F，則R4+RP2=（757.5）k，取5.1 k，RP2為100 k電位器。當 19Hzf100Hz，取C2=0.01F以實現(xiàn)頻率波段的轉(zhuǎn)換，R4、RP2的值不變。取平衡電阻R5=10 k。三角波正弦波變換電路的參數(shù)選擇原則是：隔直電容C3、C4、C5要取得大，因為輸出頻率較低，取C3=C4=C5=470F，濾波電容C6一般為幾十皮法至0.1F。RE2=100與RP4=100，相并聯(lián)，以減少差分放大器的線性區(qū)。差分放大器的靜態(tài)工作點可通過觀測傳輸特性曲線，調(diào)整RP4及電阻R確定。3）引腳圖 LM74

10、14）元件清單名稱型號數(shù)量直流穩(wěn)壓電源1臺雙蹤示波器1臺萬用表1只運算放大器LM7412片電位器50K2只100K1只1001只電阻20K1只10k5只8K1只6.8K2只5.1K1只2k2只1001只電容470uF3只10uF1只1uF1只0.1uF2只001uF1只三極管90134只萬用板1塊導線1.若干5）原理仿真圖6）波形仿真圖方波：三角波：正弦波：4、調(diào)試過程與結(jié)果 方波三角波的調(diào)試由于比較器A1與積分器A2組成正反饋閉環(huán)電路，同時輸出方波與三角波，這兩個單元電路可以同時安裝。需要注意的是，安裝電位器RP1與RP2之前，要先將其調(diào)整到設(shè)計值，如設(shè)計舉例題中，應(yīng)先使RP1=10K，RP

11、2?。?.570）內(nèi)的任一阻值,否則電路可能會不起振.只要電路接線正確,上電后,U01的輸出為方波,U02的輸出為三角波,微調(diào)RP1,使三角波的輸出幅度滿足設(shè)計指標要求,調(diào)節(jié)RP2,則輸出頻率在對應(yīng)波段內(nèi)連續(xù)可變. 正弦波調(diào)試裝調(diào)三角波-正弦波變換電路，其中差分放大器可利用課題三設(shè)計完成的電路。電路的調(diào)試步驟如下：經(jīng)電容C4輸入差模信號電壓uid=500mV，fi=100Hz的正弦波。調(diào)節(jié)RP4及電阻R*，使傳輸特性曲線對稱。再逐漸增大uid，直到傳輸特曲線形狀如圖3-73所示，記下此時對應(yīng)的uid，即uidm值。移去信號源，再將C4左端接地，測量差分放大器的靜態(tài)工作點I0、Uc1、Uc2、U

12、c3、Uc4。將RP3與C4連接，調(diào)節(jié)RP3使三角波的輸出幅度經(jīng)RP3后輸出等于uidm值，這時U03的輸出波形應(yīng)接近正弦波，調(diào)整C6大小可以改善輸出波形。如果U03的波形出現(xiàn)如圖1所示的幾種正弦波失真，則應(yīng)調(diào)整和修改電路參數(shù)，產(chǎn)生失真的原因及采取的相應(yīng)措施有： 鐘形失真，如圖1.2（a）所示，傳輸特性曲線的線性區(qū)太寬，應(yīng)減小RE2。波圓頂或平頂失真，如圖1.2（b）如示，傳輸特性曲線對稱性差，工作點Q偏上或偏下，應(yīng)調(diào)整電阻R*。非線性失真 如圖1.2（c）所示，三角波的線性度較差引起的非線性失真，主要受運放性能的影響?？稍谳敵龆思訛V波網(wǎng)絡(luò)（如C6=0.1mF）改善輸出圖1.2 幾種波形的失真

13、5、測試數(shù)據(jù)記錄在各個波形都不失真的情況下，得到下列測試結(jié)果：初始值電容大小C1=10uC2=1u波形峰峰值頻率峰峰值頻率方波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 V20.8 Hz0.58 V18.8 Hz（Vcc+=11.9V Vcc-=-11.8V） 測量值電容大小C1=10uC2=1u波形峰峰值范圍頻率范圍峰峰值范圍頻率范圍方波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 V10.5

14、32.0 Hz0.40.55 V5030.2 Hz6、實習小結(jié)函數(shù)發(fā)生器制作，雖然焊接出來的電路板不美觀，但是很實用，產(chǎn)生的波形的標準程度與電路板的外觀成反比。不過中間也產(chǎn)生了一些小插曲，焊接好電路板后，由于忘記安裝芯片，直接把電路板節(jié)電，在我們的各種修改下，居然還調(diào)出了方波，讓我們很詫異，然我們思考，這個芯片的作用到底是什么，是不是僅僅穩(wěn)定輸出波形的標準程度。事后，我們安裝了芯片，然后很快就調(diào)出了方波和三角波，對于正弦波，起初是失真，然后請教老師，我們就調(diào)節(jié)滑動變阻器RP1的阻值，最終調(diào)節(jié)出了標準的正弦波。然后就是調(diào)節(jié)頻率的問題，這點很值得自豪，三個階段的頻率，我們都能很完整的調(diào)節(jié)出來，主這

15、點要是對于電容的選擇。至于別的問題，那就是下個實驗焊接電路板時要注意美觀的問題，下次會注意些。在這個實驗中，我們發(fā)現(xiàn)了很多問題，首先示波器原有波形對函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生了干擾，一開始以為調(diào)出了方波，但發(fā)現(xiàn)運放沒有接通；將運放接通后，發(fā)現(xiàn)還是沒有相應(yīng)的波形，讓我們很苦惱。在隨后的檢查中并沒有什么過錯，于是我們決定在焊接一塊小板子，結(jié)果依舊不理想。最后再換了兩塊運放后，一切都正常了。這讓我們決定在下一次焊電路之前先檢查芯片的好壞。多功能數(shù)字鐘電路設(shè)計一、設(shè)計任務(wù)和性能分析多功能數(shù)字鐘電路由波形發(fā)生器，“時、分、秒”計數(shù)器，譯碼器及顯示器、校時電路、整點報時電路等組成。秒計數(shù)器采用60進制計數(shù)器，每累計6

16、0秒發(fā)出一個“分脈沖”信號，該信號將作為“分計數(shù)器”的時鐘脈沖。同理，分計數(shù)器每累計60分發(fā)出一個“時脈沖”信號，該信號將作為“時計數(shù)器”的時鐘脈沖。時計數(shù)器采用24進制計數(shù)器。譯碼顯示電路將時、分、秒的輸出狀態(tài)經(jīng)七段顯示譯碼器譯碼，通過六位LED數(shù)碼管顯示出來。整點報時電路是根據(jù)計時系統(tǒng)的輸出狀態(tài)產(chǎn)生一個脈沖信號，然后觸發(fā)蜂鳴器實現(xiàn)整點報時。1、實習要求掌握數(shù)字電路系統(tǒng)的設(shè)計方法、裝調(diào)技術(shù)及數(shù)字鐘的功能擴展電路的設(shè)計。2、基本功能 準確計時； 以數(shù)字形式顯示時、分、秒； 小時的計時要求為“24進制”，分、秒計時要求為60進制； 能夠校正時間。 3、擴展模塊功能 定時控制，時間可自行設(shè)定； 仿

17、廣播電臺整點報時； 報整點時數(shù)；二、系統(tǒng)方案論證1、方波產(chǎn)生電路的選擇 方案一：采用CPLD或者FPGA產(chǎn)生方波，精度較高，幾乎沒有毛刺，但成本也比較高。 方案二：用單片機控制DDS模塊（可以由CD9850構(gòu)成的波形信號發(fā)生模塊）產(chǎn)生方波，它的精度較高，波形穩(wěn)定。 方案三：利用運放(UA741、OP07等）的非線性作用產(chǎn)生振蕩，通過外接滑動變阻器來調(diào)節(jié)輸出方波的頻率。但由于存在直流分量很難達到預(yù)期的要求，頻率不夠。 方案四：采用石英晶體振蕩器，通過單片機可以調(diào)節(jié)頻率的大小。但是經(jīng)過實際測試，12MHz的晶振最大能產(chǎn)生38KHz的方波。 方案五：采用NE555和RC構(gòu)成方波振蕩電路。其優(yōu)點成本低

18、，結(jié)構(gòu)簡單；但是電路參數(shù)匹配需要嚴格細調(diào)，而且此電路容易產(chǎn)生頻率漂移。方案選擇：經(jīng)過分析論證及結(jié)合本次實習的目的，我采用了方案五，可以在NE555的后面接一個由NE555設(shè)計的施密特觸發(fā)器來維持波形的穩(wěn)定。2、分頻電路的選擇 方案一：利用JK觸發(fā)器實現(xiàn)十分頻電路。十分頻電路也就是相當于設(shè)計一個十進制的計數(shù)器，可以確定需要4個JK觸發(fā)器，因為4個JK觸發(fā)器的輸出最多可以表示16個狀態(tài)。 方案二：可以直接用十進制計數(shù)器74LS90來實現(xiàn)十分頻，假如NE555產(chǎn)生的是1kHz的方波，可以用3個10分頻串行連接得到。 方案三：控制震蕩電路不一定產(chǎn)生1kHz的方波，然后可以根據(jù)需求采用相應(yīng)的分頻電路。

19、方案選擇：經(jīng)過分析論證，采用方案二。3、時分秒計數(shù)器電路的選擇方案一：74LS160是4位二進制同步加法計數(shù)器，除了有二進制加法計數(shù)功能外，還有異步清零、同步并行置數(shù)、保持等功能。秒計數(shù)電路由兩位計數(shù)芯片74LS160構(gòu)成的60進制計數(shù)器。分計數(shù)電路與秒相同，只不過將十位的進位信號接到時計數(shù)電路的使端。計數(shù)器和分計數(shù)器相似，它由兩位計數(shù)芯片74LS160構(gòu)成的二十四進制計數(shù)器，將一片74LS160設(shè)計成4進制加法計數(shù)器，另一片設(shè)置2進制加法計數(shù)器。圖2.3.1 六十進制計數(shù)功能電路圖圖2.3.2 二十四進制計數(shù)功能電路圖方案二：數(shù)字鐘的“分”和“秒”計數(shù)器均為模60的計數(shù)器，它們的個位都是十進

20、制計數(shù)器，而十位則是六進制計數(shù)器，因此可選用74LS90作為“分”和“秒”的個位計數(shù)器，74LS92作為“分”和“秒”的十位計數(shù)器，其中，十位計數(shù)器將74LS92連接成模6計數(shù)器。數(shù)字鐘的“時”計數(shù)器為模24的計數(shù)器，其計數(shù)規(guī)律為00->01->->22->23->00，因為M=24<102,應(yīng)選用2片74LS90，將其連接成模24計數(shù)器作為時計數(shù)器。圖2.3.3 六十進制計數(shù)功能電路圖 圖2.3.4 二十四進制計數(shù)功能電路圖方案三：數(shù)字鐘的分和秒計數(shù)器為60進制的計數(shù)器，時計數(shù)電路為12進制計數(shù)器，采用一片74LS74和一片74LS191以及與非門（74L

21、S00）、非門（74LS04），74LS191為二進制可逆計數(shù)器。圖2.3.5 十二進制計數(shù)功能電路圖方案選擇：經(jīng)過分析論證及結(jié)合本次實習的要求，我采用了方案二，此方案電路簡單可行。4、驅(qū)動和顯示電路的選擇方案一：計數(shù)器實現(xiàn)對時間的累計以8421BCD碼形式輸出，顯示譯碼電路將計數(shù)器的輸出數(shù)碼轉(zhuǎn)化為數(shù)碼顯示器件所需要的輸出邏輯，從而變成相應(yīng)的數(shù)字。選用74LS48來驅(qū)動，74LS48是BCD-7段譯碼器，輸出高電平有效，用于驅(qū)動LED七段共陰極顯示數(shù)碼管。將秒、分、時計數(shù)器的每位輸出經(jīng)過譯碼電路后再分別接到相應(yīng)的數(shù)碼管的輸入端，便可顯示不同的數(shù)字。圖2.4.1 74LS48譯碼與顯示電路圖方案

22、二：采用74HC4511驅(qū)動，74HC4511是一個用于驅(qū)動共陰極 LED （數(shù)碼管）顯示器的 BCD 碼七段碼譯碼器，它具有BCD轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動功能的CMOS電路能提供較大的拉電流?？芍苯域?qū)動LED顯示器。 方案選擇：經(jīng)過分析論證及結(jié)合本次實習實驗室的選用器件，我采用了方案二，此方案電路簡單可行。另外，譯碼電路和數(shù)碼管之間的限流電阻要根據(jù)電源電壓來選取，電源電壓5V時可使用300的限流電阻，如果能夠控制降低電壓的話也可以不加。 圖2.4.2 74HC4511譯碼與顯示電路圖5、（擴展模塊）整點報時電路的選擇 方案一：電路在整點前10秒鐘內(nèi)開始整點報時，每隔1秒鳴叫1次，

23、每次持續(xù)時間為1秒，共鳴叫5次，即當時間在59分51秒到59分59秒期間時，報時電路進行報時。報時電路因為分計數(shù)器和秒計數(shù)器從59分51秒到59分59秒計數(shù)過程中，只有秒個位計數(shù)器計數(shù)，而分十位、分個位、秒十位的計數(shù)器狀態(tài)不變。用74LS20和與非門、非門得以實現(xiàn)，所以，根據(jù)邏輯式可得如下電路圖。 圖2.5.1 7整點前10秒報時電路圖方案二：用74LS20四輸入與非門和一個蜂鳴器構(gòu)成整點報時電路。設(shè)定電路在59分開始，到整點時結(jié)束，為時一分鐘。數(shù)字鐘的分計數(shù)器為60進制的計數(shù)器，它們的個位都是十進制計數(shù)器，而十位則是六進制計數(shù)器，因此可選用74LS90作為分的個位計數(shù)器，74LS92作為分的

24、十位計數(shù)器。當59分時74LS92輸出為0101，74LS90輸出為1001，將74LS92的9腳、12腳和74LS90的11腳、12腳與非起來，再接一個蜂鳴器就構(gòu)成了整點報時電路，一旦分鐘數(shù)改變，蜂鳴器將停止鳴叫。圖2.5.2 整點報時電路圖方案選擇：經(jīng)過分析論證，我采用了電路簡單可行的方案二。三、硬件電路設(shè)計1、方波產(chǎn)生電路采用NE555和RC構(gòu)成方波振蕩電路。圖3.1.1 方波產(chǎn)生電路圖中，電容C1，電阻R3、R1作為振蕩器的定時元件，決定著輸出矩形正、負脈沖的寬度，然后通過調(diào)節(jié)電位器R3可以調(diào)節(jié)輸出脈沖的頻率。此方案中，通過調(diào)節(jié)R3，使輸出的方波頻率為1。圖3.1.1 方波產(chǎn)生電路圖、

25、分頻電路 圖3.1.2 分頻電路圖分頻電路是由個十進制計數(shù)器74LS90串行連接來實現(xiàn)千分頻。、時分秒計數(shù)器電路數(shù)字鐘的“分”和“秒”計數(shù)器均為60進制的計數(shù)器，它們的個位都是十進制計數(shù)器，而十位則是六進制計數(shù)器，因此可選用74LS90作為“分”和“秒”的個位計數(shù)器，74LS92作為“分”和“秒”的十位計數(shù)器，其中，十位計數(shù)器將74LS92連接成模6計數(shù)器。數(shù)字鐘的“時”計數(shù)器為模24的計數(shù)器，其計數(shù)規(guī)律為00->01->->22->23->00，因為M=24<102,應(yīng)選用2片74LS90，將其連接成模24計數(shù)器作為時計數(shù)器。 圖3.3.1 秒、分計數(shù)器電

26、路圖圖3.3.2 時計數(shù)器電路圖4、譯碼和顯示部分電路圖3.4.1 譯碼和顯示部分電路計數(shù)脈沖經(jīng)過CD4511譯碼后變成7段顯示碼，使數(shù)碼管顯示相應(yīng)數(shù)字，電路如上圖所示。圖中74HC4511是一個用于驅(qū)動共陰極 LED 數(shù)碼管的 BCD 碼七段碼譯碼器，它具有BCD轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動功能的CMOS電路能提供較大的拉電流?？芍苯域?qū)動LED顯示器。 另外，譯碼電路和數(shù)碼管之間的限流電阻要根據(jù)電源電壓來選取，電源電壓5V時可使用300的限流電阻，如果能夠控制降低電壓的話也可以不加。此次實習，由于電壓控制得當，故不需加限流電阻。5、校時電路 圖3.5.1 校時部分電路 校時電路是數(shù)字

27、鐘不可缺少的部分，當數(shù)字鐘與實際時間不符時，可以根據(jù)標準時間進行校時。根據(jù)要求，數(shù)字鐘具有分校正和時校正的功能。因此，?！皶r”時，斷開秒和分的進位脈沖輸入，校正分時，校正時時類似。并采用正常計時信號與校正信號可以隨時切換的電路接入其中。把K1開關(guān)按下時，即接通校時電路，來回撥動一次，能使位數(shù)增加1，校正完畢后，把K1開關(guān)斷開，計時正常。另外，為了消除機械開關(guān)的抖動影響，可以將按鈕開關(guān)換成撥碼開關(guān)。6、（擴展模塊）整點報時電路用74LS20四輸入與非門和一個蜂鳴器構(gòu)成整點報時電路。設(shè)定電路在59分開始，到整點時結(jié)束，為時一分鐘。數(shù)字鐘的分計數(shù)器為60進制的計數(shù)器，它們的個位都是十進制計數(shù)器，而十

28、位則是六進制計數(shù)器，因此可選用74LS90作為分的個位計數(shù)器，74LS92作為分的十位計數(shù)器。當59分時74LS92輸出為0101，74LS90輸出為1001，將74LS92的9腳、12腳和74LS90的11腳、12腳與非起來，再接一個蜂鳴器就構(gòu)成了整點報時電路，一旦分鐘數(shù)改變，蜂鳴器將停止鳴叫。四、調(diào)試及性能分析 整個調(diào)試過程最好是分層次進行，先單元電路，再模塊電路，最后系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。按照分配的指標、分解的模塊，一部分一部分調(diào)試，然后將各模塊連接起來總調(diào)。 本電路采取分級調(diào)試的方法。首先，運用示波器測試555定時器的輸出端是否有1KHZ的方波輸出若沒有，在方波產(chǎn)生電路圖中，電容C1，電阻R3、R

29、1作為振蕩器的定時元件，決定著輸出矩形正、負脈沖的寬度，然后通過調(diào)節(jié)電位器R3可以調(diào)節(jié)輸出脈沖的頻率。直到有1KHZ方波輸出為止；然后逐級的測試3個十進制計數(shù)器74LS90串行連接后的輸出端，看是否有100HZ、10HZ、1HZ的方波輸出,若有方波輸出，但不是1HZ，則需調(diào)節(jié)電位器，直到輸出為標準的1HZ方波為止。 接下來將1HZ方波輸入計數(shù)器秒個位，看計數(shù)是否正確；最后將秒個位輸出脈沖輸入到秒十位，看是否有進位。同理可分別測試分電路和小時部分電路，直到計數(shù)準確為止。當主體部分調(diào)試完畢后，再進行擴展部分電路的調(diào)試。首先連接校時電路。利用1方波對小時電路和分電路進行校時。開關(guān)閉合時，可設(shè)定時個位

30、和時十位；開關(guān)閉合時，可設(shè)定分個位和分十位。然后連接整點報時電路，每當數(shù)字鐘計時到整點（或快要到整點時）發(fā)出音響，通常按照4低音1高音的順序發(fā)出間斷聲響，以最后一聲高音結(jié)束的時刻為整點時刻。設(shè)4聲低音分別發(fā)生在59分51秒、53秒、55秒及57秒，最后一聲高音發(fā)生在59分59秒，它們的持續(xù)時間為1秒。至此，整個電路調(diào)試完畢。經(jīng)過調(diào)試，此次實習焊接的電路均符合題目任務(wù)的要求。附錄：故障診斷與排除方法信號尋跡法：逐級檢查對分法：縮小故障范圍分割測試法：切斷電路間的相互聯(lián)系，查找原因電容器旁路法：用于自激或排查干擾的時候?qū)Ρ确ǎ合嗤娐穼Ρ忍娲ǎ河靡阎５碾娐?、器件代替懷疑的電路靜態(tài)測試法：確定

31、單一故障元件動態(tài)測試法：觀察動態(tài)工作狀況五、實習中的問題及解決方法這次電路實習前，我先確定好了方案，搞清楚原理和查閱相關(guān)芯片的引腳圖后，用multisim正確仿真。然后我就開始按照電路圖逐級的焊接并調(diào)試。在焊接和調(diào)試的過程中，我一共遇到3個問題，第一個，前面的振蕩電路通過千分頻電路后產(chǎn)生1Hz的方波，但是接下來的秒計時器和驅(qū)動、顯示電路不能正常顯示。于是，我借助萬用表，按照芯片的引腳圖逐個檢查電路的焊接，經(jīng)過一個晚上，辛辛苦苦檢查2遍電路后我發(fā)現(xiàn)，由于焊線太多，74HC4511的第八腳的焊錫多出的部分與地線相連了，這樣就導致驅(qū)動模塊的功能無法實現(xiàn)。將74HC4511第八腳重新焊接后，發(fā)現(xiàn)秒計時

32、器可以借助數(shù)碼管正確顯示。第二個問題是，完成整體電路的焊接后，正確接上電源發(fā)現(xiàn)驅(qū)動電路的6片74HC4511有些發(fā)燙，剛開始不知道為什么，最后李杏梅老師說，這是因為電流過大，建議我在74HC4511和數(shù)碼管之間接500 的限流電阻，一個數(shù)碼管要接7個限流電阻。于是我就查資料，發(fā)現(xiàn)沒接限流電阻也是可以的，只需控制電壓小些就可以。最后，經(jīng)過控制電壓后，芯片發(fā)燙的問題解決了。第三個，也是最棘手的問題是，按鈕開關(guān)存在抖動現(xiàn)象。由于當時不知道這種現(xiàn)在，還以為是校時電路出現(xiàn)問題了，就一直查電路，結(jié)果可想而知，因為硬件電路沒有問題，問題就在這個按鈕開關(guān)上。最后，郝國成老師建議我換個撥碼開關(guān)試試，結(jié)果真的可以

33、了。 六、實習后的心得體會對于這個實驗的焊接電路，我覺得還是很麻煩的，線路比較多，而且連起來比較亂，檢查也不好檢查，而且一旦連錯，不容易改正。這次自己的焊接電路，就出現(xiàn)了點問題，就是數(shù)碼管焊接完了之后，發(fā)現(xiàn)全部都焊反了，引腳搞錯了，不得已又要拆了重新焊接。除了焊接問題，就是原件問題了，數(shù)碼管總是爆掉，檢查了好多遍，并沒有發(fā)現(xiàn)焊接短路或者其他有什么問題，另外，電路還出現(xiàn)了幾次短路，都被檢查出來，一一解決。問題的話，還有就是計數(shù)進位問題，焊好的電路板，剛開始并不是1,2，。9這樣的，它是0,2,4,6,8這樣的，而且還不會進位，不過經(jīng)過同學的指導，更換了芯片問題得到解決。 第一次焊接完成后，只有秒

34、位運行正常，但不能進位，時位和分位運行不正常。于是我們重新焊了一塊板子，把主要的連通點用杜邦線連接起來，結(jié)果很平穩(wěn)，而且擴展模塊也很正常。自動量程轉(zhuǎn)換電壓表一、 設(shè)計任務(wù)和性能分析本設(shè)計是AT89C51單片機的一種電壓測量電路,該電路采用ADC0809 A/D轉(zhuǎn)換電路，而ADC0809 對輸入模擬量要求:信號單極性,電壓范圍是 0-5V,若信號太小,必須進行放大;輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)該保持不變,如若模擬量變化太快,則需在輸入前增加采樣保持電路。1、實驗內(nèi)容：設(shè)計并制作數(shù)字電壓表2、基本要求： (1)測量電壓范圍為：0V20V直流電壓； (2)電壓測量范圍分為0.2V，2V，20V三檔，量

35、程自動切換； (3)顯示精度：0.01V，顯示穩(wěn)定，無閃爍； (4)測量誤差0.2V檔10%，2V和20V檔1% 發(fā)揮部分：測量交流電壓有效值，測量范圍05V； 二、 系統(tǒng)方案論證方案一：利用芯片LM324和ADC0809輸入通道并結(jié)合程序?qū)崿F(xiàn)自動調(diào)擋。為了保證此模塊輸出到ADC0809的電壓值維持在0-5V;所以對0-20V待測電壓先進行縮小。由于0-0.2V和0.2-2V的待測電壓分壓后電壓值過小，所以要對0-0.2V放大100倍后縮小，對0.2-2V放大10倍后縮小。利用運算放大器LM324來實現(xiàn)放大功能，通過軟件實現(xiàn)縮小功能。通過控制程序S1,S2,S3來控制選通哪一條電路。如S1S2

36、S3=001則選擇2-20V擋位，S1S2S3=010則選擇0.2-2V擋位，S1S2S3=100則選擇0-0.2V擋位。該方案的整體電路圖如下：圖2.1方案一的自動量程轉(zhuǎn)換電壓表方案二：相比方案一，此方案采用2路信號采集。因為模擬信號電壓為020V，而ADC0809 對輸入模擬量的電壓要求范圍是 0-5V，所以，為了防止電壓過大將ADC0809芯片燒壞，先將輸入的電壓經(jīng)過電阻和電位器進行五分壓，為了更好的緩沖和降低輸出阻抗，將分壓后的模擬量后接一個電壓跟隨器。通過控制單片機，如果信號電壓大于基準電壓0.4V，則采用通道進行信號采集；若信號電壓小于基準電壓0.4V，就通過單片機控制模擬開關(guān)，使

37、模擬開關(guān)導通，然后輸出電壓經(jīng)過運算放大器放大10倍后，使用IN2通道進行信號采集。結(jié)果進行分析處理后，通過1602液晶顯示出來。圖2.2方案二的自動量程轉(zhuǎn)換電壓表方案選擇：經(jīng)過分析論證，我采用了方案二。因為首先方案一使用3個通道進行信號采集，有些繁瑣；另外，由于0-0.2V和0.2-2V的待測電壓分壓后電壓值過小，所以要對0-0.2V放大100倍后縮小，對0.2-2V放大10倍后縮小。利用運算放大器LM324來實現(xiàn)放大功能。這樣一來，這個模塊要用到6個運算放大器，18個電阻，這樣一來就降低了電壓表的精確度；而方案二相比方案一簡便多了，而且加入電壓跟隨器后有利于緩沖電壓，故選擇方案二。三、 系統(tǒng)

38、硬件設(shè)計 圖3.1.0整體系統(tǒng)框圖1、分壓電路 為了防止電壓過大將ADC0809芯片燒壞，先將輸入的電壓經(jīng)過電阻和電位器進行分壓，調(diào)節(jié)滑動變阻器使分壓更精確。為了更好的緩沖后級電路的干擾，將分壓后的模擬量后接一個電壓跟隨器。如下圖所示：圖3.1.1分壓電路2、模擬數(shù)據(jù)采集電路 模擬開關(guān)4066是一種三穩(wěn)態(tài)電路,它可以根據(jù)選通端的電平,決定輸人端與輸出端的狀態(tài)。當選通端處在選通狀態(tài)時,輸出端的狀態(tài)取決于輸人端的狀態(tài);當選通端處于截止狀態(tài)時,則不管輸人端電平如何,輸出端都呈高阻狀態(tài)。4066只有當選通端E為高電平時,模擬開關(guān)才會被接通,此時可從X向Y傳送信息;當輸人端A為低電平時,模擬開關(guān)關(guān)閉,停

39、止傳送信息。 通過控制單片機，如果信號電壓大于基準電壓0.4V，則采用通道進行信號采集；若信號電壓小于基準電壓0.4V，就通過單片機控制模擬開關(guān)4066，使模擬開關(guān)導通，然后輸出電壓經(jīng)過運算放大器放大10倍后，使用IN2通道進行信號采集。其電路圖如下所示：圖3.2.1模擬數(shù)據(jù)采集電路3、ADC0809數(shù)模轉(zhuǎn)換電路為了使ADC0809正常工作，必須加給它一個合適的時鐘信號。當選用12MHz的晶振時，單片機產(chǎn)生2MHz的時鐘脈沖，然后通過雙D觸發(fā)器進行四分頻后可以產(chǎn)生500K的脈沖供ADC0809使用。但為了簡化電路，也可以選用MHz的晶振，單片機產(chǎn)生MHz的時鐘脈沖，然后通過D觸發(fā)器進行二分頻后

40、可以產(chǎn)生500K的脈沖供ADC0809使用。圖3.1ADC0809數(shù)模轉(zhuǎn)換電路3.液晶顯示電路AT89C51單片機通過對ADC0809的輸入電壓的數(shù)字信息進行量程判斷及數(shù)值分析后，將電壓的數(shù)值送給顯示模塊進行顯示。采用1602液晶進行動態(tài)顯示。也可以采用七段數(shù)碼管動態(tài)顯示，但由數(shù)字鐘實習電路可知，七段數(shù)碼管還需采用74HC4511進行驅(qū)動，整體電路較為復(fù)雜。而用1602液晶也簡便多了，以前做比賽的時候用過，操作熟悉。圖3.1液晶顯示電路四、系統(tǒng)軟件設(shè)計 圖4.1.0程序流程圖五、調(diào)試及性能分析本電路采用分級調(diào)試的方法。首先調(diào)試單片機最小系統(tǒng)工作是否正常。先測試單片機是否起振，再通過測量晶振的輸

41、出頻率是否符合設(shè)計要求，來檢測單片機和分頻等功能。經(jīng)過測試單片機最小系統(tǒng)電路工作正常。然后檢測1602液晶顯示電路。編寫一個調(diào)試程序，看是否顯示正常，檢測單片機輸出和譯碼功能是否正常。調(diào)節(jié)液晶3端口的電位器，來確定液晶的背光度。最后，調(diào)節(jié)電壓跟隨器旁的電位器Rv1，接20V電壓，使輸出的電壓進行5倍分壓，最終得到4V。為了檢測運算放大器是否正常，在運放(OP07)輸入端輸入30mV直流電壓，調(diào)節(jié)反饋電位器，使輸出達到0.3V。檢測ADC0809采樣電路無誤后，將程序修改燒寫到單片機后，在電壓輸入端加一可調(diào)電壓（020V），觀察輸出電壓是否一致。若不一致，則需調(diào)節(jié)反饋電阻直到測量值與真實值基本相

42、同為止（誤差不超過1%）。至此，整個電路調(diào)試完畢。六、數(shù)據(jù)記錄與分析0-0.2V0.2-2V2-20V實際值測量值實際值測量值實際值測量值0.0000.0000.2100.2004.033.900.0160.0151.541.524.654.500.0250.0201.581.565.235.190.0260.0211.631.616.656.500.0550.0421.701.689.989.820.1450.13413.3012.90由上表數(shù)據(jù)分析可知，0-0.2V檔的平均誤差為:10.03;0.2-2V檔的平均誤差為:1.663;2-20V檔的平均誤差為:2.412。誤差分析：由于電壓源

43、不穩(wěn)定（用電壓表測出的值和電壓源的示數(shù)有稍微的偏差）。ADC0809是8位的，采樣的時候會出現(xiàn)偏差。電路中一些噪聲的影響，如運放的放大，數(shù)字地和模擬地的干擾?？傮w來說，系統(tǒng)在各個量程的誤差都滿足題目的指標要求。七、實習中的心得體會 經(jīng)過數(shù)字鐘的實習后，焊接電路更加的熟練。所以，這次自動量程轉(zhuǎn)換電壓表的實習中，我的硬件電路除了剛開始顯示部分出了點問題外，其它都挺好的。 在此次實習中及用到了模擬器件也用到了數(shù)字器件，所以要采取一些措施避免它們之間的相互干擾。如運放芯片接正負電源端處要接一個104耦合電容且去耦電容盡量接近芯片電源引腳，用運放進行同比例放大時反饋電阻盡量接大點的10100K，多級電路

44、間加一個電壓跟隨器，另外各個元器件接地耦合產(chǎn)生干擾，選用單點接地減小相互干擾。用較粗的電源線走地線，減小各個地間電阻；最后，數(shù)字地與模擬地之間用0電阻串接(0電阻也有阻抗，而且電流路徑狹窄，可以限制噪聲電流通過）。八、參考文獻【1】 黃智偉. 全國大學生電子設(shè)計競賽電路設(shè)計M.北京：北京航空航天出版社，2006.【2】 謝自美電子電路設(shè)計、試驗、測試武漢：華中科技大學出版社，2004.【3】 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)-數(shù)字部分.北京： 高等教育出版社，2006.【4】 張友純.模擬電子線路 . 武漢：華中科技大學出版社，2009.【5】 汪文.單片機原理及應(yīng)用.武漢：華中科技大學出版社，2007.

45、附錄：源程序#include<reg52.h>#include<stdlib.h>#include<intrins.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit oe=P30;sbit eoc=P31;sbit st=P32;sbit CA=P35;sbit CB=P36;sbit CC=P37;sbit S=P24;sbit RS=P20;sbit RW=P21;sbit E=P22;sbit BF=P07;uint date;unsigned char code digit =&qu

46、ot;0123456789"unsigned char code string ="*Voltmeter*" /*延時函數(shù) */void delay(uint n) uchar i;while(i<=n) for(i=0;i<125;i+); /* AD采樣函數(shù) */void ADC() oe=0; st=0; st=1; st=0; delay(1); while(!eoc); oe=1; date=P1; oe=0;/* 讀取忙信號 */ unsigned char BusyTest(void) bit result;RS=0; /根據(jù)規(guī)定，RS為

47、低電平，RW為高電平時，可以讀狀態(tài) RW=1; E=1; /E=1，才允許讀寫 _nop_(); /空操作 _nop_(); _nop_(); _nop_(); /空操作四個機器周期，給硬件反應(yīng)時間 result=BF; /將忙碌標志電平賦給result E=0; /將E恢復(fù)低電平 return result; /*將模式設(shè)置指令或顯示地址寫入液晶模塊*入口參數(shù)：dictate*/void WriteInstruction (unsigned char dictate) while(BusyTest()=1); RS=0; /根據(jù)規(guī)定，RS和R/W同時為低電平時，可以寫入指令 RW=0; E=

48、0; /E置低電平(根據(jù)表8-6，寫指令時，E為高脈沖， / 就是讓E從0到1發(fā)生正跳變，所以應(yīng)先置"0" _nop_(); _nop_(); /空操作兩個機器周期，給硬件反應(yīng)時間 P0=dictate; /將數(shù)據(jù)送入P0口，即寫入指令或地址 _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); /空操作四個機器周期，給硬件反應(yīng)時間 E=1; /E置高電平 _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); /空操作四個機器周期，給硬件反應(yīng)時間 E=0; /當E由高電平跳變成低電平時，液晶模塊開始執(zhí)行命令 /* 指定字符顯示的實際地址 *