中國(guó)地質(zhì)大學(xué)電路綜合實(shí)習(xí)報(bào)告

1、電路綜合實(shí)習(xí)報(bào)告姓 名：學(xué) 號(hào)：班 級(jí)：組 別：指導(dǎo)老師：王巍，郝國(guó)成，王瑾，聞?wù)缀?，張曉峰，王?guó)洪，吳讓仲,李杏梅 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）機(jī)械與電子信息學(xué)院 通信工程專業(yè)目錄 技能要求.1一、 函數(shù)發(fā)生器設(shè)計(jì)21、實(shí)習(xí)內(nèi)容及要求.2 2、設(shè)計(jì)方案.23、調(diào)試過程與結(jié)果.104、測(cè)試數(shù)據(jù)記錄.11二、多功能數(shù)字鐘設(shè)計(jì).121、實(shí)習(xí)內(nèi)容及要求.122、設(shè)計(jì)方案.133、調(diào)試過程與結(jié)果.21三、自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換電壓表1、實(shí)習(xí)內(nèi)容及要求.222、設(shè)計(jì)方案.223、調(diào)試過程與結(jié)果.324、測(cè)試數(shù)據(jù)記錄.33四、實(shí)習(xí)總結(jié).34五、參考文獻(xiàn).36 技能要求：1、 能使用EDA（電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化）軟件進(jìn)行電路繪制，

2、如應(yīng)用Protel軟件繪制詳細(xì)電路原理圖。 2、 會(huì)查閱相關(guān)參考文獻(xiàn)3、 能夠閱讀英文器件數(shù)據(jù)手冊(cè)，進(jìn)行單元電路設(shè)計(jì)。 4、 在萬(wàn)用板上完成電路的焊接工作。學(xué)習(xí)和熟悉在萬(wàn)用板上進(jìn)行電路焊接的方法和技術(shù)。5、 掌握某些常用芯片的功能及引腳圖6、 具備元器件檢測(cè)能力。7、 具有裝配、調(diào)試和指標(biāo)測(cè)量的能力。能使用電子儀器（如直流電源，萬(wàn)用表，信號(hào)發(fā)生器，示波器等）對(duì)電路進(jìn)行測(cè)試，能根據(jù)要求調(diào)試出較好的性能。8、 掌握模擬電路、數(shù)字電路、單片機(jī)原理等課程的基本知識(shí)。9、 會(huì)進(jìn)行C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言編程。10、 具備一定的分析、總結(jié)能力，寫出一份較為完備的實(shí)習(xí)報(bào)告 一、 函數(shù)發(fā)生器設(shè)計(jì)1、 實(shí)習(xí)內(nèi)容及要求：

3、任務(wù)：一個(gè)電路同時(shí)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(hào)的幅度準(zhǔn)確穩(wěn)定2）輸出信號(hào)的頻率準(zhǔn)確較穩(wěn)定2、設(shè)計(jì)方案產(chǎn)生正弦波、方波、三角波的方案有多種，如先產(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?。方?：正弦波 方波RC橋式振蕩電路Vo1遲滯比較器Vo2積分器 Vo3框圖中第一部分單元電路為RC文氏電橋正弦波振蕩電路。

4、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Vo2。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(dòng)發(fā)達(dá)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(jì)框圖如圖： 方案3：采用IC芯片8038設(shè)計(jì)的方案：ICL8038是性能優(yōu)良的集成函數(shù)信號(hào)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-300kHz。輸出矩形波的占空比q的調(diào)節(jié)范圍為2%-98%，上升時(shí)間為180ns，

5、下降時(shí)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）。方案選擇：差分放大器具有工作點(diǎn)穩(wěn)定，輸入阻抗高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。特別是做直流放大器時(shí)，可以有效的抑制零點(diǎn)漂移，因此可將頻率很低的三角波變換成正弦波。由于本實(shí)驗(yàn)要求最低頻率為10Hz，并且變化的范圍較大，因此方案一對(duì)于此試驗(yàn)無法滿足此要求；對(duì)于方案三，由于芯片的造價(jià)太高，不實(shí)際，因此選用方案二比較合適。集成運(yùn)放是一種高增益放大器，只要加入適當(dāng)?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(yùn)放帶寬的限制，其產(chǎn)

6、生的信號(hào)頻率一般都在低頻范圍。故選用第二種方案。1)功能模塊方波三角波產(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(diǎn)短開，運(yùn)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(gè)門限電壓運(yùn)放A2與R4、RP2、C2及R5組成反相積分器，其輸入信號(hào)為方波Uo1時(shí)，則輸出積分器的電壓為當(dāng)Uo1=+VCC時(shí)當(dāng)Uo1=-VEE時(shí) 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(shí)，輸出是一個(gè)上升速率與下降速率相等的三角波，其波形如圖所示。A點(diǎn)閉合，即比較器與積分器首尾相連，形成閉環(huán)電路，則自動(dòng)產(chǎn)生方波-三角

7、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(shí)，不會(huì)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(shí)現(xiàn)幅度上午微調(diào)，但會(huì)影響波形的頻率。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(diǎn)穩(wěn)定，輸入阻抗高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。特別是做直流放大器時(shí)，可以有效的抑制零點(diǎn)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(duì)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2.3.2.2

8、b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(duì)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(jì)算如下：由于因此取R3=10k,則R3+RP1=30 k，取R3=20k, RP1為47 k的電位器。取平衡電阻R1=R2/（R3+RP1）10 k。因?yàn)楫?dāng)1Hzf10Hz時(shí)，取C2=1F，則R4+RP2=（757.5）k，取5.1 k，RP2為100 k電位器。當(dāng) 19Hzf100Hz，取C2=0.01F以實(shí)現(xiàn)頻率波段的轉(zhuǎn)換，R4、RP

9、2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?yàn)檩敵鲱l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(diǎn)可通過觀測(cè)傳輸特性曲線，調(diào)整RP4及電阻R確定。2）總電路圖（方波三角波正弦波產(chǎn)生電路）3）引腳圖 LM7414）元件清單名稱型號(hào)數(shù)量直流穩(wěn)壓電源1臺(tái)雙蹤示波器1臺(tái)萬(wàn)用表1只運(yùn)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4

10、70uF3只10uF1只1uF1只0.1uF2只001uF1只三極管90134只萬(wàn)用板1塊導(dǎo)線1.若干3、 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(shí)輸出方波與三角波，這兩個(gè)單元電路可以同時(shí)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(jì)值，如設(shè)計(jì)舉例題中，應(yīng)先使RP1=10K，RP2?。?.570）內(nèi)的任一阻值,否則電路可能會(huì)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(jì)指標(biāo)要求,調(diào)節(jié)RP2,則輸出頻率在對(duì)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

11、中差分放大器可利用課題三設(shè)計(jì)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(hào)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(duì)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(shí)對(duì)應(yīng)的uid，即uidm值。移去信號(hào)源，再將C4左端接地，測(cè)量差分放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)I0、Uc1、Uc2、Uc3、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(shí)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

12、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(duì)稱性差，工作點(diǎn)Q偏上或偏下，應(yīng)調(diào)整電阻R*。圖1.2 幾種波形的失真非線性失真 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(yùn)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4、 測(cè)試數(shù)據(jù)記錄在各個(gè)波形都不失真的情況下，得到下列測(cè)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 V

13、20.8 Hz0.58 V18.8 Hz（Vcc+=11.9V Vcc-=-11.8V） 測(cè)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 V10.532.0 Hz0.40.55 V5030.2 Hz二、多功能數(shù)字鐘設(shè)計(jì)1、實(shí)習(xí)內(nèi)容及要求1） 學(xué)習(xí)要求掌握數(shù)字電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法、裝調(diào)技術(shù)及數(shù)字鐘的功能擴(kuò)展電路的設(shè)計(jì)。2 ）基本功能 準(zhǔn)確計(jì)時(shí)； 以數(shù)字形式顯示時(shí)、分、秒； 小時(shí)的計(jì)時(shí)要求為“24進(jìn)制”

14、，分、秒計(jì)時(shí)要求為60進(jìn)制； 能夠校正時(shí)間。 3 ）擴(kuò)展功能 定時(shí)（鬧時(shí)）控制，時(shí)間可自行設(shè)定； 仿廣播電臺(tái)整點(diǎn)報(bào)時(shí)； 報(bào)整點(diǎn)時(shí)數(shù)； 2、設(shè)計(jì)方案1） 數(shù)字鐘組成系統(tǒng)框圖2） 設(shè)計(jì)總體思路和原理如上圖所示，數(shù)字鐘電路系統(tǒng)由主體電路和擴(kuò)展電路兩大部分組成。其中主體電路完成數(shù)字鐘的基本功能，擴(kuò)展電路完成數(shù)字鐘的擴(kuò)展功能：報(bào)時(shí)和定時(shí)功能。該數(shù)字鐘系統(tǒng)的工作原理是：振蕩器產(chǎn)生穩(wěn)定的高頻脈沖信號(hào),作為數(shù)字鐘的時(shí)間基準(zhǔn),然后經(jīng)過分頻器輸出標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖。秒計(jì)數(shù)器滿60后向分計(jì)數(shù)器進(jìn)位,分計(jì)數(shù)器滿60后向小時(shí)計(jì)數(shù)器進(jìn)位,小時(shí)計(jì)數(shù)器按照“24翻1”規(guī)律計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器的輸出分別經(jīng)譯碼器送顯示器顯示。計(jì)時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí),可

15、以用校時(shí)電路校時(shí)、校分。各擴(kuò)展電路必須在主體電路正常運(yùn)行的情況下才能進(jìn)行功能擴(kuò)展。3）主體部分設(shè)計(jì)1、 振蕩電路（脈沖產(chǎn)生電路）由555定時(shí)器產(chǎn)生1KHZ的矩形波經(jīng)過3片74LS90分頻后產(chǎn)生1HZ的方波脈沖，將該脈沖輸入到秒個(gè)位的時(shí)鐘脈沖輸入端，即可使計(jì)數(shù)器工作。 計(jì)數(shù)脈沖產(chǎn)生電路2、計(jì)數(shù)器脈沖信號(hào)經(jīng)過6級(jí)計(jì)數(shù)器，分別得到“秒”個(gè)位、十位，“分”個(gè)位、十位以及“時(shí)”個(gè)位、十位的計(jì)時(shí)?！懊搿?、“分”計(jì)數(shù)器為60進(jìn)制，小時(shí)為24進(jìn)制。（1）60進(jìn)制計(jì)數(shù)器數(shù)字鐘的“分”和“秒”計(jì)數(shù)器均為模60的計(jì)數(shù)器，它們的個(gè)位都是十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，而十位則是六進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其計(jì)數(shù)規(guī)律為00->01->-&

16、gt;58->59->00?？蛇x用74LS90作為“分”和“秒”的個(gè)位計(jì)數(shù)器，74LS92作為“分”和“秒”的十位計(jì)數(shù)器，其中，十位計(jì)數(shù)器將74LS92連接成模6計(jì)數(shù)器。（2）24進(jìn)制計(jì)數(shù)器數(shù)字鐘的“時(shí)”計(jì)數(shù)器為模24的計(jì)數(shù)器，其計(jì)數(shù)規(guī)律為00->01->->22->23->00，即當(dāng)數(shù)字鐘運(yùn)行到23時(shí)59分59秒時(shí)，在下一個(gè)秒脈沖作用下，數(shù)字鐘顯示00時(shí)00分00秒。同理，M=24<102,應(yīng)選用2片74LS90，將其連接成模24計(jì)數(shù)器作為“時(shí)”計(jì)數(shù)器。 模60計(jì)數(shù)器 模24計(jì)數(shù)器 （3） 顯示電路 計(jì)數(shù)脈沖經(jīng)過CD4511譯碼后變成7段顯示碼

17、，使數(shù)碼管顯示相應(yīng)數(shù)字，電路如下圖所示： 顯示電路3、芯片引腳圖 CD4511BE 74LS90 74LS92 74LS04 74LS00 74LS204 、主體電路4）擴(kuò)展部分設(shè)計(jì)（1） 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路 要求是仿電臺(tái)整點(diǎn)報(bào)時(shí)，每當(dāng)數(shù)字鐘計(jì)時(shí)到整點(diǎn)（或快要到整點(diǎn)時(shí)）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(shí)刻為整點(diǎn)時(shí)刻。設(shè)4聲低音（約500Hz）分別發(fā)生在59分51秒、53秒、55秒及57秒，最后一聲高音（約1kHz）發(fā)生在59分59秒，它們的持續(xù)時(shí)間為1秒。由此可見，分十位和個(gè)位計(jì)數(shù)器的狀態(tài)分別為（QDQCQBQA）M2=0101，（QDQCQBQA）M2=100

18、1；秒十位計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為（QDQCQBQA）S2=0101。秒個(gè)位計(jì)數(shù)器QDS1的狀態(tài)可用來控制1kHz和750Hz的音頻。表5列出了秒個(gè)位計(jì)數(shù)器的狀態(tài)。 秒個(gè)位計(jì)數(shù)狀態(tài)CP/秒QDSQCSQBSQAS功能500000510001鳴低音520010停530011鳴低音540100停550101鳴低音560110停570111鳴低音581000停591001鳴高音000000停 只有當(dāng)QCM2QAM2=11, QDM1QAM1=11, QCS2QAS2=11及QAS1=1時(shí)，音響電路才能工作。整點(diǎn)報(bào)時(shí)的電路如圖5所示，這里采用的都是TTL與非門。 （2） 定時(shí)控制電路 定時(shí)控制電路要求數(shù)字鐘在規(guī)

19、定的時(shí)刻驅(qū)動(dòng)音響電路時(shí)行“鬧時(shí)”， 要求時(shí)間準(zhǔn)確，即信號(hào)的開始時(shí)間與持續(xù)時(shí)間必須滿足規(guī)定的要求。例如要求上午7點(diǎn)59分發(fā)出鬧時(shí)信號(hào)，持續(xù)時(shí)間為1分鐘。7點(diǎn)59分對(duì)應(yīng)數(shù)字鐘的時(shí)十位計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為（QDQCQBQA）H2=0000，時(shí)個(gè)位計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為（QDQCQBQA）H1=0111，分十位計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為（QDQCQBQA）M2=0101，分個(gè)位計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為（QDQCQBQA）M1=1001。若將上述計(jì)數(shù)器輸出為“1”的所有輸出端經(jīng)過與門電路去控制音響電路，可以使音響電路正好在7點(diǎn)59分響，持續(xù)1分鐘（即8點(diǎn)時(shí)） 5）元件清單名稱型號(hào)數(shù)量數(shù)碼管共陰極6個(gè) 芯片CD4511BE6片74LS907

20、片74LS922片74LS042片74LS003片74LS202片555定時(shí)器1片三極管3DG121片電位器10K1個(gè)電阻5.1K1個(gè)3.3K4個(gè)2K11K2個(gè)222個(gè)電容0.01uF3個(gè)0.1uF1個(gè)開關(guān)單刀單置2個(gè)蜂鳴器82個(gè)3、調(diào)試過程與結(jié)果 本電路采取分級(jí)調(diào)試的方法。首先，試555定時(shí)器的輸出端是否有1KHZ的方波輸出若沒有，則需調(diào)節(jié)電位器Rp，直到有1KHZ方波輸出為止；然后測(cè)試74LS90（3）的輸出端，看是否有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(biāo)準(zhǔn)的1HZ方波為止；接下來將1HZ方波輸入計(jì)數(shù)器秒個(gè)位，看計(jì)數(shù)是否正確；最后將秒個(gè)位輸出脈沖輸入到

21、秒十位，看是否有進(jìn)位。同理可分別測(cè)試分電路和小時(shí)部分電路，直到計(jì)數(shù)準(zhǔn)確為止。當(dāng)主體部分調(diào)試完畢后，再進(jìn)行擴(kuò)展部分電路的調(diào)試。首先連接校時(shí)電路。利用1方波對(duì)小時(shí)電路和分電路進(jìn)行校時(shí)。開關(guān)閉合時(shí)，可設(shè)定時(shí)個(gè)位和時(shí)十位；開關(guān)閉合時(shí)，可設(shè)定分個(gè)位和分十位。然后連接整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路，每當(dāng)數(shù)字鐘計(jì)時(shí)到整點(diǎn)（或快要到整點(diǎn)時(shí)）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(shí)刻為整點(diǎn)時(shí)刻。設(shè)4聲低音（約500Hz）分別發(fā)生在59分51秒、53秒、55秒及57秒，最后一聲高音（約1kHz）發(fā)生在59分59秒，它們的持續(xù)時(shí)間為1秒。最后連接定時(shí)電路。定時(shí)控制電路要求數(shù)字鐘在規(guī)定的時(shí)刻驅(qū)動(dòng)音響電路

22、進(jìn)行“鬧時(shí)” 要求時(shí)間準(zhǔn)確，即信號(hào)的開始時(shí)間與持續(xù)時(shí)間必須滿足規(guī)定的要求。例如要求上午7點(diǎn)59分發(fā)出鬧時(shí)信號(hào)，持續(xù)時(shí)間為1分鐘。7點(diǎn)59分對(duì)應(yīng)數(shù)字鐘的時(shí)十位計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為（QDQCQBQA）H2=0000，時(shí)個(gè)位計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為（QDQCQBQA）H1=0111，分十位計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為（QDQCQBQA）M2=0101，分個(gè)位計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為（QDQCQBQA）M1=1001。若將上述計(jì)數(shù)器輸出為“1”的所有輸出端經(jīng)過與門電路去控制音響電路，可以使音響電路正好在7點(diǎn)59分響，持續(xù)1分鐘。至此，整個(gè)電路調(diào)試完畢。三、自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換電壓表1、 實(shí)習(xí)內(nèi)容及要求1） 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：設(shè)計(jì)并制作數(shù)字電壓表2）基本要求

23、： (1)測(cè)量電壓范圍為：0V20V直流電壓； (2)電壓測(cè)量范圍分為0.2V，2V，20V三檔，量程自動(dòng)切換； (3)顯示精度：0.01V (4)測(cè)量誤差1% 3）發(fā)揮部分：測(cè)量交流電壓有效值，測(cè)量范圍05V；2、設(shè)計(jì)方案1）系統(tǒng)框圖2）功能模塊數(shù)據(jù)采集模塊（放大電路）本模塊將待測(cè)電壓進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆糯蠛涂s小，并能夠由單片機(jī)自動(dòng)控制選擇輸出，從而在不同量程都能提供給ADC0809合適的電壓值，提高其測(cè)量精度。 此電路輸入電阻首先對(duì)待測(cè)電壓進(jìn)行五分壓，單片機(jī)首先置S1高電平，通過運(yùn)放組成的同向電壓跟隨器，輸入ADC0809，0809向單片機(jī)提供模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果， 由單片機(jī)判斷量程并決定打開和關(guān)閉S1、

24、S2或S3。 A/D轉(zhuǎn)換模塊本模塊實(shí)現(xiàn)的功能是將采集的模擬信號(hào)（電壓）轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，我們選用ADC0809芯片來實(shí)現(xiàn)本功能。ADC0809是將輸入的模擬值轉(zhuǎn)化為8位二進(jìn)制數(shù)值輸出，也就是對(duì)一個(gè)模擬量進(jìn)行量化采用逐次逼近的方法近似為數(shù)字量。說明：（1）由于每次都從IN-0口輸入電壓值，所以其余七個(gè)入口都是空置的，所以ADC0809的三個(gè)地址輸入口要接地。（2）從IN-0口輸入的電壓值范圍0-5V，所以ADC0809采取5V的標(biāo)準(zhǔn)電壓，以待量化進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。（3）ADC0809的工作是通過單片機(jī)C51中的程序控制的，當(dāng)ADC0809的START=1，ALE=1時(shí)啟動(dòng)模數(shù)轉(zhuǎn)換，此時(shí)EOC=0;轉(zhuǎn)化

25、結(jié)束后EOC=1,若OE=1,則允許單片機(jī)從ADC0809中讀取數(shù)據(jù)，讀取結(jié)束后，OE=0.（4）同時(shí)A的10號(hào)引腳CLK要接單片機(jī)的30號(hào)引腳ALE,由于ADC0809的頻率一般采用500KHZ左右，單片機(jī)30號(hào)引腳輸出為2MHZ，所以要用74LS74進(jìn)行兩次二分頻。數(shù)據(jù)處理模塊（單片機(jī)） 本模塊主要是通過程序來實(shí)現(xiàn)三個(gè)功能：（1） 控制模擬開關(guān)4051來實(shí)現(xiàn)調(diào)擋功能。（2） 控制ADC0809進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，單片機(jī)的P1口和ADC0809的8位輸出口相連，來讀取數(shù)據(jù)。（3） 單片機(jī)通過P0和P2口控制非門74LS04和譯碼器4511對(duì)數(shù)碼管進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描。另外，還有置位電路和產(chǎn)生頻率的晶振電路

26、，單片機(jī)本身可以六分頻，由于使用的是12MHZ的晶振，所以單片機(jī)30腳輸出,2MHZ，經(jīng)分頻后送到ADC0809。 顯示模塊該模塊由非門74LS04、譯碼器4511和一片4位七段數(shù)碼管組成；主要結(jié)合程序?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)掃描。說明：（1） 單片機(jī)P0口的低四位通過非門來控制片選B1B2B3B4，另外P0.7口通過非門來控制小數(shù)點(diǎn)dp，由于P0口一般情況下位低電平，故需加上拉電阻來提高電平。（2） 單片機(jī)P2口的低四位輸入到譯碼器CD4511，譯碼器將輸入轉(zhuǎn)換成七位即abcdefg，進(jìn)行段選。3)總電路4）單片機(jī)程序#include <reg51.H> #define uchar unsign

27、ed char;uchar code scan_con=0x08,0x04,0x02,0x01; /定義掃描片選uchar dispbuf8=0,0,0,0,0,0,0,0; /定義8個(gè)存儲(chǔ)空間 uchar getdata; unsigned long int temp;/定義暫存空間uchar i,j,k,l,m;sbit s3=P37; /位定義，控制模擬開關(guān)sbit s2=P36;sbit s1=P35;sbit dp=P07; /定義小數(shù)點(diǎn)#define v20_on s3=0;s2=0;s1=0; /宏定義不同量程，不同的開關(guān)狀態(tài)#define v2_on s3=0;s2=0;s1=

28、1;#define v02_on s3=0;s2=1;s1=0;sbit ST=P31; /定義單片機(jī)和ADC的控制信號(hào)sbit OE=P33; sbit EOC=P32;main() while(1) _20v: /220V量程 v20_on; ST=0; /啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換 ST=1; ST=0; while(EOC=0); OE=1; getdata=P1; OE=0; if(getdata<21) /量程不合適，切換 goto _2v; l=3; temp=getdata; /量程合適，數(shù)據(jù)處理 temp=temp*100; temp=(temp/51)*5; goto disp;

29、 /跳到數(shù)碼管顯示程序段 _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; /求出模擬待測(cè)電壓； 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)/電壓值的每個(gè)位計(jì) dispbufi=temp%10; temp=temp/10; i+; dispbufi=temp; for(k=0;k<=3;k+) /數(shù)碼管顯示 P2=dispbufk&0x0f; P0=scan_conk; if(l=3)if(k=2) dp=0; elsedp=1; /小數(shù)點(diǎn)的確定 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+) /延時(shí) for(j=0;j<=100;j+); 5）元件清單單片機(jī)89S511片模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809FN1片D觸發(fā)器74LS741片譯碼器CD4511BCN1片非門74LS041片運(yùn)算放大器LM324AM1片晶振12M1片數(shù)碼管4個(gè)電位器1042個(gè)1051個(gè)電阻10K5個(gè)5.6K1個(gè)4.7K1個(gè)2K2個(gè)電容22uF1個(gè)27pF2個(gè)開關(guān)模擬開關(guān)（HCF4051）1片復(fù)位開關(guān)1個(gè)3、調(diào)試過程與結(jié)果本電

32、路采用分級(jí)調(diào)試的方法。首先調(diào)試模擬數(shù)據(jù)采集模塊。將該部分電路與模數(shù)轉(zhuǎn)換部分電路斷開，先不接模擬開關(guān)，直接將反饋電阻接到運(yùn)放（LM741）反相端。給電路輸入一路電壓，分別測(cè)當(dāng)反饋電阻為0、100K、1000K時(shí)的輸出電壓，若輸出電壓分別為輸入電壓的1倍、10倍、100倍，則說明電路已調(diào)試好，若不是，則需檢查電路焊接是否正確。數(shù)據(jù)采集模塊調(diào)試好以后，然后調(diào)試單片機(jī)模塊。測(cè)試單片機(jī)18、19腳（外部晶振輸入端）是否有12MHZ頻率輸入，該晶振應(yīng)為頻率為12M的正弦波。然后測(cè)試單片機(jī)30號(hào)引腳是否有2MHZ方波脈沖輸出。果沒有，則需檢查外部晶振電路連接是否正確；若有，則說明單片機(jī)模塊工作正常。接下來調(diào)

33、試顯示模塊。先在向單片機(jī)內(nèi)寫入一個(gè)顯示程序，使4個(gè)數(shù)碼管從左到右依次顯示1、2、3、4。將單片機(jī)模塊與顯示模塊連接好后，按下復(fù)位開關(guān)，看數(shù)碼管是否能掃描數(shù)字1、2、3、4。若不能，則需檢查顯示部分電路連接是否正確；若可以，則說明顯示模塊工作正常。顯示部分調(diào)試好以后，接下來調(diào)試A/D轉(zhuǎn)換模塊。將程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)后，給電路輸入一模擬電壓，按下復(fù)位開關(guān)，分別測(cè)ADC0809的CLK、ALE和START端是否有脈沖輸入。若沒有，則需檢查A/D轉(zhuǎn)換部分電路連接是否正確；若有，則還需檢查D0D7端電平，若測(cè)得的電平跟計(jì)算所得電平一樣，則說明A/D轉(zhuǎn)換模塊工作正常。最后，將所有功能模塊連接到一起，進(jìn)行整體聯(lián)調(diào)

34、。首先，用直流穩(wěn)壓源給該電壓表輸入一路220V的模擬電壓，觀察數(shù)碼管輸出電壓是否跟輸入電壓一致。若不一致，則需調(diào)節(jié)電位器Rp1（5分壓電位器）直到輸出電壓與輸入電壓完全一致為止。然后，輸入一路0.22V電壓，觀察輸出電壓是否一致。若不一致，則需調(diào)節(jié)Rp2（0.22V檔反饋電阻）直到測(cè)量值與真實(shí)值基本相同為止（誤差不超過1%）。最后，輸入一路00.2V電壓，觀察輸出，若輸出電壓與輸入電壓不一致，則需調(diào)節(jié)Rp3（00.2V檔反饋電阻），直到測(cè)量值與真實(shí)值基本相同為止（誤差不超過1%）。至此，整個(gè)電路調(diào)試完畢。4、測(cè)試數(shù)據(jù)記錄1）數(shù)據(jù)表格：2-20V0.2-2V0-0.2V實(shí)際值測(cè)量值實(shí)際值測(cè)量值實(shí)

35、際值測(cè)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）數(shù)據(jù)處理：第一檔：0-0.2V，最大誤差：0.926% < 1%第二檔：0.2-2V，最大誤差：0.952