電子制作實踐報告

-.z.實踐報告學院：自動化工程學院班級：**：**：2013年7月一、設(shè)計目的通過上機操作，掌握利用ProteusISIS進行電路原理圖設(shè)計的方法；掌握利用原理圖元件庫編輯器創(chuàng)建新元件的方法；了解利用ProteusARES進行印刷電路板圖設(shè)計的方法；了解利用PCB元件庫編輯器創(chuàng)建新的PCB元件的方法；掌握利用Proteus進行模擬電子實驗和數(shù)字電子仿真實驗的方法，利用其中自帶的虛擬儀器進行電路的仿真。學習掌握MCS-51單片機的結(jié)構(gòu)和原理，KeilC51的編程，Keil和Proteus的聯(lián)合調(diào)試，利用Proteus和KeilC實現(xiàn)AD和DA部分的電子及編程設(shè)計。二、設(shè)計內(nèi)容●555定時器一）.實驗?zāi)康模赫莆?55定時器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及原理，并利用555定時器實現(xiàn)555多諧振蕩器、555定時器單穩(wěn)態(tài)電路、555警笛電路。二）.實驗原理：555定時器的電路結(jié)構(gòu)如上圖：555集成定時器由五部分構(gòu)成：分壓器、比較器、基本RS觸發(fā)器、晶體管開關(guān)和輸出緩沖器。1．分壓器：有三個阻值為5K的電阻串聯(lián)起來構(gòu)成分壓器，為比較器提供兩個參考電壓。比較器C1的同向輸入端U+=（2/3）Vcc，比較器C2的反向輸入端U-=（1/3）Vcc。CO端為外加電壓控制端。通過該端的外加電壓Vco可改變C1、C2的參考電壓。工作中不用CO端時，一般CO端都通過一個0.01uF的電容接地，以旁路高頻干擾。2．比較器：555有兩個完全相同的高精度電壓比較器C1和C2。當U+>U-時，比較器輸出高電平（uo=Vcc）；當U+<U-時，比較器輸出低電平（uo=0）。比較器的輸入端基本上不向外電路索取電流，其輸入電阻可視為無窮大。3．基本RS觸發(fā)器：由兩個與非門G1、G2組成基本RS觸發(fā)器。兩個比較器的輸出信號uo1和uo2決定觸發(fā)器的輸出端狀態(tài)。R=0時，RS觸發(fā)器維持原狀態(tài)不變。4．晶體管開關(guān)：由V管構(gòu)成。當基極為低電平時，V管截止；當基極為高電平時，V管飽和導通，起到開關(guān)的作用。5．輸出緩沖器：由非門G4組成，用于增大對負載的驅(qū)動能力和隔離負載對555基本RS觸發(fā)器：由兩個與非門G1、G2組成基本RS觸發(fā)器。兩個比較器的輸出信號uo1和uo2決定觸發(fā)器的輸出端狀態(tài)。R=0時，RS觸發(fā)器維持原狀態(tài)不變。各個引腳功能如下：1腳：外接電源負端或接地，一般情況下接地。2腳：觸發(fā)輸入3腳：輸出端Vo4腳：直接清零端。當此端接低電平，則時基電路不工作，電路輸出為“0”，該端不用時應(yīng)接高電平。5腳：VC為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內(nèi)部兩個比較器的基準電壓，當該端不用時，應(yīng)將該端串入一只0.01μF電容接地，以防引入干擾。6腳：閾值輸入7腳：放電端。該端與放電管集電極相連，用做定時器時電容的放電。8腳：外接電源VCC。A.555定時器組成單穩(wěn)態(tài)電路：沒有觸發(fā)信號時Vi處于高電平，如果接通電源后Q=0，Vo=0，T導通，電容通過放電三極管T放電，使Vc＝０，Vo保持低電平不變。如果接通電源后Q=１，放電三極管T就會截止，電容通過電阻Ｒ向電容Ｃ充電，當Vc上升到（2/3）Vcc時，由于Ｒ＝０，Ｓ＝１，鎖存器置０，Vo為低電平。此時放電三極管Ｔ導通，電容Ｃ放電，Vo為低電平。因此，電路通電后在沒有觸發(fā)信號時，電路只有一種穩(wěn)定狀態(tài)Vo=0。若觸發(fā)輸入端施加觸發(fā)信號Vi＜（１/3）Vcc，電路的輸出狀態(tài)由低電平跳到高電平，電路進入暫穩(wěn)態(tài)，放電三極管Ｔ截止。電容充電至（2/3）Vcc時，Vo由高電平轉(zhuǎn)為低電平，Ｔ導通，電容Ｃ放電，電路返回到穩(wěn)定狀態(tài)，電路波形如右圖所示。ｔｗ≈1.1RCProteus繪制圖形：B.555多諧振蕩器：接通電源后，電容Ｃ被充電，當Vc上升到（2/3）Vcc時，使Vo為低電平，同時放電三極管Ｔ導通，此時電容Ｃ通過Ｒ２和Ｔ放電，Vc下降。當Vc下降到（１/3）Vcc時，Vo翻轉(zhuǎn)為高電平。電容器Ｃ放電所需時間為當放電結(jié)束后，T截止，Vcc將通過R1、R2向電容器C充電，Vc由（１/3）Vcc上升到（2/3）Vcc所需時間為Tph≈0.7（R1+R2）C當Vc上升到（2/3）Vcc時，電路又翻轉(zhuǎn)為低電平。如此周而復始，在電路的輸出端就得到一個周期性的矩形波。電路的工作波如右圖所示。其振蕩頻率為：f=≈Proteus繪制圖形：C.555警笛電路555警笛電路是由兩個555多諧振蕩器組成的。一個為振蕩電路，一個為報警器發(fā)生電路.振蕩電路:當接通電源后，T截止，電源通過R2、R3向電容C2充電，經(jīng)過一段時間后，電容兩端的電壓達到高電平，而這時T導通，電容C2通過點阻R2放電，一段時間后，電容兩端的電壓變回原來狀態(tài)，隨即T又截止，電容C1又開始充電。如此周而復始，重復上述的過程，輸出端得到矩形波電壓。報警器發(fā)生電路模塊：電阻R1改變了參考電平，由IC1的3腳輸出的高低電平通過IC2的5腳控制報警聲的頻率。多諧振蕩器的振蕩頻率由R5、R6與C4的數(shù)值決定，本電路約為860Hz。調(diào)整R5、R6及C4的數(shù)值，可得到所需要的振蕩頻率和報警聲。Proteus繪制圖形：三）.實驗小結(jié)：本次設(shè)計555定時器的相關(guān)實驗，再次鞏固了數(shù)電中555定時器的原理及管腳分配，并用兩個555做成了555警笛聲，進一步了解了555定時器的相關(guān)應(yīng)用。但在實驗中要注意元器件的正確選擇。●比例運算放大器一）.實驗?zāi)康模赫莆毡壤\算放大器LM324的原理及計算、電路特征和放大特性的掌握、虛擬表計的使用。二）.實驗原理：LM324的原理:LM324是四運放集成電路，它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運算放大器，除電源共用外，四組運放相互獨立?！?”、“-”為兩個信號輸入端，“V+”、“V-”為正、負電源端，即4腳與11腳分別接正負電源端，1腳“Vo”為輸出端。兩個信號輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相同。反相比例運算放大器:Proteus繪制圖形：反相端為虛地點，即Vn=0,由虛短和虛斷的概念可得，=即Vo=-×Vi電壓增益：Av==-Rf為可變電阻,可任意調(diào)整電壓放大的倍數(shù)。電路特征和放大特性為：輸入電阻大，輸出電阻小，可以調(diào)節(jié)放大倍數(shù)，負號表示反相。同相比例運算放大器：Proteus繪制圖形：如上圖，由虛短和虛斷的概念可得，=即Vo=（1+）×Vi電壓增益：Av==1+Rf為可變電阻,可任意調(diào)整電壓放大的倍數(shù)。電路特征和放大特性為：輸入電阻大，輸出電阻小，可以調(diào)節(jié)放大倍數(shù)。正號表示同相。三）.實驗小結(jié)：本次試驗讓我很好的掌握了模電中的運算放大器，并根據(jù)運放的原理，設(shè)計了同相與反相的放大比例運算?！癫ㄐ伟l(fā)生器一）.實驗?zāi)康模簩W習用集成運放構(gòu)成正弦波、方波和三角波發(fā)生器；學習波形發(fā)生器的調(diào)整和主要性能指標的測試方法。二）.實驗原理：LM324的原理LM324是四運放集成電路，它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運算放大器，除電源共用外，四組運放相互獨立?！?”、“-”為兩個信號輸入端，“V+”、“V-”為正、負電源端，即4腳與11腳分別接正負電源端，1腳“Vo”為輸出端。兩個信號輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相同。A.RC橋式振蕩器：正弦波振蕩電路必須由放大電路、選頻網(wǎng)絡(luò)、反饋網(wǎng)絡(luò)和穩(wěn)幅電路四個基本部分組成。正弦波振蕩電路就是一個沒有輸入信號的帶選頻網(wǎng)絡(luò)的正反饋放大電路。Proteus繪制圖形：1．放大電路:放大信號2.RC選頻網(wǎng)絡(luò)：輸入的信號含有各次頻率分量，選頻網(wǎng)絡(luò)對于其中的諧振頻率分量呈現(xiàn)出低阻特性，而對其他分量呈現(xiàn)高阻抗，信號可以保持較少的幅值衰減通過選頻網(wǎng)絡(luò)，而其他信號則被選頻網(wǎng)絡(luò)抑制。自激振蕩的條件：AF=1振幅平衡條件：相位平衡條件：相位條件意味著振蕩電路必須是正反饋；幅度條件表明反饋放大器要產(chǎn)生自激振蕩，還必須有足夠的反饋量(可以通過調(diào)整放大倍數(shù)A或反饋系數(shù)F達到)。起振及穩(wěn)幅振蕩的過程：設(shè)：Uo是振蕩電路輸出電壓的幅度，B是要求達到的輸出電壓幅度。起振時Uo0，達到穩(wěn)定振蕩時Uo=B。起振過程中Uo<B，要求AuF>1，一般應(yīng)選取RF略大2R５可使輸出電壓的幅度不斷增大。穩(wěn)定振蕩時Uo=B，要求AuF=1，使輸出電壓的幅度得以穩(wěn)定。從AuF>1到AuF=1，就是自激振蕩建立的過程。起始信號的產(chǎn)生：在電源接通時，會在電路中激起一個微小的擾動信號，它是個非正弦信號，含有一系列頻率不同的正弦分量。3.反饋網(wǎng)絡(luò):必須是正反饋，反饋信號即是放大電路的輸入信號4.穩(wěn)幅電路：穩(wěn)幅分為兩部分。在R４上正反并聯(lián)兩個二極管，它們在輸出電壓Ｖｏ的正負半周內(nèi)分別導通。在起振之初，由于uo幅值很小，尚不足以使二極管導通，正向二極管近于開路，此時，RF>2R1。而后，隨著振蕩幅度的增大，正向二極管導通，其正向電阻逐漸減小，直到RF=2R５，振蕩穩(wěn)定。B.三角波方波發(fā)生器左邊的運放構(gòu)成一個遲滯比較器，在比較器的輸出端引入限流電阻Ｒ和兩個雙向穩(wěn)壓管組成了方波發(fā)生電路，生成的方波經(jīng)過右邊的積分電路，生成三角波，而它又經(jīng)過遲滯比較器生成方波，如此周而復始。三）.實驗小結(jié)：本次實驗基本知識還是運放，只不過是有運放深化為遲滯比較器和積分電路，掌握基本才是關(guān)鍵。●顯示譯碼器和數(shù)碼管的應(yīng)用一）.實驗?zāi)康模赫莆蘸诵钠骷?4LS47（BCD碼到七段顯示譯碼器），74LS48七段譯碼器/驅(qū)動器，七段LED數(shù)碼管的工作原理及應(yīng)用。二）.實驗原理：74LS47:74LS47是BCD-7段數(shù)碼管譯碼器/驅(qū)動器，74LS47的功能用于將BCD碼轉(zhuǎn)化成數(shù)碼塊中的數(shù)字,通過它解碼，可以直接把數(shù)字轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管的顯示數(shù)字。譯碼為編碼的逆過程。它將編碼時賦予代碼的含義“翻譯”過來。實現(xiàn)譯碼的邏輯電路成為譯碼器。譯碼器輸出與輸入代碼有唯一的對應(yīng)關(guān)系。74LS47是輸出低電平有效的七段字形譯碼器。引腳圖(1)LT：試燈輸入，是為了檢查數(shù)碼管各段是否能正常發(fā)光而設(shè)置的。當LT=0時，無論輸入A3，A2，A1，A0為何種狀態(tài)，譯碼器輸出均為低電平，若驅(qū)動的數(shù)碼管正常，是顯示8。(2)BI：滅燈輸入，是為控制多位數(shù)碼顯示的滅燈所設(shè)置的。BI=0時。不論LT和輸入A3，A2，A1，A0為何種狀態(tài)，譯碼器輸出均為高電平，使共陽極7段數(shù)碼管熄滅。(3)RBI：滅零輸入，它是為使不希望顯示的0熄滅而設(shè)定的。當對每一位A3=A2=A1=A0=0時，本應(yīng)顯示0，但是在RBI=0作用下，使譯碼器輸出全1。其結(jié)果和加入滅燈信號的結(jié)果一樣，將0熄滅。(4)RBO：滅零輸出，它和滅燈輸入BI共用一端，兩者配合使用，可以實現(xiàn)多位數(shù)碼顯示的滅零控制。74LS48:74LS48是輸出高電平有效的七段字形譯碼器。除了有實現(xiàn)7段顯示譯碼器基本功能的輸入（DCBA）和輸出（Qa～Qg）端外，7448還引入了燈測試輸入端（LT）和動態(tài)滅零輸入端（RBI），以及既有輸入功能又有輸出功能的消隱輸入/動態(tài)滅零輸出（BI/RBO）端。（1）7段譯碼功能（LT=1，RBI=1）在燈測試輸入端（LT）和動態(tài)滅零輸入端（RBI）都接無效電平時，輸入DCBA經(jīng)7448譯碼，輸出高電平有效的7段字符顯示器的驅(qū)動信號，顯示相應(yīng)字符。除DCBA=0000外，RBI也可以接低電平。（2）消隱功能（BI=0）此時BI/RBO端作為輸入端，該端輸入低電平信號時，無論LT和RBI輸入什么電平信號，不管輸入DCBA為什么狀態(tài)，輸出全為“0”，7段顯示器熄滅。該功能主要用于多顯示器的動態(tài)顯示。（3）燈測試功能（LT=0）此時BI/RBO端作為輸出端，輸入低電平信號時，與DCBA輸入無關(guān)，輸出全為“1”，顯示器7個字段都點亮。該功能用于7段顯示器測試，判別是否有損壞的字段。（4）動態(tài)滅零功能（LT=1，RBI=1）此時BI/RBO端也作為輸出端，LT端輸入高電平信號，RBI端輸入低電平信號，若此時DCBA=0000，輸出全為“0”，顯示器熄滅，不顯示這個零。DCBA≠0，則對顯示無影響。該功能主要用于多個7段顯示器同時顯示時熄滅高位的零。數(shù)碼管顯示管：共陽極電路共陰極電路顯示器分段布局圖發(fā)光二極管構(gòu)成的七段顯示器有兩種，共陽極與共陰極電路，如上圖所示，共陽極就是把所有LED的陽極連接到共同接點，而每個LED的陰極分別為a、b、c、d、e、f、g及dp（小數(shù)點）；共陰極則是把所有LED的陰極連接到共同接點，而每個LED的陽極分別為a、b、c、d、e、f、g及dp（小數(shù)點）。LED分別與譯碼器各段相對應(yīng)，通過控制各個LED的亮滅來顯示數(shù)字。Proteus繪制圖形：三）.實驗小結(jié)：本次試驗是我掌握了核心器件74LS47（BCD碼到七段顯示譯碼器），74LS48七段譯碼器/驅(qū)動器，七段LED數(shù)碼管的工作原理及應(yīng)用。但在選元器件時，要注意共陰極和共陽極的區(qū)別?！翊?并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器一).實驗?zāi)康模赫莆蘸诵钠骷?4LS164八位串入/并出移位寄存器、八位并入并出移位寄存器（兩個74LS194）、九進制計數(shù)器（74LS161）、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LS123、555定時器以及JK觸發(fā)器的工作原理及應(yīng)用。二）.實驗原理：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（兩個74LS194）、九進制計數(shù)器（74LS161）、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LS123、555定時器以及JK觸發(fā)器的工作原理及應(yīng)用。74LS164是中規(guī)模集成的８位移位寄存器，有兩個串行數(shù)據(jù)輸入端，實際輸入為兩個輸入的與。在應(yīng)用中，可利用一個輸入端作為串行數(shù)據(jù)輸入端的使能端。在3～6，10～13可得到8位并行數(shù)據(jù)輸出，同時在13端得到串行輸出。74LS194是四位雙向移位寄存器。當Ｓ１Ｓ０＝00時，保持；Ｓ１Ｓ０＝01時，右移；Ｓ１Ｓ０＝10時，左移；Ｓ１Ｓ０＝11時，并行輸入。CLK為時鐘信號。當輸入串行數(shù)據(jù)位HHLL