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1、实践报告学院：自动化工程学院班级：姓名：学号：2013 年 7 月 6 日名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 11 页 -报告正文一、实验目的：通过上机操作，掌握利用Proteus ISIS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Proteus ARES 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，Keil C51的编程，Keil和 Proteus 的
2、联合调试，利用 Proteus 和 Keil C实现 AD和 DA部分的电子及编程设计。二、电子设计报告的主要内容：1、555 定时器：555 定时器工作原理：555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制 RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 A1 的反相输入端的电压为 2VCC/3，A2 的同相输入端的电压为VCC/3。若触发输入端 TR 的电压小于VCC/3，则比较器 A2 的输出为 1，可使 RS 触发器置 1，使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于VCC/3，则
3、A1 的输出为 1，A2 的输出为 0，可将 RS 触发器置 0，使输出为 0 电平。A、555 定时器外接一个电容充放电电路即可构成一个无稳态多谐振荡器：图 1 555构成单稳态触发器上图 1 为由 555 定时器和外接定时元件R、C构成的单稳态触发器。D为钳位二极管，稳态时 555 电路输入端处于电源电平，内部放电开关管T 导通，输出端Vo 输出低电平，当有一个外部负脉冲触发信号加到Vi 端。并使 2 端电位瞬时低于，低电平比较器动作，单稳态电路即开始一个稳态过程，电容 C开始充电，Vc 按指数规律增长。当 Vc充电到时，高电平比较器动作，比较器 A1翻转，输出 Vo从高电平返回低电平，放
4、电开关管T重新导通，电容 C上的电荷很快经放电开关管放电，暂态结束，恢复稳定，为下个触发脉冲的来到作好准备。波形图见图2。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 11 页 -图 2 单稳态触发器波形图暂稳态的持续时间Tw（即为延时时间）决定于外接元件R、C的大小。Tw=1.1RC 通过改变 R、C的大小，可使延时时间在几个微秒和几十分钟之间变化。当这种单稳态电路作为计时器时，可直接驱动小型继电器，并可采用复位端接地的方法来终止暂态，重新计时。此外需用一个续流二极管与继电器线圈并接，以防继电器线圈反电势损坏内部功率管。B、555 定时器单稳态电路实现：如图 3，由 555
5、定时器和外接元件R1、R2、C构成多谐振荡器，脚2 与脚 6 直接相连。电路没有稳态，仅存在两个暂稳态，电路亦不需要外接触发信号，利用电源通过R1、R2向 C充电，以及C通过 R2向放电端放电，使电路产生振荡。电容C在和之间充电和放电，从而在输出端得到一系列的矩形波，对应的波形如图4 所示。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 11 页 -图 3 555构成多谐振荡器图 4 多谐振荡器的波形图输出信号的时间参数是：T=0.7（R1+R2）C=0.7R2C 其中，为 VC由上升到所需的时间，为电容 C放电所需的时间。555 电路要求R1与 R2均应不小于1K，但两者之和应
6、不大于3.3M。C、555 定时器救护车变音警笛电路的实现：多谐振荡电路的计算；名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 11 页 -输出高电平时间 T=(R1+R2)Cln2=2M*0.47uF*ln2=0.65S 输出低电平时间T=R2Cln2=1M*0.47uF*ln2=0.32S 振荡周期 T=(R1+2R2)Cln2=3M*0.47uF*ln2=0.97S 小结：555 定时器根据比较器和分压器实现方波的输出信号。由 555 定时器实现的单稳态电路和多谐振荡电路可进一步做警笛电路。实验过程中注意设计电路的连线问题很重要。2、比例运算放大器比例运算放大器LM324的
7、原理及计算；LM324是四运放集成电路，它采用14 脚双列直插塑料封装，外形如图所示。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。每一组运算放大器可用图1 所示的符号来表示，它有5 个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“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：电路特征和放大特性为：输入电阻大，输出电阻小，共模抑制能力强，可以调节放大倍数。放大倍数可大于小于等于一；
8、实现反相比例运算；引入电压并联负反馈；输入电阻不高，输出电阻低。Uo=-Rf/R1*Ui根据示波器测量的峰值输出电压Vop和峰值输入电压Vip，可求出反相比例运算放大器的闭环电压增益闭环增益还可通过元件值求出名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 11 页 -式中，Rf 为反馈电阻，R1为运放的反相输入端电阻。放大器的输出失调电压Vof等于运放的输入失调电压乘以放大器的电压增益，即同相比例运算放大器：电路特征和放大特性为：同相比例运算放大器引入了电压串联负反馈，当运放具有理想特性时，输入电阻应为无限大。但当运放特性不理想时，输入电阻为一个有限值。放大倍数可大于或等于一；引
9、入电压串联负反馈；输入电阻高，输出电阻低。Uo=（Rf/R1+1）Ui整理并计算相关数据，认真填写表格和画出实验波形UI 均为 0.35V，RF为 50K欧UO理论值UO实验模拟值同相比例运算放大器反相比例运算放大器由图表看，理论值和实验值还是很接近的，说明试验成功也说明公式的可靠性。1.26)1(1uuRRuIFo75.151uuRRuIFo12.210.2ou77.175.1ou名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 11 页 -小结：运用 Proteus ISIS程序模拟电路，是理论和实践很好地结合起来，通过实验了解了比例运算放大器的原理和运算公式，掌握了运用比例运
10、算放大器的方法和实例，增加了对模拟电路的掌握。3、波形发生器A、RC桥式正弦波振荡器:工作原理：依靠放大器的正反馈，使电路满足振荡的相位条件和振幅条件。常用的RC振荡器有相移式、桥式和双T 式。电路主要由两部分组成：（1）正反馈环节：由RC串、并联电路构成，同时起相位起振作用和选频作用。（2）负反馈和稳幅环节：由R3、R5、RP=R4及二极管等元件构成，其中R3、R5、RP主要作用是引入负反馈，调节电位器可以改变负反馈深度，以满足振荡的振幅条件和改善波形；稳幅环节是利用两个反向并联二极管VD1、VD2 正向电阻的非线性特性来实现的，二极管要求采用温度稳定性好且特性匹配的硅管，以保证输出正、负半
11、周波形对称；R3 的作用是削弱二极管非线性的影响，以改善波形失真。电路的谐振频率：fo=1/(2RC)起振的振幅条件：Rf/2R1（其中 Rf=RP+（R5/rD），rD 为二极管正向导通电阻）B、三角波方波发生器:工作原理：RC积分电路是一种应用比较广泛的模拟信号运算电路。在自动控制系统中，常用积分电路作为调节环节。此外，RC 积分电路还可以用于延时、定时以及各种波形的产生或变换。由 555 定时器组成的多谐振荡器输出的方波经C4 耦合输出，电路，再经R与 C积分，构成接近三角波。其基本原理是电容的充放电原理。按电路图接好线路，方波输出端接一个虚拟的示波器，接通电源后，可得方波转三角波波形仿
12、真图。二极管 D1、D2的稳幅作用:调节电位器RW（即改变R2 R1），可以改变振荡频率，但三角波的幅值也随之变化。如要互不影响，则可通过改变Rf（或 Cf）来实现振荡频率的调节。电路参数变化(R1、R2和 RV1)对输出波形频率及幅值的影响:正弦波振荡器的起振过程，输出幅度会不断增大，直到达到放大器的限幅区域，此时输出波形因为限幅而发生削峰失真，放大器的增益A就下降（输入不断增大但是输出因限幅保持不变，故增益A下降），从而使得振荡器由AF1的起振过程过渡到AF-1 的稳幅状态 但是此时输出波形不可避免会产生失名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 11 页 -真如果要解
13、决这个问题，则必须施加外稳幅措施，图2.52 所示的实验电路并没有外稳幅电路，但是设置了一个电位 器这个电位器可以调节放大器的增益A，改善输出波形的失真情况当调节电位器使得输出波形失真最小的时候，恰恰是AF几乎等于1 但是略微大于1的时候 因为此时输出波形只要略微产生失真，放大器增益A就会略微下降，这时整个环路就会由 AF1进入 AF-1 的稳幅状态。小结：4、显示译码器和数码管的应用74LS47（BCD码到七段显示译码器）是数字集成电路，用于将BCD码转化成数码块中的数字，然后我们就能看到从0-9 的数字。74LS48七段译码器/驱动器除了有实现7 段显示译码器基本功能的输入（DCBA）和输
14、出（YaYg）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。七段 LED数码管的工作原理及应用：LED 数码管是将电信号转换为光信号的固体显示器件,它由七个条形发光二极管构成七段字形,七段分别为a、b、c、d、e、f、g,显示哪个字形,则相应段的发光二极管就发光。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 11 页 -小结：5、ADC0808 和 DAC0832 的应用设计ADC0808的工作原理及编程：ADC0808 0809 集成了一个位的A/D 转换器、一个路通道和一个兼容
15、控制逻辑的微处理器。其中，位的 A/D 转换器采用了连续逼近的转换技术，具有高阻抗稳定的断续比较器特性，包括一个带模拟开关树的256R的分压器和一个逐次逼近寄存器；而由 ADC0808 0809 中的路通道，可直接从个单一模拟信号中获取任何一个作为输入信号。DAC0832的工作原理与编程：DAC0832是常用的 8 位电流输出型并行低速数模转换芯片，当需要转换为电压输出时，可外接运算放大器，运放的反馈电阻可通过RFB端引用片内固有电阻，也可外接。内部集成两级输入寄存器，使得数据输入可采用双缓冲、单缓冲或直通方式，以便适于各种电路的需要(如要求多路D/A 异步输入、同步转换等)。DAC0832由
16、 T 型 R-2R电阻网络、模拟开关、运算放大器和参考电压VREF 四大部分组成。MCS-51单片机基本原理：在时钟电路工作以后，当外部电路使得RST端出现 2 个机器周期（24 个时钟周期）以上的高电平，系统内部复位。复位方式有两种：上电复位和按钮名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页，共 11 页 -复位。keil和 Proteus 联调的方法：1、把 C:Program FilesLabcenter ElectronicsProteus 6 目录下的 VDM51.dll文件复制到 C:KeilC51BIN文件夹下。(目录名都是默认的，你可以根据你实际安装的目录进行复制。
17、)2、用记事本(其它的编辑软件也可以,如 Ultra Edit)打开Keil 根目录下的 TOOLS.INI 文件，在 C51 栏目下加入TDRV3=BINVDM51.DLL(Proteus VSM Monitor-51 Driver)，其中“TDRV3”中的“3”要根据实际情况写，不要和原来的重复。3、建立 KEIL 工程后，单击“Project菜单/Options for Target”选项或者点击工具栏的“option for ta rget”按钮，弹出窗口，点击“Debug”按钮，在出现的对话框里在右栏最上部的下拉菜单里选中“Proteus VSM Monitor一 51 Driver
18、”。并且还要点击一下“Use”前面表明选中的小圆点。这样就连上了小结：6、串/并行数据转换器74LS164 八 位 串 入/并 出 移 位 寄 存 器 功 能 是 将 数 据 串 行 移 入,并 行 输 出。P!4=VCC,P7=GND.P1=A,P2=B,两 脚 是 数 据 串 行 移 入 口。P8=时 钟.P9=清除。P3=QA,P4=QB,P5=QC,P6=QD,P10=QE,P11=QF,P12=QG,P13=QH 是并行输出口。八位并入并出移位寄存器（两个74LS194）工作原理及应用：在数字电路中，用来存放二进制数据或代码的电路称为寄存器。寄存器是由具有存储功能的触发器组合起来构成
19、的。一个触发器可以存储一位二进制代码，存放 N位二进制代码的寄存器，需用 n 个触发器来构成。按功能可分为：基本寄存器和移位寄存器。移位寄存器中的数据可以在移位脉冲作用下一次逐位右移或左移，数据既可以并行输入、并行输出，也可以串行输入、串行输出，还可以并行输入、串行输出，串行输入、并行输出，十分灵活，用途也很广。1、74LS194移位寄存器的控制输入端S1 和 S0是用来进行移位方向控制的，S0 为高电平时，移位寄存器处于向左移位的工作状态，二进制数码在CP脉冲的控制下由高到低逐位移入寄存器，因此可以实现串行输入；在S1 为低电平时，移位寄存器处于向右移位的工作状态，二进制数码在 CP脉冲的控
20、制下逐位移出寄存器(低位在前，高位在后)。2、在串行输入、并行输出的转换中，若将四位二进制数码全部送入寄存器内（四位寄存器）。由于每个CP脉冲移位寄存器只移一位，四位二进制数码需要四个CP脉冲。但若四位二进制数码还含有其它检验码(如奇偶校验码)，则总数码有几位就需要几个CP脉冲。九进制计数器（74LS161）工作原理及应用：74LS161中的进位输出端CO的工作原理是,当输出 QB,QC,QD,等于 1,QA=0.再来一计数脉冲使的。QA=1,QA=1的上升沿,使的 15 脚的进为输出由0 变为 1.15 脚变为 1 后,再来一计数脉冲,使得输出QA,QB,QC,QD,15脚为 0.单稳态触发
21、器74LS123工作原理及应用：74LS123 内有两组多谐振荡器，这个直流触发多振荡器的特点是由三种方法控制脉冲宽度，最基本的是选取外部的RC 值来控制。IC 内部已经有一个定时电阻（内部时间选择电阻器只在LS122 上），因此允许只外接定时电容使用。其功能特点：清零终止输出脉冲；为VCC和温度变化补偿；直流触发是高电平或电平逻辑输入。JK 触发器工作原理及应用：采用与或非电路结构，它的工作原理为：CP为 0 时，触发器处于一个稳态；CP由 0 变 1 时，触发器不翻转，做好接收输入信号的准备；CP由 1 变 0名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 10 页，共 11 页 -时触发器翻转；JK 触发器在CP下降沿前接受信息，在下降沿触发翻转，在下降沿后触发器被封锁。小结：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 11 页，共 11 页 -