电子制作课程设计实践报告

实践报告学院：自动化工程学院班级：2012153姓名：徐建红学号： 201226002014年7月一、实验目的学生通过上机操作，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。

少部分同学，可自行进一步学习与掌握Proteus ARES，以实现从电路原理图到印刷电路板PCB设计的转换和使用方法。

能熟练运用Proteus进行电路原理图和印刷电路板图综合设计，提高综合应用能力及独立解决实际问题的能力。

利用Proteus实现6个电子制作课程设计项目：二、实验内容1．555定时器：①设计原理555定时器工作原理；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；B。

555定时器单稳态电路实现；C。

555定时器救护车变音警笛电路的实现。

NE555是属于555系列的计时IC的其中的一种型号，555系列IC的接脚功能及运用都是相容的，只是型号不同的因其价格不同其稳定度、省电、可产生的振荡频率也不大相同；而555是一个用途很广且相当普遍的计时IC，只需少数的电阻和电容，便可产生数位电路所需的各种不同频率之脉波讯号。

它的特点如下：只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。

其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久；它的操作电源范围极大，可与TTL，CMOS等逻辑电路配合，也就是它的输出电平及输入触发电平，均能与这些系列逻辑电路的高、低电平匹配；其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载；它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。

各引脚功能如下：Pin 1 (接地) -地线(或共同接地) ，通常被连接到电路共同接地。

Pin 2 (触发点) -这个脚位是触发NE555使其启动它的时间周期。

触发信号上缘电压须大于2/3 VCC，下缘须低于1/3 VCC 。

Pin 3 (输出) -当时间周期开始555的输出脚位，移至比电源电压少1.7伏的高电位。

周期的结束输出回到O伏左右的低电位。

于高电位时的最大输出电流大约200 mA 。

Pin 4 (重置) -一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器和使输出回到一个低电位。

它通常被接到正电源或忽略不用。

Pin 5 (控制) -这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压。

当计时器经营在稳定或振荡的运作方式下,这输入能用来改变或调整输出频率。

Pin 6 (重置锁定) - Pin 6重置锁定并使输出呈低态。

当这个接脚的电压从1/3 VCC电压以下移至2/3 VCC以上时启动这个动作。

Pin 7 (放电) -这个接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出能力，当输出为ON时为LOW，对地为低阻抗，当输出为OFF时为HIGH，对地为高阻抗。

Pin 8 (V +) -这是555个计时器IC的正电源电压端。

供应电压的范围是+4.5伏特(最小值)至+16伏特(最大值)。

多谐振荡器多谐振荡器又称为无稳态触发器，它没有稳定的输出状态，只有两个暂稳态。

在电路处于某一暂稳态后，经过一段时间可以自行触发翻转到另一暂稳态。

两个暂稳态自行相互转换而输出一系列矩形波。

多谐振荡器可用作方波发生器。

如图1所示，接通电源后，假定是高电平，则T截止，电容C充电。

按指数规律上升，当上升到时（TH、端电平大于），输出翻转为低电平。

是低电平，T导通，C放电，按指数规律下降，当下降到时（TH、端电平小于），输出翻转为高电平，放电管T截止，电容再次充电，如此周而复始，产生振荡，经分析可得：输出高电平时间T=(R1+R2)Cln2；输出低电平时间T=R1Cln2，振荡周期T=(R2+2R1)Cln2单稳态电路单稳态触发器只有一个稳态状态。

在未加触发信号之前，触发器处于稳定状态，经触发后，触发器由稳定状态翻转为暂稳状态，暂稳状态保持一段时间后，又会自动翻转回原来的稳定状态。

单稳态触发器一般用于延时和脉冲整形电路。

如图2所示，接通电源后，未加负脉冲，而C充电，上升，当时，电路输出为低电平，放电管T导通，C快速放电，使 = 0。

这样，在加负脉冲前，为低电平， = 0，这是电路的稳态。

在t = t0时刻负跳变（端电平小于），而 = 0（TH端电平小于），所以输出翻为高电平，T截止，C充电。

按指数规律上升。

t = t1时，负脉冲消失。

t = t2时上升到（此时TH端电平大于，端电平大于），又自动翻为低电平。

在这段时间电路处于暂稳态。

t > t2，T导通，C 快速放电，电路又恢复到稳态。

由分析可得：输出正脉冲宽度 tW = 1.1RC②Proteus绘制电路图见附图555多谐振荡电路；555单稳态电路；555警笛电路。

③仿真结论多谐振荡电路的计算；输出高电平时间 T=(R1+R2)Cln2；输出低电平时间T=R1Cln2，振荡周期 T=(R2+2R1)Cln2.仿真运行，示波器观察方波和单稳态波形如图所示：单稳态电路仿真多谐振荡器电路仿真警笛电路仿真④小结体会通过对ne555定时器的实验的相关完成，让我掌握了关于这个定时器的工作原理，对此有了进一步的了解和认识。

在完成这个试验以后，也增强了我的满足感，这对于完成接下来的实验有了更好的信心与动力。

对于其原理的认识，知道了555定时器在生活中也可以运用于多个方面的领域，例如：报警器，灯光的照明等等。

这些原理让我对此也有了更深刻的了解。

2.比例运算放大器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。

LM324系列器件带有差动输入的四运算放大器。

与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。

该四放大器可以工作在低到 3.0伏或者高到32伏的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。

共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。

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。

LM324引脚排列运算放大器反相交流放大器原理电路图如图所示。

此放大器可代替晶体管进行交流放大，可用于扩音机前置放大等。

电路无需调试。

放大器采用单电源供电，由R1、R2组成1/2V+偏置，C1是消振电容。

放大器电压放大倍数Av仅由外接电阻Ri、Rf决定：Av=-Rf/Ri。

负号表示输出信号与输入信号相位相反。

按图中所给数值，Av=-10。

此电路输入电阻为Ri。

一般情况下先取Ri与信号源内阻相等，然后根据要求的放大倍数在选定Rf。

Co和Ci为耦合电容。

同相交流放大器原理电路图如图所示。

同相交流放大器的特点是输入阻抗高。

其中的R1、R2组成1/2V+分压电路，通过R3对运放进行偏置。

电路的电压放大倍数Av也仅由外接电阻决定：Av=1+Rf/R4，电路输入电阻为R3。

R4的阻值范围为几千欧姆到几十千欧姆。

②Proteus绘制电路图见附图反相比例运算放大器和同相比例运算放大器。

③仿真结论画出实验波形；比较两种比例运算放大器的电路特征和放大特性。

反相比例运算放大实验波形图同相比例运算放大实验波形图在同相比例运算放大器实验中，输出Uo=（1+Rf/R1）Ui，R2=R1//Rf；在反相比例运算放大器实验中，输出Uo=（-Rf/R1）Ui, R2=R1//Rf。

改变Rf或R1的值能改变波形。

④小结体会通过对这个实验的制作过程，从画电路图到仿真运行，让我再次对同相比例运算放大器和反相比例运算放大器有了更深刻的理解。

根据运算放大器的特点：虚短和虚断，能容易的得出运放的比例系数，从而进一步了解其原理特性。

3.波形发生器①设计原理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。

波形发生器的工作原理：如图所示，当电路接通电源以后，由于运算放大器输入端的瞬时电压不为零，运算放大器的输出端与同相输入端的正反馈特性使输出端的电压不能维持在等于零的状态，而只能以运算放大器的极限运行速度翻转到电源电压的正极或者负极。

假设此时运算放大器输出端的电压为正，同相输入端的正向门限电压Um+也随之变化到+6V的位置。

输出端的正电压通过R3向电容充电，电容C的电压从零开始上升。

当电容两端的电压上升到超过Um+的时候，运算放大器的正反馈回路就使输出端的电压以运放的极限速度翻转到电源电压的负极。

此时同相输入端的电压Um-也随之变化到-6V的位置。

输出端的负电压又通过R3给电容放电，电容C的电压又从Um+开始下降。

当电容两端的电压下降到低于Um-的时候，运算放大器输出端的电压又翻转到电源电压的正极。

此时同相输入端的反向门限电压也随之变化到Um+的位置。

新的震荡循环又重新开始。

波形频率与元件参数的关系：由于电容电压的变化速率与电容量成反比，所以，电容电压变化到回差电压门限值的时间也与电容量成反比，调整电容量就可以调整波形发生器的频率。

由于电容电压的变化速率与充放电电流成正比，所以，电容电压变化到回差电压门限值的时间与充放电电阻R3成反比，调整R3的阻值就可以调整波形发生器的频率。

由于电容电压变化到回差电压门限值的时间与回差电压门限值成反比，所以，调整回差电压门限值就可以调整波形发生器的频率。

波形发生器的输出端输出一个方波。

由于通过R给电容C充电的电流不是恒定值，运算放大器的反相输入端输出一个不规则同步的三角波。

②Proteus绘制电路图见附图RC桥式正弦波振荡器，三角波方波发生器。

③仿真结论正弦波分析RC振荡器的振幅条件RC振荡器的振幅条件是（R3+R5+RW）/R5>3。

震荡期间（R3+R5+RW）/R5=3。

分析二极管D1、D2的稳幅作用：如图14所示电路中，RF分为两部分。

在RF1上正反并联两个二极管，它们在输出电压uO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 >2 R1。

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=2 R1，振荡稳定。

分析二极管D1、D2的稳幅作用电路图输出方波的幅值由稳压管决定，被限制在-Vz到+Vz之间；电路的振荡频率：f=R4/(RV1+R2)；方波的幅值：V0’=+Vz和-Vz；三角波的幅值：V0=(R2/R4)Vz RC桥式正弦波振荡器产生的波形图如图15所示，随着RW阻值的改变，失真情况逐渐明显。