电子工程设计与实践实验指导书

《电子工程设计与实践》

实 验 指 导 书

唐山学院信息与控制工程实验教学中心

2015年11月

实验一 基于LM35的温度测量系统设计

一．实验目的

1.学习LM35线性精密温度传感器的特性及使用方法。 2.进一步学习单片机应用系统的设计方法。 3.进一步学习PROTEUS仿真软件使用方法。 二．实验设备及器材配置

1. LAB8000单片机仿真实验系统。 2.计算机。 3.导线。

4.LM35温度传感器、UA741运算放大器、电阻、电容、电位器等。 三．实验内容

1.采用PROTEUS仿真软件设计硬件电路，用KEIL开发环境编程实现温度测量显示。

2.利用扩展实验板上的LM35温度传感器及其电压放大电路（或利用面包板搭建），利用实验箱上的A/D转换器采集放大器输出的电压值，在数码管或LCD上显示测量的温度值（精确到小数点后一位）。 四．实验原理说明

LM35 是美国国家半导体公司(NS 公司)生产的系列精密集成电路温度传感器, 它的输出电压与摄氏温度线性成比例（10mV/℃），因而 LM35 优于用开尔文标准的线性温度传感器，LM35无需外部校准或微调来提供±1/ 4℃的常用的室温精度，在- 55℃～ + 150℃温度范围内为± 3/ 4℃，LM35 的额定工作温度范围为- 55℃～ + 150℃，LM35C 在- 40℃到+ 110℃之间，LM35D在0℃到+ 100℃之间。LM35适合密封的TO-46封装，LM35C、LM35D适合塑料TO-92封装。管脚封装如下：

实验原理框图如图1-1所示。

图1-1 测温系统原理框图

LM35DZ测量温度范围0--100℃，对应输出电压0--1V，放大5倍后的输出电压为0--5V，经A/D转换后的数字量为D，被测温度为T。Vi=0.01×T，Vo=0.05×T=D×VREF/256，其中VREF=5V，为ADC0809的参考电压。因此，被测温度与数字量的关系为：T=100×D/256。根据上述公式，经过软件编程即可算出温度值。注意：用汇编语言编程时，利用乘法指令将D与100相乘后，高八位即为温度的整数位（存于B中），低八位即为小数位（存于A中）。不用再除以256。送显示时，要经过十进制转换。

五．实验连线及实验电路

1.实验连线

(1).LM35连线采用单电源形式，如图1-2所示。其输出与运算放大器输入端相连。运算放大器可采用LM741等型号的通用运算放大器(注意：使用PROTUES7.7仿真时，用741或UA741)，管脚如图1-3所示。采取同相输入，电压放大倍数为5倍，电路图如图1-4所示。

(2).A/D转换器采用ADC0809,参考A/D转换实验。 (3).显示电路自行设计。 2.实验电路

图1-2 LM35连线图 图1-3 LM741管脚图

+12V

7123VCCVOUTAGNDVOUTR21kΩU1362LM7411ToutD44148LM35DZ41-12VR11kΩR33.9kΩ5R4100ΩAGNDGND 图1-4 LM35放大电路连线图

六．思考题及实验报告要求

1.思考题

(1). 如果系统采用10位A/D转换器，写出温度与数字量的关系，程序如何修改？ (2). 考虑如何加入抗干扰措施？如何提高测量精度？ 2.实验报告要求

(1).给出自行设计的系统详细电路原理图、程序清单（加注释）、程序流程图、测量误差。

(2).总结实验过程中调试所遇到的问题和解决方法，写出设计及编程调试的经验和体会。

一、数码显示原理图

U9A0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11A12A13A14109876543252421232261A0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11A12A13A14CEWEOE62256D0D1D2D3D4D5D6D71112131516171819D0D1D2D3D4D5D6D7U787654321P1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.0P3.7/RDP3.6/WRP3.5/T1P3.4/T0P3.3/INT1P3.2/INT0P3.1/TXDP3.0/RXDP2.7/A15P2.6/A14P2.5/A13P2.4/A12P2.3/A11P2.2/A10P2.1/A9P2.0/A8P0.7/AD7P0.6/AD6P0.5/AD5P0.4/AD4P0.3/AD3P0.2/AD2P0.1/AD1P0.0/AD017RD16WR15141312EOC111028272625242322213233343536373839U8GND54A156A14A13A12E3E2E1Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y079101112131415CS7CS6CS5CS4CS3CS2CS1CS0A1520WR27RD22321CBA74HC138VCC31ALE3029EAALEPSENA15A14A13A12A11A10A9ALE11A8GND1D7D6D5D4D3D2D1D0181714138743U4LEOED7D6D5D4D3D2D1D074HC373Q7Q6Q5Q4Q3Q2Q1Q0191615129652A7A6A5A4A3A2A1A0VCCC122p9RSTX1CRYSTAL18XTAL2SW1SW-SPDT外驱C2GND22p19XTAL1AT89C51内驱R1R2R3R4R5R6R7R812101K200R200R200R200R200R200R200R2468GNDU2:AU2:BU2:CU2:DU2:EU2:F74HC0474HC0474HC0474HC0474HC0474HC0413513119ABCDEFGHG5G4G3G2G1U12(CLOCK)G0256912151619Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7Q7Q6Q5Q4Q3Q2Q1Q0U174HC374191615129652U674HC374IN02627281234525242322U12IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7ADD AADD BADD CALEVREF(+)VREF(-)ADC0808CLOCKSTARTEOCOUT1OUT2OUT3OUT4OUT5OUT6OUT7OUT81067212019188151417STARTEOCD7D6D5D4D3D2D1D0OECLKD0D1D2D3D4D5D6D7D03D14D27D38D413D514D617D71811111185.31kVOUT236CS02U3:AU5:A21WR374HC02A146574HC0074HC00A2132D7D6D5D4D3D2D1D0R971817141387431U10+12VU13D7D6D5D4D3D2D1D0VCCCLKOER103GNDLM351k-12VUA741A0A1A2START415R113k9R12100RU3:BVCC12GND16IN0OE9U5:BWR54674LS02+88.8Volts+88.8VoltsU5:CCS1RD891074LS02

二、PROTEUS常用元件库 元件名称 元件库 Microprocessor ICs 单片机AT89C51 总线驱动器74HC245 TTL 74HC 发光二极管Optoelectronics LED-BIBY 发光二极管Optoelectronics LED-BIBY 发光二极管LED-RED Optoelectronics Resisitors 电阻RES Switches & Relays 按钮BUTTON Switches & Relays 开关Switch 共阴极数码管Optoelectronics 7SEG-MPX6-CC ADC0808 Data Converters DAC0832 Data Converters LM35 Data Converters Optoelectronics 字符液晶LM016L ULN2003A Analog-ICs L298 Analog-ICs Electromechanical 直流电机 Electromechanical 两相步进电机 Electromechanical 四相步进电机 子库 8051 Family LEDs LEDs LEDs Generic BUTTON Switch 7-Segment Display A/D Converters D/A Converters MOTOR-DC MOTOR-BISTEPPER MOTOR-STEPPER 制造商 Atmel ANALOG

实验二 数字直流电压表的设计

一．实验目的

1.学习数字直流电压表的设计。

2.进一步学习单片机应用系统的设计方法。 3.进一步学习PROTEUS仿真软件使用方法。 二．实验设备及器材配置

1. LAB8000单片机仿真实验系统。 2.计算机。 3.导线。

4.电阻、电容、电位器等。 三．实验内容

1.采用PROTEUS仿真软件设计硬件电路，用KEIL开发环境编程实现直流电压测量显示。

2.利用实验箱上的A/D转换器采集电位器输出的电压值，在数码管或LCD上显示测量的电压值（精确到小数点后一位或两位）。 四．实验原理说明

实验原理框图如图2-1所示。

图2-1 数字直流电压表原理框图

电位器输出电压0--5V，经A/D转换后的数字量为D，被测电压为V。V=D×VREF/256，其中VREF=5V，为ADC0809的参考电压。

五．实验连线及实验电路

1.实验连线

(1).电位器两端分别接+5V电源及地，中间抽头与A/D转换器的模拟输入端通道0相连，如图2-2所示。

(2).A/D转换器采用ADC0809,参考A/D转换实验。 (3).显示电路自行设计。 2.实验电路

VCCRV1IN0GND1k+88.8Volts 图2-2 电位器连线图

六．思考题及实验报告要求

1.思考题

(1). 如果被测电压为0—50V，仿真电路如何修改？程序如何修改？ (2). 如何提高直流电压表的测量精度？ 2.实验报告要求

(1).给出自行设计的系统详细电路原理图、程序清单（加注释）、程序流程图、测量误差。

(2).总结实验过程中调试所遇到的问题和解决方法，写出设计及编程调试的经验和体会。

七、补充元件库 元件名称 元件库 子库 Resistors 电阻 Resistors Variable--POT 电位器

实验三 日历实时时钟设计

一．实验目的

1.学习DS1302实时时钟的原理及使用方法。 2.进一步学习单片机应用系统的设计方法。 二．实验设备及器材配置

1. 单片机仿真实验系统。 2.计算机。 3.导线。

4.DS1302及扩展实验电路板。 三．实验内容

采用AT89C51单片机及DS1302实时时钟芯片为核心，进行定时开关的设计。要求进行PROTEUS仿真并在实验系统上连线、下载、运行。

1. 实现年月日时分秒等日历信息的显示，掉电时钟不停。 2. 可以用按键设定修改时间信息。

3. 可以定时控制开关通断或采用蜂鸣器报警（选做）。 四．实验原理说明

DS1302是一种高性能、低功耗的实时时钟芯片，由MAXIM公司生产，其中DS1302内部，附带31字节静态RAM，采用三线接口与单片机进行串行通讯，可采用多种方式传送不同字节的时钟信号和RAM数据。此芯片可以自动进行闰年补偿，计时准确，接口简单，使用方便。采用双电源供电，后备电源可由超级电容代替，可有效延长备份电池的使用寿命，选择涓细电流充电方式，2.5V~5.5V为电压的正常工作范围，功耗低。DS1302采用8脚DIP/SOIC封装。

单片机与DS1302之间采用三线串行通信方式，在编写程序过程中要注意相应的读写时序。DS1302要先向寄存器写入相应的控制字，然后读取相应的控制字，来达到时间修改、计时的作用。DS1302控制字如表3-1 所示。

表3-1 DS1302芯片的控制字 BIT7

1

BIT6 RAM /CK

BIT5 A4

BIT4 A3

BIT3 A2

BIT2 A1

BIT1 A0

BIT0 RD/WR

控制字的作用是设定DS1302的工作方式、传送字节和初始时间等。每次数据的传输都是由控制字开始的，这里的最高有效位BIT7必须为1。BIT6是RAM（为1）或时钟/日历（为0）的标识位。D1~D5定义片内寄存器的地址。最低有效位（BIT0）定义了写操作（为0时）或读操作（为1时）。

在跟随8位控制命令字下一个SCLK脉冲的下降沿，开始从最低位到最高位读取DS1302中的数据。同样，DS1302的控制字总是从低字节开始发送，在控制字指令输出下一个CLK上升沿时，数据开始写入DS1302中，数据输入从最低位开始。

对芯片的所有写入或者读出操作都是由控制字节为引导的。每次仅写入或者读出1B数据的操作称为单字节操作。每次对时钟/日历的8B或者31个RAM字节进行全体写入或者读出操作，称其为多字节突发模式操作。包括命令字在内，对于单字节操作，每次需要16个时钟；对于时钟/日历多字节突发模式操作，每次需要72个时钟；对于RAM多字节突发模式操作，每次需要多达256个时钟。

DS1302为双电源供电，有主电源和后备电源，分别为VCC1和VCC2。VCC1是主电源，而VCC2是后备电源，后备电源选取一般可以使用充电电容或者锂电池供电，给DS1302加入3.6V可充电电池作为后备电源，从而长时间保DS1302可以通过涓细电流给电池充电，持DS1302连续运行。 五．实验电路

DS1302电路原理图如图3-1所示，显示电路自行设计。

B1GND3.6V/RSTI/OSCK5678U6/RSTI/OSCLKVCC2GNDX2X1VCC14321GNDY332.768KHzVCC

图3-1 DS1302电路原理图

六．实验报告要求

(1).给出自行设计的硬件原理仿真图、程序清单、程序流程图。

(2). 总结实验过程中调试所遇到的问题和解决方法，写出编程调试的经验和体会。

实验四 直流电机控制实验

一．实验目的

1.了解H桥芯片L298的性能及编程方法。 2.了解直流电机控制的基本方法。 二．实验设备及器材配置

1.单片机仿真实验系统。 2.计算机。

3. 扩展实验板及直流电机。 4.导线 三．实验内容 1、1.采用PROTEUS仿真软件设计直流电机硬件电路，用KEIL开发环境编程实现直流电机16级PWM调速及正反转控制。

2、利用LAB8000实验系统及扩展实验板上的L298芯片及直流电机，进行实际验证。达到电机正转、反转、加速、减速之目的。 四．实验原理说明

1、PWM脉宽调制的基本原理和实现方法脉宽调制(PWM的全称是Pulse Width Modula- tion)是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术,广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。PWM控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术,即通过对一系列脉冲的宽度进行调制,来等效地获得所需要的波形,保持开关周期T不变,调节开关导通时间Ton。在采样控制理论中有个重要的结论:冲量相等而形状不同的的窄脉冲加在具有惯性的环节上时,其效果基本相同。冲量指窄脉冲的面积。这里所说的效果基本相同,是指环节的输出响应波形基本相同。直流斩波实际上就是PWM控制技术中最为简单的一种情况。它把直流电压斩成一系列脉冲,改变脉冲的占空比来获得所需要的输出电压改变脉冲的占空比就是对脉冲的宽度进行调制,只是因为输入电压和所需要的输出电压都是直流电压,因此脉冲既是等幅的,也是等宽的。本设计中要产生的PWM控制信号如图4-1。

图4-1 PWM控制信号

则负载电压的平均值可按照下式计算

Ton为L298的引脚处于通态的时间;Toff为L298的引脚处于断态的时间;T为L298的开关周期,

a为通态的占空比。这样通过调整a的值相应的就调整了L298的开关,就相当于调整了直流电动机的两端的电压达到调速的目的。

运用89C51的T0中断产生可产生PWM信号,推动L298N为直流电机调速。部分程序如下:void timer0()interrupt 1 //T0中断服务程序＊ {

if(t= =0) //1个PWM周期完成后才会接受新数值//t为中断计数器的值 {

tmp1=m1;//m1电机速度值,tmp1电机当前速度值。 }

if(t

else s1=0; //产生电机1的PWM信号// s1 PWM信号的输出。 t+ + ;

if(t> =100)t=0; //1个PWM信号由100次中断产生 }

2、 主要元件

L298是一个高电压大电流的双桥驱动集成电路芯片,内部集成有两个桥式电路,主要用于驱动感应性负载如继电器、电磁线圈、直流电机和步进电机。它的供电电压可达到46V,总电流达到4A具有较强的驱动能力,能够接受标准的TTL逻辑电平,两个输入使能端具有过流保护能力,此芯片可同时驱动两部电机。如图4-2所示。

图4-2 芯片的内部结构图

L298具有两路H桥驱动电路，保护功能齐全，输入可以直接与单片机相连，ENA、ENB为使能端，IN1-IN4为方向控制端。 五．连线方法及实验电路

1.连线方法

开关调速方法：P1.0-P1.2分别连接H桥芯片L298的ENA、IN1、IN2脚， P1.4-P1.7连接开关K1-K4，直流电机与L298通道1相连， P1.3与开关K0相连，控制电机正反转。

连续调速方法：P1.0-P1.2分别连接H桥芯片L298的ENA、IN1、IN2脚，P1.4与开关K1相连，直流电机与L298通道1相连。电位器两端分别与+5V、GND相连、中间抽头与A/D芯片IN0相连。

2.实验电路

L298驱动电路如图4-3所示。

VSVCC12VS10μF100μ0.1μFGNDT10.1μFVCC电机 1OT112OT1OT2OT2OT3VCCVS94231314115VSSVSOUT1OUT2OUT3OUT4ISENAISENBL298IN1IN2ENAIN3IN4ENBGND576LIN1LIN2ENA123DJ1123电机 212OT3OT4OT410LIN312LIN411ENB8GND0Ω0ΩGND 图4-3 L298及电机驱动电路

六．思考题及实验报告要求

1.思考题

(1). 如何测量电机转速？

(2). 修改程序，利用实验板上的霍尔元件实现测速功能。

2.实验报告要求

(1).给出自行设计的程序清单、程序流程图。

(2).总结实验过程中调试所遇到的问题和解决方法，写出编程调试的经验和体会。

连续调速方法：P1.0-P1.2分别连接H桥芯片L298的ENA、IN1、IN2脚，P1.4与开关K1相连，直流电机与L298通道1相连。电位器两端分别与+5V、GND相连、中间抽头与A/D芯片IN0相连。

2.实验电路

L298驱动电路如图4-3所示。

VSVCC12VS10μF100μ0.1μFGNDT10.1μFVCC电机 1OT112OT1OT2OT2OT3VCCVS94231314115VSSVSOUT1OUT2OUT3OUT4ISENAISENBL298IN1IN2ENAIN3IN4ENBGND576LIN1LIN2ENA123DJ1123电机 212OT3OT4OT410LIN312LIN411ENB8GND0Ω0ΩGND 图4-3 L298及电机驱动电路

六．思考题及实验报告要求

1.思考题

(1). 如何测量电机转速？

(2). 修改程序，利用实验板上的霍尔元件实现测速功能。

2.实验报告要求

(1).给出自行设计的程序清单、程序流程图。

(2).总结实验过程中调试所遇到的问题和解决方法，写出编程调试的经验和体会。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/xm1g.html