电压采集及波形发生器任务书1

《电压采集及波形信号发生器主板》 装配与调试 任务书 工位号： 成绩： 说明：本技能竞赛任务项目共有三大项，共 100 分；由选手在规定的时间内独立 完成，完成的时间为 240 分钟。 安全文明生产：（工具设备的使用、维护、安全及文明生产） 一、要求 仪器、工具正确放置，按正确的操作规程进行操作，操作过程中爱护仪器、工具、工作 台，防止出现触电事故。 二、扣分参考：选手有下列情形，需从参赛成绩中扣分 1．仪器、工具未能正确放置，操作未按操作规程进行（如带电焊接，仪器操作未能按 规程进行等）由现场评委负责记录，可扣 1-3 分。 2．非故意损坏仪器、工具、工作台可扣 2-5 分。 3．严重违反操作规程，出现触电事故的。可扣 5-10 分。 4、现场操作过失未造成严重后果的，由现场评委负责记录,扣 10 分。 5、发生严重违规操作或作弊，经确认后，由主评委宣布终止该选手的比赛，以 0 分计 算。 1 电压采集及波形信号发生器功能介绍 （电路原理图见附录图 1） 一、本仪器功能介绍 1、概况 函数信号发生器是一种常用的信号源，它广泛应用于电子技术实验中,目前常用的模拟电 路信号发生器，一般可靠性较差，准确度较低，难以满足科研和高精度实验的需要。现用单 片机和支持软件及其外设电路构成的智能函数信号发生器，采用编程的来实现波形，将 产生波形的程序用子程序的形式编写，在需要波形时再调用相应子程序，经过D／A转换、运 算放大器处理后，作为该信号源输出，其线路简捷、功能强大、性价比较高。 2、本装置两大功能 （1）测量电压功能，可以在一定范围内测量输入信号的电压数值。 （2）信号发生器功能 可以在输出端产生方波（频率在200Hz到1kHz可调）；锯齿波（频 率在200Hz到666Hz可调）；正弦波（（频率在50Hz到200Hz可调）。 二、按键功能 1、接通电源上电后，数码管初始显示“Ad”，表示在模/数转换模式。 2、通过按键 S1 可以在“Ad/dA”模式之间切换。 3、通过按键 S2 对模式选择进行确认，则正式进入相应模式的功能。若再按一次按键 S2， 则退出相应功能回到初始状态。 4、若进入 Ad 模式，则进行模拟电压信号采集。可以测量输入信号的电压数值。 5、若进入 dA 模式，则进行波形发生功能。可以产生 3 种形式的波形： （1）方波（频率在 200Hz 到 1kHz 可调）； （2）锯齿波（频率在 200Hz 到 666Hz 可调）； （3）正弦波（频率在 50Hz 到 200Hz 可调）。 说明:刚进入波形发生模式（即 DA 模式）时，数码管显示“dA--”，当前无波形发生。 6、通过按键S3可以对产生的波形进行切换。“dA01”为方波， “dA02”为锯齿波， “dA03” 为正弦波，（注：方波和锯齿波的初始频率为500Hz）。 7、S4 S5的作用要考生进行探究。 三、相关器件介绍 1、74ls245芯片 （1）简介 74LS245可以用来驱动led或者其他的设备，它是8路同相三态双向 总线收发器，可双向传输数据，既可以输出，也可以输入数据。 （2）引脚说明 引脚见图1，引脚2-9和11-18是输入/输出端口，20是电源VCC，10脚 接 GND,1和9脚是控制端口。 （3）当片选端 低电平有效时，DIR=“0”，信号由B 向 A 传输； DIR=“1”，信号由 A 向 B 传输；当 为高电平时，A、B均为高阻态。 图 1 74ls245引脚图 2 2、DAC0832 芯片 （1）简介 DAC0832 是采样频率为八位的 D/A 转换器件，芯片内有两级输入寄存器，使 DAC0832 具 备双缓冲、单缓冲和直通三种输入方式，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)。D/A 转换结果采用电流形式输出。要是需要相应的模拟信号，可通过一 个高输入阻抗的线性运算放大器实现这个功能。运放的反馈电阻可通过 RFB 端引用片内固有 电阻，也可以外接。该片逻辑输入满足 TTL 电压电平范围，可直接与 TTL 电路或微机电路相 接，下面是芯片 DAC0832 引脚图和内部结构电路图。 图 2 DAC0832 引脚图 图 3 内部结构电路图 （2）DAC0832 引脚功能说明： DI0~DI7：数据输入线，TLL 电平。 ILE：数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效。 CS：片选信号输入线，低电平有效。 WR1：为输入寄存器的写选通信号。 XFER：数据传送控制信号输入线，低电平有效。 WR2：为 DAC 寄存器写选通输入线。 Iout1:电流输出线。当输入全为 1 时 Iout1 最大。 Iout2: 电流输出线。其值与 Iout1 之和为一常数。 Rfb:反馈信号输入线,芯片内部有反馈电阻. Vcc:电源输入线 (+5v~+15v) Vref:基准电压输入线 (-10v~+10v) AGND:模拟地,摸拟信号和基准电源的参考地. DGND:数字地,两种地线在基准电源处共地比较好 3、ADC0804 芯片 （1）简介 ADC0804 是用 CMOS 集成制成的逐次比较型模/数转换芯片，有两模拟信号输入 端，用以接受单极性、双极性和差摸输入信号。A/D 转换器数据输出端具有三态特性，能与 微机总线相接。分辨率 8 位，转换时间 100μs，输入电压范围为 0~5V，该芯片内有输出数 据锁存器，当与计算机连接时，转换电路的输出可以直接连接在 CPU 数据总线上，无须附 加逻辑接口电路。ADC0804 芯片外引脚图如 4 所示。引脚名称及意义如下： （2）引脚功能说明 1 脚 CS：片选信号输入端，低电平有效，一旦 CS 有效，表明 A/D 转换器被选中，可启动 工作。 3 2 脚 RD：读信号输入，低电平有效，当 CS、RD 同时为低电平时， ADC0804 会将转换 后的数字讯号经由 DB7 ~ DB0 输出至其它处理单元。 3 脚 WR：写信号输入，接受微机系统或其它数字系统控制芯片的启动输入端，低电平有效， 当 CS、WR 同时为低电平时，启动转换。 4 脚 CLKIN：外电路提供时钟脉冲输入端。频率输入可连接处理单元的讯号频率范围为 100 kHz 至 800 kHz。 19 脚 CLKR：内部时钟发生器外接电阻端，而频率输出频率最大值无法大于 640KHz，一 般可选用外部或内部来提供频率。若在 CLK R 及 CLK IN 加上电阻及电容，则可产 生 ADC 工作所需的时序，其频率约为：其频率为 1/1.1RC。 5 脚 INTR：转换结束输出信号，低电平有效。输出低电平表示本次转换已完成。该信号常 作为向微机系统发出的中断请求信号，可读取数字数据。。 6、7 脚. PIN6、PIN7 (VIN(+)、VIN(-))：差动模拟讯号的输入端。输入电压 VIN＝VIN(+) － VIN(-)，通常使用单端输入，而将 VIN(-)接地。 8 脚 AGND：模拟信号地。 9 脚、(VREF⁄2)︰模拟参考电压输入端。VREF 为模拟输入电压 VIN 的上限值。若 9 脚空 接，则 VIN 的上限值即为 VCC。 10 脚 DGND：数字信号地。 11---18 脚. (DB7 ~ DB0)︰转换后之数字数据输出端。 12. PIN20 (Vcc)︰驱动电压输入端。 图 4 ADC0804 引脚图 图 5 AT89S52 引脚图 4.单片机 AT89S52 芯片 引脚如图5所示，引脚功能说明如下： （1）输入/输出引脚（I/O口线） P0.0～P0.7:P0口8位双向I/O口，占39～32脚； P1.0～P1.7:P1口8位准双向I/O口，占1～8脚； 4 P2.0～P2.7:P2口8位准双向I/O口，占21～28脚； P3.0～P3.7:P3口8位准双向I/O口，占10～17脚； （2）控制口线 PSEN (29脚)：外部程序存储器读选通信号。 ALE/ PROG (30脚)：地址锁存允许/编程信号。 EA /VPP(31脚)：外部程序存储器地址允许/固化编程电压输入端。 RST/VPD(9脚)：RST是复位信号输入端,VPD是备用电源输入端。 （3）电源及其它 Vcc(40脚)：电源端+5V。 GND(20脚)：接地端。 XTALl、XTAL2(19～18脚)：时钟电路引脚。当使用内部时钟时，这两个引脚端外接 石英晶体和微调电容。当使用外部时钟时，用于外接外部时钟源。 任 务 项 目 一、电子产品装配（本大项分 3 项，第 1 项 5 分，第 2 项 15 分，第 3 项 10 分，共 30 分） 1．元器件选择（本项目 5 分） 要求：根据给出的附图1《电压采集及波形信号发生器》电路和附表1元器件表，正确 无误地从赛场提供的元、器件中选取所需的元、器件及功能部件，在印制电路板上（电压 采集及波形信号发生器）焊接和产品安装。 2．印制电路板焊接（本项目分 2 小项，贴片焊接项 3 分，非贴片焊接项 12 分，共 15 分） 根据给出的附图1《电压采集及波形信号发生器》电路和附表1元器件表，选择所需要 的元器件，把它们准确地焊接在赛场提供的印制电路板上（电压采集及波形信号发生器）。 要求：在印制电路板上所焊接的元器件的焊点大小适中，无漏、假、虚、连焊，焊点光滑， 圆润、干净，无毛刺；引脚加工尺寸及成形符合工艺要求；导线长度、剥线头长度 符合工艺要求，芯线完好，捻线头镀锡。其中包括： 3． 电子产品安装（本项目10分） 根据给出的附图1《电压采集及波形信号发生器》电路和附表1元器件表，把选取的电 子元器件及功能部件正确地装配在赛场提供的印制电路板上（电压采集及波形信号发生器 电路板）。 要求：元器件焊接安装无错漏，元器件、导线安装及元器件上字符标示方向均应符合 工艺要求；电路板上插件位置正确，接插件、紧固件安装可靠牢固；线路板和 元器件无烫伤和划伤处，整机清洁无污物。 二、电子电路的调试（55 分） （一）电压采集及波形信号发生器电路基本功能（15分） 1、电源部分正常 （1分） 2、单片机控制功能正常 （5分） 3、显示电路工作正常 （3分） 4、下载口部分功能正常 （1分） 5、D/A电路正常工作 （3分） 6、A/D电路正常工作 （2分） 5 （二）电路分析 （20分） 1、画出电压采集及波形信号发生器电路结构方框图。 3分 2、模拟信号与数字信号在时间与幅度坐标离散性方面最大的区别是 ，请举出一个模拟信号的例子波形 。2分 3、运放 U5A 在电路中的作用是 ；U5B 在电路中的作用是 ，放大 倍数是 倍 ，增益 AV= db 。4 分 4、D/A 模式下 S4 的作用是 S5 的作用是 。2 分 5、A/D 转换电路如果要提升精确度，可以采用的方法有 ，但是会产生的不利 之处有 。 2 分 6、运放采用非对称正负电源的两个优点是一是 ， 二 。2 分 7、某个同学安装和焊接完成后，通电检查，发现操作相关按键后能在 A/D 和 D/A 模式之间 转换（显示屏有相应操作信息显示），但是不能显示输入的电压数值，DACOUT 端口也没有 相关信号的波形，请在下表写出故障检修思路。5 分 故障现象 1 分 故障范围 1 分 检修过程 2 分 故障修复方法 1 分 （三）调试 20分 1、A/D转换电路调试 （3分） （1）在 A/d 模式下调试模/数转换电路，使到数码管显示的数值与尽量与图 6 相同。2 分 （2）这时测量 U4 的 6 脚对地电压是 V。 1 分 图6 模拟电压采集显示 6 （3） 测量在A/d模式下U4的4脚信号，记录波形并填写下表（4分） 记录示波器波形 2 分 示波器 2 分 时间档位： 周期 幅度档位： VP-P= 2．设置为信号发生器，输出100HZ的正弦波，测量DACOUT的信号并记录波形。4分 记录示波器波形 2 分 示波器 2 分 时间档位： 周期 幅度档位： VP-P 3、测试 P2.0 和 P2.1 端口的信号，记录示波器记录参数在下表中。8 分 两脉冲信号的相位差是 ，这两个脉冲信号的作用分别是驱动驱动数码管的 第 位码，采用这种脉冲驱动的方式的好处是 。3 分 记录示波器波形 4 分 示波器 2 分 时间档位： 周期 幅度档位： VP-P 7 8 7《声光控开关电路》印制电路板 图 8 可控硅引脚图 三、绘画电路原理图（本项目为 15 分） 内容：使用 Protel 2004 DXP 软件，根据图 7《声光控开关电路》印制电路板，准确地 画出它的电路图，并在电路图中的元器件符号上标明它的标号和标称值。 说明：选手在 D 盘根目录上以工位号为名建立文件夹（××为选手工位号，只取后两 位），选手竞赛画出的电路图定义为 Sch××.schdoc，并存入该文件夹中。选手如不按说明 存盘，将不可能给予评分，另外请使用国标符号，否则所画元件不得分。 图 9 附录 1 原理图 EA/VPP31 X119 X218 RST9 INT012 INT113 T014 T115 P1.01 P1.12 P1.23 P1.34 P1.45 P1.56 P1.67 P1.78 RXD 10 TXD 11 ALE/P 30 PSEN 29WR16 RD17 P2.0 21 P2.1 22 P2.2 23 P2.3 24 P2.4 25 P2.5 26 P2.6 27 P2.7 28 P0.7 32 P0.6 33 P0.5 34 P0.4 35 P0.3 36 P0.2 37 P0.1 38 P0.0 39 GND20 VCC 40 U1 A B C D E F G D P 1 H 2 H 3 H 4 H DS1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 PR1 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R10 R11 R12 R13 R14 R15 R16 P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 Q1 Q2 Q3 Q4 1 H 2 H 3 H 4 H 4 H 3 H 2 H 1 H P 2 . 0 P 2 . 1 P 2 . 2 P 2 . 3 P2.0 P2.1 P2.2 P2.3 E19 DIR1 A12 A23 A34 A45 A56 A67 A78 A89 B8 11 B7 12 B6 13 B5 14 B4 15 B3 16 B2 17 B1 18 GND 10 VCC 20 U2 P3.0 P3.1 P3.1 P3.0 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 S6 +5V +5V +5V CS1 WR12 AGND 3 D34 D25 D16 D07 VREF8 RFB 9 DGND 10 Iout1 11 Iout2 12 D713 D614 D515 D416 XFER17 WR218 ILE 19 VCC 20 U3 +5V S2 S3 S4S1 +5V P2.4 P2.5 P2.6 P2.7 P2.7P2.6P2.5P2.4 P3.2 P3.3 P3.2 P3.3 3 2 1 8 4 U5A 5 6 7 U5B D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 +12V -12V R23 R24 R22 R20 GND DACOUT C9 C8C7 +5V RST RST Vin1 G N D 2 Vout 3 U6 C1 C2 Y1 CS1 RD2 WR3 CLK IN4 INTR5 Vin+6 Vin-7 AGND8 Vref/29 DGND10 DB7/MSB 11 DB6 12 DB5 13 DB4 14 DB3 15 DB2 16 DB1 17 DB0/LSB 18 CLK R 19 VCC 20 U4 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 +5V C3 R18 R19 +5V P3.4 P3.5 P3.6 C4 +5V 1 2 3 JP1 +12V -12V +12V C6 R21 单片机电路 电源电路 模/数转换电路 数/模转换电路 独立按键 R25 D1 +5V +5V +5V 四位数码管 共阳 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 C5 +5V RP1 R17 S5 P3.7 R26 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 JP2 SCK MISO MOSI SCK MISO RST MOSI +5V 下载口 K1:A/D、D/A模式选择 K2:模式确定/模式重选 K3:D/A模式下方波、三角波、正弦波切换 K4: K5: 附表 元件清单表 号元件序 称名 参数 封装 备注 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 电阻 470 欧（ ） 0805 390、430 亦可 R9 R10 R11 R12 电阻 1k 0805 R13 R14 R15 R16 R17 电阻 10k 0805 R18 R19 电阻 1k 0805 R20 电阻 10k 0805 R21 电阻 0 0805 锡丝桥直接 接 2 个焊盘 R22 电阻 10k 0805 R23 电阻 7.5k 0805 R24 R27 电阻 15k 0805 R25 电阻 360 0805 R26 电阻 10k 0805 C1 C2 电容 30p 0805 C3 电容 150p RAD0.1 C4 C5 C6 电容 0.1u RAD0.2 C7 C8 电 电解 容 220u RB.12 C9 电 电解 容 10u RB.1/.2 RP1 电位器 10k VR5 Q1 Q2 Q3 Q4 极三 管 8550 S1 S2 S3 S4 S5 S6 轻触开关 DS1 4 数码位 管 阳共 PR1 排阻 10k U1 AT89S52 DIP40 U2 74LS245 DIP20 U3 DAC0832 DIP20 U4 ADC0804 DIP20 U5 LM358 SO-8 U6 7805 JP1 3 线口接 端子 JP2 ISP 载下 口 可不装配 Y1 晶振 12MHz D1 发 极光二 管 绿色 10