无线门铃课程设计.doc

学 号 11700224

天津城建大学

实习报告

（生产实习）

起止日期： 2014 年 6 月 16 日 至 2014 年 7 月 11 日

学生姓名
杨棋焱
班级
11电信2班
成绩

指导教师(签字)

计算机与信息工程学院
2014年 7月 11日
天津城建大学
生产实习任务书
2013—2014学年 第2学期
计算机与信息工程学院 电子信息工程专业 班级 2 学号 11700224
设计题目： 函数发生器
完成期限：自 2014 年 6 月 16 日至 2014 年 7 月 11 日共 4周
设计依据、要求及主要内容：

一．设计的目的
1.进一步熟悉和掌握单片机系统设计和编程原理。
2.掌握单片机的接口技术及相关外围芯片的外特性、控制方法。
3.通过设计，掌握以单片机核心的电路设计的基本方法和技术。
4.通过实际程序设计和调试，掌握模块化程序设计方法和调试技术。
5.通过完成一个包括电路设计和程序开发的完整过程，了解开发单片机应用系统的全过程，为今后从事相应开发打下基础。

二．设计的基本要求
1.认真认识设计的意义，掌握设计工作程序，学会使用工具书和技术参考资料，并培养科学的设计思想和良好的设计作风。
2.提高模型建立和设计能力，学会应用相关设计资料进行设计计算的方法。
3.提高独立分析、解决问题的能力，逐步增强实际应用训练。
4.设计的说明书要求简洁、通顺，电路图内容完整、清楚、规范。

三．设计主要内容
a) 设计实现功能
STC12C5A60S2（引脚排序及基本功能同AT89S51）作为主控芯片，设计电路，完成函数发生器，实现功能：
1.可通过按键控制输出锯齿，三角，正弦，方波等波形。
2.可通过按键调整频率和幅度。
b) 原理图设计
1.原理图设计要符合项目的工作原理，连线要正确。
2.图中所使用的元器件要合理选用，电阻、电容等器件的参数要正确标明。
3.原理图要完整，CPU、外围器件、外扩接口、输入/输出装置要一应俱全。
c) 程序调计
1.根据要求，将总体功能分解成若干个子功能模块，每个功能模块完成一个特定的功能。
2.根据总体要求及分解的功能模块，确定各功能模块之间的关系，设计出完整的程序流程图。
d) 程序调试
1.编写相关程序，并进行仿真。
2.将程序下载到单片机，进行运行调试。
e) 设计说明书
1.原理图设计说明
简要说明设计目的，原理图中所使用的元器件功能及在图中的作用，各器件的工作过程及顺序。
2.程序设计说明
对程序设计总体功能及结构进行说明，对各子模块的功能以及各子模块之间的关系作较详细的描述。
3.画出工作原理图，程序流程图并给出相应的程序清单。

指导教师（签字）：
教研室主任（签字）：
批准日期： 2014 年 6 月 5日

目录
第一部分：无线门铃 1
第1章 无线门铃器件的识别 1
1.1电阻和电容 1
1.1.1关于电阻 1
1.1.2关于电容 2
1.2电感和二极管及三极管 3
1.2.1电感 3
1.2.2二极管和三极管 4
第2章 无线门铃的电路及工作原理 5
2.1原件清单及电路图 5
2.2工作原理 6
2.2.1发射器的原理 7
2.2.2接收器的原理 7
第3章 焊接 8
3.1手工焊接的材料 8
3.2焊接过程 8
3.2.1正确使用电烙铁  8
3.2.2元件焊接顺序  8
3.2.3手工焊接贴片元件方法经验  8
第4章 调试过程 10
第5章 心得体会 11
第二部分：单片机 12
第1章 总体设计方案 12
1.1设计总方案 12
1.2单元模块简介 12
1.2.1信号发生电路 12
1.2.2单片机 12
1.2.3键盘 13
第2章 单元模块原理 14
2.1模块电路的设计 14
2.1.1单片机的最小系统 14
2.1.2键盘模块设计 15
2.1.3波形产生模块设计 15
2.1.4运算放大器 16
第3章 软件编写流程 17
3.1软件设计流程图 17
3.2软件设计 18
3.2.1总程序源码 18
3.2.2 正弦波产生程序 22
3.2.3 三角波产生程序 23
3.2.4 方波产生程序 23
3.2.5 锯齿波产生程序 24
第4章 调试过程 25
4.1、测量仪器及测试说明 25
4.2测试过程 25
4.3 测试结果 25
第5章 结果分析 27
第6章 总结 28

第一部分：无线门铃
第1章 无线门铃器件的识别
1.1电阻和电容
1.1.1关于电阻
（一）电阻的概念
电阻（Resistance，通常用“R”表示），是一个物理量，在物理学中表示导体对电流阻碍作用的大小。导体的电阻越大，表示导体对电流的阻碍作用越大。不同的导体，电阻一般不同，电阻是导体本身的一种特性。电阻将会导致电子流通量的变化，电阻越小，电子流通量越大，反之亦然。而超导体则没有电阻。
（二）电阻色环识读
由于电阻阻值的表示法有数字表示法和色环表示法两种，因而电阻阻值的读数也有两种：
1）数字表示法：此表示法常用于CHIP组件中。辨认时数字之前两位为有效数字，而第三位为倍率。例如： 334表示：33×104Ω=330 KΩ 275表示：27×105Ω=2.7 MΩ
2）色环表示法：
一二环颜色： 黑 棕 红 橙 黄 绿 蓝 紫 灰 白
代码： 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
1.1.2关于电容
电容即电容器，通常简称其容纳电荷的本领为电容，用字母C表示。定义1：电容器，顾名思义，是‘装电的容器’，是一种容纳电荷的器件。英文名称：capacitor。电容器是电子设备中大量使用的电子元件之一，广泛应用于电路中的隔直通交，耦合，旁路，滤波，调谐回路， 能量转换，控制等方面。定义2：电容器，任何两个彼此绝缘且相隔很近的导体（包括导线）间都构成一个电容器。
电容与电容器不同。电容为基本物理量，用字母C表示，单位为法拉，符号F。
1.2电感和二极管及三极管
1.2.1电感
（一）电感器的概念
电感器(Inductor)是能够把电能转化为磁能而存储起来的元件。电感器的结构类似于变压器，但只有一个绕组。电感器具有一定的电感，它只阻碍电流的变化。如果电感器在没有电流通过的状态下，电路接通时它将试图阻碍电流流过它；如果电感器在有电流通过的状态下，电路断开时它将试图维持电流不变。电感器又称扼流器、电抗器、动态电抗器。
电感的种类
1.2.2二极管和三极管
（一）二极管
1 组成：由单一的PN结组成。
2 类型：常用的二极管有整流、稳压、发光二极管。
3 电路符号及字母表示：
整流二极管(D) 稳压二极管(ZD) 发光二极管(LED)
(二)三极管
1 三极管的种类：PNP型和NPN型： 
2 三极管的极性：基极(b) 发射极(e) 集电极(c)。
3 三极管的作用：放大及开关。
4 符号：Q

第2章 无线门铃的电路及工作原理
2.1原件清单及电路图
表2-1 接收器原件清单

名称
数量
位置
名称
数量
位置
名称
数量
位置
名称
数量
电阻1M
3
R7/8/9
电容100U
1
C12平装
电容39P
2
C4 C8
CD4069
1
电阻470K
1
R5
电容10U
1
C10平装
电容5P
2
C1 C2
7mm细线
1
电阻120K
1
R1
电容1U
1
C5平装
电感
1
L1
2.5*6自攻丝
3
电阻47K
1
R6
电容104P
1
C11
晶振32768
1
Y1
电路板
1
电阻10K
1
R2
电容103P
1
C9
1N4148
1
D1
喇叭
1
电阻5.6K
1
R3
电容222P
1
C6
9018
1
Q1
机壳
1
电阻1K
1
R10
电容152P
1
C3
9014
1
Q2
音乐片
1
电阻510
1
R4
电容102P
1
C7
9013
1
Q3

名称
数量
位置
名称
数量
位置
名称
数量
位置
R100
1
R1
C222P
1
C3
2.5*6
1
自攻丝
R10K
1
R7
微调
1
CL
2.5*8
2
自攻丝
R22K
3
R2/3/4
电感
1
L1
电路板
1

R180K
1
R5
开关
1
K1
电池扣
1

R220k
1
R6
F3红
1
LED1
按钮
1

C5P
1
C2
9014
2
Q1/2
外壳
1

C10P
1
C1
9013
1
Q3
图纸
1

表1-2 发射器配件清单

图2-1发射原理图

图 2-2接收原理图

2.2工作原理
遥控门铃电路由编码信号发射和接收两部分组成，其可靠性、抗干扰性优于传统门铃，正得到越来越多的广泛应用。传统的门铃都为有线门铃，使用方便，极大地方便了大家的生活。当发射器发射信号时接收器接到所发射的信号，并将该信号转变为电压值，输入到锁存器里锁存，再通过接收器外围的控制电路控制继电器动作，使部件工作。
2.2.1发射器的原理
当发射器发射信号时接收器接到所发射的信号，并将该信号转变为电压值，输入到锁存器里锁存，再通过接收器外围的控制电路控制继电器动作，使部件工作。 
发射器由调制振荡级和高频振荡级两级组成。调制级电路由一块廉价的国产CD4069和32.768KHz晶体完成，CD4069是6反相器。所谓反相器，就是么相器都有两端，输入端是高电平时输出端就转为低电平，输入端是低电平时输出端就为高电平，输入和输出端的电平总是相反。
发射器开关按下时，反相器1和2 及相关元件组成振荡发生器，产生 32.768KHz低频信号。过程：反相器1的1脚开始为低电平，2脚就是高电平，4脚也为高电平。2脚的高电平
经R2对晶体X1充电，充电电流经R2-X1-反相器2的4脚到负极。充电时间由X1决定，等效电容为200P。由于X1的充电，X1上的电压逐渐上升，左正右负，当升至反相器1的翻转电平时，2脚就由原来的高电平转为低电平，4脚也同时转为低电平。X1开始放电，放电通路为R2-反相器1的2脚-负极。放电后X1上的电位降低，到一定程度时1脚降为低电平了，输出端又翻转成高电平，再次对X1充电，至此已完成一个充放电过程，即一个振荡周期，4脚输出一次低高变化的电平。之后振荡一直持续下去，反相器2的4脚就会一直输出高低不断变化的电平信号。这个信号的频率由晶体；决定，为32.768kHz。
2.2.2接收器的原理
Q3、L3、C4、C5为超再生振荡接收器，L3为绕制线圈，在直径5mm的骨架上绕制，用0.51漆包线绕3圈，骨架中间用铜芯调节。当L3的振荡频率与发射端相同时，谐振，Q3的超再生信号就受发射端的调幅信号控制，L4为扼流线圈，阻止高频信号通过。超再生振荡电路具有自检波功能，检波后的调制信号在R4上产生压降，经R5、C9送入IC2进行放大，整形再放大，这由三个反相器13和12、11和10、1和2完成，C11滤波滤除检波后的高频杂波，使用检波后的有用信号信噪比最大。经三极放大后的调制信号与发射端（低频32.768KHz）同频， X2在电路中起选频作用，同频率的信号能顺利通过，免除了许多不需要的各种外界信号的干扰，选频后的信号送入Q2放大整形，该信号的幅度还较低，经最后两级开路反相放大后输出等幅方波信号。R11限流，C12滤波，对方波进行平滑滤波，并有数十毫秒的延时，也能消除外界尖脉冲对触发电路的干扰，K是乐曲选择开关，音乐信号经Q3放大推动喇叭发出声音。

第3章 焊接
在电子制作活动中，焊接是一个非常重要的技术问题，焊接的好坏直接影响制作的质量。所以，这次的无线门铃焊接过程也是一个重要的环节。
3.1手工焊接的材料
电烙铁:一种手工焊接的主要工具。 
助焊剂：松香熔于酒精(1：3)形成"松香水"，又称助焊剂。
3.2焊接过程
3.2.1正确使用电烙铁 
电烙铁使用前要上锡，具体方法是：将电烙铁烧热，待刚刚能熔化焊锡时，涂上助焊剂(松香)，再用焊锡均匀地涂在烙铁头上，使烙铁头均匀的吃上一层锡(亮亮的薄薄的就可以)。
在进行普通焊接的时候(比如在万能板上焊接直插式元件)，一手烙铁，一手焊锡丝，靠近根部，两头轻轻一碰，一个焊点就形成了。焊点理想的形状是一坨屎那种。 
在万能板上焊接直插元件时，要将引脚尽量插到底。 
3.2.2元件焊接顺序 
先难后易，先低后高，先贴片后插装。 宗旨：焊接方便，节省时间。 先焊接难度大的，这主要是指管脚密集的贴片式集成芯片。如果把这些难度大的放于最后焊接，一旦焊接失败把焊盘搞坏，那就会前功尽弃。 
先低后高，先贴片后插装。这样焊接起来方便。如先把高的元件焊接了，有可能妨碍其他元件的焊接，尤其是高大的元件密集众多的时候。如果先焊接插装的元件，电路板就会在焊台上放不平，影响焊接心情。 
3.2.3手工焊接贴片元件方法经验 
首先在干净的焊盘上涂上一层助焊剂，再用干净的恒温电烙铁往焊盘上薄薄一层焊锡（一般电路板制作的时候都已上好锡，不过有时手工上锡还是非常必要的），把元件放置上去对准，上锡固定好对角，然后随意挑一边用烙铁垂直引脚出线方向较缓滑过，同时稍用力下压元件这条边；然后就同样方法焊对边；然后就另外两边。最后检查，不好的地方重新焊过。焊接时电烙铁温度要适中，一般400度左右为好。
第4章 调试过程
发射调整：装上 12v 电池，用万用表测发射电流（电流表跨接再 s 两端），应在 3 到 8mA间，若用手触摸 C2 两端时电流应大幅升高，说明已起振。  
接收调整：装上3节 5 号电池，测量接收整机电流小于 lmA ，按下发射机开关 S 不放，将发射机放在待调的接收机附近，用无感起子微调 L2 如果调到某点，门铃发出声音，就说明接收机和发射机的频率大致相同；反义微调 L2 直到距离最远即可。

图3-1发射器

图3-2 接收板

第5章 心得体会
通过这次的亲自动手焊制无线门铃，并成功完成了门铃的调制过程，让我收获颇深。在焊接之前，我们熟悉的了解电路图，每一个元器件在电路板上的位置都要清晰的记在脑子里。而且在实际操作时，应该把小的原件先焊接在板子上，比如说电阻和电容先焊接好，这样才方便焊接其他元件。当然，这并不是自己一个人就能轻松完成的任务，我们还要合作完成，有什么问题大家一起讨论，不懂的地方可以问老师或者同学。这样，一件复杂的工作就会变得好很多。在今后的学习中，我们应该更加注重动手能力的培养，不管是学习中还是生活工作中，动手能力是必不可少的！

第二部分：单片机
第1章 总体设计方案
1.1设计总方案
本次实验是利用AT89S52单片机采用程序设计方法产生锯齿波、正弦波、矩形波三种波形，再通过D/A转换DAC0832将数字信号转换成模拟信号，滤波放大，最终由示波器显示出来，通过键盘来控制三种波形的类型选择、频率变化，最终输出显示其各自的类型以及数值。

±12V电源
键盘
示波器显示

滤波放大
D/A转换
STC12C5A60S2单片机

图1-1系统总体框图

1.2单元模块简介
1.2.1信号发生电路
通过单片机控制D/A，输出三种波形。缺点：出的波形不够稳定，抗干扰能力弱，不易调节。优点：此方案电路简单、成本低。
1.2.2单片机
目前我们学习接触过的是AT89S52单片机，它是一种高性能8位单片微型计算机。它把构成计算机的中央处理器CPU、存储器、寄存器、I/O接口制作在一块集成电路芯片中，从而构成较为完整的计算机、而且其价格便宜。
1.2.3键盘
矩阵式键盘的按键触点接于由行、列母线构成的矩阵电路的交叉处。当键盘上没有键闭合时，所有的行和列线都断开，行线都呈高电平。当某一个键闭合时，该键所对应的行线和列线被短路。

第2章 单元模块原理
2.1模块电路的设计
2.1.1单片机的最小系统
STC12C5A60S2是片内有ROM/EPROM的单片机，因此，这种芯片构成的最小系统简单﹑可靠。用STC12C5A60S2单片机构成最小应用系统时，只要将单片机接上时钟电路和复位电路即可，如图2-1 STC12C5A60S2单片机最小系统所示。由于集成度的限制，最小应用系统只能用作一些小型的控制单元。其应用特点： 
 有可供用户使用的大量I/O口线。 
(2) 内部存储器容量有限。 
(3) 应用系统开发具有特殊性。

图2-1 STC12C5A60S2单片机最小系统

2.1.2键盘模块设计

图2-2独立式键盘

图中键盘独立键盘引出的八跟线分别接单片机的P2口，只用其第四列，因此在程序初始化时P2.7脚给低电平。如图开关1用来切换输出波形、开关2和3用来调节频率的加减。当按开关2时输出波形的频率增加，按开关3时输出波形的频率减小。
2.1.3波形产生模块设计
由单片机采用编程方法产生三种波形、通过DA转换模块DAC0832在进过滤波放大之后输出。其电路图如下：

图2-3 波形产生电路
如上图所示，单片机的P0口连接DAC0832的八位数据输入端，DAC0832的输出端接放大器，经过放大后输出所要的波形。
DAC0832是采样频率为八位的D/A转换芯片，集成电路内有两级输入寄存器，使DAC0832芯片具备双缓冲、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。若需要相应的模拟电压信号，可通过一个高输入阻抗的线性运算放大器实现。运放的反馈电阻可通过RFB端引用片内固有电阻，也可外接。 DAC0832逻辑输入满足TTL电平，可直接与TTL电路或微机电路连接。
DAC0832输出的是电流，一般要求输出是电压，所以还必须经过一个外接的运算放大器转换成电压。本电路接了两个运算放大器是为了进行双极放大。
2.1.4运算放大器
LM124/LM224/LM324是四运放集成电路，它采用14管脚双列直插塑料（陶瓷）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。

图2-4 LM324 引脚图

第3章 软件编写流程
3.1软件设计流程图
本系统采用AT89S52单片机，用编程的方法来产生三种波形，并通过编程 来切换三种波形以及波形频率的改变。 
具体功能有：各个波形的切换；各种参数的设定；频率增减等。 

初始化
延时减f增大
输出锯齿波
输出方波
输出三角波
输出正弦波
Value>
255
Value>
256
Value>
254
Value>
255
Value++
S3按下
S2按下
延时增f减小
S1按下
是否按下键
开始

图2-5软件设计流程图

3.2软件设计
3.2.1 正弦波产生程序
输入正弦波的采样点，计算出 256 个（一个周期内）正弦波信号值。然后通过输出
的两点间的延时来实现调频。依次循环输出，可得出正弦波。
采点值放在sin_num[]中，程序如下：
void sin() //正弦波
{
cs=0;
P2=sin_num[value]; _nop_();
cs=1;
value++;
if(value>255)
value=0x00;
}
3.2.2 三角波产生程序
设个自变量 value 让它不断地自加 1，直到加到 255 时，t=value，对 t 进行不断地自减 1
直到减到 t=0，然后再不断地重复上述过程产生三角波。程序如下：
void sanjiao() //三角波
{
cs=0;
P2=sanjiao_num[value]; _nop_();
cs=1;
value++;
if(value>254)
value=0x00;
}
3.2.3 方波产生程序
设个自变量value让它不断地自加 1，直到加到 128时，P2口全为1， 再让 value不断地自加 1直到加到 255时，P2口全为0，然后再不断地重复上述过程产生方波。程序如下：
void fangbo() //方波
{
if(fang<128) {cs=0;P2=0XFF;cs=1;}
else{cs=0;P2=0X00;cs=1;}
fang++;
if(fang>256)
fang=0;
}
3.2.4 锯齿波产生程序
锯齿波中的斜线用一个个小台阶来逼近，在一个周期内从最小值开始逐步递增，当
达到最大值后又回到最小值，如此循环，当台阶间隔很小时，波形基本上近似于直线。
适当选择循环的时间，可以得到不同的周期锯齿波。锯齿波发生原理与方波类似，只是
高低两个时延的常数不同，所以用延时法，来产生锯齿波，设个自变量value 让它不断地自
加 value，直到叫到 255， DAC0832 可以又自动归 0，然后再不断地重复上述过程。程序如下：
void triangle() //锯齿波
{
cs=0;
P2=value;
_nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();
cs=1;
value++;
if(value>255)
value=0x00;
}

第4章 调试过程
4.1、测量仪器及测试说明
测量仪器：±12V的电源，示波器等。
测量说明：正弦波、矩形波、三角波和锯齿波信号的输出，通过对独立键盘来实现其不同波形的输出以及改频率的改变。
4.2测试过程
当程序下进去时经过初始化，示波器上输出波形为正弦波，当开关1按下一次时输出波形为锯齿波，当开关1按下两次时时输出波形为三角波，当开关1按下三次时时输出波形为方波。 VREF：基准电压输入线，VREF的范围为-10V～+10V，在这里我们给VREF接+5V的电压，外接一个滑动变阻器，是它的电压在0V～5V之间变化，从而实现波形幅度的调节。当开关2按下时频率增加。当开关3按下时频率减小。
频率范围如下：
方 波：10——10KHZ
锯齿波、三角波：10——HZ
正弦波：10—3.3KHZ
4.3 测试结果
四种波形的波形图如下：

图4-1正弦波

图4-2三角波

图4-3方波

图4-4锯齿波

第5章 结果分析
通过以上的调试可知道各项指标均达到要求。 测试数据如下：  
1）、产生正弦波、方波、三角波基本实现 。
2）、三种波形的频率都可调，但不能步进的调节，其中方波的可调范围最广为1—3.3KHZ，其他两种波形的频率范围不大1—180HZ。 
3）、显示部分基本实现 。
4）、键盘功能实现。
我们通过调试按键上的2和3键就可以调整波的频率，频率越大那么波形就越窄，频率越小那么波形就越宽。

第6章 总结
通过这次毕业设计，使我深刻地认识到学好专业知识的重要性，也理解了理论联系实际的含义，并且检验了大学三年的学习成果，进一步加深了我对专业知识的了解和认识以及动手的能力。
首先最深刻的认识是C语言的学习与应用，51C语言的学习应该是我们专业比较薄弱的环节，在今后的而学习中，我要努力学习C语言的编程。然后是单片机各个单元的认识，这次的课设让我了解到了运放电路的应用，按键的设计应用。总而言之，有关单片机的认识通过这次的课设让我们有一个很好的了解。
虽然在这次设计中对于所学知识的运用和衔接还不够熟练，作品完成的还不是很出色。但是我将在以后的工作和学习中继续努力、不断完善。这个设计是对我们过去所学知识的系统提高和扩充的过程，为今后的发展打下了良好的基础！
最后，我要感谢我的组员和指导老师，是我们的共同努力才完成了这次课设，愿团结互助的正能量永远在我们之间传递。 

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