β数显式测量电路的设计、安装与调试.doc

北京化工大学信息科学与技术学院 自动化专业 课程设计题目：数显式测量电路的设计、安装与调试班级： 学号：姓名：同组人：指导老师： 2013年9月 目录一、课程设计的任务及基本要求二、逻辑框图设计三、逻辑电路的设计及参数计算四、安装调试步骤及遇到的问题五、印刷线路板设计六、体会及建议七、参考文献八、附录（元件使用说明）9、 附图（框图 逻辑图 印刷线路板图）1、 课程设计的任务及基本要求本课题要求设计一个“三极管值得数显式测量电路”。即可以直观的看出三极管的值。、具体任务和要求1 可测量NPN硅三极管的直流电流放大系数199，测试条件为 IB=10uA。允许误差2%。14VVCE16V，且对不同值的三极管，VCE的值基本不变。2 该测量电路制作好以后，在测试过程中不需要进行手动调节，便可自动满足以上测试条件。3 用两只LED数码管和一只发光二极管构成数字显示器。发光二极管用来显示最高位，它的亮状态和暗状态分别用来代表1和0。两只数码管分别用来显示十位和各位，即数字显示器可显示不超过199的正整数和0.4 测量电路设有测三极管的三个插孔，分别标上E、B、C。当被测三极管的发射极，基极和集电极分别插入E、B和C插孔时，连通电源后，数字显示器就会自动显示出被测三极管的值，响应时间不超过2秒钟。5 在温度不变的条件下，本测量电路的误差之绝对值不超0.05N+1.这里的N是数字显示器的读数。6 数字显示器显示的数字应当清晰，而且显示周期的长短要合理。例如，=24.5时，个位数码管可能交替显示4和5.在这种情况下，如果显示周期太短（例如：0.01S），由于人的眼睛的滞留效应（滞留时间大约为0.1S），就不能清楚地看到4和5这两个数字，反而看起来像9，他是4和5叠加的结果（对于LED七段数码管而言）。显然，不允许出现这种现象。、限定使用的主要元器件通用型集成运放LM324高阻型集成运放LF351通用型集成运放LM311集成定时器NE5552/5十进制计数器74LS90BCD七段译码器74LS47双D上升沿触发器74LS74六施密特反相器74LS14四2输入与非门CC4011共阳极LED七段数码管二、逻辑框架图三 、逻辑电路的设计及参数计算要求对不同的，不变，故集电极不接任何电阻。根据运放LM324反相输入端虚地以及IB=10A的条件，则R1=1.5M。R1=（15-0.7）V/10A运放LM324和R2、R3构成的电压并联负反馈使 ，所以取为运放电路的输入电流。由图不难看出，由于运放虚地条件以及它不取电流，并且=，所以=R2，当为最大值(199) 时=13V确定R，则R=6.5K。所以取R=5. 1K。2压控振荡器反相积分器 同相迟滞比较器注意：（1） 积分器用351高阻型放大器，积分效果好。电压比较器用专用电压比较器，转换速度快。（2） 积分器中D1使正向积分与负向积分的回路不同、时间不同。上图的D1应反方向向左，原因是其与夹断电压的设计不同，这里VX极性为正。（3） R9100R9）则这个压控振荡器的震荡周期就近似等于上图中积分器的负向积分时间t1，即近似等于积分器的输出电压由下降到-所要的时间t1。因为=-+=-+当t=时，=-，即有-=-+， 所以=2 式中的是积分器输出电压的峰值，在=-时，比较器的状态发生变化这时比较器同相输入端的电位=0,即=+,因此 = 将代入式得 =2故此压控振荡器的震荡周期为 =+=2振荡频率为 =可见与成正比，由于=所以与成正比。考虑Vam应比V1m小些，按V6/V70.4s;Two应远远小于计数脉冲最小周期TxminT xmin=30ms/199=150S因此0.4S0.7R13C4150S，取C4=470P，R13=56K.逻辑电路图：4、 调试步骤及遇到的问题我们这组在安装调试的过程中，没有遇到太大的障碍，基本算是圆中满完成任务。但安装调试的过程中，还是遇到了几个小问题。1、 面包板元件的布局和原来自己设计的印刷版电路布局有点出入，不能做到照图连线，而是边摸索，边连线，导致进度不是很快。2、 反反复复地找合适的电阻，影响效率。后来通过和其他小组的讨论，我们发现了一个好方法，就是在相应的位置插上电阻、电容，用到哪个拿哪个，大大提高了效率和准确率。3、 由于布局不是很合理，导致有些线不得不重叠，影响美观。4、 电源接口接触不良，导致示数闪烁。5、 印制电路板设计1. 印刷电路板的基本要求(1) 双面板: 正面用红色线(元件面，横线为主) 反面用蓝色线(连线面，竖线为主) 金属化孔用蓝色 (2) 走线原则: 线条横平竖直,同面线不能交叉 线条尽量少 每个芯片下横向最多走三条线 芯片相邻管脚之间不能走线 每个金属化孔只能插入一个元件管脚2、 其他要求 （1）坐标纸大小: 31cm 23cm（2）比例尺: 2 : 1 （3）周边留宽: 5 10 mm （4）线宽: 1 mm (200mA/mm)（5）电源和地线: 加宽（6）芯片跨度: 7.5mm （7）芯片管脚间距:2.5mm （8）金属化孔: 内径0.8mm 外径1.5mm （9）电位器: 两脚间距5mm （10）电阻、电容跨度463、印刷电路板的注意事项(1) 元器件布位合理:应考虑尺寸、重量、电器上的相互关系，以及散热等。(2) 元器件一律安装在正面，反面焊接。集成芯片同方向排列，标注型号，画出引脚焊盘；分立元件画出符号；数码管不装，但要画出限流电阻和引线焊点（直径1.5）。(3) 用两种颜色线表示双面走线，每种走线以一种走向为主，不得走斜线或交叉，拐弯处画小圆角。 (4) 芯片中间可走23根线，管脚中间不可走线。(5) 相邻连线的间距不小于1。(6) 电源线和地应有引出端。（地线应采用多点接地法，不要串接）。(7) 引脚焊盘在反面，一个焊盘上只准焊一个引脚。 4. 数显式测量电路印刷线路板（手画版）参见另外附图。六、建议及体会 体会：通过这次课程设计，我终于可以亲自把理论知识和实际操作结合起来。明白了理论与实践的关系，理论是实践的基础，为实践服务；实践是理论的实现过程。良好的操作习惯，细心、连贯的思维是实验成功的保障；信任队友，团结协作，才能更好更快的完成任务。建议：理论知识讲解不到位，时间跨度长了，有些知识遗忘； 应该多设这样的课程设计，提高学生的动手能力。七、参考文献一、 电子技术基础（康华光主编）二、 集成电路原理及应用（钱为康编）三、 电子技术基础课程设计（孙梅生等编）四、 电子技术课程设计指南（张诚庆、杨丽华编）八、附录（元件使用说明)1、通用型集成运放LM324管脚图如附图8-1所示。LM324内有四个结构相同，互相独立的运放。运放内部已有频率补偿电路，应用时可不用外接补偿电容。LM324用双电源工作，但也能单电源使用，其电压范围为330V，并具有很低的静态功耗，当电源电压为5V时，其非线形应用的输出电平可和TTL 器件相容。图8-12高阻型集成运放LF351 管脚图如附图8-2所示LF351具有很高的输入电阻，特别适用于各种运算电路。一般工作时采用?15v电源，它的输出级有过流保护电路，因而输出对地短路也不会损坏器件，但使用中应尽量防止发生短路，当需要调零时，可把电位器动端连负电流，两个固定端分别与调零端相连。图8-23、通用型集成电压比较器LM311管脚图如附图8-3所示LM311具有较低的偏置电流和失调电流，用它构成的电压比较器其影响速度比用一般运放组成的电压比较器快，可用单电源供电，例如+15v，也可用双电源供电，例如?15v。图8-34、集成定时器NE555管脚图如附图8-4所示NE555是一种模拟、数字混合式定时器集成电路，外接适当的电阻和电容就能构成多谐振荡器、单稳态触发器和双稳态触发器，用555定时器组成的多谐振荡器，振荡频率比较稳定。为便于频率调整，可外接电位器。图8-45. 六施密特反相器74LS14 管脚图如附图8-5所示图8-56. 四2输入与非门CC4011管脚图如附图8-6所示图8-67. 双D上升沿触发器74LS74管脚图如附图8-7所示74LS74是具有直接置位端和复位端的双D触发器。逻辑功能如表3-1所示。表中的“ ”表示时钟CP的上升沿触发，带“*”的状态是不稳定的。图8-7表8-1 74LS74逻辑功能表输入输出预置清除时钟CPSDQLHXXHLHLXXLHLLXHHHHLHHLXLHHHLX8. 十进制计数器74LS90管脚如附图8-8所示74LS90内部含有一个二进制计数和一位五进制计数器。当计数脉冲由输入， QA与相连时就构成BCD计数器。当计数脉冲由输入，QD与相连时，可完成五二进制时序，在输出端QA可得到一个占空比为50%的十分频方波。另外，除计数输入和为下降沿作用外，置0端和，置9端和都是高电平起作用，因此在使用中不要将它们随意悬空。图8-8表8-2 74LS90复位计数功能表复位输入端输入端 HHLXLLLLHHXLLLLLXXHHHLLHXLXL计数LXLX计数XLLX计数9、BCD七段译码器74LS47管脚如附图8-9所示图中D、C、B、A为输入的8421BCD码，为七段输出。图8-974LS 47的逻辑功能如表所示，关于此表说明一下几点十进制或功能输入端说明DCBA0123456789101112131415HHHHHHHHHHHHHHHHHXXXXXXXXXXXXXXXLLLLLLLLHHHHHHHHLLLLHHHHLLLLHHHHLLHHLLHHLLHHLLHHLHLHLHLHLHLHLHLHHHHHHHHHHHHHHHHHLHLLHLHLLLHHHLHHLLLLLHHLLLHHLHHHLLHLLLLLLLHLHHHHLHLLHLLHLHLLHLLHLHLHHHLHLHLHHHLHLHHHLLLHLLHHLLLHHHLLLLLHLLLLLLLH消隐XXXXXXLHHHHHHH串行消隐HLLLLLLHHHHHHH灯测试LXXXXXHLLLLLLL表中015项为正常译码输出，其条件是灯测试端，消隐输入端都接高电平或者悬空，串行消隐输入端至少在输入为低电平时是高电平。正常译码输出时，可驱动共阳极LED数码管显示的015共16个字形。消隐：当直接加低电平到消隐输入端时,均为高电平，此时数码管呈暗状态。串行消隐：74LS74的管脚4既可作为输入端,也可作为输出端。当管脚3为高电平，管脚5为低电平时，对于低电平输入信号，数码管呈暗状态，同时输出变为低电平，若用连下级的管脚5，则下级的数码管在该级输入为低电平时也呈暗状态。依此类推，可实现不显示无效数字的目的。灯测试：在消隐输入端为高电平时，若使为低电平，则为低电平，数码管各段全亮。74LS74的有效输出电平为低