测控电路(交流电桥课程设计)

1、湖北工业大学课程名称：课程设计测控电路课程设计课题名称：交流电桥的设计专业班级：13测控1班姓名：学号：指导教师:2016 年 6 月 1 日6月 6 日目录1. 概述32. 总体方案设计33. 电路设计及参数计算4a. 滤波电路 4b. 电桥差分放大电路124.硬件设计185.软件设计19c. 绝对值电路206.总结一概述在这次的课程设计中，老师给我们了多个题目供我们 选择，大都是我们我们平时在上课时学习过的，像惯性电路 相差计算，交流电桥输出电路，设计一个光电计数电路，设 计微积分电路等，我选择了交流电桥的，在制定操作方案的 过程中我们遇到了一些问题，去办公室请教了老师，等到了 一些指点，

2、我们这个题目要求我们实现如下6个小目标。1、设计一个方波信号输出电路；2、把方波信号编程三角信号3、设计一个交流电桥电路；4、设计电桥差分放大电路；5、设计放大信号的绝对值电路；6、设计绝对值变直流的电路；二总体方案设计我们通过编程利用51单片机输出一个方波，提供最原始的激励信号，然后通过滤波电路得到正弦信号作为vi提供给差分放大 电路，经过差分放大后的信号作为voo 利用vi和vo作为输 入，设计两个半绝对值电路，得到|2vi|, 个反向器得到(vi), 一个加法器，最后得到|vi vo| + |vi + vo|的值，最后利用一个RC电路对其进行整流，得到绝对值变直流的电路。三电路设计及参数

3、计算在电路设计过程中我们我们将整体电路进行了划分，将其分 为三大部分V1滤波部分V2差分放大部分V3绝对 值部分，下面我从第一部分讲起。(1)滤波部分(仿真滤波电路图)滤波电路图如上，电阻都选用1k的，cl选用1 . Ouf 的，c2选用2 2 0 u f,从以上电路图中可知，我们首 先对最原始从单片机产生的方波信号进行了方波整流，注 意第一个三极管为PNP，第二个为NPN管，利用三极 管的单向导通性以防止方波的失真现象。然后将这个信号 作为RC电路的信号源，利用RC电路进行一次滤波，得 到三角波信号，然后利用一个带通滤波器得到我们所需要的正弦激励信号计算过程如下：利用传递函数得到Vi(V-V

4、l)/R=Cl(dVl/dT)=Vl=(V+2.5)/(2+RClJW)所以有A(w)=l/(V4+(RClW)A2)IP(w)=arctan(WRCl/ 2)再有(Vl-2.5)/R = -(VlO-2. 5)/R C (dVO-2 . 5/dT)VlO*(l+C2RS)=5VlVlO=(5VI)/(C2JW+l)中间那由于VlO=VI，得到后续电路的VI.注意本设计中的2. 5v电压都是利用电阻分压实现的，点的电压即为2 . 5v.如下图（2.5v偏置电压）（原始方波信号）（一次滤波后的三角信号）（二次滤波后的正弦信号）（电桥电路）通过调节R21滑动变阻器的大小来改变电桥的平衡状（电桥差分

5、放大电路）通过调节滑动变阻器的阻值，使得电桥不平衡，有一个差值，我们利用电桥后面那一部分的电路， 将电桥上下中间两点的电压放大，放大倍数可以通过调节三个电阻的大小来改变。放大倍数=(R13+R14+R15)/R14在本课程设计中我选用了两个10k和一个lk的电阻，放大了2 1倍。然后在两个放大运放后面接一个减法器，将这两个放大了2 1倍的信号进行相减，得到他们的差分放大信号。（减法器）这两个放大了21倍的信号进行相减，得到他们的差分放大信号。它们的差分也为原差分的21倍（差分信号1）这是在滑动变阻器比较小时。(差分信号2) 通过调节滑动变阻器阻值， 在阻值越接近5 0%时，电桥之间电压差为越小

6、，这时波形越接近一条直线。在阻值超过50%后波 形图的峰值反向，距离5 0%的值越远，波形图的峰值越大。因为后面的电路设计需要用到 vi和vo,但是实际告诉我们 如果直接用的话会产生失真现象，所以我们对 vi和vo后面设计 一个电压跟随器防止失真现象产生(3)绝对值电路（绝对值电路）我们利用二极管的单向导通性来的到Vi的绝对值，当Vi大于0时，只导通下面一路电路R16为2k,这时R16与二极管之间的电压是 vi的2倍（），上端电路不导通。当vi小于0时只导通第一路。（负绝对值）（绝对值电路va1与va2）（反向器）利用反向器得到一vo （差分放大的输出），便于后面计算|vivo|+|vi+vo

7、|LMAFU I-V/VI msnM3R27 !I PHiRTtWV-2.0KQM-w-1.Dkti rr?3r7r；if*3J -AW- i CkriF?J4-wv-tXM（绝对值电路1+反向器电路）d 5-1S（绝对值电路+减法器）（减法器）我们可以利用如上电路得到我们所需的|vivo|+ |vi+vo I的值，计算过程如下图。要注意的是我们在计算|vivo|+|vi+vo|时，vi前的电阻为0.5r,要满足此公式成立的条件，即vo的幅值要小于vi通过调节滑动变阻器的阻值，一旦过了 50%的平衡点，最后|vivo|+|vi+vo|的相位会随之发生变化。（整直流）此设计的最后一步就是要实现绝

8、对值变直流。我们利用一个电阻和一个电容的串联来实现。（直流波形）IIII IIII口IIIIIIdIIT（电路整体仿真图）四. 硬件设计硬件设计部分我们在实验室进行的，按照电路图接线, 在板子上进行排版接线，实现我们仿真想要的到的效果。（正面部分）（反面部分）五. 软件部分本设计的软件部分就是利用单片机产生一个方波信号， 经过查阅资料以及向同学咨询，知道了产生方波就是利用 51的时钟中断，每隔500ms进行一次翻转，得到频率为 1000hz的方波信号，代码如下。ftl mr* 1 iidp 監严口手 Z ltshit= Byt rjiiiiiJMS-pI* 1 ；vuiidl PiEilrt

9、C THnff=OKHl pTHOC6&；TL；ILH-H gFTfl-l；TKU-I ；Vlftl 1 P ( 1 第u uid T iri terrupt 1O25 6 ；Fangb-Ql-rangbol ; Fiiinc)ho2l=n,l!F an bn?-六. 总结为期一周的课程设计过得很快，在这一周里我不但学 到了理论知识，更磨练了我的耐心以及细心。在拿到老师供我们选择的题目后，选定了题目，在脑 子里大概过了一下整体的思路，发现有不同的地方去找老 师咨询，在接下来的两天里完成了软件制作部分，我们利 用multisim软件进行仿真电路的设计，将整体电路分为了 三个模块，vl滤波部分V2差分放大部分V3绝 对值部分。一个模块一个模块的去实现它，把本来很庞大 的问题划分为小问题，逐个攻破。通过与同学的讨论和查 阅资料，经过两天的时间我们完成了它，并弄懂了它的原 理。后面就开始焊板子了，我们选择去实验室进行硬件部 分，那里有示波器，应为这是一个看波形的设计，所以我 们要在每完成一部分，就去检测一下是否焊成功，如果一 股脑的焊到最后，后面板飞线一大堆，真出了问题检测都 不知道从何入手。在这个过程中，一定要细心以及小心， 电路图原理图虽说有了，但和实际还是有差别的，原理图 清晰，排版简单，但是实际上我们需要接线，一块很小的 板子上接上很多飞线，就会杂