数显式测量电路设计_预设计_2013

1、概述概述课程设计的总过程课程设计的总过程设计实例介绍设计实例介绍 时间：时间： 2周周 题目：题目： 数显式数显式 测量电路的设计测量电路的设计1. 特点特点 系统设计系统设计： 包含各单元电路之间，与负载、与输入电路之间的包含各单元电路之间，与负载、与输入电路之间的 包含多种单元电路（模拟、数字）的设计包含多种单元电路（模拟、数字）的设计 功能配合功能配合、时序配合时序配合。模拟电路和数字电路知识和理论的综合运用。模拟电路和数字电路知识和理论的综合运用。2. 教学方法教学方法 教师：讲解重点（共两次课），指导教师：讲解重点（共两次课），指导学生：设计（不允许抄袭）学生：设计（不允许抄袭） 、

2、安装、调试、安装、调试（要求学生独立完成，需要教师帮助调试将计入成绩（要求学生独立完成，需要教师帮助调试将计入成绩）3. 教学安排教学安排 分四阶段：分四阶段： 一：预设计一：预设计 框图设计、总体框图设计、总体电路设计电路设计.2天天 二：安装调试二：安装调试 3天天三：印刷电路板图设计三：印刷电路板图设计 3天天四：总结、答辩四：总结、答辩.2天天 两个班交叉进行两个班交叉进行4.评分标准评分标准：框图和总体电路设计框图和总体电路设计 20%；安装调试安装调试 30%;印刷电路板图设计印刷电路板图设计 30%；总结报告及答辩总结报告及答辩 20%。概述概述课程设计的全过程课程设计的全过程设

3、计实例介绍设计实例介绍课程设计的全过程课程设计的全过程: : 给定任务书给定任务书 查资料查资料 安装调试安装调试 印刷电路板图设计印刷电路板图设计. 具体任务要求具体任务要求. 使用的主要元器件使用的主要元器件 框图设计框图设计 总体电路设计总体电路设计 . 具体任务要求具体任务要求：2. 采用一只发光二极管、两只采用一只发光二极管、两只LED数码管显示。数码管显示。 1. 测量测量NPN硅三极管的直流电流放大系数硅三极管的直流电流放大系数 199。测试条件：测试条件：1N1005 3. 测量电路误差绝对值不超过测量电路误差绝对值不超过 4. 数显清晰、稳定数显清晰、稳定显示时间大于人眼的滞

4、留时间（显示时间大于人眼的滞留时间（0.1S)。 IB10 A ， 允许误差允许误差 2 。 14V VCE 16V ， 对不同对不同值的三极管，值的三极管，VCE基本不变。基本不变。 . 使用的主要元器件使用的主要元器件：1. 选择器件的因素选择器件的因素： 考虑性能、价格、货源、体积等。考虑性能、价格、货源、体积等。尽量减少元件类型。尽量减少元件类型。 电阻：电阻： 1M ， 最大不超过最大不超过10 M ，1/4 W, 碳膜电阻碳膜电阻 电容：非电解电容电容：非电解电容 100PF 0.5 F ，考虑频率、，考虑频率、 性能稳定性、价格，独石电容性能稳定性、价格，独石电容 通用集成运放通

5、用集成运放 LM324 高阻型集成运放高阻型集成运放 LF351 通用型集成电压比较器通用型集成电压比较器 LM311 集成定时器集成定时器 NE555 二五十进制计数器二五十进制计数器 74LS90 BCD七段译码器七段译码器 74LS47 双双D上升沿触发器上升沿触发器 74LS74 六施密特反相器六施密特反相器 74LS14 四四2输入与非门输入与非门 CC4011 共阳极共阳极LED七段数码管七段数码管 2. 使用的主要集成器件：使用的主要集成器件： 给定任务书给定任务书 查资料查资料 安装调试安装调试 印刷电路板图设计印刷电路板图设计 框图设计框图设计 总体电路设计总体电路设计课程设

6、计的全过程课程设计的全过程: :课设指导书课设指导书分四部分分四部分 ： 参考电路：参考电路： N沟道结型场效应管夹断电压测量电路沟道结型场效应管夹断电压测量电路 电路的基本组成，主要单元电路（电路的基本组成，主要单元电路（VPVx、 Vxf、数显数显）的设计、参数计算，各单元之间的连接。）的设计、参数计算，各单元之间的连接。 （任务书）（任务书） 元件使用说明元件使用说明： 熟悉各芯片功能、使用方法熟悉各芯片功能、使用方法 设计过程设计过程：电子电路系统设计的几大步骤、方法。：电子电路系统设计的几大步骤、方法。目的：了解目的：了解物理参数测量物理参数测量的基本原理的基本原理 和和数显电路数显

7、电路的设计方法和步骤的设计方法和步骤 给定任务书给定任务书 查资料查资料 安装调试安装调试 印刷电路板图设计印刷电路板图设计 框图设计框图设计 总体电路设计总体电路设计课程设计的全过程课程设计的全过程: :框图设计框图设计方案设计：方案设计： 定出实现它的整体方案定出实现它的整体方案（确定主要功能块、单元（确定主要功能块、单元电路及相互联系），并用电路及相互联系），并用方框图表示出来。方框图表示出来。用用B5纸画出。纸画出。参考参考 P4图图1-3。VPVX转换电路转换电路压控振荡器压控振荡器10进制进制计数器计数器被被测测三三极极管管与与门门计数时间产生电路计数时间产生电路10进制进制计数器

8、计数器清零信号产清零信号产生电路生电路七段译码器七段译码器七段译码器七段译码器 给定任务书给定任务书 查资料查资料 安装调试安装调试 印刷电路板图设计印刷电路板图设计 框图设计框图设计 总体电路设计总体电路设计课程设计的全过程课程设计的全过程: : VX转换电路；转换电路； VXf 转换电路：压控振荡器；转换电路：压控振荡器； 计数时间产生电路；计数时间产生电路； 计数、译码、显示电路；计数、译码、显示电路； 清清0信号产生电路等。信号产生电路等。2. 绘制总体电路图：绘制总体电路图：用用A4纸画出纸画出。参考。参考 P14图图1-13。1.1. 主要单元电路主要单元电路 设计和参数计算设计和

9、参数计算： 给定任务书给定任务书 查资料查资料 安装调试安装调试 印刷电路板图设计印刷电路板图设计 此阶段结束于：第二次课上课此阶段结束于：第二次课上课之前之前 每人交框图（每人交框图（B5纸）、总体电路图（纸）、总体电路图（A4纸）各纸）各1份份预设计预设计 框图设计框图设计 总体电路设计总体电路设计课程设计的全过程课程设计的全过程: :概述概述课程设计的总过程课程设计的总过程设计实例介绍设计实例介绍结型场效应管夹断电压数显式测量电路结型场效应管夹断电压数显式测量电路VDS=10Va. 漏源电压漏源电压VDS = 10V， 允许误差允许误差5%；b. 漏极电流漏极电流ID = 10A， 允许

10、误差允许误差1 A;此时的栅源电压此时的栅源电压VGS 夹断电压夹断电压VP （1）测量测量N沟道结型场效应管夹断电压沟道结型场效应管夹断电压VP（负值，绝对值（负值，绝对值9.9)。 测试条件测试条件：1. 设计要求设计要求： 换被测管，测试条件不变。换被测管，测试条件不变。 （2）采用两只采用两只LEDLED数码管、数码管、一只发光二极管一只发光二极管显示。显示。（3）设设D、G、S三个插孔，当被测场效应管插入时，打开三个插孔，当被测场效应管插入时，打开电源，显示器即显示该场效应管的夹断电压电源，显示器即显示该场效应管的夹断电压VP的绝对值，的绝对值，响应时间不超过响应时间不超过2秒。秒。

11、1 . 0100n5 （4）在温度基本不变（在温度基本不变（20左右）时，测量误差的绝对值左右）时，测量误差的绝对值 , n为显示器的读数。为显示器的读数。最大显示数字为最大显示数字为9.9 。显示的数字清晰显示的数字清晰显示周期大于人眼的滞留时间显示周期大于人眼的滞留时间0.1S。 为使计数准确，计数器开始计数前，应为使计数准确，计数器开始计数前，应先先清清0； 为使数字显示清晰，在译码、显示前，可为使数字显示清晰，在译码、显示前，可先送锁存器先送锁存器锁存锁存。转换电路转换电路压控振荡器压控振荡器计数时间计数时间产生电路产生电路&计数器计数器锁存器锁存器译码器译码器显示器显示器X被测参数被

12、测参数VXV1V2V3清零信号清零信号产生电路产生电路锁存信号锁存信号产生电路产生电路2.2.框图设计框图设计：（1 1）数显式测量电路的结构框图和工作波形数显式测量电路的结构框图和工作波形：工作波形图工作波形图说明：说明：如果计数时间远小于人眼的滞留时间如果计数时间远小于人眼的滞留时间（0.1S），锁存器可，锁存器可以省略；并利用译码器的消隐端，使数码管在计数时间内为暗状以省略；并利用译码器的消隐端，使数码管在计数时间内为暗状态，效果更佳。态，效果更佳。 通常取通常取计数时间远小于计数时间远小于0.1S，显示时间，显示时间0.5S。显示时间显示时间TCTdV1V2V3清清0信号信号锁存信号锁

13、存信号VPVX转换电路转换电路压控振荡器压控振荡器10进制进制计数器计数器被被测测三三极极管管与与门门计数时间产生电路计数时间产生电路10进制进制计数器计数器清零信号产清零信号产生电路生电路七段译码器七段译码器七段译码器七段译码器（2 2）结型场效应管夹断电压数显式测量电路的结构框图）结型场效应管夹断电压数显式测量电路的结构框图（1）主要单元电路设计和参数计算主要单元电路设计和参数计算3.3.总体电路设计总体电路设计 VPVX转换电路转换电路 压控振荡器压控振荡器 计数时间产生电路计数时间产生电路： 计数、译码、显示电路计数、译码、显示电路 清零信号产生电路清零信号产生电路V10VRRRVCC

14、212021DS A10RVII22CC1D PXVV 运放运放A1和电阻和电阻R20R24、JFET组成深度负反馈电路；组成深度负反馈电路； D2、D3保护二极管，正常工作时，相当于开路。保护二极管，正常工作时，相当于开路。 由运放两输入端的虚短、虚断、由运放两输入端的虚短、虚断、JFET的栅极不取电流，有的栅极不取电流，有IDI1思考：如何实现思考：如何实现 VX转换转换？ VPVX转换电路转换电路（1）固定固定IB，则，则IC IC = IB 提示提示 采用固定偏流电路采用固定偏流电路 由由测试条件测试条件：14VVCE16V，且对不同，且对不同 值值， VCE的值基本不的值基本不变。变

15、。 集电极回路中集电极回路中既不能有既不能有RC ，也不能有，也不能有RE 。IB =VCC VBE Rb可选择合适的可选择合适的VCC 、Rb。 由由测试条件测试条件：IB=10A，允许误差，允许误差2%；注：注：反相放大器反相端反相放大器反相端“虚地虚地”，BJT应如何接？应如何接？（2）采用运放构成的）采用运放构成的电压并联负反馈电压并联负反馈使使VO IC 取取IC为运放电路的输入电流为运放电路的输入电流RbVCCIBICRC 为取出为取出IC可：可：运算放大器在深度负反馈下运算放大器在深度负反馈下“虚短虚短”、“虚虚断断”， 电压并联负反馈下电压并联负反馈下“虚地虚地”。 为将为将I

16、C与运放反相输入相接与运放反相输入相接 且保证且保证BJT工作于线性区：工作于线性区：RbVCCVCCICIBRbICIB-15V“虚地虚地”主要单元电路设计和参数计算主要单元电路设计和参数计算 VPVX转换电路转换电路 压控振荡器压控振荡器 计数时间产生电路计数时间产生电路： 计数、译码、显示电路计数、译码、显示电路 清零信号产生电路清零信号产生电路 压控振荡器压控振荡器v1tV1m-V1mvatVam-VamTXt1t2 工作原理、波形工作原理、波形R5_+311vaR2v1C1_+351R8R4R7RWR2VXR3D1330k360k1.8k560k15k330p24k10k反相积分器反

17、相积分器同相迟滞比较器同相迟滞比较器 参数计算参数计算：1. 由迟滞比较器的阈值确定由迟滞比较器的阈值确定R4、R5的值的值1m54TamVRRVV 由由又又 为保证积分器的线性度，要求为保证积分器的线性度，要求VamV1m，。，、取取 10kR24kR15kR 754, 0.7RR 54 设设2. 由振荡频率由振荡频率fx与与VP的关系确定的关系确定R2 、R8 振荡频率与振荡频率与VX的关系的关系设设 R2 R8 , 则则 t1 t2 , 即即 TX t1tCRVV 12Xa 由由ama1V2Vtt 时，时，当当X1m5412Xam121VVRR C2RVV C2R t 解得解得1mX45

18、121XXVVRR C2R11 T1f t思考：思考： 数显式测量数显式测量电路与此有何异同电路与此有何异同？主要单元电路设计和参数计算主要单元电路设计和参数计算 VPVX转换电路转换电路 压控振荡器压控振荡器 计数时间产生电路计数时间产生电路： 计数、译码、显示电路计数、译码、显示电路 清零信号产生电路清零信号产生电路 要求要求 电路电路tctd2/3VCC1/3VCCvCvOv2R11R12vO+VCCC2vC0.01uF123487655551v2显示时间显示时间：td=(R12 +R11)C2ln2=0.5S计数时间计数时间：tc=R12C2ln2=30ms取取 C2=0.33 F得得

19、 R12=130k 、R11=2M 计数时间计数时间Tc应应0.1s，一般取，一般取5ms Tc 0.1s，一般取，一般取0.3s Tc CP1QA QB QC QD74LS90(1)NR0（1）R0（2）R9（2）R9（1）CP2CP1QA QB QC QD74LS90(2)CLR思考思考： 数显式测量电路与此是否相同数显式测量电路与此是否相同？高电平有效高电平有效正向电流正向电流8 10mA正向压降正向压降1.8V共阴极数码管（第共阴极数码管（第a段）段） 8421 BCD码码？ag ABCD74LS495VR D 译码、显示电路：译码、显示电路： 74LS49、共阴数码管、共阴数码管 D

20、DCCIVVR 思考思考： 数显式测量电路与此是否相同数显式测量电路与此是否相同？ 拉电流拉电流驱动发光二极管驱动发光二极管 低电平有效低电平有效 8421 BCD码码？ag ABCD74LS47提示：提示： 74LS47、共阳数码管、共阳数码管 DOLDCCIVVVR 灌电流灌电流驱动发光二极管驱动发光二极管5VR D主要单元电路设计和参数计算主要单元电路设计和参数计算 VPVX转换电路转换电路 压控振荡器压控振荡器 计数时间产生电路计数时间产生电路： 计数、译码、显示电路计数、译码、显示电路 清零信号产生电路清零信号产生电路 清零信号产生电路清零信号产生电路C4R13v211CLR(计数器清零）计数器清零）two=0.7R13C4 Txmins3009930ms99T TCxmin tpd 取取 C4=15