大电流测量仪的课程设计

1、目录1、 课程设计目的 22、课程设计内容和要求 22.1、设计内容 22.2、设计要求 23、 设计方案 23.1、设计思路 23.2、工作原理及硬件框图 33.3、硬件电路原理图 43.4、PCB版图设计 63.5 EWB仿真图形 84、课程设计总结 9105、参考文献课程设计目的1、掌握电子电路的一般设计方法和设计流程；2、学习使用PROTEST件绘制电路原理图及印刷板图；3、掌握应用EWB寸所设计的电路进行仿真，通过仿真结果验证设计的正确性。二、 课程设计内容和要求2.1 设计要求设计一个大电流测量仪，具体要求如下：1. 测量范围为 10A, 100A, 1000A2量程可自动切换3.

2、 课程设计说明书4. 电路原理图和印刷板图5. 仿真图形和仿真结果2.2 设计内容（1）通过图书馆互联网获取资料；（2） 学习了单片机的基本知识，知道了单片机有四个并口， P0， P1， P2， P3， 并且简单了解了霍尔元件及其应用， 复习模拟电子技术一些知识， 如，集成运算 放大电路的工作原理，通过自己所学知识将资料有效利用，获得电路图 ；（3 ）学习 EWB 软件，及 protel 软件，将电路图进行仿真，得到波形图，及PCB 板。三设计方案3.1 设计思路（1）在元件的控制电流端通以电流I,并在片子平面的法线方向上，施以感应 强度为 B 的磁场，那么在垂直于电流和磁场的方向上（即霍尔输

3、出端之 间）将产生一个电势 Vh （称霍尔电势，也有称霍尔电压） ，其大小正比于 电流强度I和磁感应强度B的乘积，这一现象就是常称的霍尔效应，霍尔 元件就是基于这一效应来工作的。通电导线的周围存在磁场，其磁场的强弱正比于导线中的电流， 若将 通以恒定控制电流的霍尔元件放在通电导线周围的磁场中，则霍尔输出电压的大小就与导线中的、电流的大小成正比，通过控制磁场使大电流感应 出小电流，便于我们测量。(2) 由A/D转换器将模拟信号转换为数字信号，可以通过单片机的高低电平来控制量程的自动切换。由于显示器只能显示模拟信号，所以需要D/A转换器将数字信号转换为模拟信号！ 选取定量程后，进入下一个模块，开

4、始电流的测量。(3) 电流的测量电路功能说明参考图二的原理图说明！3.2基本原理图及设计框图图1基本原理图说明：直流大电流测量电路原理如图1所示，lx为被测电流，R1为取样电阻，将电流 转换成电压，Ui=lxR1,Uo=-R3Ui/R2=-R3R1lx/R2,匸Uo/(Rp/2)+Rm=-R3R1lx/(Rp/2)+RmR2.I与Ix成正比，可实现线性电流测量.输入电流霍尔元件将大电流转换为小电流集成电路单片机控制量程电路A/D转换D/A转换显示电流图2设计框图3.3电流测量的硬件原理图图3原理图说明： (1) 选择 IC，PA，R4。IC选择F4250型集成运放，它能在较低的电源电压下工作，

5、取电源电 压为+1.5V或-1.5V，饱合输出电压为+0。6V或-0。6V。该运放具有 外偏电路。PA选用不100uA表头，内阻约为1KR4为偏置电阻，改变R4可以改变Ibi，同时器件参数也变化。因被 测电流较大R4=( Ucc-0.5) /Ibi,取 Ibi 等于 0.1uA则 R4=(1.5-0.5)/(0.1*10e-6)=10M(2) 选择 RP1,RP2,RP3(Rp/2)+Rm=|Uo|/I=0.3/(100*10e-6)=3k设 Rm=1k, 则 Rp=4k取系列阻值为 3.9k即 Rp1=Rp2=Rp3=3.9K(3) 选择 R1.1R1.3,R2.1R2.3,R3.1R3.3

6、10A 档令 Ui=0.3V,贝U R1.仁Ui/lx=0.3/10=0.03R3.1=|Uo/Ui|R2.1=(0.3/0.3)*R2.1=R2.1,令 R2.1=R3.1=30k其余算法同上3.4 PCB版图设计1元器件清单:ABC1|Par1 TypeDesignatorFootpri nt20.03'R13AXIAIJ0.53二 0 03R12AXLALJO.F4r0.3R11AXIALJ0.561KRmAXIAIJ0.5B3昭RP1AXIALJ0.57RP2AXIALJ0.583 9KRP3AXIAIJ0.5910MR4AXIALJ0.510OkR33AXIAL0.61130

7、kR23AXIALJ0.51230kR22AX1ALJ0.51330kR21AXIALD.514OKR32AXIALJ0.51530DKR31AXIAIJ0.516r 741UBDIP7J17GND18METERM1SIP2 1WSW-WAYS1SIP72CSW-6WAYS33IP7 2D21SW-6WAY32SIFV:图42、网络表GNDAXIALO.S0 . 03LRT?5300KRmAZIALO.SIKmEIE2METERR21A3CIAL0 . 53 OKAXIALO.5 30KSISIF?SU-&FJA?AXIAZO 510MR22AKIALO . 53 OKRP1AXIiL

8、O 53.9KJS2SIF7SU-&UAYS3&I?SV-6VAYRllAXIALO E0 3R23LZI ALO . G30KPF2XIALO. 53.9kR12AXIAID.50 . 03M1SlIALO . 53D0KTiXIALO 53 9KU6 DIP?741RP22S3-5MetS3_7Rm-1S3-?|(NetR21_l B?21-lR31-252-3HetUe_2G2-7UE 2BetU6_6P31-1R32-1R33-1RP1-1RP2-1RF3-1TJt-6NetF22_lE22-152-2S2-SNetF23_l RHE33-2S2-1S2-4)(NetR

9、Pl_2RF1-2S-6 hlfetRP3_2RP3-2S3-4)(R13-2Sl-4)(R12-2Sl-5HetSl_7R21-2R22-2R2 3-2Sl-73. PCB板图：卜.RmR23 30K53 30KR32- 300KQ12 0-03R2L 30KRPl3.9KRP3 a 9kSI SU-6WflYRP23-9KR3t 30QK *-cS2 SW-6UHYMETER 叵叵QL10.3<3.5 EWB仿真图形IR4R6|RZ30 k 0hm /5O%R73OO k Ofim/50%aA/V-/'_pceIspacajTSpAteKP'IPJfS.SkOlim

10、用0塔siEpacto*-R13 0J03 OhrriIuRP22 3 k Ohm <50%(R10 N Oh24.75 ARP3fi.9KOhmA«o%Egg3"“Settings四、设计心得体会通过此次课程设计基于霍尔元件，单片机原理， A/D 转换器，以及模拟电子 技术等知识，通过 EWB 软件及 protel 软件，选取 741芯片，和其它必要元器件 实现了对大电流的测量。 部分符合课题要求。电子技术课程设计的主要任务是通过解决一两个实际问题， 巩固和加深“模 拟电子技术基础”和“数字电子技术基础”课程中所学的理论知识和试验技能， 基本掌握常用电子电路的一般设

11、计方法， 提高电子电路的设计和试验能力， 为以 后从事生产和科研工作打下一定的基础。其主要内容包括理论设计、 安装与调试及写出设计总结报告等。 其中理论设 计又包括选择总体方案、 设计单元电路、 选择元器件及计算参数等步骤， 是课程 设计的关键环节。 安装与调试是把理论付诸实践的过程， 通过安装与调试， 进一 步完善电路，使之达到课题所要求的性能指标， 使理论设计可以转变为实际产品。 课程设计的最后要求写出设计总结报告， 把理论设计的内容、 组装调试的过程及 性能指标的测试结果进行全面的总结，把实践内容上升到理论的高度。通过这次设计我还学会了使用 Protel 软件以及 EWB 软件。 对 EWB 仿真软 件有了一定的了解和掌握。其次，对硬件电路的设计，调试和分析有了一定的 了解和能力。同时也认识到设计者必须有广泛的知识基础，缜密的思路以及认 真地工作态度，这对我今后的学习和工作都将起到不可忽视的作用。把理论和实践相结合， 通过理论指导实践， 在实践中理解理论， 这是我们每 个大学生都应该做到的一点。五、主要参考文献1 童诗白模拟电子技术