数显式测量电路设计报告

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 测量电路说明书_ 页图 纸_ 页班 级: 自控 1202姓 名:徐越 学 号: 2012014059同组人:郭腾龙指导教师:曹晰2014 年 9 月 11 日目录一 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）九 附图（框图 逻辑图 印刷线路板图）一、 课程设计的任务及基本要求目的：设计一个 数显式测量电路，以方便测量一个 NPN 三极管的 值要求：1.可测量 NPN 硅三极管的电流放大系数 199，测试条件为：(1)IB=10A，允许误差2%；(2）14VV CE16V，且对不同 值的三极管， V CE的值基本不变。 2.用两只数码管分别用来显示十位和个位，发光二极管用来显示百位，其亮状态和暗状态分别表示 1 和 0。3.数字显示器。显示的数字应当清晰，显示周期的长短要适合，应大于人眼的滞留时间（0.1s） 。4.设 B、C、E 三个插孔，当北侧三极管插入时，打开电源，显示器即显示该三极管的 值。5.限定使用的主要元器件如下所示：通用型集成运放 LM324高阻型集成运放 LF351通用型集成电压比较器 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、 逻辑框图设计三、 逻辑电路的设计及参数计算1. /Vx 转换电路 ：（1）采用固定偏置电流电路由测试条件：10 uA,可选择合适的 、IB VCR1(2)采用运放构成的电压并流负反馈，使 Vx ICVX=I BR2VX极性为正由测试条件：由 =199 时，取 Vx 最大值为 13V，则可得到 R2为了平衡，R3 略小于 R22.压控振荡器（1）积分器、电压比较器的选择：351高阻型；311专用电压比较器（转换速度快）（2）积分器中的 D1 使正向积分与负向积分的回路不通、时间不同。R9R4为能实现压控振荡，并忽略正向积分时间。（3）后接的 43k 电阻的作用：（4）积分器输出的 V1 波形3.计数时间产生器电路（1）计数时间 Tc 须经反相器（4011）引出，因为译码器的消隐信号的相位是低电平有效。（2）555 定时器的 VC2和 VO的波形（3）计数时间与压控振荡器的输出相与（经与非门和反相器）：4.计数、译码、显示电路：（1）译码器采用 47输出低电平有效，后接共阳极数码管；（2）90 清零信号高电平有效，因此在使用中不要将他们随意悬空。5.电路原理图：四、 安装调试及遇到的问题1.安装（1）安装要点在电路原理图上标号芯片号和芯片管脚号，不用功能脚的逻辑电 1平。合理布置芯片和其他元件的位置。 2布线：*安排好电源线和地线（通电前先把几路电源调好，注意 3共地） ；*线紧贴面包板，横平竖直，不交叉，不重叠；*在芯片两侧走线，不可跨芯片；*元件横平竖直。安装顺序：按信号流向，先主电路，后辅助电路。 4边安装，边调试。 5（2）安装注意事项在原理图上先标注芯片管脚(4011、14、数码管管脚图应画在旁 1边） ，并拟订安装调试方案。各集成芯片合理布局，同方向排列，不要插反。 2按框图分系统组装、调试。 3连线选用 0.2-0.3mm 的单股硬导线（为检查方便，各类电源线 4和地线最好用不同的颜色。特别注意各集成片的共地，采用多点共地利用横条和竖条） 。紧贴面包板布线，导线要拉直，横平竖直，最好不要拐弯，不 5能拉斜线或在芯片上跨接。应根据距离和插入长度剪断导线，插入长度为 0.4-0.6，过短可能接触不良；过长又可能把面包板戳穿，引起短路。使用过的导线可以利用，但线端不能有明显伤痕，并用镊子把线端夹直。插线时，电源必须关闭，不能带电操作。 62.调试（1）调试要点 电流、电压转换电路 1运放 324 的 1 脚输出一直流电压 VX0.051V（小于 10V）压控振荡器：（运放反相输入端应“虚地” ） 2运放 351 的 6 脚输出已锯齿波比较器 311 的 7 脚输出矩形波555 振荡器： 555 的 3 脚输出矩形波 3清零波形：C 4、R 4的接点处输出尖脉冲 4计数、译码、显示：将 555 振荡器的 3 脚输出送计数器个位 5901 的时钟输入Error!，观察数码显示。（2）调试注意事项：安装完毕不要急于通电，应先用万用表短路档根据电路图逐 1个检查每个集成片的引脚连接是否正确，有无错线、少线、多线，特别要仔细检查电源、地线是否连接正确、可靠。通电前先把几路电源调好，注意共地。 23. 试验中遇到的问题及解决方法：a.清零信号产生电路输出的清零信号不典型，老师告诉我们干扰较大，可能会对后续产生影响，但还是把我们记上，让我们再检查检查。我们没有听从老师的话，继续往下接，造成后面没有出预期的结果。后我们检查发现一根地线接触不良。b.555 计时器的连接布线不好，造成布局特别紧密，有线重叠，且有的线不得已斜跨，出现这种情况的原因是我们没有经过思考就动手。接下来的连线我们都经过了思考和安排，方未出现明显的不妥。c.发光二极管显然是有极性的，我们在安装中马虎的将之一安，结果安反了，怎么也没亮，经过好长时间的检查放发现这个错误，浪费了很多时间。时间上这是基础，二极管有极性我们亦牢记于心，可是我们再实际应用中没有考虑到，可见理论和实践还是有很大的差别的。d.连接工作完成后我们进行了调试，数码管显示乱码，经测 555定时器的信号输出幅值不够，重新连接解决了问题。但是 4011 片的多个输出口没有输出，换片不行，经查地线未接好。e.我们检查调试了很长时间，就是没有出正确结果，我们认为已没有错误，是仪器的问题。老师来帮我们做了好长时间的检查，我们天真的认为已没有错误，可是最终的错误显示为 14 片的电源根本就没有接到电源而是地线。我们十分惭愧。以后要虚心学习，切不可盲目自信。五、 印刷线路板设计1.印刷线路板的设计依据：实验面包板连接电路2.设计要求：（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横向最多走三条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（3）元件标注（用铅笔）：标出元件符号标出元件值标出芯片的 1 脚（4）其他要求：（1）坐标纸大小：31cm23cm（2）比例尺：2:1（3）周边留宽：510mm（4）线宽：1mm（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六、 习得与感想1. 感想这次的课设作为毕业设计的练习，把设计的总流程全部过了一遍。虽然受时间和硬件设施的限制，无法让作品的效果达到尽善尽美，但也熟悉了制作过程，贯通了所学知识。在实验阶段，让我了解到实际操作出的成品与理论之间的联系，也让我认识到把想法落实到手中，是比有这个想法更难的事，总的来说，为期两周的课设的确有助于巩固知识，加强全局思考与实际动手能力。回顾起此课程设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。 实验过程中，也对团队精神的进行了考察，让我们在合作起来更加默契，在成功后一起体会喜悦的心情。果然是团结就是力量，只有互相之间默契融洽的配合才能换来最终完美的结果。此次设计也让我明白了思路即出路，有什么不懂不明白的地方要及时请教或上网查询，只要认真钻研，动脑思考，动手实践，就没有弄不懂的知识，收获颇丰。2. 习得（1） 秉着又好又快的原则，最好事先画一张接线草图，不然排版会成问题。（2） 用不同颜色的线表示电源或地线，这样检查起来比较方便。（3） 注意检查芯片及其他元器件的质量。参考文献1、电子技术基础（康华光主编）2、Protel DXP 电路板设计（袁鹏平编）3、印制电路板设计入门与典型事例（禹德贵编）4、印制电路（李乙翘 陈长生编）5、电子技术课程设计指南（张诚庆、杨丽华）七 试验中遇到的问题及解决方法：数码管读数不变或显示乱码，提供给芯片的电压太小原因：接错线、漏接线、导线插入的长度过短、逻辑错误排除：1. 查芯片电源电压2.555 的输出须接到 47 的消隐端3. 运放线性工作时反相输入是否“虚地”4. 一般故障现象： 若根本不亮，应检查电源； 若数码管不闪烁，先检查 555 是否振荡； 若数码管显示 0，应检查 90 有无输入，清 0 信号是否正常或 90 有无输出； 若数码管全显示 9，检查有无清 0 信号；或调整积分器输入端的电位器看有无变化；或看 324 的输出是否正常等。 4.计数部分，逐点观测有无信号，或用万用表 DCV 看是否跳变。 输入为 1.4v 虚线 输出保持高电平不变 芯片未接地或接触不良 输入与输出同样规律变化 芯片未接电源5.555 振荡器正常但计数无输出解决：在 555 的电源正极与地之间接一个几十 F 的电解电容 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。表 8-1 74LS74 逻辑功能表输入 输出预置 DS清除 DR时钟 CP SD QL H X X H LH L X X L HL L X *H H H H LH H L X L HH H L X 0Q0图 8-78. 2/5 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ACP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BCP BCP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AP为下降沿作用外，置 0 端 和 ，置 9 端 和 都是高电平起作用，因B )1(R)2(0)1(S)2(9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)1(0R)2(0)0(9R)1(9 DQCBQAH H L X L L L LH H X L L L L LX X H H H L L HX L X L 计数L X L X 计数X L L X 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。ga图 8-974LS 47 的逻辑功能如表所示，关于此表说明一下几点输入端十进制或功能 D C B A说明012345HHHHHHHXXXXXLLLLLLLLLLHHLLHHLLLHLHLHHHHHHHLHLLHLLLLLLHLLHLLLLHLLHLLHLHHHLHHHLLHHLLLL/RIYTBRI abcdefg6789101112131415HHHHHHHHHHXXXXXXXXXXLLHHHHHHHHHHLLLLHHHHHHLLHHLLHHLHLHLHLHLHHHHHHHHHHHHLLLHHHLHHHLLLHHLHHHLLLLHLHHHHLHLHLLHLLHLHLHLHHHLHLHLLHHLLLH