课程设计报告--数字万用表.doc

-天津职业技术师范大学电子工程学院电 子 技 术课程设计报告同组学生姓名（学号）： 曹烨玲(31) 梁艳花(32) 周芹(25) 班 级： 应电0914 任务分工： 曹烨玲：方案选择与设计.电路焊接调试.方案讲解.答辩 梁艳花：资料查找.电路原理分析.答辩.方案讲解.课程设计报告 周芹： 资料查找.电路原理分析.答辩.方案讲解.课程设计报告 设计时间： 2011年12月12 日 2011 年 12月30日指导教师： 李莉 李照业 第一周题目：数字万用表一、课程设计的目的 1设计由运算放大器组成的万用表 2组装焊接与仿真调试二、课程设计的要求 1直流电压表：满量程+6V 2直流电流表：满量程10mA 3交流电压表：满量程6V,50HZ1KHZ 4交流电流表：满量程10Ma 5欧姆表：满量程分别为：1K,10K;100K三、方案论证选择 1初步选用7107，但因设计过程繁琐，电路构造与原理的分析复杂，调试与仿真不便，量程范围及相关的电阻比例不好调电路采用的元器件较多，相比之下成本也高，所以，最终决定放弃这个方案。 2选用运算放大器uA741与LM324,设计过程十分简单，电路构造模块清晰，原理简单明了，调试过程简单，仿真效果很好，电路采用的元器件较少，成本低，相关的量程要求容易实现，所以决定选用此方案。四、基本原理 1元件列表： uA741 1个 电阻：12k 2个 2、7k 1个 LM324 1个 24k 2个 87 1个 1N4007 8个 10k 5个 100k 2个 1N4148 1个 1N4728A 1个 LM324集成运放电路图： 2原理分析：（1） 理想集成运放的虚短与续断特点（2） 在测量中，电压表或者电流表的接入应不影响被测电路的原工作状态，这就要求电压表应具有无穷大的输入电阻，电流表的内阻应为零。但实际上，万用表表头的可动线圈总有一定的电阻，例如100A的表头，其内阻约为1K，用它进行测量时将影响到被测量，从而引起误差。此外，交流表中的整流二极管的压降和非线性特性也会产生误差。如果在万用表中使用运算放大器，就能大大降低这些误差，提高测量精度。在欧姆表中采用运算放大器，不仅能得到线性刻度，还能实现自动调零。3直流电压表基本原理（1）原理图： （2）仿真图：（3）原理分析：为了减流经表头的电流与表头的参数无关小表头参数对测量精度的影响，将表头置于运算放大器的反馈回路中，这时，只要改变R1一个电阻，就可以进行量程的切换。（4）表头电流I与被测电压Ui的关系为： 4直流电流表（1） 原理图 （2）仿真图：（3）原理分析：在电流测量中，伏地电流的测量是普遍存在的，例如：若被测电流无接地点，就属于这种情况。为此，应把运算放大器的电源也对地浮动，按此种方式构成的电流表就可以像常规电流表那样，串联在任何电流通路中测量电流。（4）表头电流I与被测电流Ii间关系为： I1R1（I1I）R2 可见，改变电阻比（R1R2），可调节流过电流表的电流，以提高灵敏度如果被测电流较大时，应给电流表表头并联分流电阻。5.交流电压表： （1）原理图：（2）仿真图：（3）表头电流I与被测电压Ui的关系为（4）原理分析：电流I全部流过桥路，其值仅与UiR1有关， 与桥路和表头参数（如二极管的死区等非线性参数）无关。表头中电流与被测电压ui的全波整流平均值成正比，若ui为正弦波，则表头可按有效值来刻度。被测电压的上限频率决定于运算放大器的频带和上升速率。6.交流电流表： （1）原理图（2）仿真图（3）原理分析： 表头读数由被测交流电流i的全波整流平均值I1AV决定，即如果被测电流I1为正弦电流，即II1sint，则上式可写为则表头可按有效值来刻度。7.欧姆表： （1）原理图：（2）仿真图： （3）原理分析：在此电路中，运算放大器改用单电源供电，被测电阻RX跨接在运算放大器的反馈回路中，同相端加基准电压UREF。 UPUNUREFI1IX 即 流经表头的电流由上两式消去(UOUREF) 可得 可见，电流I与被测电阻成正比，而且表头具有线性刻度，改变R1值，可改变欧姆表的量程。这种欧姆表能自动调零，当RX0时，电路变成电压跟随器，UOUREF，故表头电流为零，从而实现了自动调零。二极管D起保护电表的作用，如果没有D，当RX超量程时，特别是当RX，运算放大器的输出电压将接近电源电压，使表头过载。有了D 就可使输出钳位，防止表头过载。调整R2，可实现满量程调节。6.总电路图; 7.DXP电路板 五方案实现与调试（一）调试过程：1. 实验时“先接线，再加电；先断电，再拆线”，加电前确认接线无误，避免短路。2. 即使加有保护电路，也不要用电流档或电阻档测量电压，以免造成不必要的损失。3. 当数字表头最高位显示“1”(或“1”)而其余位都不亮时，表明输入信号过大，即超量程。此时应尽快换大量程档或减小(断开)输入信号，避免长时间超量程。4. 在连接电源时,正,负电源连接点上各接大容量的滤波电容器和0.01uf0.1uf的小电容器，以消除通过电源产生的干扰。5. 万用电表的电性能测试要用标准电压，电流表校正，欧姆表用标准电阻校正。（二）测试结果记录直流电压表测试结果U(待测)V123456I(实际)uA83.489166.533250.466333.955417.444500.328I(测量)uA80.776164.432248.343331.674415.356497.688绝对误差uA2.7132.1012.1232.2812.0882.64相对误差0.014%0.010%0.024%0.018%0.021%0.016%直流电流表测试结果I(待测)mA246810I(实际) mA 1.8843.804 5.712 6.1426.824I(测量)mA 1.8633.725 5.709 6.0146.719绝对误差mA 0.0210.079 0.003 0.1280.105相对误差0.020%0.024%0.016% 0.013%0.010%交流电压表测试结果U(待测)V123456I（实际）uA74.719149.613224.507299.412374.294448.388I (测量) uA70.865144.677221.653297.659371.779445.822绝对误差 uA3.8544.9362.8541.7532.5152.566相对误差0.032%0.009%0.014%0.022%0.013%0.015% 交流电流表测试结果I(待测)mA246810I(实际)mA1.3242.6533.9535.2056.443I（测量）mA1.2162.5733.8155.1076.319绝对误差mA0.1080.0800.1380.0980.124相对误差8.68%8.3 34%7.453%7.665%8.839%欧姆表测试结果（一） 量程1 kR（待测）k0.30.50.81I(实际)uA621.725678.124717.204719.869I(测量)uA619.334677.853715.837717.473绝对误差uA2.3910.2711.3672.396相对误差0.23%0.16%0.33%0.14%量程 k 1 （二）量程1 0kR（待测）k35810I(实际)uA621.28678.124718.98727.48I(测量)uA619.764677.882715.771725.503绝对误差uA1.5160.3023.2091.977相对误差0.33%0.15%0.25%0.26%量程 k 10 （三）量程1 00kR（待测）k305080100I(实际)uA621.725678.124718.98727.862I(测量)uA617.619675.844714.826724.764绝对误差uA4.1062.2804.1543.098相对误差0.12%0.27%0.32%0.18%量程 k 100七课程设计总结我们的方案主要由五个小的模块组成，每个小的模块的实现都比较简单，但是理论与实际有一定的差距，在调试的过程中指针显示不是很准确，因此我们把使用滑动变阻器来调试然后最终确定合适的阻值。我们组的小创新在于电路焊接部分，我们使用的是DXP的知识做的腐蚀板，算是学以致用吧！第二周题目：数字电容测试仪一课程设计的目的由555定时器为主，通过555定时器构成的单稳、多谐振荡电路把电容量转换为脉冲频率，通过闸门电路，用74LS161，74LS08，74LS47集成块来对闸门输出脉冲个数进行计数、锁存、驱动输出到LED（共阳）显示出所对应的数值来。二课程设计的要求、 测量范围：0.01uF99uF、 数字显示被测电容的数值可以换档操作、 两个数码管作为显示元件、 响应时间不超过2秒三方案论证选择 方案一：通过利用电容充、放电特性，将待测电容量转换成直流电压值，然后通过CH7106组成的数字电压表对该转换电压值进行测量，最终在LCD显示屏上显示出所测的电容值。数字电容计主要由时钟电路、分频电路、量程选择电路、电容-电压转换电路、基准电路和数字电压表构成。方案二：（1）通过555多谐振荡器产生基准脉冲信号，555单稳态触发器产生开启与门的控制信号，单稳态触发器的暂稳态持续时间tw.RCX与时钟信号的个数与周期的乘积相等，通过调整相关参数，可使被测电容 CX几乎与时钟脉冲脉冲个数N相同。 （2）再通过计数，译码，显示电路便可统计出N，同时也测出了电容的容值四基本原理 1主要元件列表： 元件名称使用个数数码显示管2个555 2个74LS081个74LS161 2个74LS472个 基本元件: 电阻: 电容： 5.1k 3个 0.1uf 4个 100k 2 个 0.01uf 4 个 10k 4 个 0.33uf 3个 1k 4 个 2.2uf 3个2电路框图 3.原理图各部分电路分析：（1）、555组成多谐振荡电路：接通电源后，电容C被充电，当上升到时，使为低电平，同时放电三极管导通，此时电容通过和放电，下降到时，反转为高电平，电容所需放电时间为。当放电结束时，截止，将通过，向电容器充电，由上升到所需时间为（）。当上升到时，电路又反转为低电平。如此周而复始，于是，在电路的输出端就得到一个周期性的矩形波。（2）555组成单稳态电路没有触发信号时处于高电平（Vcc/3）,如果接通电源后Q=0，vo=0，T导通电容通过放电三极管放电，使Vc=0，Vo保持低电平不变。如果接通电源后Q=1，放电三极管T就会截止，电源通过电阻R向电容C充电，当Vc上升到2Vcc/3时，vo为低电平。此时放电三极管T导通电容C放电，vo保持低电平不变。因此电路通电后在没有触发信号时，电路只有一种稳定状态vo=0。若触发输入端施加触发信号（V1Vcc/3），电路输出状态由低电平跳变为高电平，电路进入暂稳态，放电三极管T截止。此后电容C充电，当充电至Vc-=2Vcc/3时，电路的输出电压Vo由高电平翻转至低电平，同时T导通，带电容放电，电路返回到稳态输出电压脉宽 tw=RCln3=1.1RC。（3）计数电路：161计数器的电路图： 因为电路要求用两位二极管显示，所以我们再次用了两个161十进制计数器，我们采用反馈置数法进行级联，当低位片的数字显示9时我们通过与非门接到第二片的脉冲端，实现低位向高位的传送。在测量过程中因为我们要不断的测量实验，所以我们给两个161加了清零电路。可以实现手动清零。（4）译码电路：74ls47电路图：真值表：6.整体分析：（1）通过555多谐振荡器产生基准脉冲信号，555单稳态触发器产生开启与门的控制信号，单稳态触发器的暂稳态持续时间tw.RCX与时钟信号的个数与周期的乘积相等，通过调整相关参数，可使被测电容CX几乎与时钟脉冲脉冲个数N相同。（2）再通过计数，译码，显示电路便可统计出N， 同时也测出了电容的容值 7.DXP电路板五方案实现与调试(1)调试过程：一：电路调试过程较难校准，通过理论算出来的参数不一定能完全的满足要求，也存在一定的误差。二：电路中最关建的两大部分是基准脉冲发生器和待测电容时间转换器，基频采用了555多谐振荡电路。三：在基频确定以后就不能再动了，由于理论值与实际值存在误差，把基频电阻也换成了电位器。四：在调试过程当中，利用纳法档把基频调准，再分别调节其它两档，在这两档中是定基频电阻调节量程档上的电阻。这样分别把三个档的精确度提高。（2） 测试结果记录： 脉冲个数（实际值）33682247脉冲个数（测量值）31652248绝对误差2301相对误差0.060.0400.02七：调试出现的问题及解决方法 （1）问题：数码管显示的数值比实际测量容值大1 （2）方法：调节多谐振荡参数从而调节基准脉冲的频率，使得时钟脉冲的个数正好等于待测容值八：课程设计总结我们的方案主要由六个小的模块组成，每个小的模块的实现都比较简单，原理分析及焊接也很容易，但调试的过程中出现了一个小问题，通过分析改进电路，最终解决了出现的问题。我们组的小创新在于电路焊接部分，我们使用的是DXP的知识做的腐蚀板，算是学以致用吧！九个人总结曹烨玲的个人总结：在这三周的课程设计实训我们组通过分工完成电路的设计、焊接和调试。经过三周的辛苦调节我们二个电路都成功调试出来。课本上学习的知识在一定程度上得到巩固和提高，但我们还是发现自身很多不足之处，我希望通过总结自己的不足来更好的提高自己，使自己更加体会课程设计的意义。设计电路之初我们都会通过图书馆和上网来获取所需要的资料，在查资料过程中我们发现自己学习的知识有很大的欠缺，根本不足以完成整个电路的设计，所以我们大量的阅读相关资料。最后我们根据资料确定出满足题目要求和符合自身能力的电路。在设计出原理图之后，我们主要就是弄清各部分的功能、理清整个脉络。最后开始动手焊电路。此次课程设计中我主要负责所有电路的设计和调试，还有板的制作和电路的焊接。在设计中我就按照优化电路的原则，元器件能少则少，这样可以避免很多焊接的问题。但是在电压表设计中没有考虑元件实际的误差，导致测量误差偏大，后来我们把电阻改成可调的，以此来确定一个基准值，最后得到比较理想的电压表。在这过程中我就体会到，要将理论和实践好好结合。电容表的测量，是画板时出现了问题，有一条线忘记连接。最后计数脉冲的输出时，总是多记一至两个脉冲，但在答辩时老师给我们指示，使我们顿时茅塞顿开，最后得到比较准的计数脉冲。遇到问题也是理论和实际是有些许差别的。设计和调试有点繁琐，但其中锻炼了我们的思维能力、分析能力，我们通过分析出现问题逐步解决。后面一个电路用到了很多的555设计，在起初根本就不知道555的应用会有那么的广泛。所以只能现学现用，最后通过几天的共同学习，我们组就可以简单的应用了。课程设计这三周中，我们学习了很多东西。特别是在最后的答辩环节，了解了其他组同学的课程设计和设计思路，也弥补了自己很多知识的缺陷。在调试电路时，我们开始不是很理想，但我们并不气馁，通过慢慢分析原因，解决了问题，最后电路功能全部实现。在解决问题同时我们加深也对书本的知识。动脑动手中感受很大的是一组三个人的合作是重要且可贵的。三人分工明确对整体效率的提高有很好的效果，是一种支持与信任，自己也感到目标在明确，在不停地细化而整体的方案变清晰了，有了支持和了解我们每个人都很认真努力地去完成相应的部分，得到的不是任务所要求知识的一块而是知识的总和。这种团队的体会或许为我们以后步入社会，进入工作开了一个好头。我们也认识到了，团结、细心、认真、不怕困难的精神才有可能获得成功。在以后的学习工作过程我更应该把这种精神贯彻其中。最后感谢老师对我们的热情指导，和队友对我的大力帮助与支持。梁艳花得个人总结：由于我是第一次进行课程设计，很多东西都很感觉比较生疏，只能跟着她们一起去找材料，逐渐的摸索。刚开始的一周觉得自己根本不喜欢课程设计，感觉好多东西对自己来说都没多大意思，还不如复习功课！但是，当我看到了其他同学设计的方案后感觉自己超震撼，虽然好多方案并不是他们自己设计的，但他们很认真，也从中学到了好多知识，而我却没什么收获，所以感觉挺后悔的！然后就和她们一起努力，完成我们所选的方案。在这次课程设计当中，我必须和她们一起尝试理论联系实际，用理论分析去解决实际中的问题，在实践当中解决理论和实际之间的误差。学会怎样解决问题。而且在查资料的过程中，我也学到了许多曾经没有接触过的东西与知识。我也了解了很多以前没有见过的集成块及其一些功能原理。回顾这三周，感觉自己收获还是挺多的。这是我进入大学以来参加的第一次课程设计，也是培养我实际操作能力和理论联系实际能力难得的一次机会。三周下来我也真正明白了实际动手动脑的重要性以及实践与理论学习之间是有一定差距的。实际中，要求你的知识面一定要很广，而且能把所学的东西很好的融会贯通并很合理的运用到实际中，就算这些你都做到了，你还要有一定的动手能力，不然做出的东西也不会符合要求。还有一点，我懂得了在实际工作中有良好的团队协作精神也是非常重要的，因为三个人一起做，什么事都要群策群力，不然的话什么也干不好的。只有彼此配合，彼此信任，才能更好、更快的干出成绩来，这是以前不曾体会到的。总之，三周下来我所学到的东西是很多很多的，要总结的东西也很多，我很高兴自己能得到这样的锻炼机会，这对我今后学习也是有很大帮助的。我希望今后自己还能获得这样的机会，让我多多动手动脑，这样有利于我的提高。于此同时也很感谢老师的指导，让我们在这次实践中学到新知识。周芹的个人总结：通过这次课程设计，加强了我的动手动脑能力，平时只是学习课本知识，没有想过实际中做电路，平时看课本时，觉得电路很简单，看看就明白，但是这一次跟同学一起做电路时，我发现其实并不是那么简单，有很多东西是课本学不到的，有的确实理论上是那样分析，可是实际中要通过经验和实践来寻求正确答案，我们第一个做的是万用表设计，我们仿真时表头指示正常，可是实际中出现了很多问题，但是在我们组的努力下问题都一一解决了。在课程设计的过程中，我学到了很多课外知识，也巩固了自己的数电和模电的知识。而且还可以记住很多东西。比如一些芯片的功能，