数字电感测量仪.doc

目录1、课程设计目的 -2 2、课程设计内容和要求：2.1、设计内容 -22.2、设计要求 -23、设计方案 3.1、设计思路 -23.2、工作原理及硬件框图 -23.3、硬件电路原理图 -33.4、PCB版图设计 -44、课程设计总结 -65、参考文献 -71、课程设计目的 掌握电子电路的一般设计方法和设计流程； 学习使用PROTEL软件绘制电路原理图及印刷板图； 掌握应用EWB对所设计的电路进行仿真，通过仿真结果验证设计的正确性。2、课程设计内容和要求：2.1、设计内容设计一数字显示的电感测量仪，测量范围为10uH10mH。2.2、设计要求采用单片机或FPGA/CPLD作为控制芯片；整理设计内容，编写设计说明书。3、设计方案3.1、设计思路此数字电感测量仪的设计流程图如图所示：测量信号产生电路 （正弦波） 待测元件与基准电阻分压电路仪用差分式放大电路（增益可控）25V的电位提升电 路PIC单片机控制系 统输出3.2、工作原理及硬件框图数字电感测量仪工作原理：通过采用正交采样算法，并由单片机控制实现在线测量、智能识别等多种功能，可大大提高测量仪的测量速度跟精度，扩大测量范围由于PIC单片机只能正确采集05V之间的电压，而输入的信号是正弦波信号，因此在将此正弦信号送入单片机之前需对其进行电位提升，使整个正弦信号任意时刻的电位均大于或等于0。另外本测量仪具有量程自动转换和增益自动可控的特点，实现电路如原理图所示。原理图中4051是一个单刀八掷的模拟开关，用以完成量程电阻挡位的转换；4052是一个双刀四掷的模拟开关，用来选择待测元件或基准电阻信号；3个741与4052共同组成一个增益可以控制的仪用差分式放大电路，其中4052是用来切换增益倍数的；74ALS273是一个锁存器，用于将由单片机发出的控制信号锁存并传输给4051、4052实现程控；由于4051、4052开关切换的驱动电压要求达到5V以上，而单片机的高电平仅为35V，达不到驱动电压，所以要采用一个集电极开路的驱动器（74ALS07）才能实现由单片机控制的开关切换（R7R11为74ALS07的输出端上拉电阻）。这样通过程序控制单片机与74ALS273相接端口的高低电位，就可以控制模拟开关选择不同的通道，从而实现自动的量程挡位转换和增益控制。本测量仪的测量原理是以正交采样为基础。首先选用频率恒定的正弦信号作为标准测量信号，然后用待测元件和基准电阻串联对测量信号进行分压，最后由单片机分别对待测元件和基准电阻分压后所得的信号进行正交采样处理。由于流过电感的电流与其两端的电压存在90度的相位差，因此只需在任一时刻采样得到交流信号瞬时值V1，然后相移90度，再采样得到瞬时值V2，就可用V1和V2表示完整的交流信号：V=V1+jV2. 3.3、硬件电路原理图 3.4、PCB版图设计元件清单如下： 电器检验结果如下： PCB版图如下： 4、课程设计总结实验结论： 该测量仪是一种基于单片机的智能测量仪，它能够智能地识别出待测元件电 感；能精确的测量出电感的参数值；当测量正弦信号的幅度过小时，可以自动实现增益放大，从而不影响精度。通过采用正交采样算法，并由单片机控制实现在线测量、智能识别等多种功能，可大大提高测量仪的测量速度跟精度，扩大测量范围。心得体会：通过本次课程设计，令我感触最深的是用protel99SE软件画电路图及PCB版图的生成。由于对protel99SE软件的不熟悉，作出版图费了不少工夫。但从中真正学会了不少东西，不仅熟悉了软件，而且对设计电路的流程有了更深刻的了解。本次设计先从设计原理出发，在图书馆和网上找到了相关内容，而且学习了一些数字电感仪基本的工作原理，还简单学习了protel99SE软件的基本使用方法。之后连电路生成PCB版图，从中深刻体会到了理论必须与实践相结合的道理，因为这过程中出现了很多大大小小的问题，所以做出来真是相当不容易。虽然此次设计由于使用了74ALS273，4051和4052芯片而不需要仿真，但是我还是对EWB仿真软件有了一定的了解和掌握。设计中发现自己对专业知识掌握的还不够，比如数电摸电的知识掌握的都不是很扎实，不会灵活应用，所以在以后的学习专业课时应该更认真一点了。5、参考文献 童诗白模拟电子技术基础北京：高等教育出版社，2002 张建华数字电子技术北京：机械工业出版社，2004 陈汝全电子技术常用器件应用手册北京：机械工业出版社，2005 毕满清电子技术