仪器仪表电路课设报告概要

1、武汉理工大学仪器仪表电路课程设计说明书 1 目录 第一章绪论 . 2 1.1 概论. 2 1.2 课设任务. 2 第二章方案论证及选择 . 3 第三章单元电路设计 . 6 3.1 放大电路设计. 6 3.2 相敏检波电路设计. 6 3.3 低通滤波器设计. 7 3.4 直流放大器设计 . 8 第四章电路仿真（部分） . 9 5.1 开关式相敏检波电路仿真. 9 5.2 低通滤波器仿真. 9 5.3 总电路功能结果仿真. 10 第五章元器件清单 . 11 第六章小结 . 13 参考文献武汉理工大学仪器仪表电路课程设计说明书 2 第一章绪论 1.1 概论 测控技术自古以来就是人类生活和生产的重要组

2、成部分。最初的测控尝试都 是来自于生产生活的需要，对时间的测控要求使人类有了日晷这一原始的时钟， 对空间的测控要求使人类有了点线面的认识。 现代社会对测控的要求当然不会停 留在这些初级阶段，随着科技的发展，测控技术进入了全新的时代。 自从迅猛发展的计算机技术及微电子技术渗透到测控和仪器仪表技术领域， 便使该领域的面貌不断更新。相继出现的智能仪器、总线仪器和虚拟仪器等微机 化仪器，都无一例外地利用计算机的软件和硬件优势，从而既增加了测量功能， 又提高了技术性能。由于信号被采集变换成数字形式后， 更多的分析和处理工作 都由计算机来完成，故很自然使人们不再去关注仪器与计算机之间的界限。 近年 来，新

3、型微处理器的速度不断提高，采用流水线、 RISCRISC 结构和 cachEcachE 等先进技 术，又极大提高了计算机的数值处理能力和速度。 在数据采集方面，数据采集卡、 仪器放大器、数字信号处理芯片等技术的不断升级和更新，也有效地加快了数据 采集的速率和效率。与计算机技术紧密结合，已是当今仪器与测控技术发展的主 潮流。对微机化仪器作一具体分析后，不难见，配以相应软件和硬件的计算机将 能够完成许多仪器、仪表的功能，实质上相当于一台多功能的通用测量仪器。 测控技术与仪器专业是信息科学技术的源头，是光学、精密机械、电子、电力、 自动控制、信号处理、计算机与信息技术多学科互相渗透而形成的一门高新技

4、术 密集型综合学科。它的涉及面广，小到生产过程自动控制，大到火箭卫星的发射 及监控。由于对自动控制及精度的严格要求，测控技术与仪器成为不可或缺的专 业。 1.2 课设任务 测控系统由传感器、电路和执行机构组成。电路时测控系统中最为灵活的部 分。可以通过改变电路，达到获得不同信号的目的。此次课设任务就是着重于此。 具体任务为：某差动变压器传感器用于测量位移，当所测位移在 0 0 - -20mn20mn 范 围时（铁芯由中间平衡位置往上为正，往下为负），其输出的信号为正弦信号 0 0 40mVP40mVP- -P P要求将信号处理为与位移对应的 0 0- =2V=2V 直流信号。 武汉理工大学仪器

5、仪表电路课程设计说明书 3 第二章方案论证及选择 课设任务是将 0 0- -40mVpp40mVpp 转化为 0 0- _2V_2V 的直流电，参考 0 0 _20mm_20mm 勺位移 移动，故要考虑正反相的问题。故要在整体电路中考虑相敏检波电路。故整体思 路是由正弦振荡电路激发电路工作， 将输出通过放大电路进行信号放大， 再进入 相敏检波电路进行判断正负，最后进入滤波器去除噪声。每块单兀电路都有不同 类型的电路可供选择。 正弦振荡电路：（1 1）、RCRC 正弦波振荡电路：桥式振荡电路、双 T T 网络式和移 相式振荡电路等类型；（2 2）、LCLC 振荡电路等。 放大电路：（1 1）、反

6、相放大电路；（2 2）、同相放大电路；（3 3）差动放大电路； （4 4）、高共模抑制比放大电路等等。 相敏检波电路：（1 1）、相乘式相敏检波电路；（2 2）、相加式相敏检波电路。 低通滤波器：（1 1）、一阶滤波；（2 2）、压控电压源型滤波；（3 3）、无限增益多 路反馈型滤波等。 选择了以下两种方案： 整体电路图如下:武汉理工大学仪器仪表电路课程设计说明书 4 方案一和方案二都可以实现正弦信号 0 040mVP40mVP- -P P 要求将信号处理为与位 移对应的 0 0- 2V2V 直流信号。方案一中 RCRC 正弦桥式振荡器作为激发电路，但是在 实际操作中，由于软件的原因不能正常输

7、出，及时正常输出信号不稳定，故选择 了 MulsitimMulsitim 软件中信号发生器输出 5000Hz 20mv5000Hz 20mv 的信号。相乘式相敏检波电路 具有可以鉴别调制信号相位，区别信号与噪声的能力。在开关式相敏检波电路中 加入参考信号方波使用芯片提高方波输出的精准度。 1 f s An r ci 武汉理工大学仪器仪表电路课程设计说明书 5 综合考虑，方案二电路简单，同样能达到目的。故选择方案二。整体电路 图如下：武汉理工大学仪器仪表电路课程设计说明书 6 图2-2方案二整体电路图 武汉理工大学仪器仪表电路课程设计说明书 7 第三章单元电路设计 3.1 放大电路设计 VEE

8、图3-1放大单元设计电路图 本单元输入 Ui=20mv,Ui=20mv,设定放大 5050 倍，运用反相放大电路，则闭环增益： Kf=Kf=- -R2/R1R2/R1 (3(3- -1)1) 式中 R2=R4=5R2=R4=5 灼,R R 仁 R2=0.1kQ, Kf=R2=0.1kQ, Kf=- -5050 反相增大 5050 倍。同理串联一个增益为 - -1 1 的反相放大器。最终成功放大 5050 倍。 3.2 相敏检波电路设计 图3-2开关式相敏检波电路设计电路图 此单元中，R3=R6=R7=100kkR3=R6=R7=100kk，故放大倍数为- -1 1。在 Uc=1Uc=1 的半周

9、期，同相输 入端接地，UsUs 只从反相输入端输入，放大器的放大倍数为- -1 1，输出信号 UoUo 如图 3 3- -3 3 实线所示。在 Uo=0Uo=0 的半周期，V V 截止，usus 同时从输入端和反相输入端输入，武汉理工大学仪器仪表电路课程设计说明书 8 放大器的放大倍数为+1+1,输出信号 uouo 如图 3 3- -3 3 中虚线所示 图3-3开关式全波相敏检波电路 3.3 低通滤波器设计 本单元采用压控电压源型滤波电路组成的低通滤波器。电路图如 3 3- -4 4。 设定 fc=1kHzfc=1kHz，则 C1=0.0g FC1=0.0g F,则根据式(3 3- -2 2)

10、 K=100/(fc K=100/(fc . C1)C1) (3(3- -2 2) ) 式中 K K电阻换标系数 fc fc 截止频率比 武汉理工大学仪器仪表电路课程设计说明书 9 为输出 2V2V 电压，由公式(3 3- -1 1 )可得 R1 R1 : R17=31:100R17=31:100。故取 R R 仁 3.1k3.1kQ , R17=1kR17=1k Q。最后将 620mV620mV 电压放大为 2V2V。由于存在误差，最后结果近似等于 2V2V。Ri=Kri(i=1,2,3)Ri=Kri(i=1,2,3) 查表可知：R R 仁 R2=5.3kR2=5.3kQ 最终输出电压仿真输

11、出为 620mV620mV 3.4 直流放大器设计 (3(3- -3)3) 图3-5反相放大器电路图 武汉理工大学仪器仪表电路课程设计说明书 10 第四章电路仿真（部分） 5.1 开关式相敏检波电路仿真 F 示辰器-XSC2 图5-1开关式相敏检波电路仿真图 5.2 低通滤波器电路仿真 T1 + 旳司 TAT1. 时基 标廛：loousytw X轴位移（榆：0 匝添加飞创墜 Bie_B 反向 通道A 剽厦：5M m/Dw 丫轴应移赭： 0 通道日 支嵯:厶侏 Y铀憧移（格）：0 多隔拨 边沿：E（1J 0 E Ext 水平：0 V 单次正常 自动ri 图5-2低通滤波器输出仿真 武汉理工大学仪

12、器仪表电路课程设计说明书 11 武汉理工大学仪器仪表电路课程设计说明书 12 5.3 总电路功能结果仿真 图5-3总电路输出仿真 武汉理工大学仪器仪表电路课程设计说明书 13 第五章元器件清单 表1兀器件清单列表 号 标 大小 型号 C1 0.1uF 电容 C5 50 nF 电容 R1 3.1k Q 电阻 R2 0.1k Q 电阻 R3 100k Q 电阻 R4 5k Q 电阻 R5 50k Q 电阻 R6 100k Q 电阻 R7 100k Q 电阻 R8 5.3 Q 电阻 R9 10k Q 电阻 R10 34 Q 电阻 R11 5.3 Q 电阻 R12 10k Q 电阻 R13 10k Q

13、 电阻 R14 10k Q 电阻 R15 1k Q 电阻 R16 10k Q 电阻 R17 1k Q 电阻 U1 LM324AD 运放 U2 LM324AD 运放 U3 OP07AH 运放 U4 LM324AD 运放 U5 4066BD_5V -H- LJK 心片 U6 LM324AD 运放 V1 5kHz 5V 电源 武汉理工大学仪器仪表电路课程设计说明书 14 VCC 5V 电源 VCC 5V 电源 VCC 5V 电源 VDD 5V 电源 VEE -5V 电源 VSS 0V 电源 武汉理工大学仪器仪表电路课程设计说明书 15 第六章小结 本次课程设计，设计任务基本达到。因为两个课设时间冲突

14、，所以在同段时 间里完成两门课设确实有一定的难度。 但还是很努力去做，最后按时完成。课程 设计是一个将所学理论应用于实际的过程， 也是一个不断探索、不断尝试、不断 学习的过程我也从中学到了不少知识。 从测量电路到放大电路的选择，滤波电路 的选择，让我深刻体会到理论与实践是密切相关的， 感谢老师给了我们动手、动 脑的机会，能让我们用自己所学的知识去解决一些问题 仪器仪表课设结合模电、数电、测控电路等学科，交融性很强。对于我们 测控技术与仪器专业的学生来讲，一定要端正学习态度，保质保量的去完成培养 计划的任务。本学期有两门课设，现在想来这两门其实测控系统中最重要的两部 分，也是我们应该掌握的必备技能。 在此课程设计中，我才知道原来自己有那么多地方在平时的学习中并没有 完全掌握，明明很简单的问题需想很久才能够记起。 这说明知识点不扎实。所以 在设计中遇到很多困难。好在通过查阅资料，同学间相互讨论最后将问题解决。 希望以后能多有这样的机会锻炼自己的动手能力。这次设计虽然结束了，但 是，它的指导意义却是永久的。它锻炼了我们的实战能力，让我们用所学知识做 出可行的电路，不仅是对知识的一种升华，更是对自己专业素养的一中考验。 这 对以后的工作也产生很大的帮助，为以后在工作