数显式测量电路设计_2015

1、概述概述课程设计的总过程课程设计的总过程总体电路设计图介绍总体电路设计图介绍 时间：时间： 2周周 题目：题目： 数显式数显式 测量电路的设计测量电路的设计 教学安排教学安排 分四阶段：分四阶段： 一：框图和总体电路设计一：框图和总体电路设计3天天 二：安装调试二：安装调试 2天天三：印刷电路板图设计三：印刷电路板图设计 2天天四：总结、答辩四：总结、答辩.3天天 两个班交叉进行两个班交叉进行评分标准评分标准：安装调试安装调试 40%;印刷电路板图设计印刷电路板图设计 30%；总结报告及答辩总结报告及答辩 30%。概述概述课程设计的全过程课程设计的全过程总体电路设计图介绍总体电路设计图介绍课程

2、设计的全过程课程设计的全过程: : 给定任务书给定任务书 查资料查资料 安装调试安装调试 印刷电路板图设计印刷电路板图设计. 具体任务要求具体任务要求. 使用的主要元器件使用的主要元器件 框图设计框图设计 总体电路设计总体电路设计 . 具体任务要求具体任务要求：2. 采用一只发光二极管、两只采用一只发光二极管、两只LED数码管显示。数码管显示。 1. 测量测量NPN硅三极管的直流电流放大系数硅三极管的直流电流放大系数 199。测试条件：测试条件：1N1005 3. 测量电路误差绝对值不超过测量电路误差绝对值不超过 4. 数显清晰、稳定数显清晰、稳定显示时间大于人眼的滞留时间（显示时间大于人眼的

3、滞留时间（0.1S)。 IB10 A ， 允许误差允许误差 2 。 14V VCE 16V ， 对不同对不同值的三极管，值的三极管，VCE基本不变。基本不变。 . 使用的主要元器件使用的主要元器件：1. 选择器件的因素选择器件的因素： 考虑性能、价格、货源、体积等。考虑性能、价格、货源、体积等。尽量减少元件类型。尽量减少元件类型。 电阻：电阻： 1M ， 最大不超过最大不超过10 M ，1/4 W, 碳膜电阻碳膜电阻 电容：非电解电容电容：非电解电容 100PF 0.5 F ，考虑频率、，考虑频率、 性能稳定性、价格，独石电容性能稳定性、价格，独石电容 通用集成运放通用集成运放 LM324 高

4、阻型集成运放高阻型集成运放 LF351 通用型集成电压比较器通用型集成电压比较器 LM311 集成定时器集成定时器 NE555 二五十进制计数器二五十进制计数器 74LS90 BCD七段译码器七段译码器 CD4511 双双D上升沿触发器上升沿触发器 74LS74 六施密特反相器六施密特反相器 74LS14 四四2输入与非门输入与非门 CC4011 共阴极共阴极LED七段数码管七段数码管 2. 使用的主要集成器件：使用的主要集成器件： 给定任务书给定任务书 查资料查资料 安装调试安装调试 印刷电路板图设计印刷电路板图设计 框图设计框图设计 总体电路设计总体电路设计课程设计的全过程课程设计的全过程

5、: :课设指导书课设指导书分四部分分四部分 ： 参考电路参考电路 任务书任务书 元件使用说明元件使用说明： 熟悉各芯片功能、使用方法熟悉各芯片功能、使用方法 设计过程设计过程：电子电路系统设计的几大步骤、方法。：电子电路系统设计的几大步骤、方法。 给定任务书给定任务书 查资料查资料 安装调试安装调试 印刷电路板图设计印刷电路板图设计 框图设计框图设计 总体电路设计总体电路设计课程设计的全过程课程设计的全过程: :框图设计框图设计方案设计：方案设计： 定出实现它的整体方案（确定主要功能块、单元定出实现它的整体方案（确定主要功能块、单元电路及相互联系），并用方框图表示出来。电路及相互联系），并用方

6、框图表示出来。值测量的值测量的方框图方框图 VX转换电路转换电路压控振荡器压控振荡器10进制进制计数器计数器被被测测三三极极管管与与门门计数时间产生电路计数时间产生电路10进制进制计数器计数器1位锁存器位锁存器清零信号产清零信号产生电路生电路七段译码器七段译码器七段译码器七段译码器 给定任务书给定任务书 查资料查资料 安装调试安装调试 印刷电路板图设计印刷电路板图设计 框图设计框图设计 总体电路设计总体电路设计课程设计的全过程课程设计的全过程: : VX转换电路；转换电路； VXf 转换电路：压控振荡器；转换电路：压控振荡器； 计数时间产生电路；计数时间产生电路； 计数、译码、显示电路；计数、

7、译码、显示电路； 清清0信号产生电路等。信号产生电路等。2. 绘制总体电路图。绘制总体电路图。主要单元电路主要单元电路 设计和参数计算：设计和参数计算： 概述概述课程设计的总过程课程设计的总过程总体电路设计图介绍总体电路设计图介绍值测量的值测量的方框图方框图 VX转换电路转换电路压控振荡器压控振荡器10进制进制计数器计数器被被测测三三极极管管与与门门计数时间产生电路计数时间产生电路10进制进制计数器计数器1位锁存器位锁存器清零信号产清零信号产生电路生电路七段译码器七段译码器七段译码器七段译码器V1V2V3工作波形图工作波形图说明：说明：如果计数时间远小于人眼的滞留时间如果计数时间远小于人眼的滞

8、留时间（0.1S），锁存器可，锁存器可以省略；并利用译码器的消隐端，使数码管在计数时间内为暗状以省略；并利用译码器的消隐端，使数码管在计数时间内为暗状态，效果更佳。态，效果更佳。 通常取通常取计数时间远小于计数时间远小于0.1S，显示时间，显示时间0.5S。显示时间显示时间TCTdV1V2V3清清0信号信号锁存信号锁存信号（1）主要单元电路设计和参数计算主要单元电路设计和参数计算3.3.总体电路设计总体电路设计 VX转换电路转换电路 压控振荡器压控振荡器 计数时间产生电路计数时间产生电路： 计数、译码、显示电路计数、译码、显示电路 清零信号产生电路清零信号产生电路（1）固定固定IB，则，则IC

9、 IC = IB 采用固定偏流电路采用固定偏流电路 由由测试条件测试条件：14VVCE16V，且对不同，且对不同 值值， VCE的值基本不的值基本不变。变。 集电极回路中集电极回路中既不能有既不能有RC ，也不能有，也不能有RE 。IB =VCC VBE Rb可选择合适的可选择合适的VCC 、Rb。 由由测试条件测试条件：IB=10A，允许误差，允许误差2%；注：注：反相放大器反相端反相放大器反相端“虚地虚地”，BJT应如何接？应如何接？（2）采用运放构成的）采用运放构成的电压并联负反馈电压并联负反馈使使VO IC 取取IC为运放电路的输入电流为运放电路的输入电流RbVCCIBICRC VX转

10、换电路转换电路 为取出为取出IC可：可：运算放大器在深度负反馈下运算放大器在深度负反馈下“虚短虚短”、“虚虚断断”， 电压并联负反馈下电压并联负反馈下“虚地虚地”。 为将为将IC与运放反相输入相接与运放反相输入相接 且保证且保证BJT工作于线性区：工作于线性区：RbVCCVCCICIBRbICIB-15V“虚地虚地”由由最大值最大值(199)时时Vxmax=13VR2；为平衡，为平衡，R3略小于略小于R2。VX极性为正！极性为正！2BXRIV 324cbe-15VVXR25.1kR34.7kR11.5M（3）如何实现如何实现-VX转换转换？主要单元电路设计和参数计算主要单元电路设计和参数计算

11、VX转换电路转换电路 压控振荡器压控振荡器 计数时间产生电路计数时间产生电路： 计数、译码、显示电路计数、译码、显示电路 清零信号产生电路清零信号产生电路 压控振荡器压控振荡器 工作原理、波形工作原理、波形R5_+311vaR2v1C1_+351R8R4R7RWR2VXR3D1330k180k1.8k300k15k330p24k10k反相积分器反相积分器v1tV1m-V1mvatVam-Vam -VX转换后的压转换后的压控振荡器控振荡器TXt1t2 参数计算参数计算：1. 由迟滞比较器的阈值确定由迟滞比较器的阈值确定R4、R5的值的值1m54TamVRRVV 由由又又 为保证积分器的线性度，要

12、求为保证积分器的线性度，要求VamV1m，。，、取取 10kR24kR15kR 754, 0.7RR 54 设设2. 由振荡频率由振荡频率fx与与Vx的关系确定的关系确定R2 、R8 振荡频率与振荡频率与VX的关系的关系设设 R2 R8 , 则则 t1 t2 , 即即 TX t1tCRVV 12Xa 由由ama1V2Vtt 时，时，当当X1m5412Xam121VVRR C2RVV C2R t 解解得得1mX45121XXVVRR C2R11 T1f t主要单元电路设计和参数计算主要单元电路设计和参数计算 VX转换电路转换电路 压控振荡器压控振荡器 计数时间产生电路计数时间产生电路： 计数、译

13、码、显示电路计数、译码、显示电路 清零信号产生电路清零信号产生电路 要求要求 电路电路tctd2/3VCC1/3VCCvCvOv2R11R12vO+VCCC2vC0.01uF123487655551v2显示时间显示时间：td=(R12 +R11)C2ln2=0.5S计数时间计数时间：tc=R12C2ln2=30ms取取 C2=0.33 F得得 R12=130k 、R11=2M 计数时间计数时间Tc应应0.1s，一般取，一般取5ms Tc 0.1s，一般取，一般取0.3s Tc CPAQA QB QC QD74LS90(1)NR0（1）R0（2）S9（2）S9（1）CPBCPAQA QB QC

14、QD74LS90(2)CLRQ11CRv2DRVCCtc tdababcdgefchdefgV +V +.h关于数码管关于数码管主要单元电路设计和参数计算主要单元电路设计和参数计算 VPVX转换电路转换电路 压控振荡器压控振荡器 计数时间产生电路计数时间产生电路： 计数、译码、显示电路计数、译码、显示电路 清零信号产生电路清零信号产生电路 清零信号产生电路清零信号产生电路C4R13v211CLR(计数器清零）计数器清零）two=0.7R13C4 Txmins05119930ms199T TCxmin tpd 取取 C4=470pF，R13=56k倍倍应应大大于于其其10,nS4074LS90的

15、清的清0信号为正脉冲，计数前先清零。信号为正脉冲，计数前先清零。需在计数时间信号需在计数时间信号V2（高电平）上升沿到来时产生清零信号。（高电平）上升沿到来时产生清零信号。twotwotwo9090清零端的延迟时间清零端的延迟时间（2）绘制总体电路图（注意事项）绘制总体电路图（注意事项） 布局合理，疏密有致。（纸张尺寸布局合理，疏密有致。（纸张尺寸:A4 ） 注意信号流向：通常从输入端或信号源画起，按信号流向注意信号流向：通常从输入端或信号源画起，按信号流向的主通道，由左至右，由下至上（或反之），将各单元电的主通道，由左至右，由下至上（或反之），将各单元电路依次排列成路依次排列成S形。形。 集

16、成电路用示意图（集成电路用示意图（非管脚图非管脚图）表示，只标出）表示，只标出型号型号和和有用有用管脚号管脚号。与非门与非门和和反相器反相器按按单个门电路单个门电路的符号画出。的符号画出。&1与非门与非门反相器反相器 分立元件，包括分立元件，包括电源、地线电源、地线用用符号符号表示，标出数值，电阻、表示，标出数值，电阻、电容等应选用标称值。电容等应选用标称值。 连线应横平竖直，交叉点应用黑圆点标出。连线应横平竖直，交叉点应用黑圆点标出。一、一、安装安装1. 在统装图上标好芯片号和芯片的管脚号，不用功能脚的逻辑在统装图上标好芯片号和芯片的管脚号，不用功能脚的逻辑 电平。电平。2. 合理布

17、置芯片和其它元件的位置。合理布置芯片和其它元件的位置。3. 布线布线:4. 安装顺序：按信号流向，先主电路，后辅助电路。安装顺序：按信号流向，先主电路，后辅助电路。 安排好电源线和地线安排好电源线和地线. 在芯片两侧走线：不可跨芯片在芯片两侧走线：不可跨芯片 线紧贴面包板，横平、竖直，不交叉，不重叠，线紧贴面包板，横平、竖直，不交叉，不重叠， 元件横平、竖直元件横平、竖直5. 边安装、边调试边安装、边调试47_147_090_1324T351311741455590_04011面包板示意图面包板示意图每每5 5个小孔为一组，同组插孔下有簧片相通个小孔为一组，同组插孔下有簧片相通左、右各半的同行

18、的小组插孔下有簧片相通左、右各半的同行的小组插孔下有簧片相通+5V面包板孔下金属簧片面包板孔下金属簧片不用条状面包板的多组插孔作连线不用条状面包板的多组插孔作连线！电源的正确连接电源的正确连接通电前先把几路电源调好，注意共地通电前先把几路电源调好，注意共地！15V15V5V15V15V5V均从直流稳压源引出！均从直流稳压源引出！面包板的地面包板的地二、二、调调 试试 要要 点点 1. 电流、电压转换电路电流、电压转换电路 2. 压控振荡器压控振荡器：运放：运放351的的6脚输出一锯齿波脚输出一锯齿波 运放运放324的的1脚输出一直流电压脚输出一直流电压VX0.051 V 24V比较器比较器31

19、1的的7脚输出一矩形波脚输出一矩形波29V运运放放反反相相输输入入端端应应“虚虚地地”！ 3. 555振荡器振荡器：555的的3脚输出矩形波脚输出矩形波30mS0.5S 4. 清零波形清零波形： 5. 计数、译码、显示计数、译码、显示： C4、R4的接点处输出尖脉冲的接点处输出尖脉冲将将555振荡器的振荡器的3脚输出送计数器个位脚输出送计数器个位901的时钟输入的时钟输入 ，观察数码显示。，观察数码显示。ACP0.051V29V24V30mS0.5S0V0V三、三、排除故障排除故障排除排除：0.2V 误差不超过误差不超过3. 一般故障现象：一般故障现象：原因原因：1. 查芯片电源电压查芯片电源

20、电压接错线、漏接线、多接线、逻辑错误接错线、漏接线、多接线、逻辑错误2. 运放线性工作时反相输入端是否运放线性工作时反相输入端是否“虚地虚地” 若根本不亮，应检查电源；若根本不亮，应检查电源； 若数码管不闪烁，先检查若数码管不闪烁，先检查555是否振荡；是否振荡； 若数码管显示若数码管显示0，应检查，应检查90有无输入，清有无输入，清0信号是否信号是否 正常或正常或90有无输出；有无输出； 若数码管全显示若数码管全显示9，检查有无清，检查有无清0信号；信号； 或调整积分器输入端的电位器看有无变化；或调整积分器输入端的电位器看有无变化； 或看或看324的输出是否正常等。的输出是否正常等。4. 计

21、数部分，逐点观测有无信号，或用万用表计数部分，逐点观测有无信号，或用万用表DCV看是看是否跳变。否跳变。 输入为输入为1.4v 虚线虚线 输出保持高电平不变输出保持高电平不变 芯片未接地或接触不良芯片未接地或接触不良 输入与输出同样规律变化输入与输出同样规律变化 芯片未接电源芯片未接电源5. 555振荡器正常但计数无输出振荡器正常但计数无输出 解决解决：在：在555的电源正极与地之间接一个几十的电源正极与地之间接一个几十 F的的 电解电容电解电容 特别说明特别说明1. 电源一定不能接错，必须仔细检查后方可通电；电源一定不能接错，必须仔细检查后方可通电；2. 万一出现故障，必须立即切断电源，报告

22、老师处理；万一出现故障，必须立即切断电源，报告老师处理；3. 安装调试是两人一组，应很好配合；安装调试是两人一组，应很好配合；4. 要保持实验室整洁、卫生，不准在实验室吃零食。要保持实验室整洁、卫生，不准在实验室吃零食。一一 印刷线路板图的设计依据印刷线路板图的设计依据 二二 设计要求设计要求: 1. 双面板双面板: 正面用红色线正面用红色线( (元件面，横线为主元件面，横线为主) ) 反面用蓝色线反面用蓝色线( (连线面，竖线为主连线面，竖线为主) ) 金属化孔用蓝色金属化孔用蓝色 2. 走线原则走线原则: (1) 线条横平竖直线条横平竖直,同面线不能交叉同面线不能交叉 (2) 线条尽量少线

23、条尽量少 (3) 每个芯片下横向最多走三条线每个芯片下横向最多走三条线 (4) 芯片相邻管脚之间不能走线芯片相邻管脚之间不能走线 (5) 每个金属化孔只能插入一个元件管脚每个金属化孔只能插入一个元件管脚 双面板的印刷线路板的正、反面图双面板的印刷线路板的正、反面图 (a) 正面图 (b) 反面图 3. 元件标注元件标注( 用铅笔用铅笔)： （1） 标出元件的符号标出元件的符号 （2） 标出元件值标出元件值 （3） 标出芯片的标出芯片的1脚脚 4. 其它要求其它要求: （1）坐标纸大小）坐标纸大小: 31cm 23cm （2）比例尺）比例尺: 2 : 1 （3）周边留宽）周边留宽: 5 10 mm （4）线宽）线宽: 1 mm (200mA/mm) （5）电源和地线）电源和地线: 加宽加宽 （6）芯片跨度）芯片跨度: 7.5mm （7）芯片管脚间距）芯片管脚间距:2.5mm （8）金属化孔）金属化孔: 内径内径0.8mm 外径外径1.5mm （9）电位器）电位器: 两脚间距两脚间距5mm 一一 课程设计的任务