数显式测量电路设计-2015

数显式测量电路设计_2015第一页，共56页。概述课程设计的总过程总体电路设计图介绍第二页，共56页。概述•时间：2周•题目：

数显式测量电路的设计

教学安排

分四阶段：一：框图和总体电路设计…3天

二：安装调试………………2天三：印刷电路板图设计……2天四：总结、答辩.…….……...3天两个班交叉进行第三页，共56页。评分标准：安装调试40%;印刷电路板图设计30%；总结报告及答辩30%。第四页，共56页。概述课程设计的全过程总体电路设计图介绍第五页，共56页。课程设计的全过程:•

给定任务书•

查资料•

安装调试•

印刷电路板图设计Ⅰ.

具体任务要求Ⅱ.

使用的主要元器件•

框图设计•总体电路设计第六页，共56页。

Ⅰ.具体任务要求：2.采用一只发光二极管、两只LED数码管显示。1.测量NPN硅三极管的直流电流放大系数β199。测试条件：3.测量电路误差绝对值不超过4.数显清晰、稳定——显示时间大于人眼的滞留时间（0.1S)。

IB＝10A，允许误差2％。

14VVCE16V，对不同β值的三极管，VCE基本不变。第七页，共56页。Ⅱ.使用的主要元器件：1.选择器件的因素：考虑性能、价格、货源、体积等。尽量减少元件类型。

•电阻：<1M，最大不超过10M，1/4W,碳膜电阻

•电容：非电解电容100PF0.5F

，考虑频率、性能稳定性、价格，独石电容第八页，共56页。通用集成运放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NE555二－五－十进制计数器74LS90BCD七段译码器CD4511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共阴极LED七段数码管2.使用的主要集成器件：第九页，共56页。•

给定任务书•

查资料•

安装调试•

印刷电路板图设计•

框图设计•总体电路设计课程设计的全过程:课设指导书第十页，共56页。分四部分

：•参考电路

•任务书•元件使用说明：熟悉各芯片功能、使用方法•设计过程：电子电路系统设计的几大步骤、方法。第十一页，共56页。•

给定任务书•

查资料•

安装调试•

印刷电路板图设计•

框图设计•总体电路设计课程设计的全过程:第十二页，共56页。框图设计——方案设计：定出实现它的整体方案（确定主要功能块、单元电路及相互联系），并用方框图表示出来。第十三页，共56页。β值测量的方框图β／VX转换电路压控振荡器10进制计数器被测三极管与门计数时间产生电路10进制计数器1位锁存器清零信号产生电路七段译码器七段译码器第十四页，共56页。•

给定任务书•

查资料•

安装调试•

印刷电路板图设计•

框图设计•总体电路设计课程设计的全过程:第十五页，共56页。•—VX转换电路；•VX—f转换电路：压控振荡器；•计数时间产生电路；•计数、译码、显示电路；•清0信号产生电路等。2.绘制总体电路图。总体电路的设计（选择元器件，具体电路设计并计算参数）：主要单元电路设计和参数计算：第十六页，共56页。概述课程设计的总过程总体电路设计图介绍第十七页，共56页。β值测量的方框图β／VX转换电路压控振荡器10进制计数器被测三极管与门计数时间产生电路10进制计数器1位锁存器清零信号产生电路七段译码器七段译码器V1V2V3第十八页，共56页。工作波形图说明：如果计数时间远小于人眼的滞留时间（0.1S），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态，效果更佳。通常取计数时间远小于0.1S，显示时间0.5S。显示时间TCTdV1V2V3清0信号锁存信号第十九页，共56页。（1）主要单元电路设计和参数计算3.总体电路设计①β—VX转换电路②

压控振荡器③计数时间产生电路：④

计数、译码、显示电路⑤清零信号产生电路第二十页，共56页。（1）固定IB，则IC∝——IC

=

IB

——采用固定偏流电路•由测试条件：14V<VCE<16V，且对不同值，VCE的值基本不变。——集电极回路中既不能有RC，也不能有RE。IB=VCC－VBERb可选择合适的VCC、Rb。•

由测试条件：IB=10μA，允许误差±2%；注：反相放大器反相端“虚地”，BJT应如何接？（2）采用运放构成的电压并联负反馈使VO∝IC

——取IC为运放电路的输入电流RbVCCIBICRC①

β—VX转换电路第二十一页，共56页。•为取出IC可：——运算放大器在深度负反馈下“虚短”、“虚断”，电压并联负反馈下“虚地”。•为将IC与运放反相输入相接且保证BJT工作于线性区：RbVCCVCCICIBRbICIB-15V“虚地”第二十二页，共56页。由β最大值(199)时Vxmax=13V——R2；为平衡，R3略小于R2。VX极性为正！324＋－cbe-15VVXR25.1kR34.7kR11.5M（3）如何实现β-VX转换？第二十三页，共56页。主要单元电路设计和参数计算①β—VX转换电路②

压控振荡器③计数时间产生电路：④

计数、译码、显示电路⑤清零信号产生电路第二十四页，共56页。②

压控振荡器•工作原理、波形R5_+311vaR2v1C1_+351R8R4R7RWR2’VXR3D1330k180k1.8k300k15k330p24k10k反相积分器v1tV1m-V1mvatVam-Vam-VX转换后的压控振荡器TXt1t2第二十五页，共56页。•参数计算：1.由迟滞比较器的阈值确定R4、R5的值又为保证积分器的线性度，要求Vam<V1m，2.由振荡频率fx与Vx的关系确定R2’、R8

振荡频率与VX的关系设R2’》R8,则t1》t2,即TX≈t1第二十六页，共56页。主要单元电路设计和参数计算①β—VX转换电路②

压控振荡器③计数时间产生电路：④

计数、译码、显示电路⑤清零信号产生电路第二十七页，共56页。•要求•电路tctd2/3VCC1/3VCCvCvOv2R11R12vO+VCCC2vC0.01uF123487655551v2显示时间：td=(R12+R11)C2ln2=0.5S计数时间：tc=R12C2ln2=30ms取C2=0.33F得R12=130k、R11=2M计数时间Tc应<<0.1s，一般取5ms<Tc<50ms；取30ms显示时间Td应>>0.1s，一般取0.3s<Tc<1s；取0.5s③计数时间产生电路：第二十八页，共56页。在计数时间TC内，计数器记录的脉冲个数N为,N=β

，取C1=330p，则由R12、C2、R4、R5、V1m可求出R2′为360k。第二十九页，共56页。主要单元电路设计和参数计算①VP—VX转换电路②

压控振荡器③计数时间产生电路：④

计数、译码、显示电路⑤清零信号产生电路第三十页，共56页。2－5－10进制加计数器:74LS90功能表输入输出功能清0置9时钟QDQCQBQAR0(1)、R0(2)S9(1)、S9(2)CP1CP2110××0××0000清00××011××1001置90××00

×

×0↓1QA输出二进制计数1↓QDQCQB输出五进制计数↓QAQDQCQBQA输出8421BCD码十进制计数QD↓QAQDQCQB输出5421BCD码十进制计数11不变保持④

计数、译码、显示电路第三十一页，共56页。●计数电路：74LS90异步置9、异步清零、2－5－10进制加计数器

CPDR0（1）R0（2）S9（2）S9（1）CPB>>CPAQAQBQCQD74LS90(1)NR0（1）R0（2）S9（2）S9（1）CPB>>CPAQAQBQCQD74LS90(2)CLR11CRv2DRVCCtctd第三十二页，共56页。关于数码管第三十三页，共56页。主要单元电路设计和参数计算①VP—VX转换电路②

压控振荡器③计数时间产生电路：④

计数、译码、显示电路⑤清零信号产生电路第三十四页，共56页。⑤清零信号产生电路C4R13v211CLR(计数器清零）two=0.7R13C4《Txmintpd

《取C4=470pF，R13=56k74LS90的清0信号为正脉冲，计数前先清零。——需在计数时间信号V2（高电平）上升沿到来时产生清零信号。twotwotwo90清零端的延迟时间第三十五页，共56页。（2）绘制总体电路图（注意事项）①布局合理，疏密有致。（纸张尺寸:A4

）②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），将各单元电路依次排列成S形。集成电路用示意图（非管脚图）表示，只标出型号和有用管脚号。与非门和反相器按单个门电路的符号画出。&○1○与非门反相器④分立元件，包括电源、地线用符号表示，标出数值，电阻、电容等应选用标称值。⑤连线应横平竖直，交叉点应用黑圆点标出。第三十六页，共56页。第三十七页，共56页。第二阶段安装调试一、安装1.在统装图上标好芯片号和芯片的管脚号，不用功能脚的逻辑电平。2.合理布置芯片和其它元件的位置。3.布线:4.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.•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，•

元件横平、竖直5.边安装、边调试第三十八页，共56页。47_147_090_1324T351311741455590_04011第三十九页，共56页。面包板示意图第四十页，共56页。……………………每5个小孔为一组，同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不用条状面包板的多组插孔作连线！第四十一页，共56页。电源的正确连接通电前先把几路电源调好，注意共地！＋＋＋15V15V5V＋15V－15V＋5V均从直流稳压源引出！面包板的地第四十二页，共56页。二、调试要点

1.电流、电压转换电路

2.压控振荡器：运放351的6脚输出一锯齿波

运放324的1脚输出一直流电压VX≈0.051V24V比较器311的7脚输出一矩形波29V运放反相输入端应“虚地”！第四十三页，共56页。

3.555振荡器：555的3脚输出矩形波30mS0.5S

4.清零波形：

5.计数、译码、显示：

C4、R4的接点处输出尖脉冲将555振荡器的3脚输出送计数器个位90－1的时钟输入，观察数码显示。第四十四页，共56页。0.051βV29V24V30mS0.5S0V0V第四十五页，共56页。三、排除故障排除：3.一般故障现象：原因：1.查芯片电源电压接错线、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“虚地”

•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。第四十六页，共56页。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的电解电容第四十七页，共56页。特别说明1.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，报告老师处理；3.安装调试是两人一组，应很好配合；要保持实验室整洁、卫生，不准在实验室吃零食。第四十八页，共56页。第三阶段印刷线路板图设计

一印刷线路板图的设计依据

二设计要求:

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:

(1)线条横平竖直,同面线不能交叉(2)线条尽量少(3)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(5)每个金属化孔只能插入一个元件管脚第四十九页，共56页。双面板的印刷线路板的正、反面图

(a)正面图(b)反面图第五十页，共56页。3.元件标注(用铅笔)：

（1）标出元件的符号（2）标出元件值（3）标出芯片的1脚4.其它要求:（1）坐标纸大小:31cm×23cm（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