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1、北京化工大学北京化工大学 信息科学与技术学院信息科学与技术学院 电子科学与技术专业电子科学与技术专业 课课 程程 设设 计计 题目：题目：数显式数显式 测量电路的设计测量电路的设计 班级班级:测控测控 0902 姓名姓名:王博王博 学号学号:200941069 同组人同组人:邓浩元邓浩元刘业刘业 指导教师指导教师: 2011 年年 9 月月 5 日日 2 目录目录 一一 课程设计的任务及基本要求课程设计的任务及基本要求 二二 逻辑框图设计逻辑框图设计 三三 逻辑电路的设计及参数计算逻辑电路的设计及参数计算 四四 安装调试步骤及遇到的问题安装调试步骤及遇到的问题 五五 印刷线路板设计印刷线路板设
2、计 六六 体会及建议体会及建议 七七 参考文献参考文献 八八 附录附录(元件使用说明元件使用说明) 九九 附图附图(框图逻辑图印刷线路板图框图逻辑图印刷线路板图) 一一 课程设计的任务及基本要求课程设计的任务及基本要求 3 （1）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： 、IB10 A ，允许误差，允许误差 2 。 B、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。 （2）用两只用两只 LED 数码管和一个发光二极管构成十进制数字显示数码管和一个发光二极管构成十进制数字显示 器，二极管
3、作为百位显示，两只器，二极管作为百位显示，两只 LED 作为十位与各位作为十位与各位 显示，即最大显示数字为显示，即最大显示数字为 199。数字显示器显示的数字。数字显示器显示的数字 应当清晰应当清晰， 显示周期的长短要合适显示周期的长短要合适， （应大于人眼的滞留应大于人眼的滞留 时间时间 0.1S)。 （3）设）设 B、C、E 三个插孔，当被测二极管插入时，打开电源三个插孔，当被测二极管插入时，打开电源， 显示器即显示该二极管的显示器即显示该二极管的值值 (4)测量电路误差绝对值不超过1+5N/100 (5)5)限定使用的主要元器件 通用型集成运放 LM324 高阻型集成运放 LF351
4、通用型集成电压比较器 LM311 集成定时器 NE555 2/5 十进制计数器 74LS90 BCD七段译码器 74LS47 4 双 D 上升沿触发器 74LS74 四 2 输入与非门 CC4011 共阳极 LED 七段数码管 二二 逻辑框图设计逻辑框图设计 VX 转换电路转换电路 压控振荡器压控振荡器 10进制计进制计 数器数器 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进制计进制计 数器数器 1位锁存器位锁存器 清零信号产生清零信号产生 电路电路 七段译码器七段译码器七段译码器七段译码器 2017-03-31 三三 逻辑电路的设计及参数计算逻辑电路的设
5、计及参数计算 值测量的值测量的方框图方框图 5 1 1- -Vx 转换电路转换电路 Vx=I Ib bR R2 2 三极管的集电极后面应加一个电流到电压的转换电路从而构三极管的集电极后面应加一个电流到电压的转换电路从而构 成成电压并联负反馈，如下电路图：电压并联负反馈，如下电路图： 324 c b e -15V 5.1k R3 4.7kR1 1.5M Vx 由由最大值最大值(199)时有：时有：Vx（max）=13V； 根据运放两输入端的外接等效电阻应尽量相等的原则，根据运放两输入端的外接等效电阻应尽量相等的原则，R3 略小略小 于于 R2。 (2) 压控振荡器压控振荡器 R2 6 相关参数计
6、算：相关参数计算： fx 与 Vx 的关系 设积分器的负向积分时间常数远远大于正向积分时间 常数，即设 R / 4（通常取 R / 4100R9）则这个压控振荡器的震荡 周期就近似等于上图中积分器的负向积分时间 t1，即近似等 于积分器的输出电压 a V 由 am V 下降到- am V所要的时间 t1。 因为 a V=- 1 1 C dt R V t X 0 4 + am V=- 1 4C R VX + am V 当 t= 1 t时， a V=- am V，即有 - am V=- 1 4C R VX + am V，所以 1 t=2 4 R 1 C X am V V 式中的 am V是积分器输
7、出电压 a V的峰值，在 a V=- am V时，比较器 的状态发生变化这时比较器同相输入端的电位 V=0,即 7 V= 76 7 RR VR am + 76 16 RR VR m ,因此 am V= m V R R 1 7 6 将代入式得 1 t=2 4 R 1 C 7 6 R R X m V V1 故此压控振荡器的震荡周期为 X T= 1 t+ 2 t= 1 t=2 4 R 1 C 7 6 R R X m V V1 振荡频率为 x f= X T 1 = x f= X T 1 = 1 4 2 1 CR m VR VxR 16 7 可见 x f与 X V成正比，由于 X V= B I 2 R所
8、以 x f与成正比。 考虑 Vam 应比 V1m 小些， 按 V6/V70.7， 取 R6=15K， R7=24K， 根据运放输入段与外接等效电阻应尽量相等，取 R8=10K。 相关问题讨论相关问题讨论: 积分器、电压比较器可否都用积分器、电压比较器可否都用 324？优缺点？优缺点？ 351高阻型；高阻型； 311专用电压比较器（转换速度快）专用电压比较器（转换速度快） 积分器中的积分器中的 D1 起什么作用？为什么要起什么作用？为什么要 / 4 9RR ? 为使正向积分与负向积分的回路不同、时间不同。为能实现为使正向积分与负向积分的回路不同、时间不同。为能实现 压控振荡，并忽略正向积分时间。
9、压控振荡，并忽略正向积分时间。 -VX转换电路的输出电压极性与转换电路的输出电压极性与 VP - VX转换电路的异同转换电路的异同 点，积分电路的异同。点，积分电路的异同。 Vx 的极性不同，故积分电路中的极性不同，故积分电路中 D1 极性接法不同。极性接法不同。 8 (3)计数时间产生电路计数时间产生电路 要求要求 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 Tc1s；取；取 0.5s 电路电路 2017-03-318 2017-03-318 9 1） 、显示时间：、显示时间：td=(R12+R11)C2ln2=0.5S 计数时间：计
10、数时间：tc=R12C2ln2=30ms 取取 C2=0.33 F 得得 R12=130k 、R11=2M 2） 、在计数时间、在计数时间 TC内，计数器记录的脉冲个数内，计数器记录的脉冲个数 N 为 为 N=Tc/Tx=Tc*fx=Tc 1 4 2 1 CR m VR VxR 16 7 又有 X V = C I = B I R2 N= X C T T = X m VR VR CR CR 7 16 2 4 212 2 2ln 根 10 据显示的设计要求，由前面知： 12 R=130K, 2 C=0.33uF, 6 R=15K, 7 R=24K, m V1=13V, 2 R=5.1K, 1 C=
11、330 p,则只需调整使得等于，那么数码管的显示值就为 值。因此用电位器 Rw 串联代替 R4。这就是电路的数显式原理。 根据运放两输入端等效电阻尽量相等原则，取 R5=300K 考虑 功能和成本，选 LF351（高阻型运放）与 LM311（通用性电压比较 器） ）计数时间与压控振荡器的输出相与计数时间与压控振荡器的输出相与（经与非门和反相器经与非门和反相器）的的 结果是什么？结果是什么？ 11 (4)计数、译码、显示电路：计数、译码、显示电路： 74LS90 的清的清 0 信号为正脉冲，且必须产生在计数时信号为正脉冲，且必须产生在计数时间间 V2（高电平）上升沿到来的时刻。（高电平）上升沿到
12、来的时刻。 清清 0 信号的宽度信号的宽度tW00.7R13C4 其其tW0选择的原则为选择的原则为: a.应远大于应远大于 74LS90 的清的清 0 信号的延迟时间信号的延迟时间(40ns); b.应远小于计数脉冲的最小周期应远小于计数脉冲的最小周期 Tmin （由计数时间由计数时间 TC/99 决定决定 ）即：）即：0.4s0.7R13C40.4S; Two应远远小于计数脉冲最小周期 Txmin Txmin=30ms/199=150S 因此 0.4S0.7R13C4150S，取 C4=470P，R13=56K 13 四、实验过程中遇到的问题：四、实验过程中遇到的问题： 1：在电路设计过程
13、中要统筹规划在电路设计过程中要统筹规划，在给定得器材范围内合在给定得器材范围内合 理选取。理选取。 2：电路设计过程中要仔细分析各个器件的参数及使用说明电路设计过程中要仔细分析各个器件的参数及使用说明， 以防在安装调试过程中出现烧毁器件的情况。以防在安装调试过程中出现烧毁器件的情况。 3：安装调试过程中先要合理规划电路的分布及布局，注意：安装调试过程中先要合理规划电路的分布及布局，注意 电路的美以及观安装的简洁。电路的美以及观安装的简洁。 4：注意要团队协作，明确分工，从而集思广益达从而到人：注意要团队协作，明确分工，从而集思广益达从而到人 员及器件的合理配置。员及器件的合理配置。 5：安装过
14、程中要严格对照各种器件的参数说明，不可带电：安装过程中要严格对照各种器件的参数说明，不可带电 操作。操作。 五五 印刷线路板设计印刷线路板设计 要求：要求： 1.需要研究电路中的元器件的排列，确定元器件在印刷线 路板上的最佳位置。根据元器件的数量、大小和合理排列来 计算所需要电路板的面积。 2.元器件必须安排在同一面上，称作元件面或正面，正面 用红色线（元件面，横线为主） ，反面用蓝色线（连线面， 14 竖线为主） ，连接双面连线的金属化孔应用蓝色线。 3.一般线宽取 1.0-1.5mm 左右，相邻两条线之间的间距不 小于线宽。电源线与地线尽可能取得宽一些，以减少线上的 压降，提高可靠性。 4
15、.印刷电路图和实际印刷电路板的比例为 2：1。 5.坐标纸大小为 31cm*23cm 的，周边留宽 5-10mm，芯片跨 度 15mm，芯片管脚间距 5mm，电位器两管脚间距 5mm，金属 化孔内孔径取.mm，外孔径取.mm。 印刷图：详图见附录印刷图：详图见附录 六六 体会及建议体会及建议 （）体会（）体会 在此次试验设计中我们经历了由给定的设计任务书在此次试验设计中我们经历了由给定的设计任务书查查 资料资料、选方案选方案 框图设计框图设计，选择元器件选择元器件 单元电路和整体单元电路和整体 电路设计电路设计安装调试安装调试印刷电路板图设计印刷电路板图设计、绘制绘制写总结报写总结报 告的全过
16、程告的全过程。通过这个过程中发现问题及解决问题我通过这个过程中发现问题及解决问题我进一步进一步 15 巩固了所学理论知识巩固了所学理论知识，并所学把理论应用于实践并所学把理论应用于实践，增强自己增强自己 的动手能力的动手能力，并且实验中在与同组同学的交流以及相互解决并且实验中在与同组同学的交流以及相互解决 问题的过程中我们不仅在自己原有的思维上有了新的突破问题的过程中我们不仅在自己原有的思维上有了新的突破， 而且增强了我们自身的团队协作意识而且增强了我们自身的团队协作意识，让我们受益匪浅让我们受益匪浅。然然 而最重要的莫过于增强了我做事情的耐心而最重要的莫过于增强了我做事情的耐心，忽然觉得做电路忽然觉得做电路 的人真的很伟大的人真的很伟大，没有比这更需要耐心的了没有比这更需要耐心的了，只有把心好好只有把心好好 的静下来才能很好地把电路这门极需要耐心的工作做好的静下来才能很好地把电路这门极需要耐心的工作做好，比
