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1、邵阳学院课程设计（论文）任务书年级专业 学生姓名 学 号题目名称 采用外差原理设计频谱分析仪 设计时间2011 年 12 月 12 日2011 年 12 月 23 日课程名称 电气测量技术 课程编号 121201202 设计地点智能仪器与开发实验室（314）/创新实验室（214）一、课程设计（论文）目的课程设计是在校学生素质教育的重要环节，是理论与实践相结合的桥梁和纽带。电气测量技术课程设计，要求学生更多的完成软硬结合的动手实践方案，解决目前学生课程设计过程中普遍存在的缺乏动手能力的现象. 电气测量技术课程设计 是继电子技术、和单片机原理与应用课程之后开出的实践环节课程，其目的和任务是训练学生
2、综合运用已学课程电气测量技术的基本知识，独立进行电气测量的应用技术和开发工作,掌握电气测量技术的应用、调试和电路设计、分析及调试检测。二、已知技术参数和条件（1）频率测量范围为 10MHz30MHz；（2）频率分辨力为 10kHz，输入信号电压有效值为 20mV5mV，输入阻抗为 50；（3）可设置中心频率和扫频宽度；（4）借助示波器显示被测信号的频谱图，并在示波器上标出间隔为 1MHz 的频标。三任务和要求设计一个频谱分析仪，参考图如下注：1此表由指导教师填写，经系、教研室审批，指导教师、学生签字后生效；2此表 1 式 3 份，学生、指导教师、教研室各 1 份。四、参考资料和现有基础条件（包
3、括实验室、主要仪器设备等）智能仪器与开发实验室（314）/创新实验室（214）陈立周编 电气测量第三版，机械工业出版，2008，2申忠如 等编著电气测量技术，科学出版社，2009，1。五、进度安排2011 年 12 月 12 日-13 日：收集和课程设计有关的资料，熟悉课题任务和要求2011 年 12 月 14 日-15 日：总体方案设计2011 年 12 月 16 日-17 日：硬件电路设计2011 年 12 月 18 日-19 日：软件设计2011 年 12 月 20 日-21 日：系统调试改进2011 年 12 月 22 日：整理书写设计说明书2011 年 12 月 23 日：答辩并考核
4、六、教研室审批意见教研室主任（签字）： 年 月 日七|、主管教学主任意见主管主任（签字）： 年 月 日八、备注指导教师（签名）： 学生（签名）：目 录摘 要 .1 绪论 .11.1 课题研究的意义 .11.2 设计任务与要求分析 .12 三位半数字交流电流表的总体系统的设计 .22.1 系统机构总框架 .22.2 各模块的方案论证与选择 .22.2.1 电流/电压转换模块 .22.2.2 交流/直流转换模块 .32.2.3 A/D 转换模块 .32.3 电路的工作原理 .43 三位半数字交流电流表硬件设计 .53.1 电流互感器的介绍 .53.1.1 电流互感器的作用 .53.1.2 电流互感
5、器的分类 .63.1.3 电流互感器的使用方法 .63.2 AD736 的介绍 .63.3 ICL7106 的介绍 .73.3.1 ICL7106 工作原理 .83.3.2 ICL7107 的管脚排列 .83.4 数码管显示电路 .94 proteus 的简介 .104.1 proteus 介绍 .104.2 仿真分析 .115 心得体会 .12参考文献 .13摘 要数字交流电流表随着电子技术的发展，在电子行业所需的测量高精度的交流电流的需要，它逐渐成为一种必不可少的测量仪器。在电量的测量中，电压、电流和频率是最基本的三个被测量，其中电流量的测量最为经常。本文介绍了其中的 ICL7106 转换
6、器的基本功能及外围元件参数，并以此设计了一个三位半的数字交流电流表，利用感应将测量的电流转换为电压信号，再将模拟信号经 A/D 采集转换成数字信号，以十进制数码形式将测量电流显示。关键词：交流电流；ICL7106；A/D 采样。1 绪论1.1 课题研究的意义此次我们所做的课程设计是基于数字电子技术和模拟电子技术的一个基础的电子产品。我们对自己的设计作品从不通的方向及角度分析了由电压/电流转换器、交流/直流转换器、A/D 转换器组成的数字交流电流表的设计过程及各部分电路的组成及其原理，并且分析了数模转换进而使系统运行起来的原理及方法。只有通过自身实践才能提高自己的动手能力，也只有亲历亲为才能够真
7、正的收获并掌握到已经学过的知识，而且在设计的过程中也能学到不少的新的未曾接触过的新知识。其实也为建立节约成本的意识有些帮助，我们并没有采用单片机模块，而是直接采用 A/D 转换，而是直接采用一块带显示译码并带A/D 转换的芯片，相对于单片机有成本上的优势，但是这种方法也同样存在着不少的缺点，这里简单的例举一些，我们发现了以下几个问题：仿真发现所得的精度、位数、速度、还有功耗等具有明显的不足之处，这些是值得我们思考和改进的。这些也算是我们在设计的过程中所收获的认识。1.2 设计任务与要求分析本题要求设计一个三位半的数字交流电流表，三位半是指个位、十位、百位的范围为 09，而千位只有 0 和 1
8、两个状态，称为半位。因而数字交流电流表测量范围为 00011999。数字交流电流表主要部分是 A/D 转换器，显示方法采用数码管直接接收 A/D 芯片的数字信号，而不采用动态扫描，采用这种方式较为省电。任务与要求：（1）要求能测量 020A 交流电流。（2）利用 ICL7106完成模拟输入到数字输出的转换。并利用 LCD 进行显示。（3）自行绘制原理框图，并实现各部分的功能，完成单元电路设计、参数计算和器件选择。2 三位半数字交流电流表的总体设计方案2.1 系统机构总框架图 2.1 系统总框图2.2 各模块的方案论证与选择2.2.1 电流/电压转换模块由于本次所测为020A的较大电流，为保证设
9、备安全与测量准确，必须将大电流转换为较小的电流信号才能进行采样，电流/电压转换有以下两种方案：方案一：电磁式变压器是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线圈、次级线圈和铁心（磁芯）。一个线圈作为输入端口，接入电源信号后形成一个回路，称为一次回路；另一个线圈作为输出端口，接入负载后形成另一个回路，称为二次侧回路。可以很方便的通过改变两个线圈匝数比来改变两侧电流比，但由于电磁式变压器的体积大，损耗也大，作为电流表的元器件不合适，所以此方法不可取。方案二：电子式电流互感器一般采用罗哥夫斯基线圈，电子式电流互感器二次部分采用新型的电子元器件，并采用先进的电磁兼容设计，相较传统的电流、
10、电压互感器，电子式电流互感器具有不含铁芯、没有磁饱和、频带宽、动态测量范围大、测量准确度高、测量保护范围内完全线性、传输性能好等优点，且体积小、重量轻。结论：基于电子式电流互感器体积小，重量轻，损耗小等优点，所以本次设计采用方案二。2.2.2 交流/直流转换模块本电流表为电流有效值测量电表，为实现准确测量交流电流信号，本模块有以下两种方案可供选择：方案一：AD736是单片精密真有效值 AC/DC转换器，可以用于将各种波形的交流电压转换为直流电压。其主要特点有灵敏性好（满量程为200mVRMS）、测量速率快、准确度高、频率特性好（工作频率范围可达0460kHz）、功耗低等。用它来完成交流转直流，
11、电路设计也较简单和可行，而且考虑到其现实意义的价格适宜，测量误差不超过3%。方案二：采用二极管整流滤波电路，整流电路用来将交流电压变换为单向脉动的直流电压，滤波电路用来滤除整流后单向脉动电压中的交流成分，使之成为平滑的直流电压。但此种电路变换出来的直流有很多的脉动电压成分，很不稳定。并且电路结构复杂。结论：经以上论证，AD736 具有转换精度高，灵敏性好，电路简单等优点。所以本次设计采用方案一。2.2.3 A/D转换模块本次所测电流信号为模拟信号，为实现方便精确的测量信号，必须将模拟信号转换为数字信号，再将数字信号用十进制显示出来，便于观察记录，本模块有以下两种方案可供选择：方案一：ADC08
12、09是一个 8通道，8位逐次逼近式 A/D模数转换器。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。用它来采样转换后的直流电压，可迅速的将模拟信号转换为数字信号，然后再采用AT8051 单片机将八进制的数字量处理成十进制，并驱动七段数码管进行显示。此方法较为常用，但电路结构较复杂。方案二：ICL7106是高性能、低功耗的三位半A/D转换器电路。它包含有七段译码器、显示驱动器、参考源和时钟系统。是一种将高精度、通用性和真正的低成本很好的结合在一起的高级芯片。用它实现A/D转换，并实现三位半的数字显示，是一种很好的选择。结论：经以上论证，由于本次设计的要求为三位半显示数字交流电流表，而ICL7106正好同时具有A/D转换功能，又有三位半显示电路。实现功能电路简单，所以本次采用方案二。2.3 电路的工作原理本电子产品主要由四个步骤组成，首先是用将交流输入 020A 电流经电流转换器转后输出 020mA 交流电流，并通过电阻将电流转换成
