β數(shù)顯式測(cè)量電路的設(shè)計(jì)安裝與調(diào)試

1、北京化工大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 自動(dòng)化專業(yè) 課程設(shè)計(jì)題目：數(shù)顯式測(cè)量電路的設(shè)計(jì)、安裝與調(diào)試班級(jí)： 學(xué)號(hào)：姓名：同組人：指導(dǎo)老師： 2013年9月目錄一、課程設(shè)計(jì)的任務(wù)及基本要求二、邏輯框圖設(shè)計(jì)三、邏輯電路的設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算四、安裝調(diào)試步驟及遇到的問(wèn)題五、印刷線路板設(shè)計(jì)六、體會(huì)及建議七、參考文獻(xiàn)八、附錄（元件使用說(shuō)明）9、 附圖（框圖 邏輯圖 印刷線路板圖）1、 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)及基本要求本課題要求設(shè)計(jì)一個(gè)“三極管值得數(shù)顯式測(cè)量電路”。即可以直觀的看出三極管的值。、具體任務(wù)和要求1 可測(cè)量NPN硅三極管的直流電流放大系數(shù)<199，測(cè)試條件為 IB=10uA。允許誤差±2%。14V&l

2、t;VCE<16V，且對(duì)不同值的三極管，VCE的值基本不變。2 該測(cè)量電路制作好以后，在測(cè)試過(guò)程中不需要進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)，便可自動(dòng)滿足以上測(cè)試條件。3 用兩只LED數(shù)碼管和一只發(fā)光二極管構(gòu)成數(shù)字顯示器。發(fā)光二極管用來(lái)顯示最高位，它的亮狀態(tài)和暗狀態(tài)分別用來(lái)代表1和0。兩只數(shù)碼管分別用來(lái)顯示十位和各位，即數(shù)字顯示器可顯示不超過(guò)199的正整數(shù)和0.4 測(cè)量電路設(shè)有測(cè)三極管的三個(gè)插孔，分別標(biāo)上E、B、C。當(dāng)被測(cè)三極管的發(fā)射極，基極和集電極分別插入E、B和C插孔時(shí)，連通電源后，數(shù)字顯示器就會(huì)自動(dòng)顯示出被測(cè)三極管的值，響應(yīng)時(shí)間不超過(guò)2秒鐘。5 在溫度不變的條件下，本測(cè)量電路的誤差之絕對(duì)值不超0.05N+

3、1.這里的N是數(shù)字顯示器的讀數(shù)。6 數(shù)字顯示器顯示的數(shù)字應(yīng)當(dāng)清晰，而且顯示周期的長(zhǎng)短要合理。例如，=24.5時(shí)，個(gè)位數(shù)碼管可能交替顯示4和5.在這種情況下，如果顯示周期太短（例如：0.01S），由于人的眼睛的滯留效應(yīng)（滯留時(shí)間大約為0.1S），就不能清楚地看到4和5這兩個(gè)數(shù)字，反而看起來(lái)像9，他是4和5疊加的結(jié)果（對(duì)于LED七段數(shù)碼管而言）。顯然，不允許出現(xiàn)這種現(xiàn)象。、限定使用的主要元器件通用型集成運(yùn)放LM324高阻型集成運(yùn)放LF351通用型集成運(yùn)放LM311集成定時(shí)器NE5552/5十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS90BCD七段譯碼器74LS47雙D上升沿觸發(fā)器74LS74六施密特反相器74LS14四2

4、輸入與非門CC4011共陽(yáng)極LED七段數(shù)碼管二、邏輯框架圖三 、邏輯電路的設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算要求對(duì)不同的，不變，故集電極不接任何電阻。根據(jù)運(yùn)放LM324反相輸入端虛地以及IB=10A的條件，則R1=1.5M。R1=（15-0.7）V/10A運(yùn)放LM324和R2、R3構(gòu)成的電壓并聯(lián)負(fù)反饋使 ，所以取為運(yùn)放電路的輸入電流。由圖不難看出，由于運(yùn)放虛地條件以及它不取電流，并且=，所以=R2，當(dāng)為最大值(199) 時(shí)=13V確定R，則R=6.5K。所以取R=5. 1K。2壓控振蕩器反相積分器 同相遲滯比較器注意：（1） 積分器用351高阻型放大器，積分效果好。電壓比較器用專用電壓比較器，轉(zhuǎn)換速度快。（2）

5、積分器中D1使正向積分與負(fù)向積分的回路不同、時(shí)間不同。上圖的D1應(yīng)反方向向左，原因是其與夾斷電壓的設(shè)計(jì)不同，這里VX極性為正。（3） R9<<R4是為能實(shí)現(xiàn)壓控振蕩，并忽略正向積分時(shí)間。后接43k電阻是為了把方波峰值調(diào)低，使其圖形規(guī)整。工作原理及波形 設(shè)比較器的輸出高電平V1=13V(因?yàn)殡娫措妷簽?5V故最大輸出電壓的近似值為13V)，則二極管D1截止。但由于輸出為高電平，所以對(duì)進(jìn)行負(fù)向積分，隨時(shí)間呈線性遞減，當(dāng)減到一定程度（負(fù)值），使比較器同相輸入電壓略低于0V，它的輸出即翻轉(zhuǎn)為低電平，即由=13V翻轉(zhuǎn)為=13V。當(dāng)翻轉(zhuǎn)為13V時(shí)，二極管D1則由截止變?yōu)閷?dǎo)通，積分器除了因?yàn)檎?/p>

6、要繼續(xù)作負(fù)向積分外，還要因?yàn)樨?fù)值做正向積分，但因負(fù)向積分時(shí)間常數(shù)=遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于正向積分時(shí)間常數(shù)=，故總的效果是做正向積分，隨時(shí)間呈線性增大。如圖所示，當(dāng)增大到一定程度（正值）時(shí)，使比較器同相輸入端的電位略高于0時(shí)，它的輸出即翻轉(zhuǎn)為高電平，即將由-13V翻轉(zhuǎn)為+13V。當(dāng)翻轉(zhuǎn)為+13V時(shí)，二極管由導(dǎo)通變?yōu)榻刂?。積分器又做負(fù)向積分。如此周而復(fù)始，產(chǎn)生振蕩。fx與Vx的關(guān)系設(shè)積分器的負(fù)向積分時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于正向積分時(shí)間常數(shù)，即設(shè)R/4（通常取R/4>100R9）則這個(gè)壓控振蕩器的震蕩周期就近似等于上圖中積分器的負(fù)向積分時(shí)間t1，即近似等于積分器的輸出電壓由下降到-所要的時(shí)間t1。因?yàn)?-+=-+當(dāng)

7、t=時(shí)，=-，即有-=-+， 所以=2 式中的是積分器輸出電壓的峰值，在=-時(shí)，比較器的狀態(tài)發(fā)生變化這時(shí)比較器同相輸入端的電位=0,即=+,因此 = 將代入式得 =2故此壓控振蕩器的震蕩周期為 =+=2振蕩頻率為 =·可見與成正比，由于=··所以與成正比?？紤]Vam應(yīng)比V1m小些，按V6/V7<0.7，取R6=15K，R7=24K，根據(jù)運(yùn)放輸入段與外接等效電阻應(yīng)盡量相等，取R8=10K。3計(jì)數(shù)時(shí)間產(chǎn)生電路如圖所示，它是以定時(shí)器555為主構(gòu)成的矩形波發(fā)生器，各有關(guān)點(diǎn)的波形如圖所示。計(jì)數(shù)時(shí)間與壓控振蕩器的輸出相與（經(jīng)與非門和反相器） 圖中所標(biāo)注的時(shí)間實(shí)際上就是圖

8、中電容兩端的電壓Vc2由2/3放電到1/3所需時(shí)間這個(gè)時(shí)間可由式=ln2求出.而顯示時(shí)間可由式=()ln2求出.若取Tc=30ms，Td=0.5S，C2=0.33F，可取R11=2M（1.8M），R12=130K（110K）。C3起濾波作用，取C3=0.022F。 這里主要是選定積分電路的有關(guān)系數(shù)，在計(jì)數(shù)時(shí)間內(nèi)送給計(jì)數(shù)器的脈沖個(gè)數(shù)N是與壓控振蕩器的震蕩周期之比，即N=前已給出，所以N= 根據(jù)顯示的設(shè)計(jì)要求，所以如果設(shè)三極管的=100，那么振蕩器送出的脈沖數(shù)N就應(yīng)為100（N=）再考慮=··，=130K,=0.33uF,=15K,=24K,=13V,=5.1K,并取=330p

9、,則=。取R4=180K與330K的電位器Rw串聯(lián)代替R4。根據(jù)運(yùn)放兩輸入端等效電阻盡量相等原則，取R5=300K考慮功能和成本，選LF351（高阻型運(yùn)放）與LM311（通用性電壓比較器）。4. 計(jì)數(shù)，譯碼，顯示電路 計(jì)數(shù)選擇74LS90，包含一個(gè)二進(jìn)制和五進(jìn)制計(jì)數(shù)器，將前者輸出端QA與后者輸入端CPB相連構(gòu)成十進(jìn)制BCD碼計(jì)數(shù)器，要正常計(jì)數(shù)需置9端接地，置0端接清零信號(hào)。（計(jì)數(shù)器與譯碼器，譯碼器與數(shù)顯管間連接見整體電路圖）5.清零信號(hào)電路清零信號(hào)寬度two近似0.7R13C4清零信號(hào)不能太窄，因此考慮two>0.4s;Two應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于計(jì)數(shù)脈沖最小周期TxminT xmin=30ms/1

10、99=150S因此0.4S<0.7R13C4<150S，取C4=470P，R13=56K.邏輯電路圖：4、 調(diào)試步驟及遇到的問(wèn)題我們這組在安裝調(diào)試的過(guò)程中，沒有遇到太大的障礙，基本算是圓中滿完成任務(wù)。但安裝調(diào)試的過(guò)程中，還是遇到了幾個(gè)小問(wèn)題。1、 面包板元件的布局和原來(lái)自己設(shè)計(jì)的印刷版電路布局有點(diǎn)出入，不能做到照?qǐng)D連線，而是邊摸索，邊連線，導(dǎo)致進(jìn)度不是很快。2、 反反復(fù)復(fù)地找合適的電阻，影響效率。后來(lái)通過(guò)和其他小組的討論，我們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)好方法，就是在相應(yīng)的位置插上電阻、電容，用到哪個(gè)拿哪個(gè)，大大提高了效率和準(zhǔn)確率。3、 由于布局不是很合理，導(dǎo)致有些線不得不重疊，影響美觀。4、 電源

11、接口接觸不良，導(dǎo)致示數(shù)閃爍。5、 印制電路板設(shè)計(jì)1. 印刷電路板的基本要求(1) 雙面板: 正面用紅色線(元件面，橫線為主) 反面用藍(lán)色線(連線面，豎線為主) 金屬化孔用藍(lán)色 (2) 走線原則: 線條橫平豎直,同面線不能交叉 線條盡量少 每個(gè)芯片下橫向最多走三條線 芯片相鄰管腳之間不能走線 每個(gè)金屬化孔只能插入一個(gè)元件管腳2、 其他要求 （1）坐標(biāo)紙大小: 31cm × 23cm（2）比例尺: 2 : 1 （3）周邊留寬: 5 10 mm （4）線寬: 1 mm (200mA/mm)（5）電源和地線: 加寬（6）芯片跨度: 7.5mm （7）芯片管腳間距:2.5mm （8）金屬化孔:

12、 內(nèi)徑0.8mm 外徑1.5mm （9）電位器: 兩腳間距5mm （10）電阻、電容跨度463、印刷電路板的注意事項(xiàng)(1) 元器件布位合理:應(yīng)考慮尺寸、重量、電器上的相互關(guān)系，以及散熱等。(2) 元器件一律安裝在正面，反面焊接。集成芯片同方向排列，標(biāo)注型號(hào)，畫出引腳焊盤；分立元件畫出符號(hào)；數(shù)碼管不裝，但要畫出限流電阻和引線焊點(diǎn)（直徑1.5）。(3) 用兩種顏色線表示雙面走線，每種走線以一種走向?yàn)橹?，不得走斜線或交叉，拐彎處畫小圓角。 (4) 芯片中間可走23根線，管腳中間不可走線。(5) 相鄰連線的間距不小于1。(6) 電源線和地應(yīng)有引出端。（地線應(yīng)采用多點(diǎn)接地法，不要串接）。(7) 引腳焊盤

13、在反面，一個(gè)焊盤上只準(zhǔn)焊一個(gè)引腳。 4. 數(shù)顯式測(cè)量電路印刷線路板（手畫版）參見另外附圖。六、建議及體會(huì) 體會(huì)：通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我終于可以親自把理論知識(shí)和實(shí)際操作結(jié)合起來(lái)。明白了理論與實(shí)踐的關(guān)系，理論是實(shí)踐的基礎(chǔ)，為實(shí)踐服務(wù)；實(shí)踐是理論的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。良好的操作習(xí)慣，細(xì)心、連貫的思維是實(shí)驗(yàn)成功的保障；信任隊(duì)友，團(tuán)結(jié)協(xié)作，才能更好更快的完成任務(wù)。建議：理論知識(shí)講解不到位，時(shí)間跨度長(zhǎng)了，有些知識(shí)遺忘； 應(yīng)該多設(shè)這樣的課程設(shè)計(jì)，提高學(xué)生的動(dòng)手能力。七、參考文獻(xiàn)一、 電子技術(shù)基礎(chǔ)（康華光主編）二、 集成電路原理及應(yīng)用（錢為康編）三、 電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)（孫梅生等編）四、 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指南（張誠(chéng)慶、

14、楊麗華編）八、附錄（元件使用說(shuō)明)1、通用型集成運(yùn)放LM324管腳圖如附圖8-1所示。LM324內(nèi)有四個(gè)結(jié)構(gòu)相同，互相獨(dú)立的運(yùn)放。運(yùn)放內(nèi)部已有頻率補(bǔ)償電路，應(yīng)用時(shí)可不用外接補(bǔ)償電容。LM324用雙電源工作，但也能單電源使用，其電壓范圍為330V，并具有很低的靜態(tài)功耗，當(dāng)電源電壓為5V時(shí)，其非線形應(yīng)用的輸出電平可和TTL 器件相容。圖8-12高阻型集成運(yùn)放LF351 管腳圖如附圖8-2所示LF351具有很高的輸入電阻，特別適用于各種運(yùn)算電路。一般工作時(shí)采用?15v電源，它的輸出級(jí)有過(guò)流保護(hù)電路，因而輸出對(duì)地短路也不會(huì)損壞器件，但使用中應(yīng)盡量防止發(fā)生短路，當(dāng)需要調(diào)零時(shí)，可把電位器動(dòng)端連負(fù)電流，兩個(gè)

15、固定端分別與調(diào)零端相連。圖8-23、通用型集成電壓比較器LM311管腳圖如附圖8-3所示LM311具有較低的偏置電流和失調(diào)電流，用它構(gòu)成的電壓比較器其影響速度比用一般運(yùn)放組成的電壓比較器快，可用單電源供電，例如+15v，也可用雙電源供電，例如?15v。圖8-34、集成定時(shí)器NE555管腳圖如附圖8-4所示NE555是一種模擬、數(shù)字混合式定時(shí)器集成電路，外接適當(dāng)?shù)碾娮韬碗娙菥湍軜?gòu)成多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，用555定時(shí)器組成的多諧振蕩器，振蕩頻率比較穩(wěn)定。為便于頻率調(diào)整，可外接電位器。圖8-45. 六施密特反相器74LS14 管腳圖如附圖8-5所示圖8-56. 四2輸入與非門CC4

16、011管腳圖如附圖8-6所示圖8-67. 雙D上升沿觸發(fā)器74LS74管腳圖如附圖8-7所示74LS74是具有直接置位端和復(fù)位端的雙D觸發(fā)器。邏輯功能如表3-1所示。表中的“ ”表示時(shí)鐘CP的上升沿觸發(fā)，帶“*”的狀態(tài)是不穩(wěn)定的。圖8-7表8-1 74LS74邏輯功能表輸入輸出預(yù)置清除時(shí)鐘CPSDQLHXXHLHLXXLHLLXHHHHLHHLXLHHHLX8. 十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS90管腳如附圖8-8所示74LS90內(nèi)部含有一個(gè)二進(jìn)制計(jì)數(shù)和一位五進(jìn)制計(jì)數(shù)器。當(dāng)計(jì)數(shù)脈沖由輸入， QA與相連時(shí)就構(gòu)成BCD計(jì)數(shù)器。當(dāng)計(jì)數(shù)脈沖由輸入，QD與相連時(shí)，可完成五二進(jìn)制時(shí)序，在輸出端QA可得到一個(gè)占空比為5

17、0%的十分頻方波。另外，除計(jì)數(shù)輸入和為下降沿作用外，置0端和，置9端和都是高電平起作用，因此在使用中不要將它們隨意懸空。圖8-8表8-2 74LS90復(fù)位計(jì)數(shù)功能表復(fù)位輸入端輸入端 HHLXLLLLHHXLLLLLXXHHHLLHXLXL計(jì)數(shù)LXLX計(jì)數(shù)XLLX計(jì)數(shù)9、BCD七段譯碼器74LS47管腳如附圖8-9所示圖中D、C、B、A為輸入的8421BCD碼，為七段輸出。圖8-974LS 47的邏輯功能如表所示，關(guān)于此表說(shuō)明一下幾點(diǎn)十進(jìn)制或功能輸入端說(shuō)明DCBA0123456789101112131415HHHHHHHHHHHHHHHHHXXXXXXXXXXXXXXXLLLLLLLLHHHHH

18、HHHLLLLHHHHLLLLHHHHLLHHLLHHLLHHLLHHLHLHLHLHLHLHLHLHHHHHHHHHHHHHHHHHLHLLHLHLLLHHHLHHLLLLLHHLLLHHLHHHLLHLLLLLLLHLHHHHLHLLHLLHLHLLHLLHLHLHHHLHLHLHHHLHLHHHLLLHLLHHLLLHHHLLLLLHLLLLLLLH消隱XXXXXXLHHHHHHH串行消隱HLLLLLLHHHHHHH燈測(cè)試LXXXXXHLLLLLLL表中015項(xiàng)為正常譯碼輸出，其條件是燈測(cè)試端，消隱輸入端都接高電平或者懸空，串行消隱輸入端至少在輸入為低電平時(shí)是高電平。正常譯碼輸出時(shí)，可驅(qū)動(dòng)共陽(yáng)極LED數(shù)碼管顯示的015共16個(gè)字形。消隱：當(dāng)直接加低電平到消隱輸入端時(shí),均為高電平，此時(shí)數(shù)碼管呈暗狀態(tài)。串行消隱：74LS74的管腳4既可作為輸入端,也可作為輸出端。當(dāng)管腳3為高電平，管腳5為低電平時(shí)，對(duì)于低電平輸入信號(hào)，數(shù)碼管呈暗狀態(tài)，同時(shí)輸出變?yōu)榈碗娖剑粲眠B下級(jí)的管腳5，則下級(jí)的數(shù)碼管在該級(jí)輸入為低電平時(shí)也呈暗狀態(tài)。依此類推，可實(shí)現(xiàn)不顯示