數(shù)顯式測量電路設(shè)計_2015

1、概述概述課程設(shè)計的總過程課程設(shè)計的總過程總體電路設(shè)計圖介紹總體電路設(shè)計圖介紹 時間：時間： 2周周 題目：題目： 數(shù)顯式數(shù)顯式 測量電路的設(shè)計測量電路的設(shè)計 教學(xué)安排教學(xué)安排 分四階段：分四階段： 一：框圖和總體電路設(shè)計一：框圖和總體電路設(shè)計3天天 二：安裝調(diào)試二：安裝調(diào)試 2天天三：印刷電路板圖設(shè)計三：印刷電路板圖設(shè)計 2天天四：總結(jié)、答辯四：總結(jié)、答辯.3天天 兩個班交叉進(jìn)行兩個班交叉進(jìn)行評分標(biāo)準(zhǔn)評分標(biāo)準(zhǔn)：安裝調(diào)試安裝調(diào)試 40%;印刷電路板圖設(shè)計印刷電路板圖設(shè)計 30%；總結(jié)報告及答辯總結(jié)報告及答辯 30%。概述概述課程設(shè)計的全過程課程設(shè)計的全過程總體電路設(shè)計圖介紹總體電路設(shè)計圖介紹課程

2、設(shè)計的全過程課程設(shè)計的全過程: : 給定任務(wù)書給定任務(wù)書 查資料查資料 安裝調(diào)試安裝調(diào)試 印刷電路板圖設(shè)計印刷電路板圖設(shè)計. 具體任務(wù)要求具體任務(wù)要求. 使用的主要元器件使用的主要元器件 框圖設(shè)計框圖設(shè)計 總體電路設(shè)計總體電路設(shè)計 . 具體任務(wù)要求具體任務(wù)要求：2. 采用一只發(fā)光二極管、兩只采用一只發(fā)光二極管、兩只LED數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管顯示。 1. 測量測量NPN硅三極管的直流電流放大系數(shù)硅三極管的直流電流放大系數(shù) 199。測試條件：測試條件：1N1005 3. 測量電路誤差絕對值不超過測量電路誤差絕對值不超過 4. 數(shù)顯清晰、穩(wěn)定數(shù)顯清晰、穩(wěn)定顯示時間大于人眼的滯留時間（顯示時間大于人眼的

3、滯留時間（0.1S)。 IB10 A ， 允許誤差允許誤差 2 。 14V VCE 16V ， 對不同對不同值的三極管，值的三極管，VCE基本不變。基本不變。 . 使用的主要元器件使用的主要元器件：1. 選擇器件的因素選擇器件的因素： 考慮性能、價格、貨源、體積等?？紤]性能、價格、貨源、體積等。盡量減少元件類型。盡量減少元件類型。 電阻：電阻： 1M ， 最大不超過最大不超過10 M ，1/4 W, 碳膜電阻碳膜電阻 電容：非電解電容電容：非電解電容 100PF 0.5 F ，考慮頻率、，考慮頻率、 性能穩(wěn)定性、價格，獨石電容性能穩(wěn)定性、價格，獨石電容 通用集成運放通用集成運放 LM324 高

4、阻型集成運放高阻型集成運放 LF351 通用型集成電壓比較器通用型集成電壓比較器 LM311 集成定時器集成定時器 NE555 二五十進(jìn)制計數(shù)器二五十進(jìn)制計數(shù)器 74LS90 BCD七段譯碼器七段譯碼器 CD4511 雙雙D上升沿觸發(fā)器上升沿觸發(fā)器 74LS74 六施密特反相器六施密特反相器 74LS14 四四2輸入與非門輸入與非門 CC4011 共陰極共陰極LED七段數(shù)碼管七段數(shù)碼管 2. 使用的主要集成器件：使用的主要集成器件： 給定任務(wù)書給定任務(wù)書 查資料查資料 安裝調(diào)試安裝調(diào)試 印刷電路板圖設(shè)計印刷電路板圖設(shè)計 框圖設(shè)計框圖設(shè)計 總體電路設(shè)計總體電路設(shè)計課程設(shè)計的全過程課程設(shè)計的全過程

5、: :課設(shè)指導(dǎo)書課設(shè)指導(dǎo)書分四部分分四部分 ： 參考電路參考電路 任務(wù)書任務(wù)書 元件使用說明元件使用說明： 熟悉各芯片功能、使用方法熟悉各芯片功能、使用方法 設(shè)計過程設(shè)計過程：電子電路系統(tǒng)設(shè)計的幾大步驟、方法。：電子電路系統(tǒng)設(shè)計的幾大步驟、方法。 給定任務(wù)書給定任務(wù)書 查資料查資料 安裝調(diào)試安裝調(diào)試 印刷電路板圖設(shè)計印刷電路板圖設(shè)計 框圖設(shè)計框圖設(shè)計 總體電路設(shè)計總體電路設(shè)計課程設(shè)計的全過程課程設(shè)計的全過程: :框圖設(shè)計框圖設(shè)計方案設(shè)計：方案設(shè)計： 定出實現(xiàn)它的整體方案（確定主要功能塊、單元定出實現(xiàn)它的整體方案（確定主要功能塊、單元電路及相互聯(lián)系），并用方框圖表示出來。電路及相互聯(lián)系），并用方

6、框圖表示出來。值測量的值測量的方框圖方框圖 VX轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路壓控振蕩器壓控振蕩器10進(jìn)制進(jìn)制計數(shù)器計數(shù)器被被測測三三極極管管與與門門計數(shù)時間產(chǎn)生電路計數(shù)時間產(chǎn)生電路10進(jìn)制進(jìn)制計數(shù)器計數(shù)器1位鎖存器位鎖存器清零信號產(chǎn)清零信號產(chǎn)生電路生電路七段譯碼器七段譯碼器七段譯碼器七段譯碼器 給定任務(wù)書給定任務(wù)書 查資料查資料 安裝調(diào)試安裝調(diào)試 印刷電路板圖設(shè)計印刷電路板圖設(shè)計 框圖設(shè)計框圖設(shè)計 總體電路設(shè)計總體電路設(shè)計課程設(shè)計的全過程課程設(shè)計的全過程: : VX轉(zhuǎn)換電路；轉(zhuǎn)換電路； VXf 轉(zhuǎn)換電路：壓控振蕩器；轉(zhuǎn)換電路：壓控振蕩器； 計數(shù)時間產(chǎn)生電路；計數(shù)時間產(chǎn)生電路； 計數(shù)、譯碼、顯示電路；計數(shù)、

7、譯碼、顯示電路； 清清0信號產(chǎn)生電路等。信號產(chǎn)生電路等。2. 繪制總體電路圖。繪制總體電路圖。主要單元電路主要單元電路 設(shè)計和參數(shù)計算：設(shè)計和參數(shù)計算： 概述概述課程設(shè)計的總過程課程設(shè)計的總過程總體電路設(shè)計圖介紹總體電路設(shè)計圖介紹值測量的值測量的方框圖方框圖 VX轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路壓控振蕩器壓控振蕩器10進(jìn)制進(jìn)制計數(shù)器計數(shù)器被被測測三三極極管管與與門門計數(shù)時間產(chǎn)生電路計數(shù)時間產(chǎn)生電路10進(jìn)制進(jìn)制計數(shù)器計數(shù)器1位鎖存器位鎖存器清零信號產(chǎn)清零信號產(chǎn)生電路生電路七段譯碼器七段譯碼器七段譯碼器七段譯碼器V1V2V3工作波形圖工作波形圖說明：說明：如果計數(shù)時間遠(yuǎn)小于人眼的滯留時間如果計數(shù)時間遠(yuǎn)小于人眼的滯

8、留時間（0.1S），鎖存器可，鎖存器可以省略；并利用譯碼器的消隱端，使數(shù)碼管在計數(shù)時間內(nèi)為暗狀以省略；并利用譯碼器的消隱端，使數(shù)碼管在計數(shù)時間內(nèi)為暗狀態(tài)，效果更佳。態(tài)，效果更佳。 通常取通常取計數(shù)時間遠(yuǎn)小于計數(shù)時間遠(yuǎn)小于0.1S，顯示時間，顯示時間0.5S。顯示時間顯示時間TCTdV1V2V3清清0信號信號鎖存信號鎖存信號（1）主要單元電路設(shè)計和參數(shù)計算主要單元電路設(shè)計和參數(shù)計算3.3.總體電路設(shè)計總體電路設(shè)計 VX轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路 壓控振蕩器壓控振蕩器 計數(shù)時間產(chǎn)生電路計數(shù)時間產(chǎn)生電路： 計數(shù)、譯碼、顯示電路計數(shù)、譯碼、顯示電路 清零信號產(chǎn)生電路清零信號產(chǎn)生電路（1）固定固定IB，則，則IC

9、 IC = IB 采用固定偏流電路采用固定偏流電路 由由測試條件測試條件：14VVCE16V，且對不同，且對不同 值值， VCE的值基本不的值基本不變。變。 集電極回路中集電極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可選擇合適的可選擇合適的VCC 、Rb。 由由測試條件測試條件：IB=10A，允許誤差，允許誤差2%；注：注：反相放大器反相端反相放大器反相端“虛地虛地”，BJT應(yīng)如何接？應(yīng)如何接？（2）采用運放構(gòu)成的）采用運放構(gòu)成的電壓并聯(lián)負(fù)反饋電壓并聯(lián)負(fù)反饋使使VO IC 取取IC為運放電路的輸入電流為運放電路的輸入電流RbVCCIBICRC VX轉(zhuǎn)

10、換電路轉(zhuǎn)換電路 為取出為取出IC可：可：運算放大器在深度負(fù)反饋下運算放大器在深度負(fù)反饋下“虛短虛短”、“虛虛斷斷”， 電壓并聯(lián)負(fù)反饋下電壓并聯(lián)負(fù)反饋下“虛地虛地”。 為將為將IC與運放反相輸入相接與運放反相輸入相接 且保證且保證BJT工作于線性區(qū)：工作于線性區(qū)：RbVCCVCCICIBRbICIB-15V“虛地虛地”由由最大值最大值(199)時時Vxmax=13VR2；為平衡，為平衡，R3略小于略小于R2。VX極性為正！極性為正！2BXRIV 324cbe-15VVXR25.1kR34.7kR11.5M（3）如何實現(xiàn)如何實現(xiàn)-VX轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換？主要單元電路設(shè)計和參數(shù)計算主要單元電路設(shè)計和參數(shù)計算

11、VX轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路 壓控振蕩器壓控振蕩器 計數(shù)時間產(chǎn)生電路計數(shù)時間產(chǎn)生電路： 計數(shù)、譯碼、顯示電路計數(shù)、譯碼、顯示電路 清零信號產(chǎn)生電路清零信號產(chǎn)生電路 壓控振蕩器壓控振蕩器 工作原理、波形工作原理、波形R5_+311vaR2v1C1_+351R8R4R7RWR2VXR3D1330k180k1.8k300k15k330p24k10k反相積分器反相積分器v1tV1m-V1mvatVam-Vam -VX轉(zhuǎn)換后的壓轉(zhuǎn)換后的壓控振蕩器控振蕩器TXt1t2 參數(shù)計算參數(shù)計算：1. 由遲滯比較器的閾值確定由遲滯比較器的閾值確定R4、R5的值的值1m54TamVRRVV 由由又又 為保證積分器的線性度，要

12、求為保證積分器的線性度，要求VamV1m，。，、取取 10kR24kR15kR 754, 0.7RR 54 設(shè)設(shè)2. 由振蕩頻率由振蕩頻率fx與與Vx的關(guān)系確定的關(guān)系確定R2 、R8 振蕩頻率與振蕩頻率與VX的關(guān)系的關(guān)系設(shè)設(shè) R2 R8 , 則則 t1 t2 , 即即 TX t1tCRVV 12Xa 由由ama1V2Vtt 時，時，當(dāng)當(dāng)X1m5412Xam121VVRR C2RVV C2R t 解解得得1mX45121XXVVRR C2R11 T1f t主要單元電路設(shè)計和參數(shù)計算主要單元電路設(shè)計和參數(shù)計算 VX轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路 壓控振蕩器壓控振蕩器 計數(shù)時間產(chǎn)生電路計數(shù)時間產(chǎn)生電路： 計數(shù)、譯

13、碼、顯示電路計數(shù)、譯碼、顯示電路 清零信號產(chǎn)生電路清零信號產(chǎn)生電路 要求要求 電路電路tctd2/3VCC1/3VCCvCvOv2R11R12vO+VCCC2vC0.01uF123487655551v2顯示時間顯示時間：td=(R12 +R11)C2ln2=0.5S計數(shù)時間計數(shù)時間：tc=R12C2ln2=30ms取取 C2=0.33 F得得 R12=130k 、R11=2M 計數(shù)時間計數(shù)時間Tc應(yīng)應(yīng)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關(guān)于數(shù)碼管關(guān)于數(shù)碼管主要單元電路設(shè)計和參數(shù)計算主要單元電路設(shè)計和參數(shù)計算 VPVX轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路 壓控振蕩器壓控振蕩器 計數(shù)時間產(chǎn)生電路計數(shù)時間產(chǎn)生電路： 計數(shù)、譯碼、顯示電路計數(shù)、譯碼、顯示電路 清零信號產(chǎn)生電路清零信號產(chǎn)生電路 清零信號產(chǎn)生電路清零信號產(chǎn)生電路C4R13v211CLR(計數(shù)器清零）計數(shù)器清零）two=0.7R13C4 Txmins05119930ms199T TCxmin tpd 取取 C4=470pF，R13=56k倍倍應(yīng)應(yīng)大大于于其其10,nS4074LS90的

15、清的清0信號為正脈沖，計數(shù)前先清零。信號為正脈沖，計數(shù)前先清零。需在計數(shù)時間信號需在計數(shù)時間信號V2（高電平）上升沿到來時產(chǎn)生清零信號。（高電平）上升沿到來時產(chǎn)生清零信號。twotwotwo9090清零端的延遲時間清零端的延遲時間（2）繪制總體電路圖（注意事項）繪制總體電路圖（注意事項） 布局合理，疏密有致。（紙張尺寸布局合理，疏密有致。（紙張尺寸:A4 ） 注意信號流向：通常從輸入端或信號源畫起，按信號流向注意信號流向：通常從輸入端或信號源畫起，按信號流向的主通道，由左至右，由下至上（或反之），將各單元電的主通道，由左至右，由下至上（或反之），將各單元電路依次排列成路依次排列成S形。形。 集

16、成電路用示意圖（集成電路用示意圖（非管腳圖非管腳圖）表示，只標(biāo)出）表示，只標(biāo)出型號型號和和有用有用管腳號管腳號。與非門與非門和和反相器反相器按按單個門電路單個門電路的符號畫出。的符號畫出。&1與非門與非門反相器反相器 分立元件，包括分立元件，包括電源、地線電源、地線用用符號符號表示，標(biāo)出數(shù)值，電阻、表示，標(biāo)出數(shù)值，電阻、電容等應(yīng)選用標(biāo)稱值。電容等應(yīng)選用標(biāo)稱值。 連線應(yīng)橫平豎直，交叉點應(yīng)用黑圓點標(biāo)出。連線應(yīng)橫平豎直，交叉點應(yīng)用黑圓點標(biāo)出。一、一、安裝安裝1. 在統(tǒng)裝圖上標(biāo)好芯片號和芯片的管腳號，不用功能腳的邏輯在統(tǒng)裝圖上標(biāo)好芯片號和芯片的管腳號，不用功能腳的邏輯 電平。電平。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. 布線布線:4. 安裝順序：按信號流向，先主電路，后輔助電路。安裝順序：按信號流向，先主電路，后輔助電路。 安排好電源線和地線安排好電源線和地線. 在芯片兩側(cè)走線：不可跨芯片在芯片兩側(cè)走線：不可跨芯片 線緊貼面包板，橫平、豎直，不交叉，不重疊，線緊貼面包板，橫平、豎直，不交叉，不重疊， 元件橫平、豎直元件橫平、豎直5. 邊安裝、邊調(diào)試邊安裝、邊調(diào)試47_147_090_1324T351311741455590_04011面包板示意圖面包板示意圖每每5 5個小孔為一組，同組插孔下有簧片相通個小孔為一組，同組插孔下有簧片相通左、右各半的同行

18、的小組插孔下有簧片相通左、右各半的同行的小組插孔下有簧片相通+5V面包板孔下金屬簧片面包板孔下金屬簧片不用條狀面包板的多組插孔作連線不用條狀面包板的多組插孔作連線！電源的正確連接電源的正確連接通電前先把幾路電源調(diào)好，注意共地通電前先把幾路電源調(diào)好，注意共地！15V15V5V15V15V5V均從直流穩(wěn)壓源引出！均從直流穩(wěn)壓源引出！面包板的地面包板的地二、二、調(diào)調(diào) 試試 要要 點點 1. 電流、電壓轉(zhuǎn)換電路電流、電壓轉(zhuǎn)換電路 2. 壓控振蕩器壓控振蕩器：運放：運放351的的6腳輸出一鋸齒波腳輸出一鋸齒波 運放運放324的的1腳輸出一直流電壓腳輸出一直流電壓VX0.051 V 24V比較器比較器31

19、1的的7腳輸出一矩形波腳輸出一矩形波29V運運放放反反相相輸輸入入端端應(yīng)應(yīng)“虛虛地地”！ 3. 555振蕩器振蕩器：555的的3腳輸出矩形波腳輸出矩形波30mS0.5S 4. 清零波形清零波形： 5. 計數(shù)、譯碼、顯示計數(shù)、譯碼、顯示： C4、R4的接點處輸出尖脈沖的接點處輸出尖脈沖將將555振蕩器的振蕩器的3腳輸出送計數(shù)器個位腳輸出送計數(shù)器個位901的時鐘輸入的時鐘輸入 ，觀察數(shù)碼顯示。，觀察數(shù)碼顯示。ACP0.051V29V24V30mS0.5S0V0V三、三、排除故障排除故障排除排除：0.2V 誤差不超過誤差不超過3. 一般故障現(xiàn)象：一般故障現(xiàn)象：原因原因：1. 查芯片電源電壓查芯片電源

20、電壓接錯線、漏接線、多接線、邏輯錯誤接錯線、漏接線、多接線、邏輯錯誤2. 運放線性工作時反相輸入端是否運放線性工作時反相輸入端是否“虛地虛地” 若根本不亮，應(yīng)檢查電源；若根本不亮，應(yīng)檢查電源； 若數(shù)碼管不閃爍，先檢查若數(shù)碼管不閃爍，先檢查555是否振蕩；是否振蕩； 若數(shù)碼管顯示若數(shù)碼管顯示0，應(yīng)檢查，應(yīng)檢查90有無輸入，清有無輸入，清0信號是否信號是否 正常或正?；?0有無輸出；有無輸出； 若數(shù)碼管全顯示若數(shù)碼管全顯示9，檢查有無清，檢查有無清0信號；信號； 或調(diào)整積分器輸入端的電位器看有無變化；或調(diào)整積分器輸入端的電位器看有無變化； 或看或看324的輸出是否正常等。的輸出是否正常等。4. 計

21、數(shù)部分，逐點觀測有無信號，或用萬用表計數(shù)部分，逐點觀測有無信號，或用萬用表DCV看是看是否跳變。否跳變。 輸入為輸入為1.4v 虛線虛線 輸出保持高電平不變輸出保持高電平不變 芯片未接地或接觸不良芯片未接地或接觸不良 輸入與輸出同樣規(guī)律變化輸入與輸出同樣規(guī)律變化 芯片未接電源芯片未接電源5. 555振蕩器正常但計數(shù)無輸出振蕩器正常但計數(shù)無輸出 解決解決：在：在555的電源正極與地之間接一個幾十的電源正極與地之間接一個幾十 F的的 電解電容電解電容 特別說明特別說明1. 電源一定不能接錯，必須仔細(xì)檢查后方可通電；電源一定不能接錯，必須仔細(xì)檢查后方可通電；2. 萬一出現(xiàn)故障，必須立即切斷電源，報告

22、老師處理；萬一出現(xiàn)故障，必須立即切斷電源，報告老師處理；3. 安裝調(diào)試是兩人一組，應(yīng)很好配合；安裝調(diào)試是兩人一組，應(yīng)很好配合；4. 要保持實驗室整潔、衛(wèi)生，不準(zhǔn)在實驗室吃零食。要保持實驗室整潔、衛(wèi)生，不準(zhǔn)在實驗室吃零食。一一 印刷線路板圖的設(shè)計依據(jù)印刷線路板圖的設(shè)計依據(jù) 二二 設(shè)計要求設(shè)計要求: 1. 雙面板雙面板: 正面用紅色線正面用紅色線( (元件面，橫線為主元件面，橫線為主) ) 反面用藍(lán)色線反面用藍(lán)色線( (連線面，豎線為主連線面，豎線為主) ) 金屬化孔用藍(lán)色金屬化孔用藍(lán)色 2. 走線原則走線原則: (1) 線條橫平豎直線條橫平豎直,同面線不能交叉同面線不能交叉 (2) 線條盡量少線

23、條盡量少 (3) 每個芯片下橫向最多走三條線每個芯片下橫向最多走三條線 (4) 芯片相鄰管腳之間不能走線芯片相鄰管腳之間不能走線 (5) 每個金屬化孔只能插入一個元件管腳每個金屬化孔只能插入一個元件管腳 雙面板的印刷線路板的正、反面圖雙面板的印刷線路板的正、反面圖 (a) 正面圖 (b) 反面圖 3. 元件標(biāo)注元件標(biāo)注( 用鉛筆用鉛筆)： （1） 標(biāo)出元件的符號標(biāo)出元件的符號 （2） 標(biāo)出元件值標(biāo)出元件值 （3） 標(biāo)出芯片的標(biāo)出芯片的1腳腳 4. 其它要求其它要求: （1）坐標(biāo)紙大?。┳鴺?biāo)紙大小: 31cm 23cm （2）比例尺）比例尺: 2 : 1 （3）周邊留寬）周邊留寬: 5 10 mm （4）線寬）線寬: 1 mm (200mA/mm) （5）電源和地線）電源和地線: 加寬加寬 （6）芯片跨度）芯片跨度: 7.5mm （7）芯片管腳間距）芯片管腳間距:2.5mm （8）金屬化孔）金屬化孔: 內(nèi)徑內(nèi)徑0.8mm 外徑外徑1.5mm （9）電位器）電位器: 兩腳間距兩腳間距5mm 一一 課程設(shè)計的任務(wù)