数显式测量电路设计报告.doc

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1、北 京 化 工 大 学信息科学与技术学院自动化专业课 程 设 计题目数显式测量电路说明书_页图 纸_页班 级: 自控1202姓 名:徐越 学 号: 2012014059同组人:郭腾龙指导教师:曹晰2014年9月11日目录一 课程设计的任务及基本要求二 逻辑框图设计三 逻辑电路的设计及参数计算 四 安装调试步骤及遇到的问题五 印刷线路板设计六 体会及建议七 参考文献八 附录（元件使用说明）九 附图（框图 逻辑图 印刷线路板图） 一、 课程设计的任务及基本要求目的：设计一个数显式测量电路，以方便测量一个NPN三极管的值要求：1.可测量NPN硅三极管的电流放大系数199，测试条件为：(1)IB=10

2、A，允许误差2%；(2）14VVCE16V，且对不同b值的三极管， VCE的值基本不变。 2.用两只数码管分别用来显示十位和个位，发光二极管用来显示百位，其亮状态和暗状态分别表示1和0。3.数字显示器。显示的数字应当清晰，显示周期的长短要适合，应大于人眼的滞留时间（0.1s）。4.设B、C、E三个插孔，当北侧三极管插入时，打开电源，显示器即显示该三极管的值。5.限定使用的主要元器件如下所示： 通用型集成运放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 2/5十进制计数器74LS90 BCD七段译码器74LS47 双D上升沿触发器74LS74 六施密

3、特反相器74LS14 四2输入与非门CC4011 共阳极LED七段数码管二、 逻辑框图设计三、 逻辑电路的设计及参数计算1. /Vx转换电路：（1）采用固定偏置电流电路由测试条件： 10 uA,可选择合适的、(2)采用运放构成的电压并流负反馈，使VxVX=IBR2VX极性为正由测试条件： 由=199时，取Vx最大值为13V，则可得到R2为了平衡，R3略小于R22.压控振荡器（1）积分器、电压比较器的选择：351高阻型；311专用电压比较器（转换速度快）（2）积分器中的D1使正向积分与负向积分的回路不通、时间不同。R9R4为能实现压控振荡，并忽略正向积分时间。（3）后接的43k电阻的作用：（4）

4、积分器输出的V1波形3.计数时间产生器电路 （1）计数时间Tc须经反相器（4011）引出，因为译码器的消隐信号的相位是低电平有效。 （2）555定时器的VC2和VO的波形（3）计数时间与压控振荡器的输出相与（经与非门和反相器）：4.计数、译码、显示电路： （1）译码器采用47输出低电平有效，后接共阳极数码管； （2）90清零信号高电平有效，因此在使用中不要将他们随意悬空。5.电路原理图：四、 安装调试及遇到的问题1.安装（1）安装要点在电路原理图上标号芯片号和芯片管脚号，不用功能脚的逻辑电平。合理布置芯片和其他元件的位置。布线：*安排好电源线和地线（通电前先把几路电源调好，注意共地）；*线紧贴

5、面包板，横平竖直，不交叉，不重叠；*在芯片两侧走线，不可跨芯片； *元件横平竖直。 安装顺序：按信号流向，先主电路，后辅助电路。 边安装，边调试。（2）安装注意事项在原理图上先标注芯片管脚(4011、14、数码管管脚图应画在旁边），并拟订安装调试方案。各集成芯片合理布局，同方向排列，不要插反。按框图分系统组装、调试。连线选用0.2-0.3mm的单股硬导线（为检查方便，各类电源线和地线最好用不同的颜色。特别注意各集成片的共地，采用多点共地利用横条和竖条）。紧贴面包板布线，导线要拉直，横平竖直，最好不要拐弯，不能拉斜线或在芯片上跨接。应根据距离和插入长度剪断导线，插入长度为0.4-0.6，过短可能

6、接触不良；过长又可能把面包板戳穿，引起短路。使用过的导线可以利用，但线端不能有明显伤痕，并用镊子把线端夹直。插线时，电源必须关闭，不能带电操作。2.调试 （1）调试要点 电流、电压转换电路运放324的1脚输出一直流电压VX0.051V（小于10V）压控振荡器：（运放反相输入端应“虚地”）运放351的6脚输出已锯齿波 比较器311的7脚输出矩形波555振荡器： 555的3脚输出矩形波 清零波形：C4、R4的接点处输出尖脉冲计数、译码、显示：将555振荡器的3脚输出送计数器个位901 的时钟输入，观察数码显示。（2）调试注意事项：安装完毕不要急于通电，应先用万用表短路档根据电路图逐个检查每个集成片

7、的引脚连接是否正确，有无错线、少线、多线，特别要仔细检查电源、地线是否连接正确、可靠。通电前先把几路电源调好，注意共地。3. 试验中遇到的问题及解决方法：a. 清零信号产生电路输出的清零信号不典型，老师告诉我们干扰较大，可能会对后续产生影响，但还是把我们记上，让我们再检查检查。我们没有听从老师的话，继续往下接，造成后面没有出预期的结果。后我们检查发现一根地线接触不良。b. 555计时器的连接布线不好，造成布局特别紧密，有线重叠，且有的线不得已斜跨，出现这种情况的原因是我们没有经过思考就动手。接下来的连线我们都经过了思考和安排，方未出现明显的不妥。c. 发光二极管显然是有极性的，我们在安装中马虎

8、的将之一安，结果安反了，怎么也没亮，经过好长时间的检查放发现这个错误，浪费了很多时间。时间上这是基础，二极管有极性我们亦牢记于心，可是我们再实际应用中没有考虑到，可见理论和实践还是有很大的差别的。d. 连接工作完成后我们进行了调试，数码管显示乱码，经测555定时器的信号输出幅值不够，重新连接解决了问题。但是4011片的多个输出口没有输出，换片不行，经查地线未接好。e. 我们检查调试了很长时间，就是没有出正确结果，我们认为已没有错误，是仪器的问题。老师来帮我们做了好长时间的检查，我们天真的认为已没有错误，可是最终的错误显示为14片的电源根本就没有接到电源而是地线。我们十分惭愧。以后要虚心学习，切

9、不可盲目自信。 五、 印刷线路板设计1.印刷线路板的设计依据：实验面包板连接电路2.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：线条横平竖直，同面线不能交叉 线条尽量少 每个芯片横向最多走三条芯片相邻管脚之间不能走线每个金属化孔只能插入一个元件管脚（3）元件标注（用铅笔）：标出元件符号标出元件值标出芯片的1脚（4）其他要求：（1）坐标纸大小：31cm23cm（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）芯片管脚间距：2.5

10、mm（8）金属化孔：内径0.8mm外径1.5mm（9）电位器：两脚间距5mm六、 习得与感想1. 感想这次的课设作为毕业设计的练习，把设计的总流程全部过了一遍。虽然受时间和硬件设施的限制，无法让作品的效果达到尽善尽美，但也熟悉了制作过程，贯通了所学知识。在实验阶段，让我了解到实际操作出的成品与理论之间的联系，也让我认识到把想法落实到手中，是比有这个想法更难的事，总的来说，为期两周的课设的确有助于巩固知识，加强全局思考与实际动手能力。回顾起此课程设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在

11、书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。 实验过程中，也对团队精神的进行了考察，让我们在合作起来更加默契，在成功后一起体会喜悦的心情。果然是团结就是力量，只有互相之间默契融洽的配合才能换来最终完美的结果。 此次设计也让我明白了思路即出路，有什么不懂不明白的地方要及时请教或上网查询，只要认真钻研，动脑思考，动手实践，就没有弄不懂的知识，收获颇

12、丰。2. 习得（1） 秉着又好又快的原则，最好事先画一张接线草图，不然排版会成问题。（2） 用不同颜色的线表示电源或地线，这样检查起来比较方便。（3） 注意检查芯片及其他元器件的质量。 参考文献1、电子技术基础（康华光主编）2、Protel DXP电路板设计（袁鹏平编）3、印制电路板设计入门与典型事例（禹德贵编）4、印制电路（李乙翘 陈长生编）5、电子技术课程设计指南（张诚庆、杨丽华）七 试验中遇到的问题及解决方法：数码管读数不变或显示乱码，提供给芯片的电压太小 原因：接错线、漏接线、导线插入的长度过短、逻辑错误 排除：1. 查芯片电源电压 2.555的输出须接到47的消隐端3. 运放线性工作

13、时反相输入是否“虚地”4. 一般故障现象： 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。 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mF的电解电容 八 附录（元件使用说明） 1、通用型集成运放LM324管

14、脚图如附图8-1所示LM324内有四个结构相同，互相独立的运放。运放内部已有频率补偿电路，应用时可不用外接补偿电容。LM324用双电源工作，但也能单电源使用，其电压范围为330V，并具有很低的静态功耗，当电源电压为5V时，其非线形应用的输出电平可和TTL 器件相容。图8-12、高阻型集成运放LF351管脚图如附图8-2所示LF351具有很高的输入电阻，特别适用于各种运算电路。一般工作时采用15v电源，它的输出级有过流保护电路，因而输出对地短路也不会损坏器件，但使用中应尽量防止发生短路，当需要调零时，可把电位器动端连负电流，两个固定端分别与调零端相连。图8-23、通用型集成电压比较器LM311管

15、脚图如附图8-3所示LM311具有较低的偏置电流和失调电流，用它构成的电压比较器其影响速度比用一般运放组成的电压比较器快，可用单电源供电，例如+15v，也可用双电源供电，例如15v。图8-34、集成定时器NE555管脚图如附图8-4所示NE555是一种模拟、数字混合式定时器集成电路，外接适当的电阻和电容就能构成多谐振荡器、单稳态触发器和双稳态触发器，用555定时器组成的多谐振荡器，振荡频率比较稳定。为便于频率调整，可外接电位器。图8-45. 六施密特反相器74LS14 管脚图如附图8-5所示图8-56. 四2输入与非门CC4011管脚图如附图8-6所示图8-67. 双D上升沿触发器74LS74

16、管脚图如附图8-7所示74LS74是具有直接置位端和复位端的双D触发器。逻辑功能如表3-1所示。表中的“ ”表示时钟CP的上升沿触发，带“*”的状态是不稳定的。表8-1 74LS74逻辑功能表输入输出预置清除时钟CPSDQLHXXHLHLXXLHLLXHHHHLHHLXLHHHLX图8-78. 2/5十进制计数器74LS90 管脚如附图8-8所示74LS90内部含有一个二进制计数和一位五进制计数器。当计数脉冲由输入， QA与相连时就构成BCD计数器。当计数脉冲由输入，QD与相连时，可完成五二进制时序，在输出端QA可得到一个占空比为50%的十分频方波。另外，除计数输入和为下降沿作用外，置0端和，

17、置9端和都是高电平起作用，因此在使用中不要将它们随意悬空。图8-8表8-2 74LS90复位计数功能表复位输入端输入端 HHLXLLLLHHXLLLLLXXHHHLLHXLXL计数LXLX计数XLLX计数9、BCD七段译码器74LS47管脚如附图8-9所示图中D、C、B、A为输入的8421BCD码，为七段输出。图8-974LS 47的逻辑功能如表所示，关于此表说明一下几点十进制或功能输入端说明DCBA0123456789101112131415HHHHHHHHHHHHHHHHHXXXXXXXXXXXXXXXLLLLLLLLHHHHHHHHLLLLHHHHLLLLHHHHLLHHLLHHLLHH

18、LLHHLHLHLHLHLHLHLHLHHHHHHHHHHHHHHHHHLHLLHLHLLLHHHLHHLLLLLHHLLLHHLHHHLLHLLLLLLLHLHHHHLHLLHLLHLHLLHLLHLHLHHHLHLHLHHHLHLHHHLLLHLLHHLLLHHHLLLLLHLLLLLLLH消隐XXXXXXLHHHHHHH串行消隐HLLLLLLHHHHHHH灯测试LXXXXXHLLLLLLL表中015项为正常译码输出，其条件是灯测试端，消隐输入端都接高电平或者悬空，串行消隐输入端至少在输入为低电平时是高电平。正常译码输出时，可驱动共阳极LED数码管显示的015共16个字形。消隐：当直接加低

19、电平到消隐输入端时,均为高电平，此时数码管呈暗状态。串行消隐：74LS74的管脚4既可作为输入端,也可作为输出端。当管脚3为高电平，管脚5为低电平时，对于低电平输入信号，数码管呈暗状态，同时输出变为低电平，若用连下级的管脚5，则下级的数码管在该级输入为低电平时也呈暗状态。依此类推，可实现不显示无效数字的目的。灯测试：在消隐输入端为高电平时，若使为低电平，则为低电平，数码管各段全亮。74LS74的有效输出电平为低电平，它可以与共阳极的LED数码管配套使用，如图所示。通常数码管导通时的正向压降约为1.8V，正向电流为10mA，据此可选定限流电阻R，一般取390 左右。有功能表可知，当输入的BCD码为DCBA=1001时 , ，因而数码管中的相应段a 、b、c、f、g 导通发光，从而显示数字9.