數(shù)顯式測量電路設(shè)計-2015

數(shù)顯式測量電路設(shè)計_2015第一頁，共56頁。概述課程設(shè)計的總過程總體電路設(shè)計圖介紹第二頁，共56頁。概述?時間：2周?題目：

數(shù)顯式測量電路的設(shè)計

教學(xué)安排

分四階段：一：框圖和總體電路設(shè)計…3天

二：安裝調(diào)試………………2天三：印刷電路板圖設(shè)計……2天四：總結(jié)、答辯.…….……...3天兩個班交叉進(jìn)行第三頁，共56頁。評分標(biāo)準(zhǔn)：安裝調(diào)試40%;印刷電路板圖設(shè)計30%；總結(jié)報告及答辯30%。第四頁，共56頁。概述課程設(shè)計的全過程總體電路設(shè)計圖介紹第五頁，共56頁。課程設(shè)計的全過程:?

給定任務(wù)書?

查資料?

安裝調(diào)試?

印刷電路板圖設(shè)計Ⅰ.

具體任務(wù)要求Ⅱ.

使用的主要元器件?

框圖設(shè)計?總體電路設(shè)計第六頁，共56頁。

Ⅰ.具體任務(wù)要求：2.采用一只發(fā)光二極管、兩只LED數(shù)碼管顯示。1.測量NPN硅三極管的直流電流放大系數(shù)β199。測試條件：3.測量電路誤差絕對值不超過4.數(shù)顯清晰、穩(wěn)定——顯示時間大于人眼的滯留時間（0.1S)。

IB＝10A，允許誤差2％。

14VVCE16V，對不同β值的三極管，VCE基本不變。第七頁，共56頁。Ⅱ.使用的主要元器件：1.選擇器件的因素：考慮性能、價格、貨源、體積等。盡量減少元件類型。

?電阻：<1M，最大不超過10M，1/4W,碳膜電阻

?電容：非電解電容100PF0.5F

，考慮頻率、性能穩(wěn)定性、價格，獨石電容第八頁，共56頁。通用集成運放LM324高阻型集成運放LF351通用型集成電壓比較器LM311集成定時器NE555二－五－十進(jìn)制計數(shù)器74LS90BCD七段譯碼器CD4511雙D上升沿觸發(fā)器74LS74六施密特反相器74LS14四2輸入與非門CC4011共陰極LED七段數(shù)碼管2.使用的主要集成器件：第九頁，共56頁。?

給定任務(wù)書?

查資料?

安裝調(diào)試?

印刷電路板圖設(shè)計?

框圖設(shè)計?總體電路設(shè)計課程設(shè)計的全過程:課設(shè)指導(dǎo)書第十頁，共56頁。分四部分

：?參考電路

?任務(wù)書?元件使用說明：熟悉各芯片功能、使用方法?設(shè)計過程：電子電路系統(tǒng)設(shè)計的幾大步驟、方法。第十一頁，共56頁。?

給定任務(wù)書?

查資料?

安裝調(diào)試?

印刷電路板圖設(shè)計?

框圖設(shè)計?總體電路設(shè)計課程設(shè)計的全過程:第十二頁，共56頁?？驁D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、單元電路及相互聯(lián)系），并用方框圖表示出來。第十三頁，共56頁。β值測量的方框圖β／VX轉(zhuǎn)換電路壓控振蕩器10進(jìn)制計數(shù)器被測三極管與門計數(shù)時間產(chǎn)生電路10進(jìn)制計數(shù)器1位鎖存器清零信號產(chǎn)生電路七段譯碼器七段譯碼器第十四頁，共56頁。?

給定任務(wù)書?

查資料?

安裝調(diào)試?

印刷電路板圖設(shè)計?

框圖設(shè)計?總體電路設(shè)計課程設(shè)計的全過程:第十五頁，共56頁。?—VX轉(zhuǎn)換電路；?VX—f轉(zhuǎn)換電路：壓控振蕩器；?計數(shù)時間產(chǎn)生電路；?計數(shù)、譯碼、顯示電路；?清0信號產(chǎn)生電路等。2.繪制總體電路圖。總體電路的設(shè)計（選擇元器件，具體電路設(shè)計并計算參數(shù)）：主要單元電路設(shè)計和參數(shù)計算：第十六頁，共56頁。概述課程設(shè)計的總過程總體電路設(shè)計圖介紹第十七頁，共56頁。β值測量的方框圖β／VX轉(zhuǎn)換電路壓控振蕩器10進(jìn)制計數(shù)器被測三極管與門計數(shù)時間產(chǎn)生電路10進(jìn)制計數(shù)器1位鎖存器清零信號產(chǎn)生電路七段譯碼器七段譯碼器V1V2V3第十八頁，共56頁。工作波形圖說明：如果計數(shù)時間遠(yuǎn)小于人眼的滯留時間（0.1S），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)為暗狀態(tài)，效果更佳。通常取計數(shù)時間遠(yuǎn)小于0.1S，顯示時間0.5S。顯示時間TCTdV1V2V3清0信號鎖存信號第十九頁，共56頁。（1）主要單元電路設(shè)計和參數(shù)計算3.總體電路設(shè)計①β—VX轉(zhuǎn)換電路②

壓控振蕩器③計數(shù)時間產(chǎn)生電路：④

計數(shù)、譯碼、顯示電路⑤清零信號產(chǎn)生電路第二十頁，共56頁。（1）固定IB，則IC∝——IC

=

IB

——采用固定偏流電路?由測試條件：14V<VCE<16V，且對不同值，VCE的值基本不變?！姌O回路中既不能有RC，也不能有RE。IB=VCC－VBERb可選擇合適的VCC、Rb。?

由測試條件：IB=10μA，允許誤差±2%；注：反相放大器反相端“虛地”，BJT應(yīng)如何接？（2）采用運放構(gòu)成的電壓并聯(lián)負(fù)反饋使VO∝IC

——取IC為運放電路的輸入電流RbVCCIBICRC①

β—VX轉(zhuǎn)換電路第二十一頁，共56頁。?為取出IC可：——運算放大器在深度負(fù)反饋下“虛短”、“虛斷”，電壓并聯(lián)負(fù)反饋下“虛地”。?為將IC與運放反相輸入相接且保證BJT工作于線性區(qū)：RbVCCVCCICIBRbICIB-15V“虛地”第二十二頁，共56頁。由β最大值(199)時Vxmax=13V——R2；為平衡，R3略小于R2。VX極性為正！324＋－cbe-15VVXR25.1kR34.7kR11.5M（3）如何實現(xiàn)β-VX轉(zhuǎn)換？第二十三頁，共56頁。主要單元電路設(shè)計和參數(shù)計算①β—VX轉(zhuǎn)換電路②

壓控振蕩器③計數(shù)時間產(chǎn)生電路：④

計數(shù)、譯碼、顯示電路⑤清零信號產(chǎn)生電路第二十四頁，共56頁。②

壓控振蕩器?工作原理、波形R5_+311vaR2v1C1_+351R8R4R7RWR2’VXR3D1330k180k1.8k300k15k330p24k10k反相積分器v1tV1m-V1mvatVam-Vam-VX轉(zhuǎn)換后的壓控振蕩器TXt1t2第二十五頁，共56頁。?參數(shù)計算：1.由遲滯比較器的閾值確定R4、R5的值又為保證積分器的線性度，要求Vam<V1m，2.由振蕩頻率fx與Vx的關(guān)系確定R2’、R8

振蕩頻率與VX的關(guān)系設(shè)R2’》R8,則t1》t2,即TX≈t1第二十六頁，共56頁。主要單元電路設(shè)計和參數(shù)計算①β—VX轉(zhuǎn)換電路②

壓控振蕩器③計數(shù)時間產(chǎn)生電路：④

計數(shù)、譯碼、顯示電路⑤清零信號產(chǎn)生電路第二十七頁，共56頁。?要求?電路tctd2/3VCC1/3VCCvCvOv2R11R12vO+VCCC2vC0.01uF123487655551v2顯示時間：td=(R12+R11)C2ln2=0.5S計數(shù)時間：tc=R12C2ln2=30ms取C2=0.33F得R12=130k、R11=2M計數(shù)時間Tc應(yīng)<<0.1s，一般取5ms<Tc<50ms；取30ms顯示時間Td應(yīng)>>0.1s，一般取0.3s<Tc<1s；取0.5s③計數(shù)時間產(chǎn)生電路：第二十八頁，共56頁。在計數(shù)時間TC內(nèi)，計數(shù)器記錄的脈沖個數(shù)N為,N=β

，取C1=330p，則由R12、C2、R4、R5、V1m可求出R2′為360k。第二十九頁，共56頁。主要單元電路設(shè)計和參數(shù)計算①VP—VX轉(zhuǎn)換電路②

壓控振蕩器③計數(shù)時間產(chǎn)生電路：④

計數(shù)、譯碼、顯示電路⑤清零信號產(chǎn)生電路第三十頁，共56頁。2－5－10進(jìn)制加計數(shù)器:74LS90功能表輸入輸出功能清0置9時鐘QDQCQBQAR0(1)、R0(2)S9(1)、S9(2)CP1CP2110××0××0000清00××011××1001置90××00

×

×0↓1QA輸出二進(jìn)制計數(shù)1↓QDQCQB輸出五進(jìn)制計數(shù)↓QAQDQCQBQA輸出8421BCD碼十進(jìn)制計數(shù)QD↓QAQDQCQB輸出5421BCD碼十進(jìn)制計數(shù)11不變保持④

計數(shù)、譯碼、顯示電路第三十一頁，共56頁。●計數(shù)電路：74LS90異步置9、異步清零、2－5－10進(jìn)制加計數(shù)器

CPDR0（1）R0（2）S9（2）S9（1）CPB>>CPAQAQBQCQD74LS90(1)NR0（1）R0（2）S9（2）S9（1）CPB>>CPAQAQBQCQD74LS90(2)CLR11CRv2DRVCCtctd第三十二頁，共56頁。關(guān)于數(shù)碼管第三十三頁，共56頁。主要單元電路設(shè)計和參數(shù)計算①VP—VX轉(zhuǎn)換電路②

壓控振蕩器③計數(shù)時間產(chǎn)生電路：④

計數(shù)、譯碼、顯示電路⑤清零信號產(chǎn)生電路第三十四頁，共56頁。⑤清零信號產(chǎn)生電路C4R13v211CLR(計數(shù)器清零）two=0.7R13C4《Txmintpd

《取C4=470pF，R13=56k74LS90的清0信號為正脈沖，計數(shù)前先清零?！柙谟嫈?shù)時間信號V2（高電平）上升沿到來時產(chǎn)生清零信號。twotwotwo90清零端的延遲時間第三十五頁，共56頁。（2）繪制總體電路圖（注意事項）①布局合理，疏密有致。（紙張尺寸:A4

）②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），將各單元電路依次排列成S形。集成電路用示意圖（非管腳圖）表示，只標(biāo)出型號和有用管腳號。與非門和反相器按單個門電路的符號畫出。&○1○與非門反相器④分立元件，包括電源、地線用符號表示，標(biāo)出數(shù)值，電阻、電容等應(yīng)選用標(biāo)稱值。⑤連線應(yīng)橫平豎直，交叉點應(yīng)用黑圓點標(biāo)出。第三十六頁，共56頁。第三十七頁，共56頁。第二階段安裝調(diào)試一、安裝1.在統(tǒng)裝圖上標(biāo)好芯片號和芯片的管腳號，不用功能腳的邏輯電平。2.合理布置芯片和其它元件的位置。3.布線:4.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.?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，?

元件橫平、豎直5.邊安裝、邊調(diào)試第三十八頁，共56頁。47_147_090_1324T351311741455590_04011第三十九頁，共56頁。面包板示意圖第四十頁，共56頁?！?個小孔為一組，同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不用條狀面包板的多組插孔作連線！第四十一頁，共56頁。電源的正確連接通電前先把幾路電源調(diào)好，注意共地?。?5V15V5V＋15V－15V＋5V均從直流穩(wěn)壓源引出！面包板的地第四十二頁，共56頁。二、調(diào)試要點

1.電流、電壓轉(zhuǎn)換電路

2.壓控振蕩器：運放351的6腳輸出一鋸齒波

運放324的1腳輸出一直流電壓VX≈0.051V24V比較器311的7腳輸出一矩形波29V運放反相輸入端應(yīng)“虛地”！第四十三頁，共56頁。

3.555振蕩器：555的3腳輸出矩形波30mS0.5S

4.清零波形：

5.計數(shù)、譯碼、顯示：

C4、R4的接點處輸出尖脈沖將555振蕩器的3腳輸出送計數(shù)器個位90－1的時鐘輸入，觀察數(shù)碼顯示。第四十四頁，共56頁。0.051βV29V24V30mS0.5S0V0V第四十五頁，共56頁。三、排除故障排除：3.一般故障現(xiàn)象：原因：1.查芯片電源電壓接錯線、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“虛地”

?若根本不亮，應(yīng)檢查電源；

?若數(shù)碼管不閃爍，先檢查555是否振蕩；

?若數(shù)碼管顯示0，應(yīng)檢查90有無輸入，清0信號是否正?；?0有無輸出；

?若數(shù)碼管全顯示9，檢查有無清0信號；或調(diào)整積分器輸入端的電位器看有無變化；或看324的輸出是否正常等。第四十六頁，共56頁。4.計數(shù)部分，逐點觀測有無信號，或用萬用表DCV看是否跳變。?輸入為1.4v——虛線?輸出保持高電平不變——芯片未接地或接觸不良…?輸入與輸出同樣規(guī)律變化——芯片未接電源…5.555振蕩器正常但計數(shù)無輸出

解決：在555的電源正極與地之間接一個幾十F的電解電容第四十七頁，共56頁。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；2.萬一出現(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；要保持實驗室整潔、衛(wèi)生，不準(zhǔn)在實驗室吃零食。第四十八頁，共56頁。第三階段印刷線路板圖設(shè)計

一印刷線路板圖的設(shè)計依據(jù)

二設(shè)計要求:

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:

(1)線條橫平豎直,同面線不能交叉(2)線條盡量少(3)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(5)每個金屬化孔只能插入一個元件管腳第四十九頁，共56頁。雙面板的印刷線路板的正、反面圖

(a)正面圖(b)反面圖第五十頁，共56頁。3.元件標(biāo)注(用鉛筆)：

（1）標(biāo)出元件的符號（2）標(biāo)出元件值（3）標(biāo)出芯片的1腳4.其它要求:（1）坐標(biāo)紙大小:31cm×23cm（2）比例尺:2:1（3）周邊留寬:510mm

（4）線寬:1mm(200mA/mm)（5）電源和地線:加寬（6）芯片跨度:7.5mm

（7）芯片管