1、數顯式測量電路設計預設計數顯式測量電路設計預設計概述概述課程設計的總過程課程設計的總過程設計實例介紹設計實例介紹數顯式測量電路設計預設計 時間：時間： 2周周 題目：題目： 數顯式數顯式 測量電路的設計測量電路的設計1. 特點特點 系統設計系統設計： 包含各單元電路之間，與負載、與輸入電路之間的包含各單元電路之間，與負載、與輸入電路之間的 包含多種單元電路（模擬、數字）的設計包含多種單元電路（模擬、數字）的設計 功能配合功能配合、時序配合時序配合。模擬電路和數字電路知識和理論的綜合運用。模擬電路和數字電路知識和理論的綜合運用。數顯式測量電路設計預設計2. 教學方法教學方法 教師：講解重點（共兩

2、次課），答疑，指導教師：講解重點（共兩次課），答疑，指導學生：設計（不允許抄襲）學生：設計（不允許抄襲） 、安裝、調試、安裝、調試（要求學生獨立完成，需要教師幫助調試將計入成績）（要求學生獨立完成，需要教師幫助調試將計入成績）3. 教學安排教學安排 分四階段：分四階段： 一：預設計一：預設計 框圖設計、總體框圖設計、總體電路設計電路設計.2天天 二：安裝調試二：安裝調試 3天天三：印刷電路板圖設計三：印刷電路板圖設計 3天天四：總結、答辯四：總結、答辯.2天天 兩個班交叉進行兩個班交叉進行數顯式測量電路設計預設計4.評分標準評分標準：框圖和總體電路設計框圖和總體電路設計 20%；安裝調試安裝調

3、試 30%;印刷電路板圖設計印刷電路板圖設計 30%；總結報告及答辯總結報告及答辯 20%。數顯式測量電路設計預設計概述概述課程設計的全過程課程設計的全過程設計實例介紹設計實例介紹數顯式測量電路設計預設計課程設計的全過程課程設計的全過程: : 給定任務書給定任務書 查資料查資料 安裝調試安裝調試 印刷電路板圖設計印刷電路板圖設計. 具體任務要求具體任務要求. 使用的主要元器件使用的主要元器件 框圖設計框圖設計 總體電路設計總體電路設計數顯式測量電路設計預設計 . 具體任務要求具體任務要求：2. 采用一只發光二極管、兩只采用一只發光二極管、兩只LED數碼管顯示。數碼管顯示。 1. 測量測量NPN

4、硅三極管的直流電流放大系數硅三極管的直流電流放大系數 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. 數顯清晰、穩定數顯清晰、穩定顯示時間大于人眼的滯留時間（顯示時間大于人眼的滯留時間（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。 數顯式測量電路設計預設計. 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。考慮性能、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

5、： 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、 性能穩定性、價格，獨石電容性能穩定性、價格，獨石電容數顯式測量電路設計預設計 通用集成運放通用集成運放 LM324 高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 二五十進制計數器二五十進制計數器 74LS90 BCD七段譯碼器七段譯碼器 74LS47 雙雙D上升沿觸發器上升沿觸發器 74LS74 六施密特反相器六施密特反相器 74LS14 四四2輸入與

6、非門輸入與非門 CC4011 共陽極共陽極LED七段數碼管七段數碼管 2. 使用的主要集成器件：使用的主要集成器件：數顯式測量電路設計預設計 給定任務書給定任務書 查資料查資料 安裝調試安裝調試 印刷電路板圖設計印刷電路板圖設計 框圖設計框圖設計 總體電路設計總體電路設計課程設計的全過程課程設計的全過程: :課設指導書課設指導書數顯式測量電路設計預設計分四部分分四部分 ： 參考電路：參考電路： N溝道結型場效應管夾斷電壓測量電路溝道結型場效應管夾斷電壓測量電路 電路的基本組成，主要單元電路（電路的基本組成，主要單元電路（VPVx、 Vxf、數顯數顯）的設計、參數計算，各單元之間的連接。）的設計

7、、參數計算，各單元之間的連接。 （任務書）（任務書） 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 設計過程設計過程：電子電路系統設計的幾大步驟、方法。：電子電路系統設計的幾大步驟、方法。目的：了解目的：了解物理參數測量物理參數測量的基本原理的基本原理 和和數顯電路數顯電路的設計方法和步驟的設計方法和步驟數顯式測量電路設計預設計 給定任務書給定任務書 查資料查資料 安裝調試安裝調試 印刷電路板圖設計印刷電路板圖設計 框圖設計框圖設計 總體電路設計總體電路設計課程設計的全過程課程設計的全過程: :數顯式測量電路設計預設計框圖設計框圖設計方案設計：方案設計： 定出實

8、現它的整體方案定出實現它的整體方案（確定主要功能塊、單元（確定主要功能塊、單元電路及相互聯系），并用電路及相互聯系），并用方框圖表示出來。方框圖表示出來。用用B5紙畫出。紙畫出。參考參考 P4圖圖1-3。VPVX轉換電路轉換電路壓控振蕩器壓控振蕩器10進制進制計數器計數器被被測測場場效效應應管管與與門門計數時間產生電路計數時間產生電路10進制進制計數器計數器清零信號產清零信號產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數顯式測量電路設計預設計 給定任務書給定任務書 查資料查資料 安裝調試安裝調試 印刷電路板圖設計印刷電路板圖設計 框圖設計框圖設計 總體電路設計總體電路設計課程設計的全

9、過程課程設計的全過程: :數顯式測量電路設計預設計 VX轉換電路；轉換電路； VXf 轉換電路：壓控振蕩器；轉換電路：壓控振蕩器； 計數時間產生電路；計數時間產生電路； 計數、譯碼、顯示電路；計數、譯碼、顯示電路； 清清0信號產生電路等。信號產生電路等。2. 繪制總體電路圖：繪制總體電路圖：用用A4紙畫出紙畫出。參考。參考 P14圖圖1-13。主要單元電路主要單元電路 設計和參數計算：設計和參數計算： 數顯式測量電路設計預設計 給定任務書給定任務書 查資料查資料 安裝調試安裝調試 印刷電路板圖設計印刷電路板圖設計 此階段結束于：第二次課上課此階段結束于：第二次課上課之前之前 每人交框圖（每人交

10、框圖（B5紙）、總體電路圖（紙）、總體電路圖（A4紙）各紙）各1份份預設計預設計 框圖設計框圖設計 總體電路設計總體電路設計課程設計的全過程課程設計的全過程: :數顯式測量電路設計預設計概述概述課程設計的總過程課程設計的總過程設計實例介紹設計實例介紹結型場效應管夾斷電壓數顯式測量電路結型場效應管夾斷電壓數顯式測量電路數顯式測量電路設計預設計VDS=10Va. 漏源電壓漏源電壓VDS = 10V， 允許誤差允許誤差5%；b. 漏極電流漏極電流ID = 10A， 允許誤差允許誤差1 A;此時的柵源電壓此時的柵源電壓VGS 夾斷電壓夾斷電壓VP （1）測量測量N溝道結型場效應管夾斷電壓溝道結型場效應

11、管夾斷電壓VP（負值，絕對值（負值，絕對值9.9)。 測試條件測試條件：1. 設計要求設計要求： 換被測管，測試條件不變。換被測管，測試條件不變。 數顯式測量電路設計預設計（2）采用兩只采用兩只LEDLED數碼管、數碼管、一只發光二極管一只發光二極管顯示。顯示。（3）設設D、G、S三個插孔，當被測場效應管插入時，打開三個插孔，當被測場效應管插入時，打開電源，顯示器即顯示該場效應管的夾斷電壓電源，顯示器即顯示該場效應管的夾斷電壓VP的絕對值，的絕對值，響應時間不超過響應時間不超過2秒。秒。1 . 0100n5 （4）在溫度基本不變（在溫度基本不變（20左右）時，測量誤差的絕對值左右）時，測量誤差

12、的絕對值 , n為顯示器的讀數。為顯示器的讀數。最大顯示數字為最大顯示數字為9.9 。顯示的數字清晰顯示的數字清晰顯示周期大于人眼的滯留時間顯示周期大于人眼的滯留時間0.1S。數顯式測量電路設計預設計 為使計數準確，計數器開始計數前，應為使計數準確，計數器開始計數前，應先先清清0； 為使數字顯示清晰，在譯碼、顯示前，可為使數字顯示清晰，在譯碼、顯示前，可先送鎖存器先送鎖存器鎖存鎖存。轉換電路轉換電路壓控振蕩器壓控振蕩器計數時間計數時間產生電路產生電路&計數器計數器鎖存器鎖存器譯碼器譯碼器顯示器顯示器X被測參數被測參數VXV1V2V3清零信號清零信號產生電路產生電路鎖存信號鎖存信號產生電

13、路產生電路2.2.框圖設計框圖設計：（1 1）數顯式測量電路的結構框圖和工作波形數顯式測量電路的結構框圖和工作波形：數顯式測量電路設計預設計工作波形圖工作波形圖說明：說明：如果計數時間遠小于人眼的滯留時間如果計數時間遠小于人眼的滯留時間（0.1S），鎖存器可，鎖存器可以省略；并利用譯碼器的消隱端，使數碼管在計數時間內為暗狀以省略；并利用譯碼器的消隱端，使數碼管在計數時間內為暗狀態，效果更佳。態，效果更佳。 通常取通常取計數時間遠小于計數時間遠小于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數顯式測量電路設計預設計VPVX轉換電路轉換電

14、路壓控振蕩器壓控振蕩器10進制進制計數器計數器被被測測場場效效應應管管與與門門計數時間產生電路計數時間產生電路10進制進制計數器計數器清零信號產清零信號產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（2 2）結型場效應管夾斷電壓數顯式測量電路的結構框圖）結型場效應管夾斷電壓數顯式測量電路的結構框圖數顯式測量電路設計預設計（1）主要單元電路設計和參數計算主要單元電路設計和參數計算3.3.總體電路設計總體電路設計 VPVX轉換電路轉換電路 壓控振蕩器壓控振蕩器 計數時間產生電路計數時間產生電路： 計數、譯碼、顯示電路計數、譯碼、顯示電路 清零信號產生電路清零信號產生電路數顯式測量電路設計預

15、設計V10VRRRVCC212021DS A10RVII22CC1D PXVV 運放運放A1和電阻和電阻R20R24、JFET組成深度負反饋電路；組成深度負反饋電路； D2、D3保護二極管，正常工作時，相當于開路。保護二極管，正常工作時，相當于開路。 由運放兩輸入端的虛短、虛斷、由運放兩輸入端的虛短、虛斷、JFET的柵極不取電流，有的柵極不取電流，有IDI1思考：如何實現思考：如何實現 VX轉換轉換？ VPVX轉換電路轉換電路數顯式測量電路設計預設計（1）固定固定IB，則，則IC IC = IB 提示提示 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

16、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應如何接？應如何接？（2）采用運放構成的）采用運放構成的電壓并聯負反饋電壓并聯負反饋使使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數顯式測量電路設計預設計 為取出為取出IC可：可：運算放大器在深度負反饋下運算放大器在深度負反饋下“虛短虛短”、“

17、虛虛斷斷”， 電壓并聯負反饋下電壓并聯負反饋下“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：工作于線性區：RbVCCVCCICIBRbICIB-15V“虛地虛地”數顯式測量電路設計預設計主要單元電路設計和參數計算主要單元電路設計和參數計算 VPVX轉換電路轉換電路 壓控振蕩器壓控振蕩器 計數時間產生電路計數時間產生電路： 計數、譯碼、顯示電路計數、譯碼、顯示電路 清零信號產生電路清零信號產生電路數顯式測量電路設計預設計 壓控振蕩器壓控振蕩器v1tV1m-V1mvatVam-VamTXt1t2 工作原理、波形工作原理、波形R5_+324vaR2

18、v1C1_+324R8R4R7RWR2VXR3D1330k360k1.8k560k15k330p24k10k反相積分器反相積分器同相遲滯比較器同相遲滯比較器數顯式測量電路設計預設計 參數計算參數計算：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，要求為保證積分器的線性度，要求VamV1m，。，、取取 10kR24kR15kR 754, 0.7RR 54 設設2. 由振蕩頻率由振蕩頻率fx與與VP的關系確定的關系確定R2 、R8 振蕩頻率與振蕩頻率與VX的關系的關系設設 R2 R8 , 則則 t1 t2 , 即即 T

19、X t1tCRVV 12Xa 由由ama1V2Vtt 時時，當當X1m5412Xam121VVRR C2RVV C2R t 解得解得1mX45121XXVVRR C2R11 T1f t思考：思考： 數顯式測量數顯式測量電路與此有何異同電路與此有何異同？數顯式測量電路設計預設計主要單元電路設計和參數計算主要單元電路設計和參數計算 VPVX轉換電路轉換電路 壓控振蕩器壓控振蕩器 計數時間產生電路計數時間產生電路： 計數、譯碼、顯示電路計數、譯碼、顯示電路 清零信號產生電路清零信號產生電路數顯式測量電路設計預設計顯示時間顯示時間TCTdV1V2V3清清0信號信號鎖存信號鎖存信號數顯式測量電路設計預設

20、計 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計數時間計數時間：tc=R12C2ln2=30ms取取 C2=0.33 F得得 R12=130k 、R11=2M 計數時間計數時間Tc應應0.1s，一般取，一般取5ms Tc 0.1s，一般取，一般取0.3s Tc CP1QA QB QC QD74LS90(1)NR0（1）R0（2）R9（2）R9（1）CP2CP1QA QB QC QD74LS90(2)CLR思考思考： 數顯式測量電路與此是否相

21、同數顯式測量電路與此是否相同？數顯式測量電路設計預設計高電平有效高電平有效正向電流正向電流8 10mA正向壓降正向壓降1.8V共陰極數碼管（第共陰極數碼管（第a段）段） 8421 BCD碼碼？ag ABCD74LS495VR D 譯碼、顯示電路：譯碼、顯示電路： 74LS49、共陰數碼管、共陰數碼管 DDCCIVVR 思考思考： 數顯式測量電路與此是否相同數顯式測量電路與此是否相同？ 拉電流拉電流驅動發光二極管驅動發光二極管數顯式測量電路設計預設計 低電平有效低電平有效 8421 BCD碼碼？ag ABCD74LS47提示：提示： 74LS47、共陽數碼管、共陽數碼管 DOLDCCIVVVR

22、灌電流灌電流驅動發光二極管驅動發光二極管5VR D數顯式測量電路設計預設計主要單元電路設計和參數計算主要單元電路設計和參數計算 VPVX轉換電路轉換電路 壓控振蕩器壓控振蕩器 計數時間產生電路計數時間產生電路： 計數、譯碼、顯示電路計數、譯碼、顯示電路 清零信號產生電路清零信號產生電路數顯式測量電路設計預設計 清零信號產生電路清零信號產生電路C4R13v211CLR(計數器清零）計數器清零）two=0.7R13C4 Txmins3009930ms99T TCxmin tpd 取取 C4=150pF，R13=56k倍倍應大于其應大于其10,nS4074LS90的清的清0信號為正脈沖，計數前先清零

23、。信號為正脈沖，計數前先清零。需在計數時間信號需在計數時間信號V2（高電平）上升沿到來時產生清零信號。（高電平）上升沿到來時產生清零信號。twotwotwo9090清零端的延遲時間清零端的延遲時間數顯式測量電路設計預設計（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，只標出）表示，只標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，標出數值，電阻、表示，標出數值，電阻、電容等應選用標稱值。電容等應選用標稱值。 連線應橫平豎直，交叉點應用黑圓點標出。連線應橫平豎直，交叉點應用黑圓點標出。數顯式測量電路設計預設計數顯式測量電路設計預設計（4）關于溢出報警電路關于溢出報警