西北工业大学 简易数字电压表0数电大实验报告.docx
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西北工业大学简易数字电压表0数电大实验报告
西北工业大学
课程设计报告
题目:
简易数字电压表
学院:
航天学院
班级:
学生:
学号
日期:
年月
摘要
数字电压表,是采用数字化测量技术,把连续的模拟量(直流输入电压)转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。
简易数字电压表是根据压—频转换原理,将输入模拟电压经运放输入级、压频转换等环节转换为与输入电压成正比例的连续脉冲,然后通过定时器控制计数器去数脉冲个数,以得到与输入电压相应的数值显示。
关键词:
压—频转换、输入级、锯齿波产生电路、触发器、主控门、计数器、驱动显示
目录
一、课程设计目的3
二、设计任务与要求3
三、方案设计与论证3
四、单元电路设计与参数计算4
五、电路的安装与调试7
六、遇到问题的解决方法10
七、结论与心得11
八、参考文献11
简易数字电压表
一、课程设计目的
具体目的及要求有:
熟悉常见电子元器件的型号、文字符号、外型、特点及使用方法;掌握常用元器件性能好坏的判别方法和引脚认定方法;能根据电路要求正确选用元器件;熟练掌握万用表、稳压电源、示波器等常用电子仪器;掌握数字电路的一般设计方法、设计步骤;能灵活应用所学过的数字电路的知识;掌握电子电路调试的一般方法和步骤;掌握电子电路故障的排除方法;会根据故障现象利用仪器仪表排除故障;能对所设计电路的指标和性能进行测试。
能根据要求撰写课程设计实习报告。
二、设计任务与要求
一、任务:
根据压—频转换原理设计并实现一个简易数字电压表.
二、要求和指标:
1.测量范围10mV~5.00V
2.分辨率10mV
3.输入电阻大于1MΩ
4.显示方式:
三位数码管显示(设置启动开关与清除按钮)
三、方案设计与论证
根据压—频转换原理,将输入模拟电压经运放输入级、压频转换等环节转换为与输入电压成正比例的连续脉冲,然后通过定时器控制计数器去数脉冲个数,以得到与输入电压相应的数值显示。
在设计过程中可以设计使得定时器1产生的脉冲为1秒,使这个脉冲输出作为主控门的一个输入端,主控门的另一个输入端为由电压转换来脉冲信号,计数器通过计数在一秒内的脉冲个数,从而得出所测的电压值,实现测量的目的。
因为要求分辨率为10mV,量程为0.01V—5V,故可选用三个数码管来实现要求,这样就需要三个74LS47译码管和三个74LS90或161或160来实现,90组成1000进制的计数器,对脉冲进行计数。
锯齿波和单稳信号的产生可以有不同的方案,具体如下:
原理框图如下:
电压跟随器与反向放大是为提高带负载能力,使放大器B点电压Ub=-Ua,用来测量正电压,锯齿波产生是压—频转换的重要部分其原理如下:
UE=“l”,3DK21饱和,积分电容通过3DK2l快速放电,使Uc回零,即产生一个计数脉冲。
Uc的回零,又会使3DK2l截止、积分器又开始第二次积分,如此周而复始,使计数器得到连续脉冲。
当3DK2l截止,输入Ui=UA=-UB,积分器输出
电路中,使反相器翻转的阈值电压UC=UT=常数,计数器的计数脉冲频率为:
合理调整RC之值,可以使U=5V时,f=500Hz,这时数码管显示5.00。
触发器用来产生稳定的脉冲波,用以计数。
定时器1产生1s宽的秒脉冲通过主控门来控制数码显示部分的计数
定时器2产生的脉冲用来在重新计数前清零,确保每次计数准确。
四、单元电路设计与参数计算
1.输入级
为提高带负载能力,输入级采用电压跟随方式,再经过一级反相放大,使放大器B点电压Ub=-Ua,目的是为了测量正电压。
输入级电路主要为了提高带负载能力,I、A、B处的电阻选为100kΩ
2.锯齿波产生电路
三极管的发射极接在积分电路的输入端,集电极接在输出端。
由触发器输出端产生的高、低电乎控制三极管的导通与截止。
从而积分周期性地进行,产生锯齿波。
电容C选为0.1uF,电阻和滑阻总的组织大约在100k—200k之间,根据Г=RC时常数可调节电阻,从而调节1s内产生的脉冲个数,进而调节精度。
3.触发器
前级产生的锯齿波经过三极管3DK2产生触发器的触发信号,触发器输出稳定、规则的脉冲。
此部分电阻限流保护,可都选用5.1KΩ的电阻,触发器可用74LS00与非门来实现。
4.主控门
主控门为一与门,其中一个输入端输入脉宽为一秒的方波,由它来控制主控门打开时间,即计数时间;另一输入端输入前级触发器产生的脉冲——计数脉,其频率由输入电压的大小来决定。
5、定时器1和定时器2参考电路如下:
有NE555组成多谐振荡器,电阻可根据T=0.7(R1+2R2)C来确定周期。
(若用555组成单稳电路,可根据T=1.1RC来确定周期,且是脉冲方波的负脉冲下降沿转换)
6.计数器
记录在单位时间内输入的脉冲个数。
与计数器清零端相连,控制计数器计数及显示时间。
7.驱动显示部分
由七段译码器74LS47实现译码并驱动数码管显示相应的数值。
五、电路的安装与调试
进入实验室,领完实验所需的器材后,便进入电路连线安装阶段。
1、首先,我们先进行的是计数和驱动数码显示部分,在我们的共同努力下,很快仅完成了电路的连线和安装,通过测试证明我们的数码显示部分正确无误。
数码管能正确的显示数字。
2、然后便进行脉冲产生、定时器1和定时器2的电路连接。
这一部分很是重要,要求也比较高,由于没有确切的把握,我们分别用555和123来连接电路,连接完成后测试看哪一个电路更符合要求,然后我们就选择哪一个。
这一部分进行的不算顺利,其中遇到很多问题,不过通过我们的认真检查,两个电路最后都能正常工作,符合电路设计的要求。
3、连接完上面的电路后,关键的部分到来了,那就是锯齿波的产生,这一部分在此次的电路设计中至关重要,只要锯齿波能够出现。
那么工作就完成了一半,剩下的就只是调试和校正了。
虽然我们知道这一部分的重要性,不过要想一次性成功还是有困难的,电路连接成功后还需要不断的调试,检查,直至能够产生正确的波形为止。
调试阶段:
电路连接成功后,还需要对其进行不厌其烦的调试,这个阶段占了整个实验的大部分时间,当然也是最困难的阶段。
调试要按下面的步骤来完成:
1、计数、译码、显示电路调试。
把计数器7490的第3脚接低电平,在第14脚加入脉冲信号,检查三位显示器工作是否正常.
2、脉冲控制部分调试。
接通电源后用示波器(由于实验中干扰比较大,可以有面包板上的小灯来观测555的工作情况)观察NE555的输出波形,再用双线设扫描示波器观察定时器I及定时器E的输出波形。
它们的波形皮如图所示。
3、
电压—频率变换部分调整。
通过调整RW1使UB=一UA。
用示波器测量以下各点的波形:
UB、UC、UD、UE、UF。
波形如图所示。
4、进行总体调整
以上三部分调整完后,在输入端加十5v直流电压(用数字万用表测量),观察显示器是否大致正常工作。
再细调RW2电位器,使显示器上显示值为5.00(即为5.00V)。
六、遇到问题的解决方法
数码管不全亮,解决方法是:
检查数码管的接口,与接口图对比,改正错误,
电路不产生锯齿波,解决方法是:
了解原理,检查电路接线,器件接法有无错误。
七、结论与心得
在一开始做的时候,做的比较心急,对原理理解的不够深刻,结果在接完线路以后,出现了数码管不全亮,电路不产生锯齿波的情况,只能重新连接,再次做时,吸取教训,以模块为单位,做一个电路模块,检查一个,确保无误后再接,最后在整体完成后,再调节电路,最后才成功了。
八、参考文献
例:
[1]张文荣.模拟电子技术课程教学新探[J].河北能源职业技术学院学报.2004,4(3).(小五号,宋体)
[2]余道衡,徐承和.电子电路手册[M]. 北京:
北京大学出版社, 1996
[3]童诗白,华成英.模拟电子技术基础[M].北京:
高等教育出版社,2001.414-417.
[4]彭介华。
电子技术课程设计指导[M].北京:
高等教育出版社,1997.3-45.
[5]阎石,数字电子技术基础[M].北京:
高等教育出版社,1998.348-352.
[6]卢结成,陈力生,田红民等.电子电路实验及应用课题设计[M].合肥:
中国科学技术大学出版社,2002.20-23.
附件:
总原理图及元器件清单
1.总原理图
2.元件清单
元件序号
型号
主要参数
数量
备注
1
电阻
91kΩ,100kΩ,22kΩ,130kΩ,5.1kΩ,1kΩ
5
2
电位器
10kΩ,22kΩ,50kΩ
3
3
电容
0.1μF,100μF
3
4
555定时器
3
5
74LS00
2
6
74LS90
3
7
74LS47
3
8
74LS74
3
9
三极管
2
10
数码管
3
11
导线
若干
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