毕业设计82电阻分检仪的设计.docx
- 文档编号:29555550
- 上传时间:2023-07-24
- 格式:DOCX
- 页数:18
- 大小:210.79KB
毕业设计82电阻分检仪的设计.docx
《毕业设计82电阻分检仪的设计.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《毕业设计82电阻分检仪的设计.docx(18页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
毕业设计82电阻分检仪的设计
电阻分检仪的设计
摘要
随着电子技术的飞速发展,有很多的传统电子仪器已有相应的替代产品,而且还出现不少全新的仪器类型和测试系统体系,各类分立电子元器件以及其所构成的相关功能单元已逐渐被功能更强大,性能更稳定,使用更方便的集成电路所取代。
本设计应用桥式整流桥、三态稳压器和异或门、发光二极管、LM324等器件,实现电阻分检电路的设计。
本装置的设计构思巧妙,其结构简单、控制可靠、引脚数量少、使用方便,具有很高的控制灵敏度,又不易产生误动作。
在做一般控制时,不需另加控制电源,与外部设备配合使用时,具有良好的隔离性,因而它具有很高的使用价值。
关键词:
窗口比较器,三态稳压器,整流桥
ResistancesortingInstrumentDesign
Abstract
Withtherapiddevelopmentofelectronictechnology,therearemanyelectronicdeviceswhichhavebeenacorrespondingtraditionalalternativeproducts,butalsotherearemanynewtypesofequipmentandtestsystem,wherevarioustypesofdiscreteelectroniccomponentsaswellastheyconstituteafunctionalunitrelatedhasgraduallybeenmorepowerfulandmorestableperformance,theuseofmoreeasilyreplacedbyintegratedcircuits.TheDesignandApplicationofbridgerectifierbridge,three-stateregulatorandtheexclusive-ORgate,light-emittingdiodes,LM324andotherdevices,toachieveresistancesortingcircuitdesign.Thedesignofthisingeniousidea,itssimplestructure,controlreliable,lowpincount,easytouse,withhighcontrolsensitivity,andnoteasytogeneratemalfunction.Doingageneralcontrol,withoutanadditionalcontrolpower,andexternaldevices,whenusedinconjunctionwithgoodisolation,thereforeithasaveryhighvalue.
Keywords:
rectifierbridge,thewindowcomparators,tri-stateregulator
目录
1绪论1
1.1课题背景及目的1
1.2国内外研究状况1
1.3课题研究方法1
2电阻分检仪系统原理图2
2.1电阻分检仪系统方框图2
2.2电阻分检仪系统原理图3
2.3电阻分检仪工作原理3
3电阻分检仪主要元件分析6
3.1LM324集成运放6
3.2比较器的选择9
3.3三端稳压器W780511
3.4集成电路74LS8612
4电阻分检仪安装调试13
结论14
1绪论
1.1课题背景及目的
随着大规模集成电路、计算机技术的迅速发展,以及人工智能在测试技术方面的广泛应用,传统的电子测量仪器在原理、功能、精度及自动化水平等方面都发生了巨大的变化,逐步形成了一种完全突破传统概念的新一代测试仪器——智能型仪器。
目前,有很多的传统电子仪器已有相应的替代产品,而且还出现不少全新的仪器类型和测试系统体系。
在科学技术快速发展的今天,如何用价格便宜、性能良好的元器件制造出对人类生活和生产更好且有效的产品,已经成为人们研究的主要趋势。
1.2国内外研究状况
随着微电子技术、计算机技术、软件技术的高度发展及其在电子测量技术与仪器上的应用,新的测试理论、新的测试方法、新的测试领域以及新的仪器结构不断出现,在许多方面已经冲破了传统仪器的概念,电子测量仪器的功能和作用发生了质的变化。
纵览目前国内外的电阻测试仪,硬件电路往往比较复杂,体积比较庞大,不便携带,而且价格比较昂贵。
本课题为了研究体积更小、功能强大、便于携带的电阻测试仪,充分利用现代集成电路技术,研究了基于LM324的简便电阻测试仪,人机操作友好、准确方便,具有十分重要的意义。
1.3课题研究方法
目前,电阻阻值的测量方法主要有开关接触式、数字式直流式和继电器触点接触式。
大多数电阻测试仪采用数字式直流法,测试精度高、速度快。
但本设计没有采用以上方法,而是采用了更先进的“电压跟随+窗口比较”的方法,充分利用了现代集成芯片技术,体现了方便快捷的优势。
该系统的工作方法是将被测元件与标准电阻串联,经门限电压和窗口比较器的共同作用输出高低两种电平两种电信号,经LED灯的状态显示,可以快捷挑选出一级电阻。
在串联分压电路中,设串联电路中被测元件的阻值为
,标准电阻为
,电压降为
,则电路测量情况为:
(1)如果
>(1+0.05)
时,则A2输出高电平,LED1红灯发光。
A3输出高电平,LED3黄灯不发光。
(2)如果
<(1-0.05)
时,则A2输出低电平,LED1红灯不发光。
A3输出低电平,LED3黄灯发光。
(3)如果0.95
≤
≤(1+0.05)
时,则LED1和LED3均不发光,LED2绿灯发光,表示
为一级电阻。
采用该方案,根据门限电压与阻值的关系,求出门限电压并与标准电阻相比较。
经窗口比较器输出两个不同电信号,即高电平和低电平。
两个不同电平经窗口比较器输出电信号导通相应发光二极管发光,即可分选出一级电阻。
该方案思路清晰、硬件电路简洁,可以充分发挥现代集成电路的信号处理功能,和我们的设计要求相吻合。
本课题设计的主要内容包括:
电源电路和检测电路的组成及其工作原理,元器件的选用及系统功能的实现。
要求熟悉模拟电路和数字电路的主要工作原理,电路主要包括电源电路模块的设计与检测电路模块的设计,电源部分是由变压器、整流桥、三态稳压管和电容的整流滤波得到+/-5V的标准直流电源供LM324工作。
检测部分包括集成四运放LM324组成的跟随器和双门限窗口比较器,最终经过调试实现该系统的工作性能。
此外,集成电路正获得日益广泛的普及,确切了解它的工作原理已成为必然,所以本设计对这两大问题进行拓展分析和相关讨论说明,以便使集成运放理论在实际工程应用中得到更正确的运用,并充分正确地挖掘其潜在性能。
2电阻分检仪系统原理图
2.1电阻分检仪系统方框图
整个系统如图1所示。
其中电源部分主要是利用整流桥和三态稳压管输出+/-5V直流电压,供检测电路模块工作电源。
检测部分是利用四运放LM324作为电压跟随器
、窗口比较器。
系统框图各部分功能简介:
1、交流变压电路:
即对电网交流220V经变压器转换为双9V交流的电路。
2、整流电路:
将正负交替的正弦交流电压整流成为单方向的脉动电压。
3、滤波电路:
在整流电路后接滤波电路以滤去整流输出电压的纹波。
图1系统方框图
4、LM324:
四运放集成芯片,用于组成运算电路。
5、跟随器、比较器:
对于检测的信号进行分析比较。
6、显示电路:
在终端显示出各种检测信号状态。
2.2电阻分检仪系统原理图
电阻分检仪系统原理如图1所示。
图2系统原理图
2.3电阻分检仪工作原理
(1)直流电源电路
直流电源由电源变压器、桥式整流电路、滤波器、稳压电路等四个组成部分
组成。
图3直流电源电路图
本系统所需的是±5V的直流电,因此要利用变压器将220V的市电先降至合适的交流电压(本电路需先降至15V交流电压),然后再将变压器次级输出电压去整流、滤波和稳压,最后得到所需要的直流电压幅值。
桥式整流电路作用是利用具有单方向导电性能的整流元件将正负交替的正弦交流电压整流成为单向脉动电压。
滤波电路由电容元件组成。
它的作用是尽可能地将单向脉动电压中交流成分滤掉,使输出电压成为比较平滑的直流电压。
稳压电路的作用使输出的直流电压在电网电压或负载电流发生变化时保持稳定。
电源稳压常采用三端集成稳压器,本设计可以采用三端集成稳压器W7805和W7905,它具有体积小、可靠性高以及温度特性好等优点,而且使用灵活、价格低廉,只有三个引出端子,分别接输入端、输出端和公共端,基本上不需外接元件,而且内部有限流保护、过热保护和过压保护电路,使用方便、安全。
(2)检测电路
本电路主要用LM324作为电压跟随器和窗口比较器,74LS86作为异或门。
电源给出±5V直流电压送到检测电路,为了防止四运放芯片LM324因电源接反时两电源相互串通或所接信号过高损坏芯片,这里特加了D1、D2(利用二极管的单向导电性)加以保护。
选择器部分,应用四运放LM324作为跟随器和窗口比较器。
A1电压跟随器实现阻抗变换,A2、A3组成窗口比较器。
图4检测电路图
检测原理:
由门限电压与阻值的关系,求出上下门限电压。
经电压比较器输出两个不同电平,即高电平和低电平。
当待测电阻与标准电阻相串联比较送入跟随器,两个不同电平经窗口比较器送出电信号使相应发光二极管导通发光。
电路工作原理如下:
A1的输出电压Ux随Rx阻值的增大而增大(电压跟随器)。
当Ux大于UR1时,必定也大于UR3,此时A3和A2的输出电压均为UOH,因此D5导通发光,而D6和D7截止不亮,反之当Rx较小使Ux小于UR1时,必定也小于UR3,此时A3和A2输出电压均为UOL,因此D5和D6截止,D7导通发光。
当UR3 根据以上分析,当Ux与UR1和UR2满足以下条件时: Rx=1.05Rn,Ux=UR1 Rx=0.95Rn,Ux=UR2 就能利用发光二极管正确指示被测电阻是否符合选择要求。 按电路图可得式: 化简得: 只要在R1,R2,R3中选定一个电阻值,便可由上列式求出另两个电阻值。 例如: 取R1=10KΩ则R3=10KΩ,R2=526Ω 不论Rn取何值,Rx的选择范围都是(0.95—1.05)Rn,因此,同一选择器可以用来选择任意标准值的电阻,只要改变Rn即可。 (4)显示电路 该电路由异或门与三个发光二极管组成。 如下图5所示: 图5显示电路图 3电阻分检仪主要元件分析 3.1LM324集成运放 LM324是四运放集成电路,它采用14脚双列直插塑料封装,外形如图6所示。 它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器,除电源共用外,四组运放相互独立。 每一组运算放大器可用图6(a)所示的符号来表示,它有5个引出脚,其中“Vi-”、“Vi+”为两个信号输入端,“V+”、“V-”为正、负电源端,“Vo”为输出端。 (a)(b)(c) 图6LM324集成运放 它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器,除电源共用外,四组运放相互独立。 每一组运算放大器可用图(a)所示的符号来表示,它有5个引出脚。 其中“+”、“-”为两个信号输入端,其中“V+”、“V-”为正、负电源端,Vo为输出端。 在这两个信号输入端中Vi-(-)为反相输入端,表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相反;Vi+(+)为同相输入端,表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。 LM324主要参数: 电压增益: 100dB 单位增益带宽: 1MHz 单电源工作范围: 3V——30VDC 每个运放功耗: (V+=5V时)1mV/op.Amp 输入失调电压: 2mV(最大值7mV) 输入偏置电流: 50nA——150nA 输入失调电流: 5nA——50nA 输入共模电压范围: 0——V+-1.5VDC(单电源时)V——V+-1.5VDC(双电源时) 输出电压幅度: 0——V+-1.5VDC(单电源时) 输出电流: 40mA 放大器间隔离度: -120dB(f0: 1kHz——20kHz) 四运放LM324在工作电路可以用+5V电源工作,此时能与TTL逻辑电路兼容,即单电源工作;可以用+15V电源工作,此时能与任何运放兼容;也可以作中等电流驱动器,输出电流40mA,吸入电流5mA;输入阻抗高、频带宽。 由于LM324四运放电路具有电源电压范围宽、静态功耗小、可单电源使用、价格低廉等优点,因此被广泛应用在各种电路中。 按一个器件上所含有电压比较器的个数,可分为单、双和四电压比较器;按功能,可分为通用型、高速型、低功耗型、低电压型和高精度型电压比较器;按输出方式,可分为普通、集电极(或漏极)开路输出或互补输出三种情况。 集电极(或漏极)开路输出电路必须在输出端接一个电阻至电源。 互补输出电路有两个输出端,若一个为高电平,则另一个必为低电平。 电压比较器的输入信号是连续变化的模拟量,输出信号只有高电平或低电平两种状态,因此可以认为是模拟电路和数字电路的“接口”。 电压比较器中的集成运放常常工作在非线性区,运放一般处于开环关态,有时还引入一个正反馈。 LM324运放开环放大倍数为100dB,既10万倍)。 此时运放便形成了一个电压比较器,其输出如不是高电平(V+),就是低电平(V-或接地)。 当正输入端电压高于负输入端电压时,运放输出低电平,其工作状态如图7所示。 图7电压比较器状态图 图7中使用两个运放组成一个电压上下限比较器,电阻R1、R1ˊ组成分压电路,为运放A1设定比较电平U1;电阻R2、R2ˊ组成分压电路,为运放A2设定比较电平U2。 输入电压U1同时加到A1的正输入端和A2的负输入端之间。 当Ui>U1时,运放A1输出高电平;当Ui<U1时,运放A2输出高电平。 运放A1、A2只要有一个输出高电平,晶体管BG1就会导通,发光二极管LED就会被点亮。 若选择U1>U2,则当输入电压Ui越出[U2,U1]区间范围时,LED点亮,这便是一个电压双限指示器;若选择U2>U1,则当输入电压在[U2,U1]区间范围时,LED点亮,这是一个“窗口”电压指示器。 在电压比较器中,集成运放多工作在非线性区,输出电压只有高电平和低电平两种可能的情况。 一般用电压传输特性来描述输出电压与输入电压的函数关系。 电压传输特性的三个要素是输出电压的高、低电平,阈值电压和输出电压的跃变方向。 输出电压的高、低电平决定于限幅电路;令uN=uP,所求的uI就是阈值电压;uI等于阈值电压时输出电压的跃变方向决定于输入电压作用于同相输入端还是反相输入端。 可知此电路主要用来判断输入信号电位之间的相对大小,它至少有两个输入端和一个输出端,通常用一个输入端接被比较信号Ui,另一个则接基准电压VR决定门限电压(或称阀值)的UT。 输出通常仅有二种可能即高、低二电平的矩形波,应用于模-数转换,波形产生及变换,及越限报警等。 3.2比较器的选择 (a)过零比较器电路(b)电压传输特性 图8过零比较器 图8为加限幅电路的过零比较器,DZ为限幅稳压管。 信号从运放的反相输入端输入,参考电压为零,从同相端输入。 当Ui>0时,输出UO=-(UZ+UD),当Ui<0时,UO=+(UZ+UD)。 其电压传输特性如图8(b)所示。 过零比较器结构简单,灵敏度高,但抗干扰能力差。 (a)电路图(b)传输特性 图9滞回比较器 如图9所示,从输出端引一个电阻分压正反馈支路到同相输入端,若uo改变状态,∑点也随着改变电位,使过零点离开原来位置。 当uo为正(记作U+),则当ui>U∑后,uo即由正变负(记作U-),此时U∑变为-U∑。 故只有当ui下降到-U∑以下,才能使uo再度回升到U+,于是出现图8(b)中所示的滞回特性。 -U∑与U∑的差称为回差。 改变R2的数值可以改变回差的大小。 单限比较器和滞回比较器在输入电压单一方向变化时,输出电压只跃变一次,因而不能检测输入电压是否在两个给定电压之间,而窗口比较器具有这一功能。 在元件选择与分类,或对生产现场进行监视与控制时,窗口比较器是很有用的。 图10双限比较器及其电压传输特性 图10所示为一种双限比较器,工作原理: 当输入电压uI>URH时,uI>URL,所以集成运放A1的输出uO1=+UOM,A2的输出uO2=-UOM。 使得二极管D1导通D2截止,电流通路如图(b)所标注,稳压管DZ工作在稳压状态,输出电压uO=+UZ。 当输入电压uI 使得二极管D2导通D1截止,电流通路如图(b)所标注,稳压管DZ工作在稳压状态,输出电压uO=+UZ。 URL URH和URL分别为比较器的两个阈值电压,设URH和URL均大于零,则传输特性如图10(b)所示。 电源稳压常采用三端集成稳压器,本设计可以采用三端集成稳压器W7805和W7905,它具有体积小、可靠性高以及温度特性好等优点,而且使用灵活、价格低廉,只有三个引出端子,分别接输入端、输出端和公共端,基本上不需外接元件,而且内部有限流保护、过热保护和过压保护电路,使用方便、安全。 检测电路: 本电路主要用LM324作为电压跟随器和窗口比较器;74LS86作为异或门。 电源给出±5V直流电压送到检测电路,为了防止四运放芯片LM324因电源接反时两电源相互串通或所接信号过高损坏芯片,这里特加了D1、D2(利用二极管的单向导电性)加以保护。 选择器部分,应用四运放LM324作为跟随器和窗口比较器。 A1电压跟随器实现阻抗变换,A2、A3组成窗口比较器。 检测原理: 由门限电压与阻值的关系,求出上下门限电压。 经电压比较器输出两个不同电平,即高电平和低电平。 当待测电阻与标准电阻相串联比较送入跟随器,两个不同电平经窗口比较器送出电信号使相应发光二极管导通发光。 当标准电阻改变时或当电源电压改变时,也不影响电阻选择的精度。 3.3三端稳压器W7805 三端稳压器是集成型稳压电路,它有三个引脚,分别为输入端、输出端和公共端,因而称为三端稳压器。 三端集成稳压器W7805系列内部结构方框图如图11所示。 图11W7805内部结构 它属于串联稳压电路,其工作原理与分立元件的串联稳压电源相同。 它由启动电路、取样电路、比较放大电路、基准环节、调整环节和过流保护等组成。 此外它还有过热和过压保护电路。 因此,其稳压性能要优于分立元件的串联型稳压电路。 如串联稳压的启动电路是比较放大管的负载电阻,此电阻在电源工作过程始终接于电路中,当输入电压变化(电网波动),通过负载电阻影响输出电压也跟着变化。 而三端集成稳压器设置的启动电路,在稳压电源启动后处于正常状态下,启动电路与稳压电源内部其他电路脱离联系,这样输入电压变化不直接影响基准电路和恒流源电路,保持输出电压的稳定。 (1)三端集成稳压器的分类 固定式稳压电路: 输出电压不能进行调节为固定值。 可调式稳压电路: 通过外接元件使输出电压得到很宽的调节范围。 W7805为固定式稳压电路,其输出电压有5V,最后两位数表示输出电压值。 W7805表示输出电压为+5V、最大输出电流为1.5A;W7905表示输出电压为-5V、最大输出电流为1.5A。 (2)三端集成稳压器的主要参数 最大输入电压UImax: 保证稳压器安全工作时所允许的最大输入电压,UImax为35伏。 输出电压UO: 稳压器正常工作时,能输出的额定电压,UO为5V,6V,9V,12V,15V,18V,24V等七个档级。 最小输入输出电压差值(UI—UO)min: 保证稳压器正常工作时所允许的输入与输出电压的差值,(UI—UO)min应为2—3伏。 此值太小,调整管将进入饱和区。 电压调整率KV: 当输入电压UI变化10%时输出电压相对变化量UO/UO的百分数称为电压调整率KV。 此值越小,稳压性能越好[2]。 电压调整率能达到0.1~0.2%(电压调整率是稳压系数Sr当UI/UI=10%的特例)。 输出电阻RO: 在输入电压变化量UI为0时,输出电压变化量Uo与输出电流变化量Io的比值。 即: 它反映负载变化时的稳压性能,即稳压器带负载能力。 RO越小,即UO越小,稳压性能越好,带负载能力越强。 3.4集成电路74LS86 集成电路74LS86是一片四2输入异或门电路,其引脚图如图12所示: 图12集成电路74LS86引脚图 异或门电路有两个输入端,1个输出端。 当两个输入端中只有1个是高电平时,输出端则为高电平;当输入都是低电平或都是高电平时,输出端才是低电平。 逻辑关系式为: 。 4电阻分检仪安装调试 由原理图生成PCB板图如图13所示。 图13PCB图 PCB板的制作: 设置好版的大小、布线规则,先自动布线,再手动修改。 (1)元器件清单: LM324、74LS86、1K电位器、0.2K电阻3个、10K电阻2个、二极管2个、发光二极管红黄绿各一个、接插件。 (2)调试过程: 设Rn为1K电阻,则当Rx为2K的电阻时,红色发光二极管点亮,其它二极管不亮;当Rx为1K的电阻时,绿色发光二极管点亮,其它二极管不亮;当Rx为0.5K的电阻时,黄色发光二极管点亮,其它二极管不亮,但是在调试中,发现黄色发光二极管不点亮。 (3)故障分析: 当Rx为0.5K的电阻时,黄色发光二极管不点亮。 用万用表测量黄色发光二极管两端电压发现其电压仅有0.89V,小于其点亮电压,分析其原因,是由于LM324的输出负电压为-0.89V,而不是理论分析的-5V,故黄色发光二极管不能点亮。 由于在安装时把黄灯与绿灯安错位置导致在调试时绿灯一直未亮。 换了一个LM324、把黄灯看做绿灯才调试成功。 结论 设计电子电路是学好电子信息工程这门专业的基本能力,设计要以学习理论、教授理论和认知理论为指导;根据实际的操作,遵循电路设计基本原则和要求;选择适用的集成电路,合理的选择、呈现或建构学科知识点与实际电路,在整个设计过程中贯彻以认真为本,并耐心向老师请教,勤于动脑动手。 此电阻分选仪电路的特点是: 1、准确性高,不受外界干扰、快捷地检测出一级电阻。 2、易于操作性的同时,设计变得简单而且节约了设计的成本,使得性价比高。 3、可用于测量任何阻值的一级电阻。 4、电源波动对测量精度影响很小。 参考文献: [1]童诗白,华成英主编.清华大学电子学教研组编.模拟电子技术基础.3版.北京: 高等教育出版社,2001. [2]冯民昌主编.模拟集成电路系统.2版.北京: 中国铁道出版社,1998. [3]李哲英主编.的电子技术及应用基础.模拟部分.北京: 高等教育出版社,2003. [4]周淑阁主编.模拟电子技术基础.北京: 高等教育出版社,2004. [5]殷端祥主编.电路与模拟电子技术.北京: 高等教育出版社,2004. [6]清源计算机工作室编著.Protel99SE原理图与PCB及仿真.北京: 机械工业出版社,2004.
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 毕业设计 82 电阻 分检仪 设计
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)