數(shù)顯式扭矩測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)--電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、<p>　　電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告</p><p>　　題目： 數(shù)顯式扭矩測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì) </p><p>　　姓　　名：_____ _________</p><p>　　學(xué)　　號(hào)：____________</p><p>　　班　　級(jí)：___ ___</p><p>　　成 績(jī)：____

2、_______ _____________</p><p><b>　　年月日</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第一章 引言1</b></p><p>　　1.1選題的意義及目前國(guó)內(nèi)外概況1</p><p

3、>　　1.1.1扭矩測(cè)量?jī)x國(guó)外發(fā)展?fàn)顩r1</p><p>　　1.1.2扭矩測(cè)量?jī)x國(guó)內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r2</p><p>　　1.2電路設(shè)計(jì)的用途及實(shí)際應(yīng)用情況4</p><p>　　1.3電路設(shè)計(jì)旨在解決的關(guān)鍵問(wèn)題5</p><p>　　第二章 總體方案設(shè)計(jì)5</p><p>　　2.1設(shè)計(jì)思路及框架5&l

4、t;/p><p><b>　　2.2設(shè)計(jì)方法5</b></p><p>　　第三章 電路的工作原理7</p><p>　　3.1電路原理圖7</p><p>　　3.2電路元器件及其工作原理9</p><p>　　3.2.1 AKC-215系列扭矩傳感器9</p><p&

5、gt;　　3.2.2 位A／D 轉(zhuǎn)換器MCl443310</p><p>　　3.2.3 七路達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)器陣列MCl41313</p><p>　　3.3電路工作原理14</p><p>　　3.4電路參數(shù)計(jì)算14</p><p>　　3.4.1放大電路參數(shù)計(jì)算14</p><p>　　3.4.2濾波電路的設(shè)

6、計(jì)16</p><p>　　3.4.3數(shù)顯電壓表的設(shè)計(jì)16</p><p>　　3.4.4電路元器件一覽表18</p><p>　　第四章 仿真設(shè)計(jì)結(jié)果20</p><p>　　4.1信號(hào)放大電路仿真20</p><p>　　4.2濾波電路仿真21</p><p>　　4.3總體電路

7、仿真22</p><p><b>　　第五章 結(jié)論22</b></p><p>　　第六章 課程設(shè)計(jì)的體會(huì)22</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)23</b></p><p><b>　　第一章 引言</b></p><p>　　1.1選題的意

8、義及目前國(guó)內(nèi)外概況</p><p>　　1.1.1扭矩測(cè)量?jī)x國(guó)外發(fā)展?fàn)顩r</p><p>　　美國(guó)阿克來(lái)克斯公司(Acurex co.)中的一個(gè)分公司W(wǎng)DC(無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸公司)，自70年代起，生產(chǎn)“通用海上試驗(yàn)功率測(cè)試系統(tǒng)”(Universal Sea Trial Power Measurement System)，顯示板上可顯示被測(cè)主機(jī)的扭矩、轉(zhuǎn)速和功率。此類(lèi)儀器的扭矩測(cè)量是采用卡環(huán)式應(yīng)

9、變傳感器敏感被測(cè)軸的扭轉(zhuǎn)變形角，變形量與扭矩成正比。量程范圍為0～2×106Nm，測(cè)量精度為1％F.S.，轉(zhuǎn)速測(cè)量是采用紅外線測(cè)速法，精度為0.25％F.S.，平均無(wú)故障時(shí)間MTBF為4200h。</p><p>　　此外，美國(guó)的陶太克(TORODUCTOR)公司生產(chǎn)無(wú)接觸式磁彈性扭矩儀；美國(guó)麻省理工學(xué)院研制成抗干擾性強(qiáng)的光纖扭矩傳感器。這些都代表著世界新潮流。</p><p>

10、　　日本小野測(cè)試社擅長(zhǎng)制造磁電式相位差扭矩測(cè)量?jī)x，首期產(chǎn)品多半用于實(shí)驗(yàn)室，適用于精測(cè)扭矩。其量程范圍較寬，小量程為0.2～10Nm，中大量程為10～10×106Nm，已成系列產(chǎn)品，精度可達(dá)0.5％～1％F.S.。20世紀(jì)80年代初，小野測(cè)試社和赤版鐵工所聯(lián)合研制出船用主機(jī)扭矩測(cè)量?jī)xMS25B，可測(cè)扭矩(5×105 Nm，精度0.8%F.S.)、轉(zhuǎn)速(214.7r/min，精度0.1r/min)和功率(1500ps)。

11、</p><p>　　德國(guó)馬霍克(Mc.huk)公司歷史悠久，生產(chǎn)的振弦式扭矩測(cè)量?jī)x聞名世界。該儀器是利用軸扭轉(zhuǎn)時(shí)致使傳感器中的鋼弦拉緊或放松，從而使鋼弦自身頻率變化測(cè)得扭矩；數(shù)據(jù)傳輸方式有滑環(huán)式和感應(yīng)式。其生產(chǎn)的MDS820產(chǎn)品，被測(cè)軸頸范圍為50～1000mm，已形成系列產(chǎn)品。</p><p>　　此外，德國(guó)的HBM公司(Hoffinger Baldwin Mesefechmik Gm

12、hm)生產(chǎn)電阻應(yīng)變式扭矩測(cè)量?jī)x，采用弧齒聯(lián)軸節(jié)，以消除不同軸度帶來(lái)的測(cè)量誤差，獨(dú)具風(fēng)格。</p><p>　　生產(chǎn)電阻應(yīng)變式扭矩儀的還有英國(guó)霍佛科公司(Hover-Krafe)和荷蘭的A.V.D公司，它們?cè)谂灤O(jiān)測(cè)上都已亮相。</p><p>　　不久前，市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)Darnell Group在一份報(bào)告中指出，2010年扭矩測(cè)量?jī)x價(jià)格預(yù)計(jì)將與現(xiàn)有模擬產(chǎn)品持平。扭矩測(cè)量?jī)x的平均價(jià)格已經(jīng)從幾年

13、前的6美元降到了目前的3美元以下，預(yù)計(jì)2010年將跌破2美元。Darnell表示，隨著數(shù)字與模擬控制器解決方案價(jià)格趨同，更多、更符合具體應(yīng)用的第二代扭矩測(cè)量?jī)x推出，軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境持續(xù)改善，以及市場(chǎng)更加了解扭矩測(cè)量技術(shù)等因素的推動(dòng)，扭矩測(cè)量產(chǎn)品生命周期的“引入”階段接近結(jié)束，扭矩測(cè)量?jī)x市場(chǎng)將迎來(lái)加速增長(zhǎng)。</p><p>　　圖1.1 扭矩測(cè)量?jī)x市場(chǎng)引入期將結(jié)束，即將引來(lái)快速增長(zhǎng)期</p><p&

14、gt;　　這對(duì)扭矩測(cè)量產(chǎn)業(yè)無(wú)疑是一個(gè)非常好的消息。雖然扭矩測(cè)量技術(shù)被炒了很多年，但市場(chǎng)狀況卻是概念混亂，供應(yīng)商的產(chǎn)品五花八門(mén)鮮有大批量產(chǎn)出貨的成功案例，客戶大多處于疑惑和觀望之中，市場(chǎng)規(guī)模一直很小。不過(guò)，供應(yīng)商們紛紛表示，隨著市場(chǎng)對(duì)扭矩測(cè)量?jī)x的需求更加強(qiáng)烈、對(duì)成本和復(fù)雜性誤解的消除，以及更多更好扭矩測(cè)量產(chǎn)品的推出，未來(lái)2~3年內(nèi)扭矩測(cè)量市場(chǎng)將有望起飛。就像所有的新技術(shù)一樣，扭矩測(cè)量概念也充滿了混淆和噪聲，這主要是緣于不同的人對(duì)扭矩測(cè)量有

15、不同的理解，不同的供應(yīng)商有不同的技術(shù)路線。iWatt公司系統(tǒng)設(shè)計(jì)和技術(shù)總監(jiān)鄭俊杰表示，談到扭矩測(cè)量，最大的混淆在于扭矩測(cè)量 (Digital control)和數(shù)字管理 (digital management)的不同，“管理”指的是對(duì)于開(kāi)關(guān)時(shí)序、保護(hù)切斷及自我診斷等，扭矩測(cè)量在這里不僅指“管理”，也是指“控制”，其中控制時(shí)核心。 </p><p>　　鄭俊杰指出，通俗地講，數(shù)字電源就是

16、利用數(shù)字化的方法對(duì)輸入輸出進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)電路工作于最佳狀態(tài)，扭矩測(cè)量中的“數(shù)字”只是一種控制方法而已。他強(qiáng)調(diào)說(shuō)，扭矩測(cè)量和模擬控制主要區(qū)別在于如何處理反饋信號(hào)，扭矩測(cè)量是基于時(shí)鐘的離散數(shù)字信號(hào)頻域控制，扭矩測(cè)量平臺(tái)包括常見(jiàn)的DSP處理器、單片機(jī)、PAL、GAL和FPGA等，實(shí)現(xiàn)方式大致分為用戶可編程控制和預(yù)固化兩大類(lèi)，模擬控制完全是在時(shí)域控制。</p><p>　　1.1.2 扭矩測(cè)量?jī)x國(guó)內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r</p

17、><p>　　國(guó)內(nèi)扭矩測(cè)量技術(shù)的研究和扭矩測(cè)量?jī)x的生產(chǎn)已初具規(guī)模，從扭矩測(cè)量?jī)x的類(lèi)別、數(shù)量和質(zhì)量來(lái)看，絕大部分式電阻應(yīng)變式和磁電式扭矩儀。</p><p>　　電阻應(yīng)變式扭矩測(cè)量?jī)x是拾取粘貼在受扭軸上的電阻應(yīng)變片的阻值變化來(lái)測(cè)量扭矩的，故無(wú)須斷開(kāi)軸系，而且測(cè)量?jī)x表也可采用通用的電阻應(yīng)變儀。電阻應(yīng)變式傳感器的生產(chǎn)單位較多，如北京機(jī)床研究所、中國(guó)船舶工業(yè)總公司701研究所，上海通用機(jī)械研究所，成功

18、的應(yīng)用于機(jī)床和各種動(dòng)力軸的扭矩測(cè)量。在艦船、貨船主機(jī)扭矩測(cè)量上，中國(guó)船舶工業(yè)總公司上海704研究所生產(chǎn)的卡環(huán)型應(yīng)變式扭矩傳感器，測(cè)量時(shí)只要將卡環(huán)卡在軸上就可測(cè)量扭矩，測(cè)量?jī)x表采用INTEL MCS-51單片機(jī)作為核心的智能儀器，可同時(shí)測(cè)量扭矩轉(zhuǎn)速、功率，并具有自診斷、數(shù)據(jù)處理、溫度修正、越限報(bào)警等功能，集成度高，可靠性好。</p><p>　　磁電式扭矩測(cè)量?jī)x最早的研制單位是上海電器科學(xué)研究所，供應(yīng)市場(chǎng)的是100

19、0 Nm扭矩轉(zhuǎn)速傳感器和數(shù)字扭矩轉(zhuǎn)速測(cè)盆儀。隨后上海交通大學(xué)、中國(guó)船舶工業(yè)總公司上海704研究所、天津機(jī)械工程研究所、上海第二電表廠、湘西儀表元件廠、哈爾濱東安機(jī)器廠、沈陽(yáng)機(jī)電學(xué)院相繼研制成磁電式扭矩測(cè)量?jī)x，這種類(lèi)型的扭矩儀是目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用最多的扭矩儀。例如中國(guó)船舶工業(yè)總公司上海704研究所制造的20 -20KNm扭矩轉(zhuǎn)速傳感器和數(shù)字扭矩轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x，成功地應(yīng)用在地質(zhì)礦產(chǎn)部鉆機(jī)上?，F(xiàn)場(chǎng)的鉆探表演，獲得美國(guó)、俄羅斯等31國(guó)參加聯(lián)合國(guó)亞太地區(qū)鉆

20、機(jī)學(xué)術(shù)會(huì)議專(zhuān)家的好評(píng)。該所生產(chǎn)的磁電式扭矩測(cè)量?jī)x也可與上述的智能化測(cè)量?jī)x連用，系統(tǒng)精度為0 .596 F.S.。</p><p>　　振弦式扭矩測(cè)量?jī)x較先研制的單位是中國(guó)船舶工業(yè)總公司702研究所，此外還有中國(guó)船舶工業(yè)總公司上海708研究所、上海自動(dòng)化儀表所、海通信工廠等。</p><p>　　國(guó)內(nèi)研制成磁彈性時(shí)扭矩測(cè)量?jī)x的單位有哈爾濱科技大學(xué)、天津電氣傳動(dòng)所、北京冶金設(shè)計(jì)院等。</

21、p><p>　　現(xiàn)在，中國(guó)已成為全球最大的數(shù)字式控制產(chǎn)品應(yīng)用市場(chǎng)。在這一市場(chǎng)里，什么樣的產(chǎn)品正在成為主流，未來(lái)還會(huì)有怎樣的變化？為此，《科學(xué)時(shí)報(bào)》記者采訪了在中國(guó)市場(chǎng)占有率第一的日本瑞薩科技公司的相關(guān)人士。武部秀治和邱榮豐都認(rèn)為，以中國(guó)為中心的亞洲市場(chǎng)已成為全球增長(zhǎng)最強(qiáng)勁的扭矩測(cè)量?jī)x產(chǎn)品應(yīng)用市場(chǎng)。汽車(chē)電子和工業(yè)電子成為維持中國(guó)數(shù)字是控制器市場(chǎng)增長(zhǎng)的關(guān)鍵推動(dòng)因素。此外，監(jiān)控、馬達(dá)控制和測(cè)量?jī)x器市場(chǎng)的增長(zhǎng)也對(duì)中國(guó)市場(chǎng)有較

22、大貢獻(xiàn)，特別是安全系統(tǒng)、馬達(dá)控制、電力機(jī)車(chē)、安全與控制以及車(chē)載娛樂(lè)系統(tǒng)將成為扭矩測(cè)量?jī)x的新驅(qū)動(dòng)力。</p><p>　　據(jù)市場(chǎng)研究公司iSuppli預(yù)測(cè)，2005年到2010年，中國(guó)扭矩測(cè)量產(chǎn)品市場(chǎng)將分別達(dá)到11%和20%的復(fù)合年增長(zhǎng)率?！皬?008年開(kāi)始，中國(guó)市場(chǎng)會(huì)進(jìn)入一個(gè)新的時(shí)代，對(duì)扭矩測(cè)量?jī)x的市場(chǎng)需求會(huì)迅速增加，所以瑞薩計(jì)劃從明年開(kāi)始推出更多產(chǎn)品。”武部秀治表示。</p><p>　

23、　供應(yīng)商為了提供更高性能的產(chǎn)品，無(wú)可避免地要面對(duì)功耗挑戰(zhàn)。目前，隨著市場(chǎng)的發(fā)展，單純通過(guò)提高時(shí)鐘速率提升性能的方式，將帶來(lái)極大的功耗問(wèn)題。此外，對(duì)廠商來(lái)說(shuō)，未來(lái)在汽車(chē)應(yīng)用中對(duì)系統(tǒng)安全性的要求會(huì)越來(lái)越高，特別是發(fā)動(dòng)機(jī)管理、安全等直接關(guān)系到乘客生命安全的系統(tǒng)，在這些系統(tǒng)中往往會(huì)使用更高級(jí)扭矩測(cè)量技術(shù)。為此，各廠商正努力以新的方式尋求突破。</p><p>　　現(xiàn)在，國(guó)內(nèi)扭矩測(cè)量?jī)x市場(chǎng)基本被國(guó)外廠商所壟斷。華潤(rùn)矽科、上

24、海海爾集成等國(guó)內(nèi)生產(chǎn)設(shè)計(jì)公司正在奮起直追。不過(guò)，由于中國(guó)的應(yīng)用市場(chǎng)非常分散，從低端電子玩具到高級(jí)移動(dòng)電話基站，對(duì)國(guó)際供應(yīng)商來(lái)說(shuō)，繼續(xù)在中國(guó)發(fā)展業(yè)務(wù)也面臨很大的挑戰(zhàn)。</p><p>　　與全球其他區(qū)域相比，邱榮豐認(rèn)為，中國(guó)市場(chǎng)的特點(diǎn)是，企業(yè)在推出產(chǎn)品的時(shí)候，要考慮到整體解決方案。其次，產(chǎn)品一定要在成本方面有競(jìng)爭(zhēng)力。此外，服務(wù)要周到。據(jù)他透露，瑞薩目前在中國(guó)已經(jīng)有100多個(gè)專(zhuān)門(mén)從事技術(shù)支持的工程師。</p&g

25、t;<p>　　1.2電路設(shè)計(jì)的用途及實(shí)際應(yīng)用情況</p><p>　　扭矩測(cè)量是各種機(jī)械產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)研究、測(cè)試分析、質(zhì)量檢驗(yàn)、型式鑒定和節(jié)能、安全或優(yōu)化控制等工作中必不可少的內(nèi)容。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，扭矩測(cè)量技術(shù)已充分引起人們的重視，成為測(cè)試技術(shù)的一個(gè)新分支。扭矩已成為眾多機(jī)械量測(cè)量中的一個(gè)主要參數(shù)。近年來(lái)，世界各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相繼探討出許多扭矩測(cè)試新技術(shù)，研制、生產(chǎn)出較多的新穎扭矩測(cè)量?jī)x。改

26、革開(kāi)放以來(lái)，我們走技術(shù)引進(jìn)、自主創(chuàng)新之路，極大的推動(dòng)了扭矩測(cè)量技術(shù)的發(fā)展。在高新技術(shù)中，扭矩測(cè)量技術(shù)是綜合應(yīng)用機(jī)械、電子、物理、計(jì)算機(jī)等多方面知識(shí)的一門(mén)學(xué)科。</p><p>　　扭矩測(cè)量應(yīng)用范圍很廣泛，主要用于: 1,電動(dòng)機(jī),發(fā)動(dòng)機(jī),內(nèi)燃機(jī)等旋轉(zhuǎn)動(dòng)力設(shè)備輸出扭矩及功率的檢測(cè); 2,風(fēng)機(jī),水泵,齒輪箱,扭力板手的扭矩及功率的檢測(cè); 3,鐵路機(jī)車(chē),汽車(chē),拖拉機(jī),飛機(jī),船舶,礦山機(jī)械中的扭矩及功率的檢測(cè); 4,可用于

27、污水處理系統(tǒng)中的扭矩及功率的檢測(cè); 5,可用于制造粘度計(jì); 6,可用于過(guò)程工業(yè)和流程工業(yè)中。</p><p>　　扭矩測(cè)量技術(shù)的發(fā)展取決于傳感器、信號(hào)傳輸和測(cè)量?jī)x的研究。目前，由于微機(jī)的應(yīng)用，扭矩測(cè)量?jī)x性能大大提高，而傳感器的研究與測(cè)量?jī)x相比稍有遜色。因此必須加強(qiáng)傳感器的研究，這就要從傳感器種類(lèi)、精度、規(guī)格、安裝、信號(hào)傳遞等方面加以研究。目前傳感器主要發(fā)展動(dòng)向?yàn)椋?lt;/p><p>　　1.

28、傳感器從介入式發(fā)展成不介入式。以往扭矩傳感器大部分屬于介入式，即必須作為傳動(dòng)軸一部分才能使用，這樣限制了它的應(yīng)用范圍，一般用于實(shí)驗(yàn)室、臺(tái)架測(cè)量?，F(xiàn)在逐漸推廣的卡環(huán)式應(yīng)變型扭矩傳感器，即為不介入式扭矩傳感器，只要將傳感器卡在軸上或安裝在軸邊，無(wú)須斷開(kāi)軸系，這樣給實(shí)際工況測(cè)量扭矩帶來(lái)很大的方便。再如振弦式傳感器、磁彈性傳感器都屬于不介入式扭矩傳感器。</p><p>　　2.對(duì)新型扭矩傳感器的研究的同時(shí)并對(duì)經(jīng)典扭矩傳

29、感器加以改進(jìn)。隨著新原理、新材料的發(fā)現(xiàn)和微細(xì)加工、微機(jī)械加工技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，正在促進(jìn)傳統(tǒng)傳感器的變革，新型磁彈性傳感器和光纖扭矩傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便，代表扭矩傳感器的新動(dòng)向。</p><p>　　磁電型相位差傳感器是一種比較成熟的傳感器，現(xiàn)經(jīng)改型成為不帶輔助電機(jī)的磁電型傳感器，不但減輕了重量、縮小了體積、降低了成本，而且耐振性能好。</p><p>　　微扭矩測(cè)量傳感器的研究。隨著家

30、用電器的迅速發(fā)展，如電風(fēng)扇、微電機(jī)、縫紉機(jī)、剃須刀、電冰箱、洗衣機(jī)甚至開(kāi)關(guān)都要測(cè)量扭矩，急待解決g ? cm級(jí)的扭矩測(cè)量，新傳感器的研制將成為解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵。</p><p>　　在信號(hào)傳輸方面，以往采用的是接觸式滑環(huán)傳輸，這種傳輸方式易磨損、需常清洗、安裝難，容易引入干擾信號(hào)。近期推出的傳感器一般均為無(wú)接觸式傳輸。如感應(yīng)方式或遙測(cè)體制，它克服了接觸式傳輸?shù)娜秉c(diǎn)。隨著檢測(cè)變換集成化和多功能化，將過(guò)去先檢測(cè)傳輸

31、、后對(duì)信號(hào)進(jìn)行變換處理的概念演變?yōu)橄葯z測(cè)變換處理，后再進(jìn)行傳輸，這一變更已成為可能。</p><p>　　扭矩測(cè)量?jī)x的智能化、微機(jī)化是當(dāng)今測(cè)量?jī)x變革的主流，單片微機(jī)和軟件的開(kāi)發(fā)應(yīng)用已使信號(hào)的檢測(cè)、采集、比較、相關(guān)、數(shù)字濾波、域間變換、邏輯和函數(shù)運(yùn)算、程序給定和反饋控制等功能由儀器本身來(lái)實(shí)現(xiàn)成為可能。軟件擴(kuò)展了結(jié)構(gòu)的性能限制，并使儀器具有智能化。既能適應(yīng)被測(cè)參數(shù)的變化來(lái)自選量程、自動(dòng)補(bǔ)償、自動(dòng)校正、人機(jī)對(duì)話、自尋故

32、障，并能方便的與總線接口，進(jìn)行多臺(tái)聯(lián)機(jī)通信及控制。</p><p>　　在扭矩傳感器信號(hào)傳輸及測(cè)量?jī)x的總成上，工業(yè)化扭矩儀研制的呼聲愈來(lái)愈高，一改以往扭矩測(cè)量?jī)x多半應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室臺(tái)架測(cè)量的情景。工業(yè)化扭矩儀的要求是必需滿足苛刻的工業(yè)應(yīng)用環(huán)境，即可靠性要高，重復(fù)性要好，價(jià)格要低廉，與機(jī)器匹配，安裝方便，但精度要求不高，用其作為指導(dǎo)生產(chǎn)、保護(hù)機(jī)械不受損傷的有效手段。</p><p>　　1.3電

33、路設(shè)計(jì)旨在解決的關(guān)鍵問(wèn)題</p><p>　　扭矩是旋轉(zhuǎn)動(dòng)力機(jī)械的重要工作參數(shù)，而扭矩測(cè)量已經(jīng)成為機(jī)械量測(cè)量中一個(gè)重要組成部分。若能準(zhǔn)確、可靠、方便地測(cè)出受試機(jī)械的平均或瞬時(shí)的扭矩值、轉(zhuǎn)速和功率，這將有利于改進(jìn)和提高其性能。同時(shí)，裝置測(cè)試系統(tǒng)可作旋轉(zhuǎn)動(dòng)力機(jī)械日常運(yùn)行的監(jiān)視裝置，起到故障診斷或可用作自動(dòng)控制系統(tǒng)的檢測(cè)裝置。</p><p>　　第二章 總體方案設(shè)計(jì)</p>&l

34、t;p>　　2.1設(shè)計(jì)思路及框架</p><p>　　本設(shè)計(jì)由四部分構(gòu)成。首先拉壓力傳感器將壓力大小轉(zhuǎn)化成毫安電級(jí)信號(hào)，之后微小的電壓信號(hào)經(jīng)放大器放大成標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)，之后電信號(hào)經(jīng)濾波器濾波輸出，最后數(shù)顯式電壓表接收信號(hào)顯示電壓?？傮w框圖如圖2.1。</p><p><b>　　圖2.1 總體框圖</b></p><p><b>

35、　　2.2設(shè)計(jì)方法</b></p><p>　　方案1 反相串聯(lián)結(jié)構(gòu)型雙運(yùn)放高共模抑制比放大電路</p><p>　　圖2.2為反相輸入高共模抑制比差動(dòng)放大電路。</p><p>　　圖2.2 反相串聯(lián)結(jié)構(gòu)型</p><p><b>　　其輸出電壓Uo為</b></p><p>　　

36、當(dāng),時(shí)，輸出電壓為零，共模信號(hào)得到了抑制。通常，為了， 負(fù)載相同，取,。由此可見(jiàn)，這種電路的抑制能力只與外接電阻對(duì)稱(chēng)精度有關(guān)。但該電路外接電阻對(duì)稱(chēng)精度很難提高，而且電路的輸出阻抗低，所以該電路應(yīng)用范圍狹窄。</p><p>　　方案2 三運(yùn)放高共模抑制比放大電路</p><p>　　圖2.3所示電路是目前廣泛應(yīng)用的高共模抑制比放大電路。</p><p>　　圖2.

37、3三運(yùn)放高共模抑制比放大電路</p><p>　　該電路由三個(gè)集成運(yùn)算放大器組成，其中U1,U2為兩個(gè)性能一致（只要是指輸入阻抗、共模抑制比和增益）的同向輸入通用集成運(yùn)算放大器，構(gòu)成平衡對(duì)稱(chēng)（或稱(chēng)同向并聯(lián)型）差動(dòng)放大輸出級(jí)，U3構(gòu)成雙端輸入單端輸出的輸出級(jí)，用來(lái)進(jìn)一步抑制U1,U2的共模信號(hào)，并適應(yīng)接地負(fù)載的需要。</p><p>　　這種電路由于U1,U2的隔離作用，輸出級(jí)的外部電阻可以

38、取得較小，有利于提高電阻的匹配精度，提高整個(gè)電路的共模抑制比。電路中在U3的兩輸入端接入,和共模補(bǔ)償電路，通過(guò)調(diào)節(jié)，則可補(bǔ)償電阻的不對(duì)稱(chēng)，獲得更高的共模抑制比。</p><p>　　綜合以上文字的比較，本設(shè)計(jì)采用方案2。</p><p>　　第三章 電路的工作原理 </p><p><b>　　3.1電路原理圖</b></p>

39、<p>　　本設(shè)計(jì)由四部分構(gòu)成。首先拉壓力傳感器將壓力大小轉(zhuǎn)化成毫安電級(jí)信號(hào)，之后微小的電壓信號(hào)經(jīng)放大器放大成標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)，之后電信號(hào)經(jīng)濾波器濾波輸出，最后數(shù)顯式電壓表接收信號(hào)顯示電壓。電路原理圖如圖3.1。</p><p>　　電路原理圖如圖3.1</p><p>　　3.2電路元器件及其工作原理</p><p>　　3.2.1 AKC-215系列扭矩傳

40、感器</p><p><b>　　一． 用途</b></p><p>　　隨著現(xiàn)代化程度的不斷提高，扭力定值的測(cè)量越來(lái)越廣泛，我司生產(chǎn)的AKC系列扭矩傳感器主要用于航天，航空，汽車(chē)，建筑，化工，機(jī)械行業(yè)等領(lǐng)域，用來(lái)測(cè)量扭矩扳手，攪拌力矩，鉸鏈力矩，拖機(jī)力矩。</p><p><b>　　二． 工作原理</b></p&

41、gt;<p>　　1. 扭矩測(cè)量基本原理 </p><p>　　AKC-215系列扭矩傳感器是以電阻應(yīng)變計(jì)為轉(zhuǎn)換元件的傳感器。電阻應(yīng)變計(jì)是基于金屬電阻絲的電阻-應(yīng)變效應(yīng)。所謂電阻應(yīng)變效應(yīng)是指金屬導(dǎo)體（電阻絲）的電阻值隨變形（伸長(zhǎng)或縮短）而發(fā)生改變的一種物理現(xiàn)象。 </p><p>　　在傳感器的彈性體上粘貼有電阻應(yīng)變計(jì)并組成惠斯通電橋。給電橋加上激勵(lì)電壓，在扭矩的作用下彈性體

42、產(chǎn)生變形,應(yīng)變計(jì)由此產(chǎn)生電阻變化，從而使電橋發(fā)生不平衡，電橋輸出與扭矩呈線性關(guān)系的電壓信號(hào)。我司結(jié)合先進(jìn)的現(xiàn)代化電子技術(shù)，采用供橋電源，輸出信號(hào)的無(wú)接觸耦合傳輸方式，完美解決了旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下扭矩?cái)?shù)值的采集。</p><p>　　2. 轉(zhuǎn)速測(cè)量基本原理。 </p><p>　　當(dāng)測(cè)速碼盤(pán)旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)光電開(kāi)關(guān)輸出具有一定周期寬度的脈沖信號(hào)，根據(jù)碼盤(pán)的齒數(shù)和輸出信號(hào)的頻率，即可計(jì)算出相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。&l

43、t;/p><p><b>　　三． 主要技術(shù)指標(biāo)</b></p><p>　　1.扭矩精度： ±0.1％ </p><p>　　2.轉(zhuǎn)速精度： 60個(gè)脈沖/轉(zhuǎn)（無(wú)積累誤差） </p><p>　　3.供電電壓： ±15VDC </p><p>　　4.信號(hào)輸出幅值：0-5V.COM

44、S </p><p>　　5.扭矩頻率輸出范圍： 零扭矩10KHz±50Hz </p><p>　　正向扭矩滿量程：15KHz±50Hz 反向扭矩滿量程：5KHz±50Hz </p><p>　　6.允許轉(zhuǎn)速： ≤5000轉(zhuǎn)/分 </p><p>　　7.溫度補(bǔ)償范圍：-10～60℃ </p>&l

45、t;p>　　8.允許過(guò)負(fù)荷：120％FS</p><p>　　3.2.2 位A／D 轉(zhuǎn)換器MCl4433</p><p>　　在數(shù)字儀表中，MCl4433 電路是一個(gè)低功耗位雙積分式A／D 轉(zhuǎn)換器。和其它典型的雙積分A/D 轉(zhuǎn)換器類(lèi)似，MCl4433A／D轉(zhuǎn)換器由積分器、比較器、計(jì)數(shù)器和控制電路組成。如果必要設(shè)計(jì)應(yīng)用者可參考相關(guān)參考書(shū)。使用MC14433 時(shí)只要外接兩個(gè)電阻(分別是片

46、內(nèi)RC振蕩器外接電阻和積分電阻RI)和兩個(gè)電容(分別是積分電容CI 和自動(dòng)調(diào)零補(bǔ)償電容C)就能執(zhí)行 位的A／D 轉(zhuǎn)換。</p><p>　　MC14433 內(nèi)部模擬電路實(shí)現(xiàn)了如下功能：1）提高A／D 轉(zhuǎn)換器的輸入阻抗，使輸入阻抗可達(dá)l00MΩ以上；2）和外接的RI、CI 構(gòu)成一個(gè)積分放大器，完成V／T 轉(zhuǎn)換即電壓—時(shí)間的轉(zhuǎn)換；3）構(gòu)造了電壓比較器，完成“0”電平檢出，將輸入電壓與零電壓進(jìn)行比較，根據(jù)兩者的差值決定

47、極性輸出是“1”還是“0”。比較器的輸出用作內(nèi)部數(shù)字控制電路的一個(gè)判別信號(hào)；4）與外接電容器C0 構(gòu)成自動(dòng)調(diào)零電路。</p><p>　　除“模擬電路”以外，MC14433 內(nèi)部含有四位十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，對(duì)反積分時(shí)間進(jìn)行3 位半BCD碼計(jì)數(shù)(0～1999)，并鎖存于 位十進(jìn)制代碼數(shù)據(jù)寄存器，在控制邏輯和實(shí)時(shí)取數(shù)信號(hào)(DU)作用下，實(shí)現(xiàn)A／D 轉(zhuǎn)換結(jié)果的鎖定和存儲(chǔ)。</p><p>　　借助于多

48、路選擇開(kāi)關(guān)，從高位到低位逐位輸出BCD碼Q0～Q3，并輸出相應(yīng)位的多路選通脈沖標(biāo)志信號(hào)DS1～DS4 實(shí)現(xiàn)位數(shù)碼的掃描方式（多路調(diào)制方式）輸出。</p><p>　　MC14433 內(nèi)部的控制邏輯是A／D轉(zhuǎn)換的指揮中心，它統(tǒng)一控制各部分電路的工作。</p><p>　　根據(jù)比較器的輸出極性接通電子模擬開(kāi)關(guān)，完成A／D轉(zhuǎn)換各個(gè)階段的開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生定時(shí)轉(zhuǎn)換信號(hào)以及過(guò)量程等功能標(biāo)志信號(hào)。在對(duì)基準(zhǔn)

49、電壓VREF 進(jìn)行積分時(shí)，控制邏輯令4位計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)，完成A／D轉(zhuǎn)換。</p><p>　　MCl4433內(nèi)部具有時(shí)鐘發(fā)生器，它通過(guò)外接電阻構(gòu)成的反饋，井利用內(nèi)部電容形成振蕩，產(chǎn)生節(jié)拍時(shí)鐘脈沖，使電路統(tǒng)一動(dòng)作，這是一種施密特觸發(fā)式正反饋RC多諧振蕩器，一般外接電阻為360kΩ時(shí)，振蕩頻率為100kHz；當(dāng)外接電阻為470kΩ時(shí)，振蕩頻率則為66kHz，當(dāng)外接電阻為750kΩ時(shí)，振蕩頻率為50kHz。若采用外時(shí)鐘

50、頻率。則不要外接電阻，時(shí)鐘頻率信號(hào)從CPI(原文資料為CLKI)(10 腳)端輸入，時(shí)鐘脈沖CP 信號(hào)可從CPO(原文資料為CLKO)(11 腳)處獲得。</p><p>　　MC14433 內(nèi)部可實(shí)現(xiàn)極性檢測(cè)，用于顯示輸入電壓UX 的正負(fù)極性；而它的過(guò)載指示(溢出)的功能是當(dāng)輸入電壓Vx 超出量程范圍時(shí)，輸出過(guò)量程標(biāo)志（低有效）。</p><p>　　MC14433 是雙斜率雙積分A／D

51、 轉(zhuǎn)換器，采用電壓—時(shí)間間隔(V／T)方式，通過(guò)先后對(duì)被測(cè)模擬量電壓UX 和基準(zhǔn)電壓VREF 的兩次積分，將輸入的被測(cè)電壓轉(zhuǎn)換成與其平均值成正比的時(shí)間間隔，用計(jì)數(shù)器測(cè)出這個(gè)時(shí)間間隔對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)目，即可得到被測(cè)電壓的數(shù)字值。雙積分過(guò)程可以做如下概要理解：</p><p>　　首先對(duì)被測(cè)電壓UX 進(jìn)行固定時(shí)間T1、固定斜率的積分，其中T1=4000Tcp。顯然，不同的輸入電壓積分的結(jié)果不同（不妨理解為輸出曲線的高度不

52、同）。然后再以固定電壓VREF 以及由RI,CI 所決定的積分常數(shù)按照固定斜率反向積分直至積分器輸出歸零，顯然對(duì)于上述一次積分過(guò)程形成的不同電壓而言，這一次的積分時(shí)間必然不同。于是對(duì)第二次積分過(guò)程歷經(jīng)的時(shí)間用時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)，則該數(shù)N 就是被測(cè)電壓對(duì)應(yīng)的數(shù)字量。由此實(shí)現(xiàn)了A／D 轉(zhuǎn)換。</p><p>　　積分電阻電容的選擇應(yīng)根據(jù)實(shí)際條件而定。若時(shí)鐘頻率為66kHz，CI 一般取0.1μF。RI 的選取與量程有關(guān)，量

53、程為2V 時(shí)，取RI 為470kΩ；量程為200mV 時(shí)，取RI 為27 kΩ。選取RI 和CI 的計(jì)算公式如下：</p><p><b>　　RI =</b></p><p>　　式中，ΔUC 為積分電容上充電電壓幅度,</p><p>　　ΔUC= V--,=0.5V</p><p><b>　　T=400

54、0</b></p><p>　　例如，假定CI=0.1μF，VDD=5V，fCLK=66kHz。當(dāng)UX(max)=2V 時(shí)，代入上式可得RI=480kΩ，取RI=470kΩ。MC14433 設(shè)計(jì)了自動(dòng)調(diào)零線路，足以保證精確的轉(zhuǎn)換結(jié)果。</p><p>　　MC14433A／D 轉(zhuǎn)換周期約需16000 個(gè)時(shí)鐘脈沖數(shù)，若時(shí)鐘頻率為48kHz，則每秒可轉(zhuǎn)換3 次，若時(shí)鐘頻率為86kH

55、z，則每秒可轉(zhuǎn)換4 次。</p><p>　　MCl4433 采用24 引線雙列直插式封裝，外引線排列，參考圖3.2.1 的引腳標(biāo)注，各主要引腳功能說(shuō)明如下：</p><p>　　(1) 端：VAG，模擬地，是高阻輸入端，作為輸入被測(cè)電壓UX 和基準(zhǔn)電壓VREF 的參考點(diǎn)地。</p><p>　　(2) 端：RREF，外接基準(zhǔn)電壓輸入端。</p>&l

56、t;p>　　(3) 端：UX，是被測(cè)電壓輸入端。</p><p>　　(4) 端：RI，外接積分電阻端。</p><p>　　(5) 端：RI／CI，外接積分元件電阻和電容的公共接點(diǎn)。</p><p>　　(6) 端，C1，外接積分電容端，積分波形由該端輸出。</p><p>　　(7) 和 (8) 端：C01 和C02，外接失調(diào)補(bǔ)償電

57、容端。推薦外接失調(diào)補(bǔ)償電容C0 取0.1μF。</p><p>　　(9) 端：DU，實(shí)時(shí)輸出控制端，主要控制轉(zhuǎn)換結(jié)果的輸出，若在雙積分放電周期即階段5 開(kāi)始前，在DU 端輸入一正脈沖，則該周期轉(zhuǎn)換結(jié)果將被送入輸出鎖存器并經(jīng)多路開(kāi)關(guān)輸出，否則輸出端繼續(xù)輸出鎖存器中原來(lái)的轉(zhuǎn)換結(jié)果。若該端通過(guò)一電阻和EOC 短接，則每次轉(zhuǎn)換的結(jié)果都將被輸出。</p><p>　　(10) 端：CPI (CLK

58、I)，時(shí)鐘信號(hào)輸入端。</p><p>　　(11) 端：CPO (CLKO)，時(shí)鐘信號(hào)輸出端。</p><p>　　(12) 端：VEE，負(fù)電源端，是整個(gè)電路的電源最負(fù)端，主要作為模擬電路部分的負(fù)電源，該端典型電流約為0.8mA，所有輸出驅(qū)動(dòng)電路的電流不流過(guò)該端，而是流向VSS 端。</p><p>　　(13) 端：VSS 負(fù)電源端．</p>&l

59、t;p>　　(14) 端：EOC，轉(zhuǎn)換周期結(jié)束標(biāo)志輸出端，每一A／D 轉(zhuǎn)換周期結(jié)束，EOC 端輸出一正脈沖，其脈沖寬度為時(shí)鐘信號(hào)周期的1／2。</p><p>　　(15) 端： ，過(guò)量程標(biāo)志輸出端，當(dāng)|UX|>VREF 時(shí)，輸出低電平，正常量程 為高電平。</p><p>　　(16)～(19) 端：對(duì)應(yīng)為DS4～DS1，分別是多路調(diào)制選通脈沖信號(hào)個(gè)位、十位、百位和千位輸出端

60、，當(dāng)DS 端輸出高電平時(shí)，表示此刻Q?！玅3 輸出的BCD 代碼是該對(duì)應(yīng)位上的數(shù)據(jù)。</p><p>　　(20)～（23）端：對(duì)應(yīng)為Q0 一Q3，分別是A／D 轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)輸出BCD 代碼的最低位(LSB)、次低位、次高位和最高位輸出端。</p><p>　　(24) 端：VDD，整個(gè)電路的正電源端。</p><p>　　3.2.3 七段鎖存-譯碼-驅(qū)動(dòng)器CD45

61、11</p><p>　　CD4511 是專(zhuān)用于將二-十進(jìn)制代碼(BCD)轉(zhuǎn)換成七段顯示信號(hào)的專(zhuān)用標(biāo)準(zhǔn)譯碼器，它由4位鎖存器，7 段譯碼電路和驅(qū)動(dòng)器三布分組成。</p><p>　　(1) 四位鎖存器(LATCH)：它的功能是將輸入的A，B，C 和D 代碼寄存起來(lái)，該電路具有鎖存功能，在鎖存允許端（LE 端，即LATCHENABLE）控制下起鎖存數(shù)據(jù)的作用。</p><

62、p>　　當(dāng)LE=1 時(shí)，鎖存器處于鎖存狀態(tài)，四位鎖存器封鎖輸入，此時(shí)它的輸出為前一次LE=0時(shí)輸入的BCD 碼；</p><p>　　當(dāng)LE=0 時(shí)，鎖存器處于選通狀態(tài)，輸出即為輸入的代碼。</p><p>　　由此可見(jiàn)，利用LE 端的控制作用可以將某一時(shí)刻的輸入BCD 代碼寄存下來(lái)，使輸出不再隨輸入變化。</p><p>　　(2) 七段譯碼電路：將來(lái)自四位

63、鎖存器輸出的BCD 代碼譯成七段顯示碼輸出，MC4511中的七段譯碼器有兩個(gè)控制端：</p><p>　?、?(LAMP TEST)燈測(cè)試端。當(dāng)??0時(shí)，七段譯碼器輸出全1，發(fā)光數(shù)碼管各段全亮顯示；當(dāng) ??1時(shí)，譯碼器輸出狀態(tài)由 端控制。</p><p>　?、?(BLANKING)消隱端。當(dāng)??0時(shí)，控制譯碼器為全0 輸出，發(fā)光數(shù)碼管各段熄滅。 ??1時(shí)，譯碼器正常輸出，發(fā)光數(shù)碼管正常

64、顯示。</p><p>　　上述兩個(gè)控制端配合使用，可使譯碼器完成顯示上的一些特殊功能。</p><p>　　(3) 驅(qū)動(dòng)器：利用內(nèi)部設(shè)置的NPN 管構(gòu)成的射極輸出器，加強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力，使譯碼器輸出驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)20mA。</p><p>　　CD4511 電源電壓VDD 的范圍為5V 一15V，它可與NMOS 電路或TTL 電路兼容工作。</p><

65、p>　　CD4511 采用16 引線雙列直插式封裝，引腳分配和真值表參見(jiàn)圖3.2.2。</p><p>　　使用CD451l 時(shí)應(yīng)注意輸出端不允許短路，應(yīng)用時(shí)電路輸出端需外接限流電阻。</p><p>　　3.2.3 七路達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)器陣列MCl413</p><p>　　MCl413采用NPN達(dá)林頓復(fù)合晶體管的結(jié)構(gòu)，因此具有很高的電流增益和很高的輸入阻抗，可直

66、接接受MOS 或CMOS 集成電路的輸出信號(hào)，并把電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成足夠大的電流信號(hào)驅(qū)動(dòng)各種負(fù)載．該電路內(nèi)含有7 個(gè)集電極開(kāi)路反相器(也稱(chēng)OC 門(mén))。MCl413 電路結(jié)構(gòu)和引腳如圖3.2.3 所示，它采用16 引腳的雙列直插式封裝。每一驅(qū)動(dòng)器輸出端均接有一釋放電感負(fù)載能量的續(xù)流二極管。</p><p>　　4．高精度低漂移能隙基準(zhǔn)電源MCl403</p><p>　　MCl403 的輸出電壓

67、的溫度系數(shù)為零，即輸出電壓與溫度無(wú)關(guān)．該電路的特點(diǎn)是：①溫度系數(shù)??；② 噪聲??；③ 輸入電壓范圍大，穩(wěn)定性能好，當(dāng)輸入電壓從+4．5V變化到+15V 時(shí)，輸出電壓值變化量小于3mV；④輸出電壓值準(zhǔn)確度較高，y。值在2．475V～2.525V 以?xún)?nèi)；⑤ 壓差小，適用于低壓電源；⑥ 負(fù)載能力小，該電源最大輸出電流為10mA。</p><p>　　MCl403 用8條引線雙列直插標(biāo)準(zhǔn)封裝，如圖3.2.4 所示。<

68、/p><p>　　圖 3.2.2 CD4511 引腳分配及其真值表 </p><p>　　圖 3.2.3 MC1413 引腳分配及內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖3.2.4 MC1403</p><p><b>　　3.3電路工作原理</b></p><p>　

69、　本設(shè)計(jì)由四部分構(gòu)成。首先拉壓力傳感器將壓力大小轉(zhuǎn)化成毫安電級(jí)信號(hào)，之后微小的電壓信號(hào)經(jīng)放大器放大成標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)，之后電信號(hào)經(jīng)濾波器濾波輸出，最后數(shù)顯式電壓表接收信號(hào)顯示電壓。</p><p><b>　　3.4電路參數(shù)計(jì)算</b></p><p>　　3.4.1放大電路參數(shù)計(jì)算</p><p>　　放大電路采用三運(yùn)放高共模抑制比放大電路，電路

70、如圖3.4.1所示。</p><p>　　圖3.4.1 三運(yùn)放高共模抑制比放大電路</p><p>　　該電路由三個(gè)集成運(yùn)算放大器組成，其中U1,U2為兩個(gè)性能一致（只要是指輸入阻抗、共模抑制比和增益）的同向輸入通用集成運(yùn)算放大器，構(gòu)成平衡對(duì)稱(chēng)（或稱(chēng)同向并聯(lián)型）差動(dòng)放大輸出級(jí)，U3構(gòu)成雙端輸入單端輸出的輸出級(jí)，用來(lái)進(jìn)一步抑制U1,U2的共模信號(hào)，并適應(yīng)接地負(fù)載的需要。</p>

71、<p>　　由于扭矩傳感器輸出的是毫伏級(jí)的電壓信號(hào)，所以放大電路放大倍數(shù)要達(dá)到1000倍，才能將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成用于測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。</p><p>　　由于輸入級(jí)電路可寫(xiě)出流過(guò)，和得電流為</p><p><b>　　由此求得，</b></p><p>　　于是輸入級(jí)的輸出電壓，即運(yùn)算放大器U2與U1輸出之差為</p>

72、<p><b>　　其差模電壓增益為</b></p><p>　　輸出級(jí)放大器U3的差模增益為</p><p>　　所以整個(gè)電路的增益，由前面分析，顧令，，得電路參數(shù)為：</p><p><b>　?。?lt;/b></p><p><b>　?。?lt;/b></p&g

73、t;<p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　U1,U2和U3選用高精度，低飄逸的集成運(yùn)算放大器4E325，電路能夠獲得相當(dāng)優(yōu)良的性能。</p><p>　　3.4.2 濾波電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　本設(shè)計(jì)的電壓信號(hào)是直流信號(hào)，頻率比較低，只有幾到幾十赫茲，而干擾主要是外界的高頻干擾信號(hào)，所以濾波電路采用兩級(jí)的無(wú)源

74、RC低通濾波電路。電路圖如圖3.4.2所示。</p><p>　　圖3.4.2 濾波電路</p><p>　　RC低通濾波電路的回路電壓為

75、

76、 </p><p><b>　　增益為</b></p><p><b>　　截止頻率<

77、/b></p><p>　　電路中取第一級(jí)濾波電路截止頻率為，根據(jù)公式取，；</p><p>　　取第二級(jí)濾波電路截止頻率為，根據(jù)公式取，。</p><p>　　3.4.3數(shù)顯電壓表的設(shè)計(jì)</p><p>　　數(shù)字電壓表將被測(cè)模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，并進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)字顯示。該系統(tǒng)（如圖3.4.3 所示）可采用MC14433—— 位A/D轉(zhuǎn)換器、

78、MC1413 七路達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)器陣列、CD4511BCD到七段鎖存-譯碼-驅(qū)動(dòng)器、能隙基準(zhǔn)電源MCl403和共陰極LED發(fā)光數(shù)碼管組成。本系統(tǒng)是位數(shù)字電壓表， 位是指十進(jìn)制數(shù)0000～1999。所謂3 位是指?jìng)€(gè)位、十位、百位，其數(shù)字范圍均為0～9，而所謂半位是指千位數(shù)，它不能從0 變化到9，而只能由0變到l，即二值狀態(tài)，所以稱(chēng)為半位。</p><p><b>　　各部分的功能如下：</b>&l

79、t;/p><p>　　位A／D 轉(zhuǎn)換器(MC14433)：將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。</p><p>　　基準(zhǔn)電源(MC1403)：提供精密電壓，供A／D 轉(zhuǎn)換器作參考電壓。</p><p>　　譯碼器(MC4511)：將二—十進(jìn)制(BCD)碼轉(zhuǎn)換成七段信號(hào)。</p><p>　　驅(qū)動(dòng)器(MC1413)：驅(qū)動(dòng)顯示器的a，b，c，d，e，f，

80、g 七個(gè)發(fā)光段，驅(qū)動(dòng)發(fā)光數(shù)碼管(LED)進(jìn)行顯示。</p><p>　　顯示器：將譯碼器輸出的七段信號(hào)進(jìn)行數(shù)字顯示，讀出A／D 轉(zhuǎn)換結(jié)果。</p><p><b>　　工作過(guò)程如下： </b></p><p>　　位數(shù)字電壓表通過(guò)位選信號(hào)DS1～DS4 進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描顯示，由于MCl4433 電路的A／D 轉(zhuǎn)換結(jié)果是采用BCD 碼多路調(diào)制方法輸出

81、，只要配上一塊譯碼器，就可以將轉(zhuǎn)換結(jié)果以數(shù)字方式實(shí)現(xiàn)四位數(shù)字的LED發(fā)光數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描顯示。DS1～DS4 輸出多路調(diào)制選通脈沖信號(hào)。DS選通脈沖為高電平時(shí)表示對(duì)應(yīng)的數(shù)位被選通，此時(shí)該位數(shù)據(jù)在Q0～Q3 端輸出。</p><p>　　每個(gè)DS選通脈沖高電平寬度為18 個(gè)時(shí)鐘脈沖周期，兩個(gè)相鄰選通脈沖之間間隔2 個(gè)時(shí)鐘脈沖周期。DS和EOC的時(shí)序關(guān)系是在EOC脈沖結(jié)束后，緊接著是DS1 輸出正脈沖。以下依次為DS2

82、、DS3 和DS4。其中DS1 對(duì)應(yīng)最高位(MSD)，DS4 則對(duì)應(yīng)最低位(LSD)。在對(duì)應(yīng)DS2，DS3 和DS4 選通期間，Q0～Q3 輸出BCD全位數(shù)據(jù)，即以8421碼方式輸出對(duì)應(yīng)的數(shù)字0～9．在DS1 選通期間，Q0～Q3 輸出千位的半位數(shù)0或l及過(guò)量程、欠量程和極性標(biāo)志信號(hào)。</p><p>　　圖3.4.3 位數(shù)字電壓表</p><p>　　在位選信號(hào)DS1 選通期間Q0

83、～Q3 的輸出內(nèi)容如下：</p><p>　　Q3 表示千位數(shù)，Q3=0 代表千位數(shù)的數(shù)宇顯示為1，Q3=1 代表千位數(shù)的數(shù)字顯示為0。</p><p>　　Q2 表示被測(cè)電壓的極性，Q2 的電平為1，表示極性為正，即UX>0，Q2 的電平為0，表示極性為負(fù)，即UX<0。顯示數(shù)的負(fù)號(hào)(負(fù)電壓)由MCl413 中的一只晶體管控制，符號(hào)位的“一’陰極與千位數(shù)陰極接在一起，當(dāng)輸入信號(hào)

84、UX 為負(fù)電壓時(shí)，Q2 端輸出置“0”， Q2 負(fù)號(hào)控制位使得驅(qū)動(dòng)器不工作，通過(guò)限流電阻RM 使顯示器的“一”(即g 段)點(diǎn)亮；當(dāng)輸入信號(hào)UX 為正電壓時(shí)，Q2 端輸出置“1”，負(fù)號(hào)控制位使達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)器導(dǎo)通，電阻RM 接地，使“一”旁路而熄滅。</p><p>　　小數(shù)點(diǎn)顯示是由正電源通過(guò)限流電阻RDP 供電燃亮小數(shù)點(diǎn)。若量程不同則選通對(duì)應(yīng)的小數(shù)點(diǎn)。</p><p>　　過(guò)量程是當(dāng)輸入電壓

85、UX 超過(guò)量程范圍時(shí)，輸出過(guò)量程標(biāo)志信號(hào)。</p><p>　　當(dāng)Q=0且Q=1時(shí),表示UX 處于過(guò)量程狀態(tài)。</p><p>　　當(dāng)Q=1且Q=1時(shí),表示UX 處于欠量程狀態(tài)。</p><p>　　當(dāng) ??0時(shí)，|UX|>1999，則溢出。X R |U |?U 則 輸出低電平。</p><p>　　當(dāng) ??1時(shí)，表示X R |U |?

86、U 。平時(shí) 輸出為高電平，表示被測(cè)量在量程內(nèi)。</p><p>　　MCl4433 的端與MC4511 的消隱端 直接相連，當(dāng)UX 超出量程范圍時(shí)， 輸出低電平，即 ??0→ ??0，MC4511 譯碼器輸出全0，使發(fā)光數(shù)碼管顯示數(shù)字熄滅，而負(fù)號(hào)和小數(shù)點(diǎn)依然發(fā)亮。</p><p>　　3.4.4 電路元器件一覽表</p><p>　　AKC-215系列扭矩傳感器

87、 1個(gè)</p><p>　　CT74LS04 1片</p><p>　　CT74LS74 4片</p><p>　　CT74LS148 1片</p><p>　　CT74LS138 1片</p><

88、p>　　第四章 仿真設(shè)計(jì)結(jié)果</p><p>　　4.1信號(hào)放大電路仿真</p><p>　　設(shè)輸入的U1為6mV/10Hz,U2為1 mV/10Hz。</p><p><b>　　電路仿真：</b></p><p>　　輸入波形（紅色）與輸出波形（黑色）：</p><p>　　由示波器可得

89、：輸入U(xiǎn)1=8.4340/√2=5.9637≈6mV，輸出U=14.1240/√2=9.99990≈10V</p><p><b>　　4.2濾波電路仿真</b></p><p>　　設(shè)輸入的U為10V/10Hz。</p><p><b>　　電路仿真：</b></p><p>　　輸入波形（紅色）

90、與輸出波形（黑色）：</p><p>　　由示波器可得：輸入U(xiǎn)=14.0567/√2=9.93959≈10V，輸出U=14.0567/√2=9.93959≈10V。</p><p><b>　　4.3總體電路仿真</b></p><p><b>　　第五章 結(jié)論</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)的

91、電路符合要求，可將拉壓力傳感器將壓力大小轉(zhuǎn)化成的毫安電級(jí)信號(hào)經(jīng)放大器放大成標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)，之后電信號(hào)經(jīng)濾波器濾波輸出，最后數(shù)顯式電壓表接收信號(hào)顯示電壓。</p><p>　　第六章 課程設(shè)計(jì)的體會(huì)</p><p>　　完成本次課程設(shè)計(jì)的過(guò)程，是一個(gè)從無(wú)到有的過(guò)程，經(jīng)歷了興奮、自信、失落、奮發(fā)、所悟、完成幾個(gè)過(guò)程。剛做做課程設(shè)計(jì)時(shí)，仔細(xì)閱讀設(shè)計(jì)的題目和要求，以為沒(méi)什么困難的，所用的知識(shí)書(shū)上都有

92、?？墒莿?dòng)手做的時(shí)候，才發(fā)現(xiàn)其中的算法，設(shè)計(jì)是那么繁瑣。經(jīng)過(guò)一天的努力，毫無(wú)結(jié)果。失落的心情油然而生。于是，再到圖書(shū)館和網(wǎng)上查找資料，在經(jīng)過(guò)借鑒很多類(lèi)似的資料，文獻(xiàn)后，總算是有點(diǎn)眉目了。埋頭苦干的過(guò)程是痛苦的，尤其是在思考算法和程序框架時(shí)，迷茫，煩躁，特別是當(dāng)苦思出來(lái)一個(gè)結(jié)果，又被自己推翻，心痛的無(wú)法言繪。在痛苦中掙扎，建立，推翻，參考別人的思路，建立，再次在推翻，在這不斷循環(huán)中，終于最后完善了程序。其中的煎熬是很痛苦的，深刻明白攻克自己

93、“未知領(lǐng)域”的困難。但當(dāng)課程設(shè)計(jì)完成時(shí)，那感覺(jué)是甜蜜的，沒(méi)有耕耘，哪來(lái)得收獲的喜悅，不懂付出怎么能知道回報(bào)的快樂(lè)，一分耕耘一分收獲，有付出才會(huì)有回報(bào)，就在這樣的痛與快樂(lè)的交換中，學(xué)到了知識(shí)， 學(xué)到了做人的道理。</p><p>　　通過(guò)這短短一周的實(shí)踐，感覺(jué)到自己從課本上學(xué)到的理論知識(shí)和實(shí)踐仍有很大的差距。很多元器件根本不知道有什么功效。有的知識(shí)，自己感覺(jué)已經(jīng)掌握得差不多了，但是實(shí)際操作起來(lái)就有問(wèn)題出現(xiàn)了。遇到了

94、不少問(wèn)題，花費(fèi)了很多的時(shí)間。這讓本人重新反思自己的學(xué)習(xí)，深刻領(lǐng)悟到這個(gè)專(zhuān)業(yè)動(dòng)手，實(shí)踐的重要性。理論不經(jīng)過(guò)實(shí)踐考驗(yàn)，是沒(méi)法實(shí)施的，就像編程序，很多方面考慮的都不夠，幾乎沒(méi)有涉及到實(shí)際應(yīng)用時(shí)的防范方法措施。</p><p>　　這次的課程設(shè)計(jì)，學(xué)到了很多書(shū)本上學(xué)不到的東西，學(xué)到了實(shí)際應(yīng)用時(shí)，是取用成本的最小化，做設(shè)計(jì)不僅要考慮大的方面，小的方面也必須做到完美。</p><p><b>

95、;　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 李忠波.電子技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社.2009</p><p>　　[2] 李忠波，袁宏等.電子設(shè)計(jì)與仿真技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社.2009</p><p>　　[3] 南壽松.電子實(shí)驗(yàn)與電子實(shí)踐.中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社.2004.</p><p>　　[4] 楊碧石.電子技術(shù)實(shí)訓(xùn)教程.電子工業(yè)

96、出版社.2005.</p><p>　　[5] 中國(guó)現(xiàn)代教育裝備.2006年 第10期</p><p>　　[6] 電子制作合訂本下冊(cè)2005.</p><p>　　[7] Androw S. Tanenbaum. 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（第4版）[M]. Pearson，2004</p><p>　　[8] W.Simpson,Editor. The