大电流测量仪的课程设计.doc

目录1、课程设计目的2 2、课程设计内容和要求22.1、设计内容2 2.2、设计要求23、设计方案23.1、设计思路23.2、工作原理及硬件框图33.3、硬件电路原理图43.4、PCB版图设计63.5 EWB仿真图形84、课程设计总结95、参考文献10一、 课程设计目的1、掌握电子电路的一般设计方法和设计流程；2、学习使用PROTEL软件绘制电路原理图及印刷板图；3、掌握应用EWB对所设计的电路进行仿真，通过仿真结果验证设计的正确性。二、 课程设计内容和要求2.1 设计要求设计一个大电流测量仪，具体要求如下：1. 测量范围为10A, 100A, 1000A2量程可自动切换3. 课程设计说明书4. 电路原理图和印刷板图5. 仿真图形和仿真结果2.2 设计内容（1）通过图书馆互联网获取资料； （2）学习了单片机的基本知识，知道了单片机有四个并口，P0，P1，P2，P3，并且简单了解了霍尔元件及其应用，复习模拟电子技术一些知识，如，集成运算放大电路的工作原理，通过自己所学知识将资料有效利用，获得电路图 ；（3 ）学习EWB软件，及protel软件，将电路图进行仿真，得到波形图，及PCB板。三设计方案3.1设计思路（1）在元件的控制电流端通以电流I，并在片子平面的法线方向上，施以感应强度为B的磁场，那么在垂直于电流和磁场的方向上（即霍尔输出端之间）将产生一个电势Vh（称霍尔电势，也有称霍尔电压），其大小正比于电流强度I和磁感应强度B的乘积，这一现象就是常称的霍尔效应，霍尔元件就是基于这一效应来工作的。通电导线的周围存在磁场，其磁场的强弱正比于导线中的电流，若将通以恒定控制电流的霍尔元件放在通电导线周围的磁场中，则霍尔输出电压的大小就与导线中的、电流的大小成正比，通过控制磁场使大电流感应出小电流，便于我们测量。 （2）由A/D转换器将模拟信号转换为数字信号，可以通过单片机的高低电平来控制量程的自动切换。由于显示器只能显示模拟信号，所以需要D/A转换器将数字信号转换为模拟信号！选取定量程后，进入下一个模块，开始电流的测量。 （3）电流的测量电路功能说明参考图二的原理图说明！3.2基本原理图及设计框图 图1基本原理图说明：直流大电流测量电路原理如图1所示，Ix为被测电流，R1为取样电阻，将电流转换成电压，Ui=IxR1, Uo=-R3Ui/R2=-R3R1Ix/R2,I=Uo/(Rp/2)+Rm=-R3R1Ix/(Rp/2)+RmR2. I与Ix成正比，可实现线性电流测量.输入电流霍尔元件将大电流转换为小电流转换成小电流A/D转换集成电路D/A转换单片机控制量程电路显示电流图2设计框图3.3电流测量的硬件原理图 图3原理图说明：（1） 选择IC，PA，R4。IC选择F4250型集成运放，它能在较低的电源电压下工作，取电源电压为+1.5V或-1.5V，饱合输出电压为+0。6V或-0。6V。该运放具有外偏电路。PA选用不100uA表头，内阻约为1KR4为偏置电阻，改变R4可以改变Ibi，同时器件参数也变化。因被测电流较大R4=（Ucc-0.5）/Ibi,取Ibi等于0.1uA则R4=(1.5-0.5)/(0.1*10e-6)=10M（2）选择RP1,RP2,RP3 (Rp/2)+Rm=|Uo|/I=0.3/(100*10e-6)=3k设Rm=1k, 则Rp=4k取系列阻值为3.9k 即Rp1=Rp2=Rp3=3.9K(3)选择R1.1R1.3,R2.1R2.3,R3.1R3.3 10A档 令Ui=0.3V, 则R1.1=Ui/Ix=0.3/10=0.03 R3.1=|Uo/Ui|R2.1=(0.3/0.3)*R2.1=R2.1, 令 R2.1=R3.1=30k 其余算法同上3.4 PCB版图设计1、元器件清单： :图42、网络表图53.板图：图63.5 EWB仿真图形图7四、设计心得体会通过此次课程设计基于霍尔元件，单片机原理，A/D转换器，以及模拟电子技术等知识，通过EWB软件及protel软件，选取741芯片，和其它必要元器件实现了对大电流的测量。 部分符合课题要求。电子技术课程设计的主要任务是通过解决一两个实际问题，巩固和加深“模拟电子技术基础”和“数字电子技术基础”课程中所学的理论知识和试验技能，基本掌握常用电子电路的一般设计方法，提高电子电路的设计和试验能力，为以后从事生产和科研工作打下一定的基础。其主要内容包括理论设计、安装与调试及写出设计总结报告等。其中理论设计又包括选择总体方案、设计单元电路、选择元器件及计算参数等步骤，是课程设计的关键环节。安装与调试是把理论付诸实践的过程，通过安装与调试，进一步完善电路，使之达到课题所要求的性能指标，使理论设计可以转变为实际产品。课程设计的最后要求写出设计总结报告，把理论设计的内容、组装调试的过程及性能指标的测试结果进行全面的总结，把实践内容上升到理论的高度。通过这次设计我还学会了使用Protel软件以及EWB软件。 对EWB仿真软件有了一定的了解和掌握。其次，对硬件电路的设计，调试和分析有了一定的了解和能力。同时也认识到设计者必须有广泛的知识基础，缜密的思路以及认真地工作态度，这对我今后的学习和工作都将起到不可忽视的作用。把理论和实践相结合，通过理论指导实践，在实践中理解理论，这是我们每个大学生都应该做到的一点。五、主要参考文献1 童诗白模拟电子技术基础北京：高等教育出版社，20022 张建华数字电子技术北京：机械工业出版社，20043 陈汝全电子技术常用器件应用手册北京：机械工业出版社，20054 毕满清电子技术实验与课程设计北京：机械工业出版社，20055 潘永雄电子线路CAD实用教程西安：西安电子科技大学出版社，20026 张亚华电子电路计算机辅助分析和辅助设计北京：航空工业出版社，20049