测控电路(交流电桥课程设计)x
时间：2020-10-31 20:35:51 来源：勤学考试网 本文已影响 人 
湖北工业大学
课程名称：
课
程
设
计
测控电路课程设计
课题名称：
交流电桥的设计
专业班级：
13测控1班
姓 名：
学号：
指导教师:
2016 年 6 月 1 日~6月 6 日
目录
TOC \o "1-5" \h \z 概述———————————————————— 3
总体方案设计———————————————— 3
电路设计及参数计算————————————— 4
滤波电路 4
电桥差分放大电路
124.硬件设计—————————————————185.
12
4.硬件设计—————————————————
18
5.软件设计—————————————————
19
绝对值电路
206.总结
20
一．概述
在这次的课程设计中，老师给我们了多个题目供我们 选择，大都是我们我们平时在上课时学习过的，像惯性电路 相差计算，交流电桥输出电路，设计一个光电计数电路，设 计微积分电路等，我选择了交流电桥的，在制定操作方案的 过程中我们遇到了一些问题，去办公室请教了老师，等到了 一些指点，我们这个题目要求我们实现如下6个小目标。
1、设计一个方波信号输出电路；
2、把方波信号编程三角信号
3、设计一个交流电桥电路；
4、设计电桥差分放大电路；
5、设计放大信号的绝对值电路；
6、设计绝对值变直流的电路；
二．总体方案设计
我们通过编程利用51单片机输出一个方波， 提供最原始的激励
信号，然后通过滤波电路得到正弦信号作为vi提供给差分放大 电路，经过差分放大后的信号作为voo 利用vi和vo作为输 入，设计两个半绝对值电路，得到|2vi|, —个反向器得到
(—vi), 一个加法器，最后得到|vi — vo| + |vi + vo|的值，最后利用一个RC电路对其进行整流， 得到绝对值
变直流的电路。
三．电路设计及参数计算
在电路设计过程中我们我们将整体电路进行了划分，将其分 为三大部分V1＞滤波部分V2＞差分放大部分V3＞绝对 值部分，下面我从第一部分讲起。
(1)滤波部分
(仿真滤波电路图)
滤波电路图如上，电阻都选用1k的，cl选用1 . Ouf 的，c2选用2 2 0 u f,从以上电路图中可知，我们首 先对最原始从单片机产生的方波信号进行了方波整流，注 意第一个三极管为PNP，第二个为NPN管，利用三极 管的单向导通性以防止方波的失真现象。然后将这个信号 作为RC电路的信号源，利用RC电路进行一次滤波，得 到三角波信号，然后利用一个带通滤波器得到我们所需要
的正弦激励信号
计算过程如下：
利用传递函数得到Vi
(V-Vl)/R=Cl^(dVl/dT)
=> Vl=(V+2.5)/(2+RClJW)
所以有
A(w)=l/(V4+(RClW)A2)
IP(w)=—arctan(WRCl / 2)
再有
(Vl-2.5)/R = -(VlO-2 . 5)/R — C ^(dVO-2 . 5/dT)
VlO*(l+C2RS)=5—Vl
VlO=(5—VI)/(C2JW+l)
中间那由于VlO=VI，得到后续电路的VI.
中间那
注意本设计中的2. 5v电压都是利用电阻分压实现的，
点的电压即为2 . 5v.
如下图
（2.5v偏置电压）
（原始方波信号）
（一次滤波后的三角信号）
（二次滤波后的正弦信号）
（电桥电路）
通过调节R21滑动变阻器的大小来改变电桥的平衡状
（电桥差分放大电路）
通过调节滑动变阻器的阻值，使得电桥不平衡，有一个差值，
我们利用电桥后面那一部分的电路， 将电桥上下中间两点的电压
放大，放大倍数可以通过调节三个电阻的大小来改变。
放大倍数=(R13+R14+R15)/R14
信号。它们的差分也为原差分的
信号。它们的差分也为原差分的 21倍
在本课程设计中我选用了两个10k和一个lk的电阻， 放大了
2 1倍。然后在两个放大运放后面接一个减法器， 将这两个放大
了2 1倍的信号进行相减，得到他们的差分放大信号。
（减法器）
这两个放大了21倍的信号进行相减， 得到他们的差分放大
（差分信号1）这是在滑动变阻器比较小时。
(差分信号2) 通过调节滑动变阻器阻值， 在阻值越接近5 0%时，电桥之间电
压差为越小，这时波形越接近一条直线。在阻值超过50%后波 形图的峰值反向，距离5 0%的值越远，波形图的峰值越大。
因为后面的电路设计需要用到 vi和vo,但是实际告诉我们 如果直接用的话会产生失真现象，所以我们对 vi和vo后面设计 一个电压跟随器防止失真现象产生
(3)绝对值电路
（绝对值电路）
（绝对值电路）
我们利用二极管的单向导通性来的到Vi的绝对值，当V
i大于0时，只导通下面一路电路 R16为2k,这时R16
与二极管之间的电压是 vi的2倍（），上端电路不导通。
当vi小于0时只导通第一路。
（负绝对值）
（绝对值电路va1与va2）
（反向器）
利用反向器得到一vo （差分放大的输出），便于后面计算
|vi—vo|+|vi+vo|
LMA
FU I
-V/V
I msn
M3
R27 !
I PHi
RTt
—WV-
2.0KQ
—M—
-w-
1.Dk￡
ti rr?3r7>r；if*3J -AW- i Ckri
ti rr?3r7>r；i
f*3J -AW- i Ckri
F?J4
-wv-
tXM
（绝对值电路1+反向器电路）
d 5-1S
（绝对值电路+减法器）
（减法器）
我们可以利用如上电路得到我们所需的 |vi—vo|
+ |vi+vo I的值，计算过程如下图。
要注意的是我们在计算|vi—vo|+|vi+v
o|时，vi前的电阻为0.5r,要满足此公式成立的条件，即
vo的幅值要小于vi
通过调节滑动变阻器的阻值，一旦过了 50%的平衡点，
最后|vi—vo|+|vi+vo|的相位会随之发
生变化。
（整直流）
此设计的最后一步就是要实现绝对值变直流。我们利用
一个电阻和一个电容的串联来实现。
（直流波形）
I ■ 「 I I I ■ ' I 「 ■? II I 口 ■ ' II ' I 『■ I II d I ?■ — I T
（电路整体仿真图）
硬件设计
硬件设计部分我们在实验室进行的，按照电路图接线, 在板子上进行排版接线，实现我们仿真想要的到的效果。
（正面部分）
（正面部分）
（反面部分）
软件部分
本设计的软件部分就是利用单片机产生一个方波信号， 经过查阅资料以及向同学咨询，知道了产生方波就是利用 51的时钟中断，每隔500ms进行一次翻转，得到频率为 1000hz的方波信号，代码如下。
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总结
为期一周的课程设计过得很快，在这一周里我不但学 到了理论知识，更磨练了我的耐心以及细心。
在拿到老师供我们选择的题目后，选定了题目，在脑 子里大概过了一下整体的思路，发现有不同的地方去找老 师咨询，在接下来的两天里完成了软件制作部分，我们利 用multisim软件进行仿真电路的设计， 将整体电路分为了 三个模块，vl＞滤波部分V2＞差分放大部分V3＞绝 对值部分。一个模块一个模块的去实现它，把本来很庞大 的问题划分为小问题，逐个攻破。通过与同学的讨论和查 阅资料，经过两天的时间我们完成了它，并弄懂了它的原 理。
后面就开始焊板子了，我们选择去实验室进行硬件部 分，那里有示波器，应为这是一个看波形的设计，所以我 们要在每完成一部分，就去检测一下是否焊成功，如果一 股脑的焊到最后，后面板飞线一大堆，真出了问题检测都 不知道从何入手。在这个过程中，一定要细心以及小心， 电路图原理图虽说有了，但和实际还是有差别的，原理图 清晰，排版简单，但是实际上我们需要接线，一块很小的 板子上接上很多飞线，就会杂乱不堪，一旦出问题很难找 出来。
学习是一个过程，在这个过程中我们要有自己的思考, 但不能只有自己的思考，还要有同学之间的互帮互助，共 同学习使我们成长的更快，协作精神是我们所必须的，在 这个过程中，如果老师在对我们进行指点一二，那真是锦 上添花了，当然，大学学习不能只靠老师，自己去钻研才 能将一门学问搞懂，学精。
