电子线路课程设计报告设计课题：高精度智能电阻测量设计时间：2015年3月9日—2015年5月15日高精度智能电阻测量仪一．设计任务与设计指标要求设计说明：电阻是常用的电子元件，某些材料的直流电阻需要精确的测量。
利用欧姆定律设计一台电阻测量仪，显示被测量材料的直流电阻阻值。
基本部分1、测量电阻范围：2～20欧姆，20～200欧姆，200～2K，2K～20K，用按钮切换量程。
2、测量精度：1%3、要求测量结果显示稳定3位有效数字（可用数字万用表的电压档当作显示终端）发挥部分1、测量电阻范围：可测量最小1欧姆的电阻2、测量精度：0.5%3、要求测量结果显示稳定4位有效数字二．元器件清单元件类型型号主要参数数量备注基准稳压源TL431稳压值Uz=2.5V1个负载电流1—100mA集成运放LM358单电源（3—30V）1个偏置电流为45nA 限流电阻R12KΩ1个滑线变阻器1R2最大阻值为50KΩ1个滑线变阻器2R3最大阻值为10KΩ1个滑线变阻器3R4最大阻值为500Ω1个滑线变阻器4R5最大阻值为100Ω1个滑线变阻器5R6最大阻值为1KΩ1个定值电阻R7、R8470KΩ2个定值电阻R9—R12510Ω4个定值电组R13—R191KΩ7个电容C1、C20.1uF2个PNP三极管85501个用于恒流源NPN三极管80504个做驱动A/D转换芯片MC14433电源电压为±4.8V—±8V1片基准源MC1403输出电压值：2.475V～2.525V1片译码驱动器HEF4511BP 电源电压范围：5—15V1片译码驱动四位一体共阴数码管ARKSR420561N1个拨码开关S1—S44个导线电路板三．系统总体框图我们所设计的智能电阻测量仪主要由四个部分组成：集成运放芯片LM358及可控精密稳压源TL431构成了恒流源部分，高精度A/D转换芯片MC14433及基准电压源MC1403构成了电压采样转换部分，译码驱动器CD4511及以四个三极管组成的位驱动阵列形成了译码驱动部分，四位一体共阴数码管构成了显示部分。
其所运用的基本原理是欧姆定律，通过采样待测电阻两端的电压并将结果在数码管上显示出来，则所测得的电阻阻值即为显示值与对应设定的电阻档位的倍率乘积。
四．设计方案论证及分析1.恒流源1.1恒流源的设计集成运算放大器采用LM358，内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。
它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。
直流电压增益高(约100dB)、单位增益频带宽(约1MHz)、电源电压范围宽：单电源(3—30V)。
输入偏置电流45nA。
稳压二极管采用集成芯片TL431，它是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准电压源。
其输出电压用两个电阻就可以任意地设置到从VREF （2.5V）到36V范围内的任何值，典型稳压值为2.5V。
该器件的典型动态阻抗为0.2Ω，在很多应用中可以用它代替齐纳二极管，例如，数字电压表，运放电路、可调压电源，开关电源等等。
电压参考误差：±0.4％，低动态输出阻抗，典型值0.22Ω，负载电流范围：1.0mA—100.0mA。
只需设计一个恒流源，用四个滑线变阻器调节控制输出四种不同的电流（关于滑线变阻器及限流电阻的阻值见后面分析部分）。
由于所需最大电流为100.0mA,故只需用一个PNP三极管就行了。
PNP三级管选择8550，它是一种小功率的普通PNP型硅管，集电极电流Ic最大值为-500mA，集电极-发射极电压为-30V，集电极-基电压为-40V，发射极-基极电压为-5V，耗散功率0.625W。
1.2恒流源的参数分析根据课题要求的测量电阻范围为：2Ω～20Ω、20Ω～200Ω、200Ω～2KΩ、2K～20KΩ。
那么就需要设置四种不同的电阻档位倍率，即：⨯10、⨯100、⨯1K、⨯10K。
鉴于电阻测量有四个档位，我们最终做出的恒流源可以利用四种不同阻值的滑线变阻器来调节产生对应的四种不同的电流，分别为100mA,10mA,1mA，0.1mA,对应的上面的四种不同的电阻档位，这样使得当对待测电阻施以恒定的电流时，在其上产生的电压范围始终在0.2V～2V之间，使得后面的部分能正常高效工作，从而可以得到比较好的结果。
而根据计算最终可将恒流源的供电电压设置为+6V,同时考虑到实验测试仪器的限制就需要把MC14433芯片的的供电电压设置为±6V,CD4511芯片的供电电压也设置为+6V。
电流源电路的稳压二极管用可控精密稳压源TL431产生2.5V 的稳压值，从而使恒流源可以产生上述所要求的特定电流值，由于要求精度较高，而精度主要取决于电流源的精度，故此还要尽量把电流源电路的精度设计的较高些。
假设取电源电压VCC =+5V时，由于TL431的基准稳压值为UZ=2.5V，根据LM358的特性，那么其同相端对地电压为：U+=U—=VCC—VREF=5V—2.5V=2.5V，且I+=I—≈0，根据TL431负载电流范围是1mA—100mA，那么通过R1的电流范围是：1mA —100mA，则R1的范围是：25Ω～2.5KΩ。
设三极管三个极上对地的电压分别为：UE 、UB、UC、则UE=2.5V。
又根据待测电阻范围，需设计四个量程档位，即：2Ω～20Ω、20Ω～200Ω、200Ω～2KΩ、2K～20KΩ，那么对应档位的电流分别为：100mA,10mA,1mA，0.1mA。
也就是说待测电阻的范围是：0.2V—2V，三极管正常工作，处于放大状态，则有：UEB=0.7V，U EC ≥0.7V，则U C =U RX ≤2.5V-0.7V=1.8V＜2V。
这样也许不能完全达到设计要求，当待测电阻两端的电压接近2V 时，可能三极管不在放大状态，电流不稳定。
经分析，可取V CC =+6V。
此时限流电阻R1两端的电压为3.5V，根据R1两端的电流范围是：1mA—100mA，得到：35Ω≤R1≤3.5K Ω。
不妨取R1=2K Ω，此时假设待测电阻两端电压为2V 时，U EC =6V-2.5V-2V=1,5V>0.7V,三极管可正常工作。
I=0.1mA 时，Ω=Ω==K K I V R REF 251.05.220；I=1mA 时，Ω=Ω==K K I V R REF 5.215.230；I=10mA 时，Ω=Ω==250105.240K I V R REF ；I=100mA 时，Ω=Ω==251005.250K I V R REF .为了能够精准地调节输出电流，那么可采用滑线变阻器来代替定值电阻。
则可选用的滑线变阻器的最大阻值分别为：R2max =50K Ω，R3max =10K Ω，R4max =500Ω，R5max =100Ω。
2.其他部分电路3.整体电路4.电路工作原理U=，采用给定电流测电压我们所设计智能电阻测量仪，利用欧姆定律IR的方法，这样使得待测电阻两端两端的电压x U与其阻值x R呈线性规律变化。
通过主要由集成运放芯片LM358及可控精密稳压源TL431构成的恒流源对待测电阻U=，再利用高精度A/D 施以恒定的电流I时，待测电阻两端将会产生压降xx IR转换芯片MC14433，以高精度低漂移能隙基准电源MC1403提供精密基准电压对其电压进行采样。
通过七段锁存-译码-驱动器CD4511及三极管位驱动阵列驱动四位一体共阴数码显示。
根据设计要求：本设计测量电阻范围是：2Ω～20Ω、20Ω～200Ω、200Ω～2KΩ、2K～20KΩ。
那么可相应设置四个不同的电阻档位,如：⨯10、⨯100、⨯1K、⨯10K，使其对应四种不同的电流档：0.1mA、1mA、10mA、100mA。
则最终待测电阻的阻值即为显示值与对应电阻倍率的乘积。
5.实物图五．性能测试与分析电阻量程范围Ω滑线变阻器阻值Ω恒流源输出电流I m A待测电阻Ω相对误差理论值实测值标准值实测值2K～20K （⨯10K）25K25.03K0.1118K18.54K 3.0%4.7K 4.78K 1.70%2.2K 2.15K 2.27%200～2K （⨯1K）2.5K 2.51K 1.021.8K 1.874 4.11%470476 1.28%220214 2.72%20～200（⨯100）250250.0510.01180188.7 4.83%4746.4 1.28%2020.8 4.0%2～20（⨯10）2526.25100.181818.37 2.06%1010.37 3.7%六．实验困难问题及解决措施在这次实验中，我们经历了一次完整的设计过程，收获颇丰，也遇到了一些问题。
首先，考虑设计方案，我们组在方向上有较大偏差。
一开始在网上搜索，大部分方案是通过单片机来实现的，明知道老师要求过不用单片机，搜索不到的我们只好拿着这样一份方案去请教。
然后才知道我们只需要用到欧姆定律，设计出恒流源，问题就迎刃而解了。
其次，在焊接过程中，我们出现个别虚焊及少焊情况，后来经过万用表检查，改正过来。
在焊接四个开关时，错误地使用了拨动开关，使无论开关打到哪一边，都有两个滑动变阻器接入到电路中，不符合要求，幸好及时更正了。
还有布局考虑欠周，使成品的接线繁乱，不利于后期的检测，在以后的实验中，我们会多加注意。
最后，在板子做成后，数码管有一位不显示，结果发现与之相连的三极管管脚虚焊。
在测试读数时，最高位要么不显示，要么显示为四，后来请教同学才知道，它的四代表一，经过微调，实验圆满成功。
这次的实验，让我们精诚合作，第一次考虑各种方案细节，所以成功的那一刻颇为欣慰。