數(shù)顯電容測試儀畢業(yè)設(shè)計

1、數(shù)顯電容測試儀摘 要隨著科技的不斷發(fā)展，人類的不斷進步，電容器在電子線路中得到廣泛的應(yīng)用，它的容量大小對電路的性能有著重要的影響，因此測量電容的大小在生產(chǎn)和生活中起著至關(guān)重要的作用。本課題就是關(guān)于電容的測量并通過數(shù)字顯示出來。電容測量儀在國內(nèi)外的發(fā)展水平越來越高，目前，電容測量儀的應(yīng)用現(xiàn)狀是：品種多樣，技術(shù)含量高。電容的測量有多種方法，有電橋法、單片機法、容抗法、調(diào)頻法、運算放大器法、脈寬調(diào)制法等。本設(shè)計采用脈寬調(diào)制法，本電容表五位LED顯示容量，兩位LED顯示單位，分為三個量程：0pF99999PF、0.001F99.999F、0.1F9999.9F。全數(shù)字電路，晶振穩(wěn)頻誤差小，耗電量小，制

2、作費用低。電路可分為四個部分，顯示電路、測量電路、量程轉(zhuǎn)換及符號控制電路、電源電路。要用數(shù)字電路來測量電容的容量可以把容量轉(zhuǎn)換成相對應(yīng)的脈寬寬度，將電容接入一由NE555構(gòu)成的單穩(wěn)電路，此電路的暫穩(wěn)態(tài)時間即脈寬。此脈沖用來控制一個電子開關(guān)，讓固定頻率的脈沖通過電子開關(guān)送往顯示電路，由七個數(shù)碼管顯示出來。我們有理由相信，隨著科技的不斷發(fā)展，在電子技術(shù)領(lǐng)域里，電容量的測量儀器電容測量儀將得到越來越廣泛的應(yīng)用；電容測量儀也將向著更合理，更科學，更適用的方向不斷向前發(fā)展！關(guān)鍵詞：譯碼顯示，計數(shù)測量，脈寬調(diào)制法，單穩(wěn)電路 目錄摘要IABSTRACTII目錄III第一章緒論11.1課題研究現(xiàn)狀11.1.1

3、電容測量的技術(shù)發(fā)展11.1.2課題研究的目的與意義21.2課題主要設(shè)計內(nèi)容21.3課題指標與參數(shù)2第二章各設(shè)計方案的比較及論證32.1 各方案基本原理的介紹42.2 方案比較及確定8第三章總體電路設(shè)計93.1系統(tǒng)工作原理及方框圖9容量測量工作原理103.1.2NE555的介紹103.2電源電路123.2.1橋式整流電路的工作原理133.3測量電路143.3.1 MC14060的介紹153.3.2MC14040的介紹173.4 量程轉(zhuǎn)換及符號控制電路183.4.1 MC14017的介紹193.5計數(shù)顯示電路213.5.1 七段LED顯示及其工作原理233.5.2MC14543的介紹243.6采用

4、脈寬調(diào)制法的誤差分析263.7使用方法與校正273.8元件的選擇與制作273.9整體電路原理圖28第四章PROTEL DXP應(yīng)用294.1 Protel DXP的介紹294.2 原理圖設(shè)計步驟304.3 PCB板圖的設(shè)計步驟31結(jié)論35參考文獻36致謝37附錄38第一章緒 論1.1 課題研究現(xiàn)狀隨著科技的不斷發(fā)展，人類的不斷進步，電子技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展可謂突飛猛進，電容器在電子線路中得到廣泛的應(yīng)用，它的容量大小對電路的性能有著重要的作用。因此，電容量的測量在日常使用中就不可避免。電容測量儀的發(fā)展水平越來越高，目前電容測量儀的應(yīng)用現(xiàn)狀是：品種多樣，技術(shù)含量高。如：YD2612A/12B電容測量儀，它

5、有著良好的測試穩(wěn)定性，抗沖擊能力強。如：TH2615系列電容測量儀，它是一種易操作、智能化的電容測量儀，儀器價格低，測試速度快。如：多頻HF2617電容測量儀，它的可靠性穩(wěn)定性強，測量顯示直觀，適用性好。因此，目前精確度高、穩(wěn)定性好、儀器價格低、測試速度快的電容測量儀有著極大的需求。1.1.1電容測量的技術(shù)發(fā)展測量電容器的參數(shù)，最經(jīng)典的方法是采用電橋法，80年代問世了數(shù)字自動電橋，電橋在內(nèi)部微機的控制下自動平衡，最終結(jié)果直讀得到，大大方便了使用，如今高壓西林電橋、高頻電橋等幾乎已經(jīng)被自動化電橋所替代。由于電橋的結(jié)構(gòu)復雜，成本相對也較高，對電容器的一般測量如僅測其電容量，可以用阻抗法測試。阻抗法

6、相對于電橋法簡單的多，有的數(shù)字式萬用表配備有電容測試功能，其原理大都是以阻抗法實現(xiàn)的。隨著測試技術(shù)的不斷進步，特別對相位角測試精度的提高，在阻抗法測量的同時增加相位角的測量可以較準確的得到介質(zhì)損失角，在一定范圍內(nèi)已經(jīng)可以替代電橋法測量。小型電容測試儀還常用積分法或斜率法（含雙斜率）測試電容，原理是測試RC積分時間或以恒流源對被測電容充電，用充電時間或充電終止電壓來計算被測電容的電容量，可以達到比較高的測試精度，因為測試電源本質(zhì)上為直流，該方法對測試電解電容非常合適。1.1.2課題研究的目的與意義數(shù)字電子技術(shù)在現(xiàn)代社會得到了廣泛的應(yīng)用，電容是電子技術(shù)中不可缺少的部分，它在電子線路中得到廣泛的應(yīng)用

7、，它的容量大小對電路的性能有著重要的作用。因此，電容量的測量在日常使用中就不可避免。通過對數(shù)顯電容測量儀的設(shè)計，使我鞏固了所學的本專業(yè)基礎(chǔ)理論、專業(yè)知識和基本技能，培養(yǎng)了我綜合運用所學知識與技術(shù)獨立分析問題解決問題的能力；同時對電容測量儀器的工作原理、元器件選擇及電子儀器的常用設(shè)計方法等有比較深入的了解；進而掌握了應(yīng)用計算機進行電子線路設(shè)計的基本思想和方法；可以幫助改進現(xiàn)有電容測量系統(tǒng)的不足，為企業(yè)產(chǎn)品創(chuàng)新做出幫助；提高自己的動手實踐能力和對電子設(shè)計的興趣，為自己以后從事電子類專業(yè)打下堅實的基礎(chǔ)。1.2 設(shè)計的主要內(nèi)容1. 方案比較及論證 查閱相關(guān)資料，找到設(shè)計電路的基本思路。2. 基本測量原

8、理。3. 工作原理、框圖及單元電路設(shè)計。4. 系統(tǒng)實現(xiàn)及元器件選擇。5. 繪電路原理圖，列元件明細表，整理及分析有關(guān)數(shù)據(jù)。6. 結(jié)論。1.3 設(shè)計的技術(shù)指標與參數(shù)1. 測量范圍：第一檔0pF99999pF，第二檔0.001F99.999F，第三檔0.1F9999.9F2. 測量小電容時有校正電路。3. 顯示方式：七位LED數(shù)碼管顯示，五位LED顯示電容量，兩位LED顯示單位。4. AC220V供電第二章方案比較與論證2.1 各方案基本原理的介紹電容測量儀的基本原理是把容量轉(zhuǎn)換成其它形式的物理量，通過對其它物理量的測量，從而計算出電容的容量。可以轉(zhuǎn)換為電壓值來測量，可以轉(zhuǎn)換成脈沖寬度，可以用容抗

9、值來測量，測量的方法有多種。1.方案一微分法測電容如果三角波輸入給以被測電容器作為微分電容的微分電路，在電路參數(shù)選擇適當?shù)臈l件下，微分電路的輸出幅度與Cx成正比，再經(jīng)峰值檢測電路或精密整流及濾波電路，可以得到與Cx成正比的直流電壓Ux ，然后再進行A/D轉(zhuǎn)換送給數(shù)字顯示器，便可實現(xiàn)所要求的函數(shù)關(guān)系。（電路如圖2-1 所示）設(shè)三角波函數(shù)式為 UI=K（0 1） (1-1) UI=K（2）（1-2)因為所以 （0 1） (1-3) （電源線信號線。(3)線間距。相鄰敷銅線之間的間距應(yīng)該滿足電氣安全要求,同時為了便于生產(chǎn),間距應(yīng)該越寬越好。最小間距至少能夠承受所加電壓的峰值,一般要求2000V電位差

10、之間的敷銅線距離應(yīng)該大于2mm。在布線密度低的情況下,間距應(yīng)該盡可能的大。通常線間距最好不要低于0. 3 mm。(4)屏蔽與接地。敷銅線的公共地線應(yīng)該盡可能放在電路板的邊緣部分。在電路板上應(yīng)該盡可能多地保留銅箔做地線,這樣可以使屏蔽能力增強。另外對數(shù)字電路的PCB可用寬的地導線組成一個環(huán)路或網(wǎng)格狀,即構(gòu)成一個地網(wǎng)來使用,而模擬電路的地線則不能這樣使用。4結(jié)論PCB板圖的設(shè)計是一個復雜而又簡單的過程。Protel提供了一個良好的電路設(shè)計開發(fā)環(huán)境,功能強大,方便實用。但是要設(shè)計出一塊優(yōu)良的PCB板,還需要不斷地去學習和實踐。5. PCB版圖圖43 PCB版圖結(jié) 論本次課題名為數(shù)顯電容測量儀，此設(shè)計

11、電容測量儀分為三個檔次：第一檔0pF99999pF，第二檔0.001F99.999F，第三檔0.1F9999.9F，測量范圍較寬，適合測量各種容量的電容，使用MC14017分頻計數(shù)集成電路，當按鈕AN按下不同次數(shù)時，其相應(yīng)的管腳輸出高電平，實現(xiàn)量程間的不同轉(zhuǎn)換。在測量小電容時有校正電路，加入了校正電容，可以使測量更加準確。利用MC14553的分時控制原理可以使一只譯碼管顯示三位數(shù)字。采用七位數(shù)碼顯示，五只數(shù)碼管顯示容量大小，兩只數(shù)碼管顯示單位，測量時更加直觀方便。電源采用220V交流供電，經(jīng)變壓、整流、濾波得到12V直流電源。設(shè)計結(jié)果基本達到設(shè)計要求。由于設(shè)計時間相對來說比較倉促，加上專業(yè)水平

12、有待提高，雖然本次設(shè)計達到了任務(wù)書中的要求，但還存在一些不足之處，需要進一步改進，以便使設(shè)計出的電容表更精確。附 錄元件明細表名稱電路圖數(shù)量規(guī)格來源備注電阻器-、25470市售碳膜1/8W-510K市售碳膜1/8W、21M市售碳膜1/8W14.7K市售碳膜1/8W1910K市售金屬膜1/8W，誤差0.5%1910市售碳膜1/8W誤差0.5%10.91市售金屬膜1/8W，-710K市售金屬膜1/8W，誤差0.5%電容器10.001市售高頻瓷片151P市售高頻瓷片10-51P市售可調(diào)高頻瓷片、20.01u市售高頻瓷片、30.1u市售高頻瓷片-40.1u 50v市售鉭電解電容、20.1u 25v市售鉭電解電容14700u 25v市售電解電容110u 16v市售電解電容二極管-19IN4001181市售集成電路2MC14543市售用集成電路插座2MC14553市售用集成電路插座1MC14060市售用集成電路插座1MC14040市售用集成電路插座1NE555市售用集成電路插座1HMC14017市售用集成電路插座1MC14081市售用集成電路插座1LM7812市售用集成電路插座數(shù)碼管LED1-LED55HDSR-F203市