簡易數(shù)字電容測量儀

1、電子技術(shù)課程設(shè)計報告簡易數(shù)字電容測量儀的設(shè)計作品40%報告20%答辯20%平時20%總分100% 設(shè)計題目： 簡易數(shù)字電容測量儀班級學(xué)號： 學(xué)生姓名： 目錄一、預(yù)備知識- 3 -二、課程設(shè)計題目：簡易數(shù)字電容測量儀的設(shè)計- 4 -三、課程設(shè)計目的及基本要求- 4 -四、設(shè)計內(nèi)容提要及說明- 4 -4.1設(shè)計內(nèi)容- 4 -4.2設(shè)計說明- 6 -五、原理圖及原理說明- 11-5.1功能模塊電路原理圖-11-5.2模塊工作原理說明-13-六、調(diào)試.-14-七、設(shè)計中涉及的實驗儀器和工具-14-八、課程設(shè)計心得體會-15-九、參考文獻-16-1、 預(yù)備知識 關(guān)于數(shù)字式簡易數(shù)字電容測試儀的設(shè)計，我們提

2、出了三種設(shè)計方法和思路。在具體操作中，經(jīng)過對資料的收集、分析，研究與對比，最終選擇了簡單易懂，而且精度較高的方法，即門控法。 本方法的基本理論是單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路的輸出脈寬wt與電容C成正比，再通過一系列的控制，計數(shù)，鎖存，顯示電路實現(xiàn)了對電容的一般測試與數(shù)字顯示。在本次數(shù)電課程設(shè)計的同時，對于中大規(guī)模集成電路從認識到分析、再到整體框圖設(shè)計、單元模塊設(shè)計、最終到電路的模擬和實際電路的成形有了一定的認識，同時使我們在電子設(shè)計方面有了一定的實際動手能力，也為這次數(shù)電課程設(shè)計打下了堅實的基礎(chǔ)。  數(shù)字電子課程設(shè)計是電子計數(shù)綜合應(yīng)用的實踐環(huán)節(jié)，同時也是增強學(xué)生實踐與動手能力，這也是教

3、學(xué)環(huán)節(jié)的實踐部分之一。本文設(shè)計的簡易數(shù)字式電容測試儀，既融合了電子技術(shù)的基礎(chǔ)知識，又與生產(chǎn)實際結(jié)合緊密，能夠滿足實驗教學(xué)需要和科研開發(fā)應(yīng)用的需要，同時，電路簡潔，條理清晰，便于溝通和交流學(xué)習(xí)，具有較強的通用性和實用性。  在本次課程設(shè)計過程中得到了各方面的支持和幫助，在此特別向數(shù)子電子技術(shù)老師表示由衷的感謝。由于設(shè)計時間和水平的限制，如有不足之處，敬請指正2、 課程設(shè)計題目：簡易數(shù)字電容測量儀3、 課程設(shè)計目的以及基本要求目的：1）利用給定的元器件設(shè)計一個能測量并顯示電容容值大小的數(shù)字電容表；（2） 用3位數(shù)碼管顯示；（3） 測量范圍100pF105pF，誤差小于10% 。（4）在計

4、算機上仿真優(yōu)化。（5）在萬能板(孔孔板)上安裝、調(diào)試?；疽螅?、利用給定的元器件設(shè)計一個能測量并顯示電容容值大小的數(shù)字電容表；2、用三位數(shù)碼管顯示3、測量范圍100pf-10000pf，誤差小于10%。4、在計算機上用仿真軟件仿真優(yōu)化。5、在萬用板上安裝，調(diào)試。4、 設(shè)計內(nèi)容提要以及說明設(shè)計內(nèi)容： (1)計數(shù)器。計數(shù)器主要用來對時鐘進行計數(shù)并送入顯示電路顯示。4518是雙BCD碼同步十進制計數(shù)器,每個計數(shù)器包含兩個時鐘輸入端:CP和EN。CP用于上升沿觸發(fā),要求EN=1；EN用于下降沿觸發(fā),要求CP=0。CR是異步復(fù)位端,高電平有效,正常計數(shù)時CR=0。這里,我們要測量的電容范圍是0到99

5、9pF,需要三位十進制計數(shù)器進行級聯(lián)。其級聯(lián)的方法是將低位的Q3端接高位的EN端,高位計數(shù)器的CP端接地。其輸出端Q3Q2Q1Q0輸出8421BCD碼,接顯示譯碼器的代碼輸入端。電路圖比較簡單,在這里就不再贅述了。 (2)譯碼器電路。譯碼顯示電路的設(shè)計比較簡單,選用4511,該譯碼器為B C D - 七段鎖存/ 譯碼/ 驅(qū)動器, 其數(shù)據(jù)輸入端接計數(shù)器Q3Q2Q1Q0端輸出的BCD碼,譯碼器的輸出端接共陰極七段半導(dǎo)體數(shù)碼顯示器。 （3） LED數(shù)碼顯示LED數(shù)碼管分為共陽極與共陰極兩種,對于共陽極LED數(shù)碼管,將8只發(fā)光二極管的陽極短接后作為公共陽極,接+5V電源。共陰極LED數(shù)碼管則與之相反,

6、它是將發(fā)光二極管的陰極短接后作 設(shè)計說明： 總體方案：本設(shè)計中用555振蕩器產(chǎn)生一定周期的矩形脈沖作為計數(shù)器的標準脈沖。同時待測電容C轉(zhuǎn)換成寬度為tw的矩形脈沖，轉(zhuǎn)換的原理是單脈沖觸發(fā)器的輸出脈寬tw與電容C成正比。用這個寬度的矩形脈沖作為閥門信號控制計數(shù)器計數(shù)，合理處理計數(shù)系統(tǒng)電路，可以使計數(shù)器的技術(shù)值即為被測電容的容值?；騽t把此脈沖作控制時間和標準頻率脈沖相“與”，得到計數(shù)脈沖，該技術(shù)脈沖送計數(shù)-鎖存-譯碼顯示系統(tǒng)就可以得到電容量的數(shù)據(jù)。共陰數(shù)碼管：共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管，共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，當某一字段發(fā)光

7、二極管的陽極為高電平時，相應(yīng)字段就點亮，當某一字段的陽極為低電平時，相應(yīng)字段就不亮。圖4-1共陰極數(shù)碼管Cd4518：CD4518是一個雙BCD同步加計數(shù)器，由兩個相同的同步4級計數(shù)器組成。CD4518引腳功能(管腳功能)如下：1CP、2CP：時鐘輸入端。1CR、2CR：清除端。1EN、2EN：計數(shù)允許控制端。1Q01Q3：計數(shù)器輸出端。2Q02Q3：計數(shù)器輸出端。Vdd：正電源。Vss：地圖4-2 cd4518引腳圖 ne555：NE555 （Timer IC）為8腳時基集成電路，大約在1971年由Corporation發(fā)布，在當時是唯一非?？焖偾疑虡I(yè)化的Timer IC，在往后的30年中非

8、常普遍被使用，且延伸出許多的應(yīng)用電路，后來基于CMOS技術(shù)版本的Timer IC如MOTOROLA的MC1455已被大量的使用，但原規(guī)格的NE555依然正常的在市場上供應(yīng)，盡管新版IC在功能上有部份的改善，但其腳位功能并沒變化，所以到目前都可直接的代用。圖4-3ne555引腳圖圖4-4 ne555外部圖 自鎖開關(guān)：自鎖開關(guān)，是一種常見的按鈕開關(guān)。在開關(guān)按鈕第一次按時，開關(guān)接通并保持，即自鎖，在開關(guān)按鈕第二次按時，開關(guān)斷開，同時開關(guān)按鈕彈出來。Cd4511：CD4511 是一片 CMOS BCD鎖存/7 段譯碼/驅(qū)動器，用于驅(qū)動共陰極 LED （數(shù)碼管）顯示器的 BCD 碼七段碼譯碼器。 圖4-

9、5 cd4511引腳圖 Cd4093：cd4093是由四個2輸入端施密特觸發(fā)器電路組成。每個電路均為在兩輸入端具有斯密特處罰功能的2輸入與非門。每個門在信號的上升和下降沿的不同點開，關(guān)，上升電壓t與下降電壓只差定義為滯后電壓。 圖4-6 CD4093引腳圖以上都是構(gòu)成簡單電容測量儀的主要元器件，還有電阻，電容等5、 原理圖以及原理5.1功能模塊原理圖圖5-1 簡易電容測量儀原理圖圖5-2 簡易電容測量儀5.2模塊工作原理說明1、 標準脈沖產(chǎn)生電路標準脈沖發(fā)生器由ne555構(gòu)成輸出周期為T=0.693（R2+R3)c1的基準脈沖產(chǎn)生電平，該數(shù)字電路電容表中間們信號的寬度等于控制脈沖的高電平時間，

10、設(shè)置T=NT，那么閘門信號閘門內(nèi)有多少個基準脈沖，電容值就多少，該標準脈沖周期為10uS。2、 清零與鎖存脈沖產(chǎn)生電路 當待測脈沖上升沿到達時，經(jīng)過一個微分電路當作清零信號，再用兩個反相器和一個微分電路產(chǎn)生鎖存信號，從而實現(xiàn)清零和鎖存信號的產(chǎn)生和分離。6、 實驗中涉及的實驗儀器與工具芯片數(shù)量Cd45113Cd45182ne5552Cd40931共陰數(shù)碼管3自鎖開關(guān)2電阻47021電阻1k2電阻10k13電阻1m1精密可調(diào)電阻5032瓷片電容1044電容100uf1 另外實驗工具有1、 電烙鐵2、 烙鐵架3、 錫絲4、 松香5、 斜口鉗6、 鑷子8、 實驗中的心得體會 通過這次課程設(shè)計，加強了我

11、們動手、思考和解決問題的能力。在整個設(shè)計過程中，我們通過這個方案包括設(shè)計了一套電路原理和pcb連接圖，和芯片上的選擇。這個方案總共使用了三個cd45112個cd4518,2個ne555，1個cd4093,3個共陰極數(shù)碼管，2個自鎖開關(guān)21個470電阻，2個1k電阻，13個10k電阻，1個1m電阻，2個精密可調(diào)電阻503,4個104瓷片電容，1個100uF電容。在設(shè)計過程中，經(jīng)常會遇到這樣那樣的情況，就是心里想老著這樣的接法可以行得通，但實際接上電路，總是實現(xiàn)不了，因此耗費在這上面的時間用去很多。我沉得做課程設(shè)計同時也是對課本知識的鞏固和加強，由于課本上的知識太多，平時課間的學(xué)習(xí)并不能很好的理解

12、和運用各個元件的功能，而且考試內(nèi)容有限，所以在這次課程設(shè)計過程中，我們了解了很多元件的功能，并且對于其在電路中的使用有了更多的認識。    平時看課本時，有時問題老是弄不懂，做完課程設(shè)計，那些問題就迎刃而解了。而且還可以記住很多東西。比如一些芯片的功能，平時看課本，這次看了，下次就忘了，通過動手實踐讓我們對各個元件映象深刻。認識來源于實踐，實踐是認識的動力和最終目的，實踐是檢驗真理的唯一標準。所以這個期末測試之后的課程設(shè)計對我們的作用是非常大的。在制作pcb時，發(fā)現(xiàn)細心耐心，恒心一定要有才能做好事情，首先是線的布局上既要美觀又要實用和走線簡單，兼顧到方方面面去考慮

13、是很需要的，否則只是一紙空話。在畫好原理圖后的做pcb版時，由于項目組成員對單面板的不熟悉，導(dǎo)致布線后元件出現(xiàn)在另一邊，增加了布線難度，也產(chǎn)生很多不曾注意的問題，今后要牢記這個教訓(xùn)，使以后布線更加順利。經(jīng)過兩個星期的實習(xí)，過程曲折可謂一語難盡。在此期間我們也失落過，也曾一度熱情高漲。從開始時滿富盛激情到最后汗水背后的復(fù)雜心情，點點滴滴無不令我回味無長。  生活就是這樣，汗水預(yù)示著結(jié)果也見證著收獲。勞動是人類生存生活永恒不變的話題。通過實習(xí)，我才真正領(lǐng)略到“艱苦奮斗”這一詞的真正含義，我才意識到老一輩電子設(shè)計為我們的社會付出。我想說，設(shè)計確實有些辛苦，但苦中也有樂，在如今單一的理論學(xué)習(xí)

14、中，很少有機會能有實踐的機會，但我們可以，而且設(shè)計也是一個團隊的任務(wù)，一起的工作可以讓我們有說有笑，相互幫助，配合默契，多少人間歡樂在這里灑下，大學(xué)里一年的相處還趕不上這十來天的合作，我感覺我和同學(xué)們之間的距離更加近了;我想說，確實很累，但當我們看到自己所做的成果時，心中也不免產(chǎn)生興奮; 正所謂“三百六十行，行行出狀元”。我們同樣可以為社會作出我們應(yīng)該做的一切，這有什么不好?我們不斷的反問自己。也許有人不喜歡這類的工作，也許有人認為設(shè)計的工作有些枯燥，但我們認為無論干什么，只要人生活的有意義就可。社會需要我們，我們也可以為社會而工作。既然如此，那還有什么必要失落呢?于是我們決定沿著自己的路，執(zhí)著的走下去。 同時我認為我們的工作是一個團隊的工作，團隊需要個人，個人也離不開團隊，必須發(fā)揚團結(jié)協(xié)作的精神。某個人的離群都可能導(dǎo)致導(dǎo)致整項工作的失敗。實習(xí)中只有一個人知道原理是遠遠不夠的，必須讓每個人都知道，否則一個人的錯誤，就有可能導(dǎo)致整個工作失敗。團結(jié)協(xié)作是我們實習(xí)成功的一項非常重要的保