數(shù)顯電容測試儀-畢業(yè)設(shè)計(jì) (2)

1、<p><b>　　數(shù)顯電容測試儀</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著科技的不斷發(fā)展，人類的不斷進(jìn)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。</p>

2、<p>　　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(jī)法、容抗法、調(diào)頻法、運(yùn)算放大器法、脈寬調(diào)制法等。本設(shè)計(jì)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：0pF—99999PF、0.001μF—99.999μF、0.1μF—9999.9μF。全數(shù)字電路，晶振穩(wěn)頻誤差小，耗電量小，制作費(fèi)用低。電路可分為四個部分

3、，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。 </p><p>　　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

4、儀也將向著更合理，更科學(xué)，更適用的方向不斷向前發(fā)展！</p><p>　　關(guān)鍵詞：譯碼顯示，計(jì)數(shù)測量，脈寬調(diào)制法，單穩(wěn)電路 </p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><

5、p><b>　　目錄III</b></p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.1課題研究現(xiàn)狀1</p><p>　　1.1.1 電容測量的技術(shù)發(fā)展1</p><p>　　1.1.2 課題研究的目的與意義2</p><p>　　

6、1.2課題主要設(shè)計(jì)內(nèi)容2</p><p>　　1.3課題指標(biāo)與參數(shù)2</p><p>　　第二章 各設(shè)計(jì)方案的比較及論證3</p><p>　　2.1 各方案基本原理的介紹4</p><p>　　2.2 方案比較及確定8</p><p>　　第三章 總體電路設(shè)計(jì)9</p><p>　

7、　3.1系統(tǒng)工作原理及方框圖9</p><p>　　3.1.1容量測量工作原理10</p><p>　　3.1.2 NE555的介紹10</p><p>　　3.2電源電路12</p><p>　　3.2.1橋式整流電路的工作原理13</p><p>　　3.3測量電路14</p><p

8、>　　3.3.1 MC14060的介紹15</p><p>　　3.3.2 MC14040的介紹17</p><p>　　3.4 量程轉(zhuǎn)換及符號控制電路18</p><p>　　3.4.1 MC14017的介紹19</p><p>　　3.5計(jì)數(shù)顯示電路21</p><p>　　3.5.1 七段LED顯

9、示及其工作原理23</p><p>　　3.5.2 MC14543的介紹24</p><p>　　3.6采用脈寬調(diào)制法的誤差分析26 </p><p>　　3.7使用方法與校正27</p><p>　　3.8元件的選擇與制作27</p><p>　　3.9整體電路原理圖28</p><p

10、>　　第四章 Protel DXP應(yīng)用29</p><p>　　4.1 Protel DXP的介紹29</p><p>　　4.2 原理圖設(shè)計(jì)步驟30</p><p>　　4.3 PCB板圖的設(shè)計(jì)步驟31</p><p><b>　　結(jié) 論35</b></p><p><b

11、>　　參考文獻(xiàn)36</b></p><p><b>　　致 謝37</b></p><p><b>　　附錄38</b></p><p><b>　　第一章 緒 論</b></p><p>　　1.1 課題研究現(xiàn)狀</p><p&g

12、t;　　隨著科技的不斷發(fā)展，人類的不斷進(jìn)步，電子技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展可謂突飛猛進(jìn)，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，它有著良好的測試穩(wěn)定性，抗沖擊能力強(qiáng)。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。

13、如：多頻HF2617電容測量儀，它的可靠性穩(wěn)定性強(qiáng)，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。</p><p>　　1.1.1 電容測量的技術(shù)發(fā)展</p><p>　　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(jī)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

14、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(fù)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(shí)現(xiàn)的。隨著測試技術(shù)的不斷進(jìn)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(zhǔn)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

15、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(jì)算被測電容的電容量，可以達(dá)到比較高的測試精度，因?yàn)闇y試電源本質(zhì)上為直流，該方法對測試電解電容非常合適。</p><p>　　1.1.2 課題研究的目的與意義</p><p>　　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，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

16、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(jì)，使我鞏固了所學(xué)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(yùn)用所學(xué)知識與技術(shù)獨(dú)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(jì)方法等有比較深入的了解；進(jìn)而掌握了應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行電子線路設(shè)計(jì)的基本思想和方法；可以幫助改進(jìn)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(shí)踐能力和對電子設(shè)計(jì)的興趣，為自己以后從事電子類專業(yè)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)

17、。</p><p>　　1.2 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容</p><p>　　1. 方案比較及論證 查閱相關(guān)資料，找到設(shè)計(jì)電路的基本思路。</p><p>　　2. 基本測量原理。</p><p>　　3. 工作原理、框圖及單元電路設(shè)計(jì)。</p><p>　　4. 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)及元器件選擇。</p><p>

18、;　　5. 繪電路原理圖，列元件明細(xì)表，整理及分析有關(guān)數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　6. 結(jié)論。</b></p><p>　　1.3 設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)與參數(shù)</p><p>　　1. 測量范圍：第一檔0pF—99999pF，第二檔0.001μF—99.999μF，第三檔0.1μF—9999.9μF</p><p>　

19、　2. 測量小電容時有校正電路。</p><p>　　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。</p><p>　　4. AC220V供電</p><p>　　第二章 方案比較與論證</p><p>　　2.1 各方案基本原理的介紹</p><p>　　電容測量儀的基本原理是把容

20、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(jì)算出電容的容量?？梢赞D(zhuǎn)換為電壓值來測量，可以轉(zhuǎn)換成脈沖寬度，可以用容抗值來測量，測量的方法有多種。</p><p>　　1. 方案一 微分法測電容</p><p>　　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(dāng)?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

21、比的直流電壓Ux ，然后再進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換送給數(shù)字顯示器，便可實(shí)現(xiàn)所要求的函數(shù)關(guān)系。（電路如圖2-1 所示）</p><p><b>　　設(shè)三角波函數(shù)式為</b></p><p>　　UI=Kｔ　　　?。? ≤ｔ<ｔ1） (1-1) </p><p>　　UI=－Kｔ　　　（ｔ１≤ｔ<ｔ2）

22、 （1-2)</p><p><b>　　因?yàn)椤?lt;/b></p><p>　　所以　 （0 ≤ｔ<ｔ1） (1-3)</p><p>　?。ǎ簦薄埽?lt;ｔ2） (1-4)</p><

23、p>　　圖2-1方案一設(shè)計(jì)總體框圖 </p><p>　　2. 方案二 單片機(jī)法測電容</p><p>　　把電容C轉(zhuǎn)換成頻率信號f，轉(zhuǎn)換的原理分別是RC電容三點(diǎn)式振蕩電路，單片機(jī)根據(jù)所選通道，向模擬開關(guān)送兩路地址信號，取得振蕩頻率，作為單片機(jī)的時鐘源，通過計(jì)數(shù)則可以計(jì)算出被測頻率，再通過該頻率計(jì)算出各個參數(shù)。然后根據(jù)所測頻率判斷是否轉(zhuǎn)換量程，或者是把數(shù)據(jù)處理后，把R、L、C的值

24、送數(shù)碼管顯示相應(yīng)的參數(shù)值，利用編程實(shí)現(xiàn)量程自動轉(zhuǎn)換。</p><p>　　該設(shè)計(jì)方案的總體方框圖如圖2-2所示。</p><p>　　圖2-2 方案二的總體方框圖</p><p>　　3. 方案三 電橋法測電容 </p><p>　　如圖2-3 所示，C1與C2以差動形式接入相鄰兩個橋臂，另兩個橋臂可以是電阻、電容或電感，也可以是變壓器的兩個

25、次級線圈。Z1與Z2是禍合電感，這種電橋的靈敏度和穩(wěn)定性較高，且寄生電容影響小，簡化了電路屏蔽和接地，適合于高頻工作已廣泛應(yīng)用。另外兩橋臂為次級線圈，使用元件少，橋路內(nèi)阻小，應(yīng)用較多。輸出電壓Usc的幅值與被測量成正比，這種電路又稱做調(diào)幅電路。當(dāng)傳感器接有工作負(fù)載時，USC=E△d/d壓除與被測量變化△d有關(guān)外，還與電橋d電源 電壓有關(guān)，要求電源電壓采取穩(wěn)幅和穩(wěn)頻措施。</p><p>　　圖2-3電橋法測電容原

26、理圖</p><p>　　電容電橋的主要特點(diǎn)有:①高頻交流正弦波供電；②電橋輸出調(diào)幅波，要求其電源電壓波動極小，需采用穩(wěn)幅、穩(wěn)頻等措施；③通常處于不平衡工作狀態(tài)，所以傳感器必須工作在平衡附近，否則電橋非線性增大，且在要求精度高的場合應(yīng)采用自動平衡電橋；④輸出阻抗很高(一般達(dá)幾兆歐至幾十兆歐) ，輸出電壓低，必須后接高輸入阻抗、高放大倍數(shù)的處理電路。</p><p>　　4. 方案四 調(diào)頻法

27、測電容</p><p>　　調(diào)頻電路如圖2-4所示，它的優(yōu)點(diǎn)是：頻率輸出易得到數(shù)字量輸出，不需 A/D轉(zhuǎn)化；靈敏度較高，可測量 0.01um級位移變化，能獲得伏特級直流電壓信號，直接與微機(jī)匹配，抗干擾能力強(qiáng)，可長距離發(fā)送與接收。因此在使用中，要求元件參數(shù)穩(wěn)定，電源電壓穩(wěn)定，并要消除溫度和電纜電容的影響。其頻率誤差約為0.1 %-1%。此外，輸出非線性較大，需誤差補(bǔ)償。統(tǒng)的模擬測量方法電路環(huán)節(jié)多，容易受零漂溫漂的影

28、響，尤其對小電容的測量，更難保證測量精度。數(shù)字化測量首先是將電容量變?yōu)轭l率信號，常用的有LC振蕩和RC振蕩。對于電容量微小變化的測量，介紹了一種借助比較電容來測量△C的方法。它的電容測量電路原理就是調(diào)頻電路原理。</p><p>　　圖2-4 調(diào)頻法測電容原理圖</p><p>　　5. 方案五 運(yùn)算放大器法 </p><p>　　該電路的最大優(yōu)點(diǎn)是能夠克服變極距

29、型電容傳感器的非線性及采用虛地法驅(qū)動電纜屏蔽( 也稱不完善屏蔽法，這是運(yùn)算法屏蔽的一種，此外還有完善屏蔽法，1 :1中和屏蔽法等) ，解決了 1 :1放大器難以實(shí)現(xiàn)的中和電路對寄生電容的跟蹤問題。圖2 - 5為其原理圖。Cx是傳感器電容，C是固定電容，u是輸出電壓信號。由運(yùn)算放大器工作原理可知</p><p>　　圖2-5 運(yùn)算放大器法測電容原理圖</p><p>　　將C x= ()

30、代入上式得</p><p>　　式中負(fù)號表明輸出電壓與電源電壓反相。顯然，輸出電壓與電容極板間成線性關(guān)系，這就從原理上保證了變極距型電容傳感器的線性。這里是假設(shè)放大器開環(huán)放大倍數(shù)A=∞,輸入阻抗Z =∞，因此仍然存在一定的非線性誤差，但一般A和Z足夠大，所以該誤差很小、其靈敏度可達(dá)0.01um。缺點(diǎn)是運(yùn)算放大器電源電壓低，靈敏度受限制且輸出穩(wěn)定性將受信號源及放大器影響</p><p>　　

31、6. 方案六 脈寬調(diào)制法</p><p>　　電路由顯示電路、測量電路、量程轉(zhuǎn)換及符號控制電路、電源電路組成。把要測量的容量轉(zhuǎn)換成一定的脈沖寬度，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，即可達(dá)到測量顯示的目的。顯示電路由MC14543和MC14553數(shù)碼管及周圍電路組成，來顯示相應(yīng)電容的大小。測量電路由MC14060、MC14040及周圍電路組成，穩(wěn)定的基準(zhǔn)脈沖通過電子開關(guān)的控制送往

32、顯示電路，把需測量的電容的充電時間轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的脈沖來控制電子開關(guān)的開啟時間讓相應(yīng)數(shù)量的基準(zhǔn)脈沖通過，進(jìn)行計(jì)數(shù)和譯碼。量程轉(zhuǎn)換及符號控制電路由時基電路NE555接成單穩(wěn)電路和分頻計(jì)數(shù)電路MC14017及周圍電路組成來控制量程和符號。（詳細(xì)分析見第三章）</p><p>　　2.2 方案比較及確定</p><p>　　結(jié)合任務(wù)書中的要求：</p><p>　　1. 測量

33、范圍：第一檔0pF—99999pF，第二檔0.001μF—99.999μF，第三檔0.1μF—9999.9μF</p><p>　　2. 測量小電容時有校正電路。</p><p>　　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。</p><p>　　4. AC220V供電</p><p>　　方案一采用了A

34、/D轉(zhuǎn)換器，價格比較昂貴，精度不高，不適合設(shè)計(jì)要求。方案二元器件簡單，容易實(shí)現(xiàn)，測大電容時誤差較大，測量范圍不夠?qū)?，顧也無法實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。方案三適合于高頻，那么低頻測量就會受到影響，所以也不選擇它。方案四要求元件穩(wěn)定，輸出的非線性誤差大。方案五運(yùn)算放大器電源電壓低，靈敏度受限制且輸出穩(wěn)定性將受信號源及放大器影響。方案六穩(wěn)頻誤差小，耗電量小，測量范圍寬，但要求頻率穩(wěn)定。</p><p>　　通過以上方案的比較，各個方案

35、各有特點(diǎn)，適合測量的電容也各有千秋。但結(jié)合任務(wù)書中的要求和自己實(shí)際情況，經(jīng)過反復(fù)思考和多次討論，決定采用方案六，因?yàn)樗奶攸c(diǎn):測量方法和硬件電路比較簡單；頻率穩(wěn)定加一個1MHz的晶振就可以。由三檔量程可以測任何大小的電容，誤差小，花錢不多，易于動手制作。能很好的滿足設(shè)計(jì)任務(wù)的要求。所以選擇該方案。</p><p>　　第三章 總體電路設(shè)計(jì)</p><p><b>　　3.1 原理

36、方框圖</b></p><p><b>　　圖3-1原理方框圖</b></p><p>　　此電路由譯碼顯示電路、電容測量電路、量程轉(zhuǎn)換及符號控制電路、電源電路組成。</p><p>　　把要測量的容量轉(zhuǎn)換成一定的脈沖寬度，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，即可達(dá)到測量顯示的目的。顯示電路由MC1

37、4543和MC14553數(shù)碼管及周圍電路組成，來顯示相應(yīng)電容的大小。測量電路由MC14060、MC14040及周圍電路組成，穩(wěn)定的基準(zhǔn)脈沖通過電子開關(guān)的控制送往顯示電路，把需測量的電容的充電時間轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的脈沖來控制電子開關(guān)的開啟時間讓相應(yīng)數(shù)量的基準(zhǔn)脈沖通過，進(jìn)行計(jì)數(shù)和譯碼。量程轉(zhuǎn)換及符號控制電路由時基電路NE555接成單穩(wěn)電路和分頻計(jì)數(shù)電路MC14017及周圍電路組成來控制量程和符號。</p><p>　　3.

38、1.1 容量測量原理</p><p>　　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)脈沖寬度，次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，即可達(dá)到測量顯示的目的。如測量一個1pF的電容，將電容接入一個單穩(wěn)態(tài)電路（如圖3-2所示），此為NE555的典型應(yīng)用。此電路的暫穩(wěn)態(tài)時間即脈寬T=1.1×910×103×10-12=1.001×10-6

39、=1μS基準(zhǔn)頻率取1MHz，其周期也是1μS，也就是說1μS的暫穩(wěn)態(tài)時間即脈寬控制的電子開關(guān)能通過一個脈沖到達(dá)顯示電路，即顯示1pF。電子開關(guān)的開啟由基準(zhǔn)脈沖控制。測量其它量程電容容量的方法以此類推，只是測量電阻不同而已。本表分為三個量程，即第一檔0pF—99999pF，第二檔0.001μF—99.999μF，第三檔0.1μF—9999.9μF。</p><p>　　圖3-2 單穩(wěn)態(tài)電路</p>&

40、lt;p>　　3.1.2 NE555的介紹</p><p>　　555定時器是一種將模擬功能和邏輯功能結(jié)合在同一塊芯片上的集成電路，8腳封裝。最初由美國SIGNETICS公司在1972推出投放市場,很快得到廣泛應(yīng)用，也因?yàn)閼?yīng)用廣泛，許多其它公司也推出了功能一樣的類似型號。此芯片內(nèi)使用了3個精度較高的5K分壓電阻，型號由此而得名。NE555是雙極性器件的集成電路，內(nèi)含2個555電路的型號為NE556，為14

41、腳。另有CMOS工藝的7555和7556。NE555電壓使用范圍為4.5V - 18V.7555則為3V - 15V。</p><p>　　a.NE555引腳位配置說明下：</p><p>　　圖3-3　 NE555接腳圖</p><p>　　Pin 1 (接地) -地線(或共同接地) ，通常被連接到電路的共同接地端。 </p><p>　　

42、Pin 2 (觸發(fā)點(diǎn)) -這個腳位是觸發(fā)NE555使其啟動它的時間周期。觸發(fā)信號上緣電壓須大于2/3 VCC，下緣須低于1/3 VCC 。 </p><p>　　Pin 3 (輸出) -當(dāng)時間周期開始輸出555的輸出腳位，移至比電源電壓少1.7伏的高電位。周期的結(jié)束輸出回到0伏左右的低電位。于高電位時的最大輸出電流大約200 mA 。 </p><p>　　Pin 4 (重置) -一個低邏

43、輯電位送至這個腳位時會重置定時器和使輸出回到一個低電位。它通常被接到正電源或忽略不用。 </p><p>　　Pin 5 (控制) -這個接腳準(zhǔn)許由外部電壓改變觸發(fā)和閘限電壓。當(dāng)計(jì)時器工作在穩(wěn)定或振蕩的運(yùn)作方式下,這輸入能用來改變或調(diào)整輸出頻率。 </p><p>　　Pin 6 (重置鎖定) - Pin 6重置鎖定并使輸出呈低態(tài)。當(dāng)這個接腳的電壓從1/3 VCC電壓以下移至2/3 VCC

44、以上時啟動這個動作。 </p><p>　　Pin 7 (放電) -這個接腳和主要的輸出接腳有相同的電流輸出能力，當(dāng)輸出為ON時為LOW，對地為低阻抗，當(dāng)輸出為OFF時為HIGH，對地為高阻抗。 </p><p>　　Pin 8 (V +) -這是555計(jì)時器IC的正電源電壓端。供應(yīng)電壓的范圍是+4.5伏特(最小值)至+16伏特(最大值)。</p><p>　　b．

45、NE555時基電路主要有3種基本應(yīng)用</p><p><b>　　1. 多諧振蕩器</b></p><p>　　高電平時間：T1=0.693(R1+R2)C</p><p>　　低電平時間：T2=0.693R2C</p><p>　　振蕩周期：T=0.693(R1+2R2)C</p><p>　　

46、C2為抗干擾電容,一般取0.1uF-0.01uF,要求不高也可不用。</p><p><b>　　2. 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器</b></p><p>　　延時時間：T=1.1RC秒</p><p><b>　　3. RS觸發(fā)器</b></p><p>　　通電后輸出為高，按S1輸出為低，按S輸出為高，6 7

47、可連接。</p><p><b>　　3.2 電源電路</b></p><p>　　電源電路給控制電路及其它電路提供電源，電源設(shè)計(jì)是電路設(shè)計(jì)很重要關(guān)節(jié)，它的穩(wěn)定與否涉及到電路否能穩(wěn)定工作。由于本系統(tǒng)所用的一系列芯片的電源都是直流電源，而現(xiàn)實(shí)中用的都是交流電，故要把交流電整流成直流電，本設(shè)計(jì)運(yùn)用的是橋式整流法把交流電整流成直流電，用LM7812實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓輸出，從而滿足系統(tǒng)

48、的要求。</p><p>　　系統(tǒng)所用直流電源由三端集成穩(wěn)壓器LM7812組成的串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源提供，如圖3-4所示：</p><p>　　圖3-4 系統(tǒng)電源電路</p><p>　　設(shè)計(jì)中選用了LM7812三端集成穩(wěn)壓器，提供+12直流電壓，輸出功率為15W。在整流之后采用了大容量的電解電容進(jìn)行濾波，以減小輸出電壓紋波。但由于電解電容器在高頻下工作存在電感特性，

49、對于來自電源側(cè)的高頻干擾不能抑制,因此在整流電路后加入高頻電容，可以進(jìn)一步改善紋波。</p><p>　　這些電容應(yīng)選用頻率特性好的陶瓷電容或炭電容。通過電容濾波可以提高穩(wěn)壓器的穩(wěn)定性和改變瞬態(tài)響應(yīng)。穩(wěn)壓器的容量和調(diào)整范圍留有充足的裕量。穩(wěn)壓器的輸入電壓應(yīng)比輸出電壓大一些，取大于等于3V，由多抽頭變壓器T提供。三端穩(wěn)壓器全都加上了散熱器，以增強(qiáng)工作的穩(wěn)定性。</p><p>　　3.2.1

50、 橋式整流電路的工作原理</p><p>　　在輸入電壓的正半周，其極性上正下負(fù)，即a點(diǎn)的電位高于b點(diǎn)的電位，二極管D1和D3導(dǎo)通，D2和D4截止，電流i1的通路是a- D1-RL- D3-b。在負(fù)載電阻RL上得到一個半波電壓，ul=u2。</p><p>　　在輸入電壓的負(fù)半周，其極性上負(fù)下正，即a點(diǎn)的電位低于b點(diǎn)的電位，二極管D2和D4導(dǎo)通，D1和D3截止，電流i2的通路是b- D2-

51、RL- D4-a。在負(fù)載RL上得到一個半波電壓，ul=-u2。</p><p>　　圖 3-5 單相橋式整流電路</p><p>　　但是單相橋式整流電路的輸出含有較大的紋波，這遠(yuǎn)不能滿足我們的要求，因此需要采取措施，盡量降低輸出電壓中的紋波，同時還要盡量保留其中的直流成分，使輸出電壓更加平穩(wěn)，接近直流電壓。濾波電路就是完成此項(xiàng)工作。電容器和電感器是基本的濾波元件。主要利用電容器兩端的電壓

52、不能突變和流過電感器的電流不能突變的特點(diǎn)，將電容器和負(fù)載電阻并聯(lián)或?qū)㈦姼衅髋c負(fù)載電阻串聯(lián)，即可達(dá)到輸出波形平滑的目的。</p><p><b>　　3.3 測量電路</b></p><p><b>　　圖3-6 測量電路</b></p><p>　　測量電路是由—、及周圍電路組成。是MC14060，其10、11腳的內(nèi)部電路

53、和外面的阻容元件及晶振組成振蕩電路，從9腳輸出穩(wěn)定的1MHz穩(wěn)定的基準(zhǔn)脈沖，送到電子開關(guān)的輸入端，經(jīng)電子開關(guān)的控制再送入顯示電路，另一路經(jīng)MC14060本身分頻后，再經(jīng)即MC14040分頻和選擇，（選擇的頻率越低，兩次測量的間隔時間越長，4腳約為8秒，2腳約為4秒，3腳約為2秒，5腳約為1秒。）得到一頻率極低的脈沖，此脈沖一路是作為顯示電路的清零，另一路經(jīng)RC微分后在脈沖的下降沿形成一負(fù)脈沖觸發(fā)測量電路的工作。是時基集成電路NE555接

54、成典型單穩(wěn)電路，2腳由負(fù)脈沖觸發(fā)后就把電路中的測量電阻對CX和（為效正電容）充電時間轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的寬度脈沖從3腳輸出，再用此脈沖去控制電子開關(guān)的開啟時間，讓相應(yīng)數(shù)量的基準(zhǔn)脈沖通過，送達(dá)顯示電路進(jìn)行計(jì)數(shù)、譯碼即可顯示電容的容量。</p><p>　　本電路中主要具有放大分頻整形的功能，根據(jù)題目要求，放大電路由兩個電路組成，一個是放大10MHz以上的信號;另一個是放大10MHz以下的信號。</p><

55、;p>　　10MHz以上的信號從輸入，先經(jīng)過電容的隔離后在（uPC1651）中對其進(jìn)行信號放大，再經(jīng)過微波分頻電路（AD829）進(jìn)行100倍分頻，從2腳輸出的信號送入放大整形電路。 而10MHz以下的信號從輸入，經(jīng)電容隔離后送放大整形電路對其進(jìn)行放大整形，而共同的放大器是由三級CMOS反相器（HEF4069UB）的1－3串聯(lián)而成。放大倍數(shù)M＝/＝200倍，已經(jīng)能讓30mV以上的信號放大到限幅狀態(tài)。而晶振頻率的測量可以通過與的6腳組

56、成一個振蕩器，其振蕩頻率經(jīng)選擇后送入計(jì)數(shù)顯示晶振的工作頻率。</p><p>　　整形電路是由的4-5和R29、R30組成施密特觸發(fā)器，它能將模擬信號變成邊沿陡直的方波脈沖，進(jìn)功能轉(zhuǎn)換開關(guān)送到計(jì)數(shù)電路，用CMOS反相器組成放大器具有輸入阻抗高，功耗小，簡單可靠，無需調(diào)試等特點(diǎn)。</p><p>　　3.3.1 MC14060的介紹</p><p>　　MC1406

57、0是二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器時鐘脈沖發(fā)生器，它是一種帶有振蕩器的14級分頻器電路，用作振蕩器時帶外接R、C元件或石英晶體和電容器，數(shù)碼顯示用的時鐘信號是由使用場合決定的，MC14060制作脈沖發(fā)生器具有電路簡潔，工作可靠，成本低，精度高的特點(diǎn)。MC14060的10腳和11腳的內(nèi)部門電路與外接的晶體元件構(gòu)成典型的晶體振蕩器，在這個設(shè)計(jì)中振蕩器是由晶體JZ（1MHZ）決定，調(diào)節(jié)可微調(diào)振蕩頻率,1MHZ的振蕩信號由MC14060內(nèi)部的14級二進(jìn)制分頻

58、器分頻后輸出需要的脈沖信號。</p><p><b>　　1.特性</b></p><p>　　(1)廣泛的供應(yīng)電壓為3.0V至15.0V</p><p>　　(2)高的噪聲門限為0.45 （typ）</p><p>　　(3)低電平TTL負(fù)載</p><p><b>　　2.引腳圖&l

59、t;/b></p><p>　　圖3-7　MC14060引腳圖</p><p><b>　　3. 真值表</b></p><p><b>　　表3-1 真值表</b></p><p>　　3.3.2 MC14040的介紹</p><p>　　MC14040是十二位二

60、進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器，具有分頻作用，被分頻信號由CP端輸入，分頻后的信號分別由—輸出，最小分頻數(shù)為2，最大分頻數(shù)為212=4096，即的輸出信號頻率為輸入信號的1/2，端的輸出信號頻率為輸入信號的1/4096。</p><p>　　圖3-8 MC14040引腳圖</p><p>　　MC14040功能表</p><p>　　表3-2 MC14040功能表</p>

61、;<p>　　3.4 量程轉(zhuǎn)換及符號控制電路</p><p>　　圖3-9 量程轉(zhuǎn)換及符號控制電路</p><p>　　量程轉(zhuǎn)換電路是由、和周圍電路組成，是時基電路NE555接成單穩(wěn)態(tài)電路，按一下輕觸開關(guān)AN，3腳就輸出一個脈沖；是分頻計(jì)數(shù)集成電路MC14017，它接成三分頻方式，三個脈沖循環(huán)一次，它對送來的脈沖計(jì)數(shù)分頻，得電瞬間電路被清零，（集成電路的3腳）出現(xiàn)高電平，相

62、應(yīng)的繼電器J1吸合，JK1導(dǎo)通把R32接入測量電路，同時也在控制的5腳為高電平。如這時也沒有清零脈沖輸出，那么的6腳也會是高電平，根據(jù)與門電路積得關(guān)系，的4腳會輸出高電平，這時導(dǎo)通，通過二極管的編碼后，單位電路顯示pF字樣。按一下AN后，MC14017的出現(xiàn)高電平，相應(yīng)的繼電器吸合，轉(zhuǎn)到下一量程，單位電路顯示μF，數(shù)碼管的第一個小數(shù)點(diǎn)也會被點(diǎn)亮，完成容量的顯示。</p><p>　　電子計(jì)數(shù)器的內(nèi)部時間基準(zhǔn)由石英

63、晶體振蕩器提供。測頻時，標(biāo)準(zhǔn)時間信號經(jīng)過放大整形和一系列分頻，用做控制門電路的時基信號，時基信號經(jīng)過門控電路形成門控信號。</p><p>　　整個電路的工作方式是：在1位時，得電瞬時電路自動清零，3腳()為低電平，計(jì)數(shù)器被清零。的3腳輸出的脈沖上升沿使的3腳變?yōu)楦唠娖?，如此時放大分頻整形電路有信號輸出，計(jì)數(shù)電路將開始記錄脈沖個數(shù)，經(jīng)輸出兩個脈沖后（每個脈沖周期是0.5秒）再輸出的7個脈沖將使的7、10、1、5、

64、6、9、11（-）分別出現(xiàn)高電平，這些腳經(jīng)二極管-隔離后接在計(jì)數(shù)器的鎖存控制端上，使計(jì)數(shù)器顯示剛才記錄的脈沖個數(shù)，完成一次測量。是防止計(jì)數(shù)電路在的-電平跳變時漏計(jì)待測脈沖個數(shù)。計(jì)數(shù)器的工作時間關(guān)系是：清零（0.5秒）——計(jì)數(shù)（1秒）——鎖存（4.5秒）。</p><p>　　在2位時，是方波信號輸出與校正功能。的5腳將輸出1024Hz的方波，經(jīng)隔離后由CZ1輸出信號。此信號的峰值電壓是15V，但電流較小不能直接驅(qū)

65、動揚(yáng)聲器，只能做信號源使用，此時計(jì)數(shù)電路顯示的數(shù)字即為信號的頻率數(shù)、以方便核對的振蕩頻率是否正好為32768Hz，如不是，調(diào)節(jié)使計(jì)數(shù)電路顯示1024Hz，那的3腳就能輸出精確的2Hz脈沖。即完成校正功能。</p><p>　　在3位是測量晶振的功能。此時插在上的待測晶振與的6腳組成振蕩器，其振蕩頻率經(jīng)選擇后送計(jì)數(shù)電路顯示晶振的工作頻率。此振蕩器在1000KHz—10MHz均能起振，對測量兩腳、三腳的晶振非常方便&

66、lt;/p><p>　　3.4.1 MC14017的介紹</p><p>　　MC14017是帶異步清零、無預(yù)置端、具有時鐘禁止端的十進(jìn)制脈沖計(jì)數(shù)/分配器。它在本次設(shè)計(jì)中用在了脈沖發(fā)生電路和控制電路中，名為。</p><p><b>　　1. 簡要說明</b></p><p>　　MC14017具有三個輸入端：清零端RES

67、ET,時鐘端CLOCK，允許端CE。如果要用上升沿來計(jì)數(shù)，則信號由CP端輸入；如果要用下降沿來計(jì)數(shù)，則信號由CE端輸入；MC14017具有10個輸出端~,每個輸出端的狀態(tài)與輸入計(jì)數(shù)器的脈沖個數(shù)相對應(yīng)，每一時刻只有一個輸出端為“1”其余輸出端皆為“0”。另外，為了級聯(lián)方便，還設(shè)有進(jìn)位輸出端，每輸入10個脈沖就輸出一個進(jìn)位脈沖。</p><p><b>　　2. 推薦工作條件</b></p

68、><p>　　電源電壓范圍：3V—15V </p><p>　　輸入電壓范圍：0V—</p><p>　　工作溫度范圍：M 類：55℃—125℃ </p><p>　　E 類：40℃—85℃</p><p><b>　　3. 極限值</b></p><p>　　電源電

69、壓：-0.5V—18V </p><p>　　輸入電壓：-0.5V— +0.5V</p><p>　　輸入電流：±10mA </p><p>　　貯存溫度：-65℃—150℃</p><p>　　4. 真值表 </p><p><b>　　表3-3真值表</b>

70、</p><p><b>　　5.引腳排列</b></p><p>　　圖3-10　 MC14017引腳排列</p><p><b>　　引出端功能符號</b></p><p>　　CO：進(jìn)位脈沖輸出端 CLOCK：時鐘輸入端 RESET：清除端</p><p>　　CE

71、：時鐘允許端 - ：十進(jìn)制解碼輸出端 ：正電源 ：地</p><p>　　如果輸出可作十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，如果從其它輸出端輸出可作相應(yīng)的分頻。</p><p>　　3.5 計(jì)數(shù)顯示電路</p><p>　　顯示電路是由—、—數(shù)碼管及電阻電容組成。、是MC14543，其功能是把8421碼轉(zhuǎn)換成七段顯示的十進(jìn)制碼，驅(qū)動共陰極數(shù)碼管。其5、3、2、4腳是8421碼A、B、C

72、、D的輸入端，9至15腳七段數(shù)碼a—g的輸出端。、是MC14553它是一片三位8421碼計(jì)數(shù)器，利用分時控制可以使用一只譯碼器顯示三位數(shù)字，其9、7、6、5腳是8421碼A、B、C、D的輸出端，1、2、15腳是三位數(shù)碼顯示的掃描輸出端，12腳是脈沖輸入端，14腳是溢出端3、4腳是外接振蕩電容端。（各集成電路的引腳功能詳見下面介紹）數(shù)碼管是共陰0.5寸紅色5只、綠色兩只。5只紅的作為電容容量顯示，2只綠的作單位顯示，單位顯示是指用數(shù)碼管經(jīng)

73、二極管編碼后顯示（pF或者μF），并控制小數(shù)點(diǎn)的點(diǎn)亮，連接方法見電路圖（如圖3-11）</p><p>　　3-11 計(jì)數(shù)顯示電路</p><p>　　計(jì)數(shù)顯示電路的工作過程為：當(dāng)有脈沖輸入后，的2腳、的10腳和的10腳的閘門信號同時開啟，允許計(jì)數(shù)，并將計(jì)數(shù)值送入和的13腳來進(jìn)行鎖存，這里鎖存的主要目的是由于人眼有一定的視覺暫留，在10ms之內(nèi)，人眼無法察覺其變化。為了克服其不足，所以要

74、采用對其數(shù)字進(jìn)行鎖存。當(dāng)計(jì)數(shù)器對其數(shù)字計(jì)數(shù)后，要想送入顯示器顯示，先由直接控制進(jìn)行顯示，如果超過一定值，通過的5腳溢出端送入的12腳脈沖輸入端，這時由對脈沖計(jì)數(shù)并把得到的計(jì)數(shù)個數(shù)通過A、B、C、D端輸出給的A、B、C、D輸入端，再把得到的8421碼轉(zhuǎn)換成七段顯示的十進(jìn)制碼，從而控制3個數(shù)碼顯示管進(jìn)行顯示。當(dāng)也超過所能控制顯示的數(shù)值時，又通過它的14腳溢出端送入的12腳脈沖輸入端，和通過同樣的方式來控制另外2個數(shù)碼顯示管進(jìn)行顯示。<

75、/p><p>　　3.5.1 七段LED數(shù)碼管的介紹</p><p>　　七段LED數(shù)碼管是利用7個LED發(fā)光二極管外加一個小數(shù)點(diǎn)的LED組合而成的顯示設(shè)備，可以顯示0—9等十個數(shù)字和小數(shù)點(diǎn)，使用非常廣泛，其外觀見圖3-13</p><p>　　圖3-12七段LED數(shù)碼管</p><p>　　這類數(shù)碼管可以分為共陰極和共陽極兩種。共陽極就是把所

76、有LED的陽極連接到共同接點(diǎn)com，而每個LED的陰極分別為a、b、c、d、e、f、g、dp；共陰極則是把所有LED的陰極共同連接到接點(diǎn)com，而每個LED的陽極分別為a、b、c、d、e、f、g、dp。LED數(shù)碼管各發(fā)光二極管的發(fā)光特性和普通二極管類似，只是正相壓降較大，正向電阻也較大，在一定范圍內(nèi)其正向電流與發(fā)光亮度成正比，由于常規(guī)的數(shù)碼管起輝電流只有1—2 mmA，最大極限電流也只有10—30mmA，(靜態(tài)總電流800 mmA，每段

77、10 mmA，動態(tài)平均電流4—5 mmA，峰值電流100 mmA)，所以他的輸入端在5V電源或高于TTL高電平3.5V的電路信號相接時，一定要串加限流電阻,以免損壞器</p><p><b>　　圖3-13 數(shù)碼管</b></p><p>　　對單個數(shù)碼管來說從它的正面看進(jìn)去，左下角那個腳位為1腳，以逆時針方向分別為1—10腳，左上角那個腳便是10腳了，3腳和8腳是連

78、通的，這兩個腳是公共腳。</p><p>　　3.5.2 MC14543的介紹 </p><p><b>　　1.引腳圖</b></p><p>　　圖3-14 MC14543引腳圖</p><p>　　由圖可見，它主要包括16個引腳，分別是：</p><p>　　1腳（LD）：鎖存器禁止

79、端 2－5腳（A－D）：8421碼的輸入端</p><p>　　6腳（PH）：相位輸入端 7腳（BI）：空白顯示 </p><p>　　8腳（）:地 9－15腳（a-f）:七段數(shù)碼的輸出端。 </p><p><b>　　16腳（）：正電源</b></p><p>　　2. 真

80、值表：如表3－4所列</p><p>　　從表中可以看出通過一定的邏輯運(yùn)算，輸入端A、B、C、D，通過LD的控制，以及相位的控制，輸出其顯示十進(jìn)制數(shù)字。</p><p><b>　　表3-4　真值表</b></p><p><b>　　3.極限參數(shù)</b></p><p><b>　　表3

81、-5極限參數(shù)</b></p><p>　　3.6 采用脈寬調(diào)制法時的誤差分析</p><p>　　1. 測量電容的容量轉(zhuǎn)成脈沖寬度時誤差要小，解決措施：R32，R33，R34選誤差小的電阻誤差選0.5%。</p><p>　　2. 基準(zhǔn)頻率發(fā)生器產(chǎn)生的頻率要穩(wěn)定，解決措施：用石英晶振制作振蕩電路誤差來源主要包括量化誤差、觸發(fā)誤差、標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差。</

82、p><p>　　3.7 使用與校正方法</p><p>　　本電容表制作完成后，根據(jù)兩次測量間隔時間來確定MC14040~出的脈沖周期，(一般用4秒)將其對應(yīng)的點(diǎn)焊接上，檢查無誤即可開機(jī)工作。在工作前要元件清單有兩處調(diào)試。一是先調(diào)C3，把的9腳輸出的基準(zhǔn)頻率調(diào)到1.000000MHZ，二是在制作完成時，先不要接上Cx、Cb，打開電源、本表在pF量程檔有數(shù)字顯示，這是電路的分布電容，焊入一只電容

83、Cb，使電容表顯示一個整數(shù)的值(如200pF)，記注此基數(shù)值，以后在測量pF級的電容時、均要減去此基數(shù)值才是被測電容的真正容量。校正電容Cb的容量要大于時基電路NE555的6、7腳之間的分布電容，大概在150pF以上。本表在校正后可以測量5pF以上的電容。在其它量程上不用如此調(diào)試，制作完成后就可以工作。以上調(diào)試的步驟不可反向。</p><p>　　3.8 元件的選擇與制作</p><p>

84、　　本電容表使用的集成電路最好使用插座，電阻、電容的選擇不但要考慮其大小，還要注重它們的性能，如耐壓值、功率、什么材料制作而成的等條件。電阻除了R32—34以外，均用1／8W的碳膜電阻，電阻R32-34要用精度為0．5％以上的金膜電阻以確保電阻值準(zhǔn)確。如無法得到表中的數(shù)值可用串并的方法獲得。容量小于1F的電容首選鉭電容和高頻瓷片電容，其它可選質(zhì)量好的電容。二極管為lN4000系列。三極管為C8050系列。繼電器為12V單刀任何系列均可。

85、數(shù)碼管為0．5英寸共陰的任何型號。晶振為鐵封型，精度要高，最好是小數(shù)點(diǎn)后有四個零以上的。安裝時先要把所有的跳線焊好，因?yàn)橛行┨€在集成電路的下面。電路板為兩塊，一塊是主板，100*120mm‘，另一塊是顯示板，40*100mm，為單面板、但元件面需補(bǔ)焊若干條跳線。</p><p>　　3.9 整機(jī)電路原理圖

86、 </p><p>　　圖3-15 整機(jī)電路原理圖</p><p>　　第四章 Protel DXP的應(yīng)用</p><p>　　4.1 Protel DXP的簡介</p><p>　　Protel 自問世以來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，從DOS環(huán)境下的P

87、rotel for DOS 到基于Windows的Protel for Windows 1.0，再到Protel 98、Protel 99、 Protel 99SE，版本在不斷地更新?lián)Q代，近年來又先后推出了Protel DXP、Altium.Designer 6.0等版本，新版本的功能越來越強(qiáng)大，智能化程度也越來越高。從目前的生產(chǎn)使用環(huán)節(jié)來看，Protel DXP已逐步呈現(xiàn)取代Protel 99SE的趨勢，因此學(xué)習(xí)Protel DXP的

88、應(yīng)用是非常必要的。</p><p>　　Protel DXP 在功能上全面兼容Protel系列以前版本的設(shè)計(jì)文件，還提供了混合電路仿真功能，為正確設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)原理圖電路中某些功能模塊提供了方便；提供了全新的FPGA設(shè)計(jì)的功能，這是以前的版本所沒有提供的功能；提供了更加豐富的原理圖組件庫和PCB封裝庫以及強(qiáng)大的查錯功能。Protel DXP將原理圖編輯、電路仿真、PCB設(shè)計(jì)及打印功能有機(jī)地結(jié)合在一起，提供了一個集成開發(fā)

89、環(huán)境，因此使用更方便，功能更強(qiáng)大。</p><p>　　常見環(huán)境名稱：PCB Document 電路板文件 Schematic Library 原理圖PCB Library document 電路板封裝庫文件 Schematic Document 原理圖文件。單擊菜單File/New，屏幕顯示如圖4－1所示</p><p><b>　　圖4－1 設(shè)計(jì)界面</b>&l

90、t;/p><p>　　4.2 原理圖設(shè)計(jì)步驟</p><p><b>　　1、準(zhǔn)備畫圖</b></p><p>　?。?）啟動Protel DXP</p><p>　　第一，從Windows操作系統(tǒng)的開始菜單或桌面快捷圖標(biāo)進(jìn)入Protel DXP環(huán)境。</p><p>　　第二，使用菜單File/Ne

91、w或File/New Design建立新設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫文件。</p><p>　　第三，使用菜單File/New，在打開的窗口選擇Schematic Document 圖標(biāo)，建立新原理圖文件，如圖4-2所示。</p><p>　　第四，將原理圖文件打開。</p><p>　　（2）設(shè)置原理圖工作環(huán)境。</p><p>　　第一，使用菜單Desig

92、n/Options，在如圖4-2所示的窗口中設(shè)置圖紙尺寸、柵格等內(nèi)容.</p><p>　　第二，使用菜單Tool/Preference 中設(shè)置圖紙移動方式和速度等內(nèi)容。</p><p><b>　　圖4-2原理圖圖紙</b></p><p><b>　　2、設(shè)置元件庫</b></p><p>　　

93、必須有元件庫才能畫圖，所以畫圖前應(yīng)該在元件庫管理器中放置一些元件庫。首先進(jìn)入元件庫管理器，然后單擊Add/Remove按鈕，在出現(xiàn)的窗口選擇\Design Expiorer 99SE/Library /Sch路徑，再選則常用的元件庫文件。單擊OK。在實(shí)際畫圖中，若所有的元件庫沒有需要的元件，就必須畫元件圖。</p><p>　　3、畫圖的簡單步驟。</p><p>　?。?）首先將所有元件

94、從庫中取出來，放置在圖紙上，并調(diào)整好位置。</p><p>　?。?）使用連線工具將元件連接起來。</p><p>　?。?）設(shè)置元件屬性。</p><p>　?。?）使用Tool/Annotate菜單對元件進(jìn)行編號。</p><p>　?。?）進(jìn)行電氣檢查（ERC）。</p><p>　　（6）使用Edit/Expo

95、rt to Spread 菜單簡歷元件列表。</p><p>　?。?）使用Design/Create Netlist 菜單建立網(wǎng)絡(luò)表，為畫電路版圖做準(zhǔn)備。</p><p>　　4.3 PCB板圖的設(shè)計(jì)</p><p>　　前面介紹了如何設(shè)計(jì)原理圖，設(shè)計(jì)原理圖是為設(shè)計(jì)電路板圖提供基礎(chǔ)。下面就來看一下如何畫電路板。電路板就是所有電子產(chǎn)品都具有的焊接元件的基板。設(shè)計(jì)電路

96、板是每一個學(xué)習(xí)現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的人必須學(xué)會的技術(shù)。 </p><p>　　1　快速確定PCB外形</p><p>　　設(shè)計(jì)PCB先要確定電路板的外形,通常就是在禁止布線層(KeepOutLayer)畫出電氣的布線范圍。在畫之前可以任意畫出兩條橫線和兩條豎線,然后利用“放置工具條”里的“設(shè)置原點(diǎn)”工具將某一條線段的端點(diǎn)設(shè)為原點(diǎn)即坐標(biāo)為(0, 0),之后雙擊每一條線段,對其起點(diǎn)和終點(diǎn)的坐值進(jìn)

97、行相應(yīng)的更改,使4條線段首尾相接,形成一個封閉的矩形框,電路板的外型確定也就完成了。如果在畫圖的過程中需要調(diào)整電路板的大小,只要修改每條線段的相應(yīng)坐標(biāo)值即可,簡單、快捷。</p><p><b>　　2　元件布局</b></p><p>　　開始布局之前首先要通過網(wǎng)絡(luò)表載入元器件,這個過程中經(jīng)常會遇到網(wǎng)絡(luò)表無法完全載入的錯誤,實(shí)際上這些錯誤主要可歸為兩類,一類是找不到

98、元件,解決方法是確認(rèn)原理圖中已定義元件的封裝形式,并確認(rèn)已添加相應(yīng)的PCB元件庫,若仍找不到元件就要自己造一個元件封裝了;另一類是丟失引腳,最常見的就是二極管、三極管的引腳丟失,這是由于原理圖中的引腳一般是字母A、K、E、B、C,而PCB元件的引腳則是數(shù)字1、2、3,解決方法就是或者更改原理圖的定義,或者更改PCB元件的定義使其一致即可。雖然Protel99 SE能夠自動布局,但是,實(shí)際上電路板的布局幾乎都是手工完成的。進(jìn)行布局時,必須

99、要遵循一些基本規(guī)則:</p><p>　　(1)特殊元件特殊考慮。一些特殊的元器件在布局時要從元件本身的特性、機(jī)箱的結(jié)構(gòu)、維修調(diào)試的方便性等多方面綜合考慮,以保證做出一塊穩(wěn)定、好用的PCB板。</p><p>　　(2)按照電路功能布局。如果沒有特殊要求,盡可能按照原理圖的元件安排對元件進(jìn)行布局,通常情況下信號從左邊輸入、右邊輸出,從上邊輸入、下邊輸出。在布局時可以充分利用軟件的網(wǎng)絡(luò)顯示/

100、隱藏功能和快捷鍵。</p><p>　　(3)絲印層(Overlay)的文字標(biāo)注。為方便電路的安裝和維修,一般要在印刷板的上下兩表面(TopOverlay和BottomOverlay)印刷上所需要的標(biāo)志圖案和文字代號。全局編輯是一個很實(shí)用的重要功能,可以設(shè)定各種全局條件進(jìn)行某一特定情況下的批量修改工作。</p><p>　　3　布線是PCB設(shè)計(jì)中的一個非常重要的環(huán)節(jié),可以說前面的準(zhǔn)備工作都

101、是為它而做的。PCB布線有單面布線、雙面布線及多層布線。布線的方式有兩種:自動布線及交互式布線。布線規(guī)則可以預(yù)先設(shè)定,需要經(jīng)常修改的規(guī)則主要是間距(Clearance)和線寬(W idth),其它的規(guī)則一般默認(rèn)即可滿足大多數(shù)的要求。另外,在布線過程中還要注意以下幾個問題:</p><p>　　(1)線長。敷銅線要盡可能短,在高頻電路中更應(yīng)如此。敷銅線的拐彎處應(yīng)為圓角或斜角,直角或尖角在高頻電路和布線密度高的情況下

102、會影響電氣性能。Protel DXP SE在交互式布線時可以很方便地改變拐角的形式,方法是確定線的起點(diǎn)后按住shift鍵,然后反復(fù)按下空格鍵,即可變成不同的形狀。</p><p>　　(2)線寬。敷銅線的寬度應(yīng)以能滿足電氣特性要求而又便于生產(chǎn)為準(zhǔn)則,它的最小值取決于流過它的電流,如果板面積足夠大,敷銅線寬度最好不要低于0. 3mm。另外,最好是地線比電源線寬,它們的關(guān)系是:地線>電源線>信號線。<

103、;/p><p>　　(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。</p><p>　　(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

104、保留銅箔做地線,這樣可以使屏蔽能力增強(qiáng)。另外對數(shù)字電路的PCB可用寬的地導(dǎo)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。</p><p><b>　　4　結(jié)論</b></p><p>　　PCB板圖的設(shè)計(jì)是一個復(fù)雜而又簡單的過程。Protel提供了一個良好的電路設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)境,功能強(qiáng)大,方便實(shí)用。但是要設(shè)計(jì)出一塊優(yōu)良的PCB板,還需要不斷

105、地去學(xué)習(xí)和實(shí)踐。</p><p><b>　　5. PCB版圖</b></p><p>　　圖4－3 PCB版圖</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　本次課題名為數(shù)顯電容測量儀，此設(shè)計(jì)電容測量儀分為三個檔次：第一檔0pF—99999pF，第二檔0.001μF—99.99

106、9μF，第三檔0.1μF—9999.9μF，測量范圍較寬，適合測量各種容量的電容，使用MC14017分頻計(jì)數(shù)集成電路，當(dāng)按鈕AN按下不同次數(shù)時，其相應(yīng)的管腳輸出高電平，實(shí)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(zhǔn)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

107、得到12V直流電源。設(shè)計(jì)結(jié)果基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　由于設(shè)計(jì)時間相對來說比較倉促，加上專業(yè)水平有待提高，雖然本次設(shè)計(jì)達(dá)到了任務(wù)書中的要求，但還存在一些不足之處，需要進(jìn)一步改進(jìn)，以便使設(shè)計(jì)出的電容表更精確。</p><p><b>　　附 錄</b></p><p><b>　　元件明細(xì)表</b></