簡易數(shù)字式電容測試儀課程設(shè)計報告

1、<p><b>　　電子技術(shù)課程設(shè)計</b></p><p>　　課題名稱 簡易數(shù)字式電容測試儀 </p><p>　　班 級 </p><p>　　姓 名 </p><p><b>　　指導(dǎo)教師 </b></p&g

2、t;<p>　　日 期 2011年6月21日</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　電容元件廣泛應(yīng)用于各種電子產(chǎn)品和電路中，具有十分廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　電容的容值參數(shù)是設(shè)計中應(yīng)考慮的重要參數(shù)。常見的電容分為有極電容和無極電容。電容的容值與電容的直對面積、形狀、電解質(zhì)等有關(guān)系。目前的電容體

3、積小，用常規(guī)方法難以精確測出。為解決該問題。我們設(shè)計了簡易數(shù)字式電容測試儀。該設(shè)計將電容的測量轉(zhuǎn)化為頻帶寬度的測量，具有便攜、易操作、高精度等特點。</p><p>　　限于作者水平，本文難免出現(xiàn)缺陷和錯誤，我們熱忱歡迎廣大讀者朋友提出寶貴意見和建議。</p><p><b>　　作者</b></p><p>　　2011年6月21日</

4、p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　第一章 4頁</p><p>　?。?）方案論證 5頁</p>

5、<p>　?。?）方案比較 6頁</p><p>　　第二章 各部電路設(shè)計 7頁</p><p>　?。?）555多諧振蕩器 7頁</p><p>　?。?）計數(shù)器脈沖

6、波形的產(chǎn)生 8頁</p><p>　　（3） 計數(shù)器及鎖門 8頁 </p><p>　?。?）譯碼器

7、 8頁</p><p>　?。?）數(shù)碼管顯示 9頁</p><p>　　（6）參數(shù)計算 10頁</p><p>　?。?）元件附

8、表 10頁</p><p>　　第三章 11頁</p><p>　?。?）總結(jié)收獲

9、 11頁</p><p>　　（2）參考文獻 12頁。</p><p>　?。?）鳴謝 13頁<

10、/p><p>　　簡易數(shù)字式電容測試儀</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　由555構(gòu)成的多諧振蕩器的脈沖寬度與所接的電容大小成正比，吧電容C的容值轉(zhuǎn)化為脈沖寬度的測量。通過與脈沖信號相與后送入計數(shù)器，再通過譯碼器與數(shù)碼管顯示即可。</p><p><b>　　關(guān)鍵字</b>&

11、lt;/p><p>　　555多諧振蕩器 ； 脈沖寬度 ；計數(shù)器；數(shù)碼管；電容測試儀</p><p><b>　　技術(shù)要求</b></p><p>　　1. 應(yīng)設(shè)計3個以上的測量量程。</p><p>　　2. 測試電容容量范圍為100PF～100μF 。</p><p>　　3. 用四

12、位數(shù)碼管顯示測量結(jié)果。</p><p>　　4. 用紅、綠色發(fā)光二極管表示單位。</p><p><b>　　第一章 系統(tǒng)闡述</b></p><p>　　數(shù)字式電容測量儀的作用是以十進制數(shù)碼的方式來顯示被測電容的值，從而判斷電容器質(zhì)量的優(yōu)劣及電容參數(shù)。由給出的指標設(shè)計，它的設(shè)計要點可分為倆部分：一部分是LED顯示，另一部分就是要將Cx值

13、進行轉(zhuǎn)換。</p><p>　　能滿足上述設(shè)計功能的方案很多，我們共總結(jié)出下面四種參考方案：</p><p>　　數(shù)字式電容測量儀的作用是以十進制數(shù)碼的方式來顯示被測電容的值，從而判斷電容器質(zhì)量的優(yōu)劣及電容參數(shù)。由給出的指標設(shè)計，它的設(shè)計要點可分為倆部分：一部分是LED顯示，另一部分就是要將Cx值進行轉(zhuǎn)換。</p><p>　　能滿足上述設(shè)計功能的方案很多，我們共總

14、結(jié)出下面四種參考方案：</p><p><b>　　方案一</b></p><p>　　利用電橋和標準電容測電容。電路圖如圖《1》</p><p>　　基本原理為IO/ I1 =C0/CX 利用此關(guān)系即得出電容容值。其中處理器得出比值。. </p><p><b>　　圖一</b></p>

15、;<p><b>　　方案二</b></p><p>　　利用電容的充放電特性。電路圖如圖二</p><p>　　得出充放電曲線即可得出電容容值</p><p><b>　　圖二</b></p><p><b>　　方案三</b></p><p

16、>　　利用積分、微分電路，也可得出電容的容值。</p><p><b>　　方案四</b></p><p>　　利用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器或555定時器構(gòu)成振蕩器，將電容轉(zhuǎn)化為對脈沖寬度的測量，通過計數(shù)器和數(shù)碼管顯示。</p><p><b>　　方案的分析和比較</b></p><p>　　方案一利用

17、電橋和標配電容，思路簡單，但處理器比較復(fù)雜。方案二利用電容的充放電，曲線的采樣數(shù)據(jù)要求很高，且充放電的速度難以控制誤差較大。方案三利用積分電路 ，測量電路相當簡單，但存在模數(shù)轉(zhuǎn)換問題，并且要求輸入電壓復(fù)制高度穩(wěn)定。方案四采用555多諧振蕩器，電路容易理解，且精度顯示都可調(diào)，誤差小。故此選用方案四。</p><p><b>　　方案論證</b></p><p>　　由5

18、55構(gòu)成的多諧振蕩器的脈沖寬度與所接的電容大小成正比，把電容C的容值轉(zhuǎn)化為脈沖寬度的測量。通過與脈沖信號相與后送入計數(shù)器，計數(shù)器的同步置數(shù)端作為電路的控制端鎖存電路。再通過譯碼器與數(shù)碼管顯示即可。</p><p><b>　　第二章</b></p><p><b>　　各部電路設(shè)計</b></p><p><b>

19、;　　方案總體框圖 </b></p><p><b>　　單元電路的設(shè)計</b></p><p>　　555多諧振蕩器的設(shè)置</p><p>　　在輸入UCC是，電容C上的初始電壓為0V，逐漸充電，當電容的電壓上升至2UCC /3，端口三輸出低電平，當下降至UCC /3時，輸出低電平。其脈沖寬度T1=0.7（R1+R2） <

20、;/p><p>　　C.同時T2=0.7R2C .以后可知道T2為數(shù)碼管顯示時間。占空比=（R2+R2）/（R1+2R2）。</p><p>　　(二) 計數(shù)器脈沖波的產(chǎn)生</p><p>　　其原理為將555多諧振蕩器的輸出與脈沖波想與即可得計數(shù)器的脈沖波。</p><p>　　（三）計數(shù)器的及鎖門。</p><p>

21、　　本計數(shù)器采用十六位二進制計數(shù)器，選用74LS161芯片。共用四片。其中同步預(yù)置數(shù)短LD短接555振蕩器輸出端，當555輸出高電平是計數(shù)，當輸出低電平時計數(shù)器進行置數(shù)。預(yù)置數(shù)為0000 0000 0000 0000</p><p>　　。這樣當為高電平是計數(shù)，低電平是保持，以等待下一個高電平置數(shù)。故此，低電平維持時間即為數(shù)碼管顯示時間，測量時間即為計數(shù)脈沖時間。</p><p><

22、b>　　四 譯碼器</b></p><p>　　該譯碼器采用74LS48譯碼驅(qū)動。即將計數(shù)器的每四位送入一個譯碼器譯碼。故此需要四片譯碼器。</p><p><b>　　數(shù)碼管顯示</b></p><p>　　數(shù)碼管分為共陰極和共陽極兩種。74LS48譯出為高電平，故應(yīng)該選用共陰極數(shù)碼管。本設(shè)計的量程分為100pF—1Pf、1

23、nf-1000nF、1uF——1000Uf.小數(shù)位認為在后，即顯示的全為整數(shù)位.</p><p>　　五 總體電路圖見附表一。</p><p><b>　　六．參數(shù)計算</b></p><p>　　電容測量范圍100pF——1000Pf、1nF——1000nF、1Uf</p><p>　　——100uF。要求占空比約為0

24、.6。獲取數(shù)據(jù)時間小于5秒，測量時間小于5/3秒。及當C=100uF是時間小于10秒。從而得出R1+R2 <71.4歐姆。R2<23.8歐姆。由標稱得出R1=20千 歐姆R2=51.8千歐姆。T1=0.7(R1+R2)C; TI=Nt0 .</p><p>　　(1) 對于100pF至1000pF。 to =0.7*(R1+R2)*210/528=0.02s。故此時鐘脈沖周期為0.

25、02秒。T=0.7(R1+R2)C=0.02秒。時鐘脈沖R1=1.8歐姆；R2=8.2歐姆，C=0.02/7=2.8*103歐姆。 </p><p>　?。?）對于1至1000nF之間。R1=20000千歐姆R2=51800千歐姆。</p><p>　?。?）對于100pF至1000pF。R1=20*106 千歐姆；R2=51.8*106千歐姆。。故此其他時鐘脈沖不需要變化。</p&

26、gt;<p>　　附錄一 元器件明細表</p><p><b>　　第三章</b></p><p><b>　　1.總結(jié)：</b></p><p>　　本設(shè)計完成題目所給的設(shè)計任務(wù)，設(shè)計了一臺數(shù)字顯示的電容測試儀，滿足題目的基本要求和一部分發(fā)揮要求。儀表有性能可靠、精度高、電路簡單的特點。但是這種把較

27、難測量的物理量轉(zhuǎn)變成精度較高且較容易測量的物理量也有不足之處，主要是由于電路的影響，輸出的電容在某一個周期里誤差會很大。也可以通過加入延時清零電路，設(shè)置更多的檔位來減小誤差，使其精度更高?？傮w來說，本設(shè)計是成功的。</p><p><b>　　2.收獲與體會</b></p><p>　　回顧起此次課程設(shè)計，至今我感慨頗多。的確，從查閱資料到電路設(shè)計，從理論學(xué)習(xí)到實踐總

28、結(jié)，在整整兩個星期的日子里，可以說是苦多于甜，但是能學(xué)到好多東西，不僅可以鞏固以前所學(xué)過的電子技術(shù)專業(yè)知識和仿真軟件的基本操作，而且學(xué)到了很多在書本上學(xué)不到的知識。通過這次課程設(shè)計，我懂得了理論與實踐相結(jié)合是很至關(guān)重要的，只有理論的知識是遠遠不夠的，只有把所學(xué)到的專業(yè)知識與實踐結(jié)合起來，從實踐中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考能力。在設(shè)計的過程中難免會遇到各種各樣的問題，但是我們迎難而上，通過查資料和請

29、教老師努力研究、解決問題；同時在分析測容原理與設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)自己的不足之處，如對以前學(xué)過的專業(yè)知識理解的不夠深刻，掌握的不夠牢固，我們通過認真學(xué)習(xí)和掌握專業(yè)知識可以更好的完成課程設(shè)計。</p><p>　　對這次設(shè)計的電路，我最滿意的是量程控制所達到的高精度效果。為提高精度，本儀表只顯示100—9999之間的數(shù)，當然具體的容值還要看量程檔位。如果要更加完善設(shè)計，還是有很大的發(fā)展余地的，比如說可以加入延時清零電路

30、，可以設(shè)置更多的檔位等等。</p><p>　　我們組三人依據(jù)分工，高效率的查詢了大量資料，電路圖是我們依據(jù)原理自行設(shè)計，然而結(jié)果卻與理論上有不少出處，隨著今后的學(xué)習(xí)我們也會繼續(xù)將之改進。此次課程設(shè)計不僅進一步鞏固了我們是對電子技術(shù)知識的學(xué)習(xí)也鍛煉了我們的團隊合作能力。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　1.林濤

31、.數(shù)字電子技術(shù).清華大學(xué)出版社.2006</p><p>　　2林濤。林薇.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)。清華大學(xué)出版社</p><p>　　3曾靜。李誠 數(shù)字電子技術(shù)試驗。長大電工實驗中心</p><p>　　4邱關(guān)源。電路高等教育出版社</p><p>　　5. 張虹。模擬電子技術(shù)。北京航空航天出版社</p><p><

32、b>　　鳴謝</b></p><p>　　本次課程設(shè)計簡易數(shù)字式電容測試儀的完成，要特別感鄧秋霞老師和老師的悉心指導(dǎo)，并為我們指點迷津，幫助我們開拓研究思路，熱忱鼓勵，同時也教會了我們許多關(guān)于以后的學(xué)習(xí)、工作和科研方面的知識。</p><p>　　特別感謝與我同組的兩名同學(xué)，在工作中我們積極配合、勇于創(chuàng)新。本次設(shè)計使我們把自身的理論轉(zhuǎn)換為實踐的能力得到了很大的提高，使我們