《简易数字电容测量仪》由会员分享，可在线阅读，更多相关《简易数字电容测量仪（26页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、电子技术课程设计报告电子技术课程设计报告简易数字电容测量仪的设计作品40%报告20%答辩20%平时20%总分100%设计题目设计题目： 简易数字电容测量仪班级学号班级学号： 学生姓名：学生姓名： 目录一、预备知识 .- 3 -二、课程设计题目：简易数字电容测量仪的设计 .- 4 -三、课程设计目的及基本要求 .- 4 -四、设计内容提要及说明 .- 4 -4.1 设计内容.- 4 -4.2 设计说明.- 6 -五、原理图及原理说明 .- 11-5.1 功能模块电路原理图.-11-5.2 模块工作原理说明.-13-六、调试.-14-七、设计中涉及的实验仪器和工具 .-14-八、课程设计心得体会
2、.-15-九、参考文献 .-16-1、预备知识关于数字式简易数字电容测试仪的设计，我们提出了三种设计方法和思路。在具体操作中，经过对资料的收集、分析，研究与对比，最终选择了简单易懂，而且精度较高的方法，即门控法。 本方法的基本理论是单稳态触发器电路的输出脉宽 wt 与电容 C 成正比，再通过一系列的控制，计数，锁存，显示电路实现了对电容的一般测试与数字显示。在本次数电课程设计的同时，对于中大规模集成电路从认识到分析、再到整体框图设计、单元模块设计、最终到电路的模拟和实际电路的成形有了一定的认识，同时使我们在电子设计方面有了一定的实际动手能力，也为这次数电课程设计打下了坚实的基础。 数字电子课程
3、设计是电子计数综合应用的实践环节，同时也是增强学生实践与动手能力，这也是教学环节的实践部分之一。本文设计的简易数字式电容测试仪，既融合了电子技术的基础知识，又与生产实际结合紧密，能够满足实验教学需要和科研开发应用的需要，同时，电路简洁，条理清晰，便于沟通和交流学习，具有较强的通用性和实用性。 在本次课程设计过程中得到了各方面的支持和帮助，在此特别向数子电子技术老师表示由衷的感谢。由于设计时间和水平的限制，如有不足之处，敬请指正2、课程设计题目：简易数字电容测量仪3、课程设计目的以及基本要求目的：1）利用给定的元器件设计一个能测量并显示电容容值大小的数字电容表； （2） 用 3 位数码管显示；
4、（3） 测量范围 100pF105pF，误差小于 10% 。 （4）在计算机上仿真优化。 （5）在万能板(孔孔板)上安装、调试。基本要求：基本要求： 1、利用给定的元器件设计一个能测量并显示电容容值大小的数字电容表； 2、用三位数码管显示 3、测量范围 100pf-10000pf，误差小于 10%。 4、在计算机上用仿真软件仿真优化。 5、在万用板上安装，调试。4、设计内容提要以及说明 设计内容：设计内容：(1)计数器。计数器主要用来对时钟进行计数并送入显示电路 显示。4518 是双 BCD 码同步十进制计数器,每个计数器包含两个时 钟输入端:CP 和 EN。CP 用于上升沿触发,要求 EN=
5、1；EN 用于下降 沿触发,要求 CP=0。CR 是异步复位端,高电平有效,正常计数时 CR=0。这里,我们要测量的电容范围是 0 到 999pF,需要三位十进制 计数器进行级联。其级联的方法是将低位的 Q3 端接高位的 EN 端,高 位计数器的 CP 端接地。其输出端 Q3Q2Q1Q0 输出 8421BCD 码,接显 示译码器的代码输入端。电路图比较简单,在这里就不再赘述了。(2)译码器电路。译码显示电路的设计比较简单,选用 4511,该译码器 为 B C D - 七段锁存/ 译码/ 驱动器, 其数据输入端接计数器 Q3Q2Q1Q0 端输出的 BCD 码,译码器的输出端接共阴极七段半导体 数
6、码显示器。（3） LED 数码显示 LED 数码管分为共阳极与共阴极两种,对于共阳极 LED 数码 管,将 8 只发光二极管的阳极短接后作为公共阳极,接+5V 电源。共 阴极 LED 数码管则与之相反,它是将发光二极管的阴极短接后作 设计说明：设计说明：总体方案：本设计中用 555 振荡器产生一定周期的矩形脉冲作为计数 器的标准脉冲。同时待测电容 C 转换成宽度为 tw 的矩形脉冲，转换的原理 是单脉冲触发器的输出脉宽 tw 与电容 C 成正比。用这个宽度的矩形脉冲作 为阀门信号控制计数器计数，合理处理计数系统电路，可以使计数器的技术 值即为被测电容的容值。或则把此脉冲作控制时间和标准频率脉冲
7、相“与” ，得到计数脉冲，该技术脉冲送计数 -锁存-译码显示系统就可以得到电容 量的数据。共阴数码管：共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的 数码管，共阴数码管在应用时应将公共极 COM 接到地线 GND 上，当某一字段发光二极 管的阳极为高电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。图 4-1 共阴极数码管Cd4518：CD4518 是一个双 BCD 同步加计数器，由两个相同的同步4 级计数器组成。CD4518 引脚功能(管脚功能)如下：1CP、2CP：时钟输入端。1CR、2CR：清除端。1EN、2EN：计数允许控制端。1Q01Q3：计数
8、器输出端。2Q02Q3：计数器输出端。Vdd：正电源。Vss：地图 4-2 cd4518 引脚图ne555：NE555 （Timer IC）为 8 脚时基集成电路，大约在1971 年由 Corporation 发布，在当时是唯一非常快速且商业化的Timer IC，在往后的 30 年中非常普遍被使用，且延伸出许多的应用电路，后来基于 CMOS 技术版本的 Timer IC 如 MOTOROLA 的MC1455 已被大量的使用，但原规格的 NE555 依然正常的在市场上供应，尽管新版 IC 在功能上有部份的改善，但其脚位功能并没变化，所以到目前都可直接的代用。图 4-3ne555 引脚图图 4-4
9、 ne555 外部图自锁开关：自锁开关，是一种常见的按钮开关。在开关按钮第一次按时，开关接通并保持，即自锁，在开关按钮第二次按时，开关断开，同时开关按钮弹出来。Cd4511：CD4511 是一片 CMOS BCD锁存/7 段译码/驱动器，用于驱动共阴极 LED （数码管）显示器的 BCD 码七段码译码器。图 4-5 cd4511 引脚图Cd4093：cd4093 是由四个 2 输入端施密特触发器电路组成。每个电路均为在两输入端具有斯密特处罚功能的 2 输入与非门。每个门在信号的上升和下降沿的不同点开，关，上升电压 t 与下降电压只差定义为滞后电压。图 4-6 CD4093 引脚图以上都是构成简
10、单电容测量仪的主要元器件，还有电阻，电容等5、原理图以及原理5.15.1 功能模块原理图功能模块原理图图图 5-15-1 简易电容测量仪原理图简易电容测量仪原理图A7 B1 C2 D6LE5BI4LT3a13 b12 c11 d10 e9 f15 g14VDD16GND8U7CD4511BCNA7 B1 C2 D6LE5BI4LT3a13 b12 c11 d10 e9 f15 g14VDD16 GND8U6CD4511BCNA7 B1 C2 D6LE5BI4LT3a13 b12 c11 d10 e9 f15 g14VDD16GND8CD4511BCNTRIG2OUT3RST4CVOLT5THR
11、6DISC7VCC8GND1U1NE555DTRIG2OUT3RST4CVOLT5THR6DISC7VCC8GND1U2NE555DCLK9 EN10 CLR15Q011 Q112 Q213 Q314U4BHCC4518BFCLK1 EN2 CLR7Q03 Q14 Q25 Q36U4AHCC4518BF123U3ACD4093BCM564U3BCD4093BCM2 31S2 SW-SPDT2 31S1 SW-SPDT100pFC4 Cap100pFC3 Cap 100pFC2 Cap100pFC1 Cap100pFC6 Cap100pFC5Cap1KR2 Res21KR3 Res2 1KR5
12、Res2R8 Res21KR7 Res21KR6 Res2 1KR4 Res2VCC1KR1Res2VCCHCC4518BFVCCVCCVCCDpy Blue-CAf9 g10e1d2A3c4DP5b6a7A8DS2Dpy Blue-CAf9 g10e1d2A3c4DP5b6a7A8DS1Dpy Blue-CA图 5-2 简易电容测量仪5.2 模块工作原理说明模块工作原理说明1、标准脉冲产生电路标准脉冲发生器由 ne555 构成输出周期为 T=0.693（R2+R3)c1 的基准脉冲产生电平，该数字电路电容表中间们信号的宽度等于控制脉冲的高电平时间，设置T=NT，那么闸门信号闸门内有多少个基准
13、脉冲，电容值就多少，该标准脉冲周期为 10uS。2、清零与锁存脉冲产生电路当待测脉冲上升沿到达时，经过一个微分电路当作清零信号，再用两个反相器和一个微分电路产生锁存信号，从而实现清零和锁存信号的产生和分离。6、 实验中涉及的实验仪器与工具 芯片数量Cd45113Cd45182ne5552Cd40931共阴数码管3自锁开关2电阻 47021电阻 1k2电阻 10k13电阻 1m1精密可调电 阻 5032瓷片电容 1044电容 100uf1另外实验工具有1、电烙铁2、烙铁架3、锡丝4、松香5、斜口钳6、镊子8、实验中的心得体会通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。在整个设计过程中
14、，我们通过这个方案包括设计了一套电路原理和 pcb 连接图，和芯片上的选择。这个方案总共使用了三个 cd45112 个 cd4518,2 个 ne555，1 个cd4093,3 个共阴极数码管，2 个自锁开关 21 个 470 电阻，2 个 1k 电阻，13 个 10k 电阻，1 个 1m 电阻，2 个精密可调电阻 503,4 个 104 瓷片电容，1 个 100uF 电容。在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里想老着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。我沉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。比如一些芯片的功能，平时看课本
