簡易數(shù)字式電容測試儀課程設計報告

1、<p><b>　　電子技術課程設計</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>　　電容元件廣泛應用于各種電子產品和電路中，具有十分廣泛的應用。</p><p>　　電容的容值參數(shù)是設計中應考慮的重要參數(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、電解質等有關系。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。我們設計了簡易數(shù)字式電容測試儀。該設計將電容的測量轉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>　　（2）方案比較 6頁</p><p>　　第二章 各部電路設計 7頁</p><p>　?。?）555多諧振蕩器 7頁</p><p>　　（2）計數(shù)器脈沖

6、波形的產生 8頁</p><p>　?。?） 計數(shù)器及鎖門 8頁 </p><p>　　（4）譯碼器

7、 8頁</p><p>　　（5）數(shù)碼管顯示 9頁</p><p>　?。?）參數(shù)計算 10頁</p><p>　　（7）元件附

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

9、 11頁</p><p>　?。?）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>　　技術要求</b></p><p>　　1. 應設計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，從而判斷電容器質量的優(yōu)劣及電容參數(shù)。由給出的指標設計，它的設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、進行轉換。</p><p>　　能滿足上述設計功能的方案很多，我們共總結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，從而判斷電容器質量的優(yōu)劣及電容參數(shù)。由給出的指標設計，它的設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值進行轉換。</p><p>　　能滿足上述設計功能的方案很多，我們共總

14、結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定時器構成振蕩器，將電容轉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)轉換問題，并且要求輸入電壓復制高度穩(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，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>　　各部電路設計</b></p><p><b>

19、;　　方案總體框圖 </b></p><p><b>　　單元電路的設計</b></p><p>　　555多諧振蕩器的設置</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>　?。ㄈ┯嫈?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，故應該選用共陰極數(shù)碼管。本設計的量程分為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>　　（2）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：</b></p><p>　　本設計完成題目所給的設計任務，設計了一臺數(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，設置更多的檔位來減小誤差，使其精度更高?？傮w來說，本設計是成功的。</p><p><b>　　2.收獲與體會</b></p><p>　　回顧起此次課程設計，至今我感慨頗多。的確，從查閱資料到電路設計，從理論學習到實踐總

28、結，在整整兩個星期的日子里，可以說是苦多于甜，但是能學到好多東西，不僅可以鞏固以前所學過的電子技術專業(yè)知識和仿真軟件的基本操作，而且學到了很多在書本上學不到的知識。通過這次課程設計，我懂得了理論與實踐相結合是很至關重要的，只有理論的知識是遠遠不夠的，只有把所學到的專業(yè)知識與實踐結合起來，從實踐中得出結論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考能力。在設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計的過程中發(fā)現(xiàn)自己的不足之處，如對以前學過的專業(yè)知識理解的不夠深刻，掌握的不夠牢固，我們通過認真學習和掌握專業(yè)知識可以更好的完成課程設計。</p><p>　　對這次設計的電路，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)原理自行設計，然而結果卻與理論上有不少出處，隨著今后的學習我們也會繼續(xù)將之改進。此次課程設計不僅進一步鞏固了我們是對電子技術知識的學習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.清華大學出版社.2006</p><p>　　2林濤。林薇.模擬電子技術基礎。清華大學出版社</p><p>　　3曾靜。李誠 數(shù)字電子技術試驗。長大電工實驗中心</p><p>　　4邱關源。電路高等教育出版社</p><p>　　5. 張虹。模擬電子技術。北京航空航天出版社</p><p><

32、b>　　鳴謝</b></p><p>　　本次課程設計簡易數(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，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于以后的學習、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，在工作中我們積極配合、勇于創(chuàng)新。本次設計使我們把自身的理論轉換為實踐的能力得到了很大的提高，使我們