簡(jiǎn)易數(shù)字式電容測(cè)試儀課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、<p><b>　　電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　課題名稱 簡(jiǎn)易數(shù)字式電容測(cè)試儀 </p><p>　　班 級(jí) </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(jì)中應(yīng)考慮的重要參數(shù)。常見的電容分為有極電容和無(wú)極電容。電容的容值與電容的直對(duì)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(cè)出。為解決該問(wèn)題。我們?cè)O(shè)計(jì)了簡(jiǎn)易數(shù)字式電容測(cè)試儀。該設(shè)計(jì)將電容的測(cè)量轉(zhuǎn)化為頻帶寬度的測(cè)量，具有便攜、易操作、高精度等特點(diǎn)。</p><p>　　限于作者水平，本文難免出現(xiàn)缺陷和錯(cuò)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(yè)</p><p>　?。?）方案論證 5頁(yè)</p>

5、<p>　　（2）方案比較 6頁(yè)</p><p>　　第二章 各部電路設(shè)計(jì) 7頁(yè)</p><p>　?。?）555多諧振蕩器 7頁(yè)</p><p>　?。?）計(jì)數(shù)器脈沖

6、波形的產(chǎn)生 8頁(yè)</p><p>　?。?） 計(jì)數(shù)器及鎖門 8頁(yè) </p><p>　?。?）譯碼器

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

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

9、 11頁(yè)</p><p>　?。?）參考文獻(xiàn) 12頁(yè)。</p><p>　　（3）鳴謝 13頁(yè)<

10、/p><p>　　簡(jiǎn)易數(shù)字式電容測(cè)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(cè)量。通過(guò)與脈沖信號(hào)相與后送入計(jì)數(shù)器，再通過(guò)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(jì)數(shù)器；數(shù)碼管；電容測(cè)試儀</p><p><b>　　技術(shù)要求</b></p><p>　　1. 應(yīng)設(shè)計(jì)3個(gè)以上的測(cè)量量程。</p><p>　　2. 測(cè)試電容容量范圍為100PF～100μF 。</p><p>　　3. 用四

12、位數(shù)碼管顯示測(cè)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(cè)量?jī)x的作用是以十進(jìn)制數(shù)碼的方式來(lái)顯示被測(cè)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(biāo)設(shè)計(jì)，它的設(shè)計(jì)要點(diǎn)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(jìn)行轉(zhuǎn)換。</p><p>　　能滿足上述設(shè)計(jì)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(cè)量?jī)x的作用是以十進(jìn)制數(shù)碼的方式來(lái)顯示被測(cè)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(biāo)設(shè)計(jì)，它的設(shè)計(jì)要點(diǎn)可分為倆部分：一部分是LED顯示，另一部分就是要將Cx值進(jìn)行轉(zhuǎn)換。</p><p>　　能滿足上述設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)電容測(cè)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(shí)器構(gòu)成振蕩器，將電容轉(zhuǎn)化為對(duì)脈沖寬度的測(cè)量，通過(guò)計(jì)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(biāo)配電容，思路簡(jiǎn)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(cè)量電路相當(dāng)簡(jiǎn)單，但存在模數(shù)轉(zhuǎn)換問(wèn)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(cè)量。通過(guò)與脈沖信號(hào)相與后送入計(jì)數(shù)器，計(jì)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(guò)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(jì)</b></p><p><b>

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

20、;/p><p>　　C.同時(shí)T2=0.7R2C .以后可知道T2為數(shù)碼管顯示時(shí)間。占空比=（R2+R2）/（R1+2R2）。</p><p>　　(二) 計(jì)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(jì)數(shù)器的脈沖波。</p><p>　?。ㄈ┯?jì)數(shù)器的及鎖門。</p><p>

21、　　本計(jì)數(shù)器采用十六位二進(jìn)制計(jì)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(dāng)555輸出高電平是計(jì)數(shù)，當(dāng)輸出低電平時(shí)計(jì)數(shù)器進(jìn)行置數(shù)。預(yù)置數(shù)為0000 0000 0000 0000</p><p>　　。這樣當(dāng)為高電平是計(jì)數(shù)，低電平是保持，以等待下一個(gè)高電平置數(shù)。故此，低電平維持時(shí)間即為數(shù)碼管顯示時(shí)間，測(cè)量時(shí)間即為計(jì)數(shù)脈沖時(shí)間。</p><p><

22、b>　　四 譯碼器</b></p><p>　　該譯碼器采用74LS48譯碼驅(qū)動(dòng)。即將計(jì)數(shù)器的每四位送入一個(gè)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(yáng)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(jì)的量程分為100pF—1Pf、1

23、nf-1000nF、1uF——1000Uf.小數(shù)位認(rèn)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(jì)算</b></p><p>　　電容測(cè)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(shí)間小于5秒，測(cè)量時(shí)間小于5/3秒。及當(dāng)C=100uF是時(shí)間小于10秒。從而得出R1+R2 <71.4歐姆。R2<23.8歐姆。由標(biāo)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(duì)于100pF至1000pF。 to =0.7*(R1+R2)*210/528=0.02s。故此時(shí)鐘脈沖周期為0.

25、02秒。T=0.7(R1+R2)C=0.02秒。時(shí)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(duì)于1至1000nF之間。R1=20000千歐姆R2=51800千歐姆。</p><p>　?。?）對(duì)于100pF至1000pF。R1=20*106 千歐姆；R2=51.8*106千歐姆。。故此其他時(shí)鐘脈沖不需要變化。</p&

26、gt;<p>　　附錄一 元器件明細(xì)表</p><p><b>　　第三章</b></p><p><b>　　1.總結(jié)：</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)完成題目所給的設(shè)計(jì)任務(wù)，設(shè)計(jì)了一臺(tái)數(shù)字顯示的電容測(cè)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(jiǎn)單的特點(diǎn)。但是這種把較

27、難測(cè)量的物理量轉(zhuǎn)變成精度較高且較容易測(cè)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(gè)周期里誤差會(huì)很大。也可以通過(guò)加入延時(shí)清零電路，設(shè)置更多的檔位來(lái)減小誤差，使其精度更高?？傮w來(lái)說(shuō)，本設(shè)計(jì)是成功的。</p><p><b>　　2.收獲與體會(huì)</b></p><p>　　回顧起此次課程設(shè)計(jì)，至今我感慨頗多。的確，從查閱資料到電路設(shè)計(jì)，從理論學(xué)習(xí)到實(shí)踐總

28、結(jié)，在整整兩個(gè)星期的日子里，可以說(shuō)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(guò)的電子技術(shù)專業(yè)知識(shí)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(shí)。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我懂得了理論與實(shí)踐相結(jié)合是很至關(guān)重要的，只有理論的知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)到的專業(yè)知識(shí)與實(shí)踐結(jié)合起來(lái)，從實(shí)踐中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考能力。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中難免會(huì)遇到各種各樣的問(wèn)題，但是我們迎難而上，通過(guò)查資料和請(qǐng)

29、教老師努力研究、解決問(wèn)題；同時(shí)在分析測(cè)容原理與設(shè)計(jì)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)自己的不足之處，如對(duì)以前學(xué)過(guò)的專業(yè)知識(shí)理解的不夠深刻，掌握的不夠牢固，我們通過(guò)認(rèn)真學(xué)習(xí)和掌握專業(yè)知識(shí)可以更好的完成課程設(shè)計(jì)。</p><p>　　對(duì)這次設(shè)計(jì)的電路，我最滿意的是量程控制所達(dá)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(dāng)然具體的容值還要看量程檔位。如果要更加完善設(shè)計(jì)，還是有很大的發(fā)展余地的，比如說(shuō)可以加入延時(shí)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(jì)，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(huì)繼續(xù)將之改進(jìn)。此次課程設(shè)計(jì)不僅進(jìn)一步鞏固了我們是對(duì)電子技術(shù)知識(shí)的學(xué)習(xí)也鍛煉了我們的團(tuán)隊(duì)合作能力。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</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(chéng) 數(shù)字電子技術(shù)試驗(yàn)。長(zhǎng)大電工實(shí)驗(yàn)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(jì)簡(jiǎn)易數(shù)字式電容測(cè)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(diǎn)迷津，幫助我們開拓研究思路，熱忱鼓勵(lì)，同時(shí)也教會(huì)了我們?cè)S多關(guān)于以后的學(xué)習(xí)、工作和科研方面的知識(shí)。</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(jì)使我們把自身的理論轉(zhuǎn)換為實(shí)踐的能力得到了很大的提高，使我們