數(shù)顯電容測(cè)試儀畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、數(shù)顯電容測(cè)試儀摘 要隨著科技的不斷發(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(duì)電路的性能有著重要的影響，因此測(cè)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(cè)量并通過(guò)數(shù)字顯示出來(lái)。電容測(cè)量?jī)x在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展水平越來(lái)越高，目前，電容測(cè)量?jī)x的應(yīng)用現(xiàn)狀是：品種多樣，技術(shù)含量高。電容的測(cè)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(gè)量程：0pF99999PF、0.001F99.999F、0.1F9999.9F。全數(shù)字電路，晶振穩(wěn)頻誤差小，耗電量小，制

2、作費(fèi)用低。電路可分為四個(gè)部分，顯示電路、測(cè)量電路、量程轉(zhuǎn)換及符號(hào)控制電路、電源電路。要用數(shù)字電路來(lái)測(cè)量電容的容量可以把容量轉(zhuǎn)換成相對(duì)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(shí)間即脈寬。此脈沖用來(lái)控制一個(gè)電子開(kāi)關(guān)，讓固定頻率的脈沖通過(guò)電子開(kāi)關(guān)送往顯示電路，由七個(gè)數(shù)碼管顯示出來(lái)。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(cè)量?jī)x器電容測(cè)量?jī)x將得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用；電容測(cè)量?jī)x也將向著更合理，更科學(xué)，更適用的方向不斷向前發(fā)展！關(guān)鍵詞：譯碼顯示，計(jì)數(shù)測(cè)量，脈寬調(diào)制法，單穩(wěn)電路 目錄摘要IABSTRACTII目錄III第一章緒論11.1課題研究現(xiàn)狀11.1.1

3、電容測(cè)量的技術(shù)發(fā)展11.1.2課題研究的目的與意義21.2課題主要設(shè)計(jì)內(nèi)容21.3課題指標(biāo)與參數(shù)2第二章各設(shè)計(jì)方案的比較及論證32.1 各方案基本原理的介紹42.2 方案比較及確定8第三章總體電路設(shè)計(jì)93.1系統(tǒng)工作原理及方框圖9容量測(cè)量工作原理103.1.2NE555的介紹103.2電源電路123.2.1橋式整流電路的工作原理133.3測(cè)量電路143.3.1 MC14060的介紹153.3.2MC14040的介紹173.4 量程轉(zhuǎn)換及符號(hào)控制電路183.4.1 MC14017的介紹193.5計(jì)數(shù)顯示電路213.5.1 七段LED顯示及其工作原理233.5.2MC14543的介紹243.6采用

4、脈寬調(diào)制法的誤差分析263.7使用方法與校正273.8元件的選擇與制作273.9整體電路原理圖28第四章PROTEL DXP應(yīng)用294.1 Protel DXP的介紹294.2 原理圖設(shè)計(jì)步驟304.3 PCB板圖的設(shè)計(jì)步驟31結(jié)論35參考文獻(xiàn)36致謝37附錄38第一章緒 論1.1 課題研究現(xiàn)狀隨著科技的不斷發(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(duì)電路的性能有著重要的作用。因此，電容量的測(cè)量在日常使用中就不可避免。電容測(cè)量?jī)x的發(fā)展水平越來(lái)越高，目前電容測(cè)量?jī)x的應(yīng)用現(xiàn)狀是：品種多樣，技術(shù)含量高。如：YD2612A/12B電容測(cè)量?jī)x，它

5、有著良好的測(cè)試穩(wěn)定性，抗沖擊能力強(qiáng)。如：TH2615系列電容測(cè)量?jī)x，它是一種易操作、智能化的電容測(cè)量?jī)x，儀器價(jià)格低，測(cè)試速度快。如：多頻HF2617電容測(cè)量?jī)x，它的可靠性穩(wěn)定性強(qiáng)，測(cè)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(jià)格低、測(cè)試速度快的電容測(cè)量?jī)x有著極大的需求。1.1.1電容測(cè)量的技術(shù)發(fā)展測(cè)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(wèn)世了數(shù)字自動(dòng)電橋，電橋在內(nèi)部微機(jī)的控制下自動(dòng)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、高頻電橋等幾乎已經(jīng)被自動(dòng)化電橋所替代。由于電橋的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本相對(duì)也較高，對(duì)電容器的一般測(cè)量如僅測(cè)其電容量，可以用阻抗法測(cè)試。阻抗法

6、相對(duì)于電橋法簡(jiǎn)單的多，有的數(shù)字式萬(wàn)用表配備有電容測(cè)試功能，其原理大都是以阻抗法實(shí)現(xiàn)的。隨著測(cè)試技術(shù)的不斷進(jìn)步，特別對(duì)相位角測(cè)試精度的提高，在阻抗法測(cè)量的同時(shí)增加相位角的測(cè)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(cè)量。小型電容測(cè)試儀還常用積分法或斜率法（含雙斜率）測(cè)試電容，原理是測(cè)試RC積分時(shí)間或以恒流源對(duì)被測(cè)電容充電，用充電時(shí)間或充電終止電壓來(lái)計(jì)算被測(cè)電容的電容量，可以達(dá)到比較高的測(cè)試精度，因?yàn)闇y(cè)試電源本質(zhì)上為直流，該方法對(duì)測(cè)試電解電容非常合適。1.1.2課題研究的目的與意義數(shù)字電子技術(shù)在現(xiàn)代社會(huì)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

7、，它的容量大小對(duì)電路的性能有著重要的作用。因此，電容量的測(cè)量在日常使用中就不可避免。通過(guò)對(duì)數(shù)顯電容測(cè)量?jī)x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(shí)和基本技能，培養(yǎng)了我綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)與技術(shù)獨(dú)立分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力；同時(shí)對(duì)電容測(cè)量?jī)x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(cè)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(dòng)手實(shí)踐能力和對(duì)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)。1.2 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容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。2. 基本測(cè)量原

8、理。3. 工作原理、框圖及單元電路設(shè)計(jì)。4. 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)及元器件選擇。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)。6. 結(jié)論。1.3 設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)與參數(shù)1. 測(cè)量范圍：第一檔0pF99999pF，第二檔0.001F99.999F，第三檔0.1F9999.9F2. 測(cè)量小電容時(shí)有校正電路。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。4. AC220V供電第二章方案比較與論證2.1 各方案基本原理的介紹電容測(cè)量?jī)x的基本原理是把容量轉(zhuǎn)換成其它形式的物理量，通過(guò)對(duì)其它物理量的測(cè)量，從而計(jì)算出電容的容量?？梢赞D(zhuǎn)換為電壓值來(lái)測(cè)量，可以轉(zhuǎn)換成脈沖寬度，可以用容抗

9、值來(lái)測(cè)量，測(cè)量的方法有多種。1.方案一微分法測(cè)電容如果三角波輸入給以被測(cè)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(cè)電路或精密整流及濾波電路，可以得到與Cx成正比的直流電壓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）設(shè)三角波函數(shù)式為 UI=K（0 1） (1-1) UI=K（2）（1-2)因?yàn)樗?（0 1） (1-3) （電源線信號(hào)線。(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(shí)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

10、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。(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)該盡可能多地保留銅箔做地線,這樣可以使屏蔽能力增強(qiáng)。另外對(duì)數(shù)字電路的PCB可用寬的地導(dǎo)線組成一個(gè)環(huán)路或網(wǎng)格狀,即構(gòu)成一個(gè)地網(wǎng)來(lái)使用,而模擬電路的地線則不能這樣使用。4結(jié)論P(yáng)CB板圖的設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜而又簡(jiǎn)單的過(guò)程。Protel提供了一個(gè)良好的電路設(shè)計(jì)開(kāi)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,還需要不斷地去學(xué)習(xí)和實(shí)踐。5. PCB版圖圖43 PCB版圖結(jié) 論本次課題名為數(shù)顯電容測(cè)量?jī)x，此設(shè)計(jì)

11、電容測(cè)量?jī)x分為三個(gè)檔次：第一檔0pF99999pF，第二檔0.001F99.999F，第三檔0.1F9999.9F，測(cè)量范圍較寬，適合測(cè)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(shí)，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(cè)量小電容時(shí)有校正電路，加入了校正電容，可以使測(cè)量更加準(zhǔn)確。利用MC14553的分時(shí)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(cè)量時(shí)更加直觀方便。電源采用220V交流供電，經(jīng)變壓、整流、濾波得到12V直流電源。設(shè)計(jì)結(jié)果基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求。由于設(shè)計(jì)時(shí)間相對(duì)來(lái)說(shuō)比較倉(cāng)促，加上專業(yè)水平

12、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。附 錄元件明細(xì)表名稱電路圖數(shù)量規(guī)格來(lái)源備注電阻器-、25470市售碳膜1/8W-510K市售碳膜1/8W、21M市售碳膜1/8W14.7K市售碳膜1/8W1910K市售金屬膜1/8W，誤差0.5%1910市售碳膜1/8W誤差0.5%10.91市售金屬膜1/8W，-710K市售金屬膜1/8W，誤差0.5%電容器10.001市售高頻瓷片151P市售高頻瓷片10-51P市售可調(diào)高頻瓷片、20.01u市售高頻瓷片、30.1u市售高頻瓷片-40.1u 50v市售鉭電解電容、20.1u 25v市售鉭電解電容14700u 25v市售電解電容110u 16v市售電解電容二極管-19IN4001181市售集成電路2MC14543市售用集成電路插座2MC14553市售用集成電路插座1MC14060市售用集成電路插座1MC14040市售用集成電路插座1NE555市售用集成電路插座1HMC14017市售用集成電路插座1MC14081市售用集成電路插座1LM7812市售用集成電路插座數(shù)碼管LED1-LED55HDSR-F203市