數(shù)字式電阻電容測量儀

1、數(shù)字式電阻電容測量儀設(shè)計實現(xiàn)數(shù)字式電阻電容測量儀設(shè)計實現(xiàn)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)電子電路綜合實驗選題電子電路綜合實驗選題5 5指導(dǎo)老師：李康課程說明課程說明n上課時間：上課時間：4 4系學(xué)生第4周上，其他系學(xué)生5周上。周一到周五每天16:00-21:00pm 。17:00-18:0017:00-18:00自行就餐。由于實驗內(nèi)容緊湊請同學(xué)們盡量縮短自行就餐。由于實驗內(nèi)容緊湊請同學(xué)們盡量縮短就餐時間。就餐時間。n實驗室學(xué)時實驗室學(xué)時3030學(xué)時，學(xué)時，80%80%到課率。可以利用課余到課率?？梢岳谜n余時間自行進行仿真設(shè)計（時間自行進行仿真設(shè)計（multisimmultisim）及焊接內(nèi)容）及

2、焊接內(nèi)容n上課實驗室：上課實驗室：21B493n提前預(yù)約周一的實驗課即可，上下課刷卡提前預(yù)約周一的實驗課即可，上下課刷卡背景：背景：n電阻電容的測量常用的工具是萬用表。指針式電阻電容的測量常用的工具是萬用表。指針式萬用表得到的是估計值。數(shù)字式萬用表多顯示萬用表得到的是估計值。數(shù)字式萬用表多顯示整數(shù)。一般數(shù)字表電阻最小量程整數(shù)。一般數(shù)字表電阻最小量程200200歐姆，電歐姆，電容是容是2n2n。如果我們想要知道小于最小量程器件。如果我們想要知道小于最小量程器件更精確的數(shù)值，需要專用儀器。偶爾的實驗需更精確的數(shù)值，需要專用儀器。偶爾的實驗需求購買專用儀器是不必要的。了解一種小電阻、求購買專用儀器是

3、不必要的。了解一種小電阻、電容的簡易測量電路方法很有用處。電容的簡易測量電路方法很有用處。背景：背景：n在數(shù)字電子技術(shù)中，學(xué)習(xí)過在數(shù)字電子技術(shù)中，學(xué)習(xí)過“單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器”。其暫態(tài)時間其暫態(tài)時間t tw w與與555555外接的電阻、電容有關(guān)。外接的電阻、電容有關(guān)。n在這個暫態(tài)時間段內(nèi)，截取更高頻率的脈沖在這個暫態(tài)時間段內(nèi)，截取更高頻率的脈沖（基準時鐘信號）。此脈沖信號由振蕩電路產(chǎn)（基準時鐘信號）。此脈沖信號由振蕩電路產(chǎn)生。生。n“計數(shù)器電路計數(shù)器電路”可以精確地計算截取后信號的可以精確地計算截取后信號的脈沖脈沖/ /跳邊沿的個數(shù)。跳邊沿的個數(shù)。n把把“計數(shù)器計數(shù)器”結(jié)果直觀地顯示在數(shù)

4、碼管電路上結(jié)果直觀地顯示在數(shù)碼管電路上目的：目的：n1 1、熟悉振蕩電路的設(shè)計、熟悉振蕩電路的設(shè)計n2 2、熟悉單穩(wěn)態(tài)電路的設(shè)計、熟悉單穩(wěn)態(tài)電路的設(shè)計n3 3、熟悉計數(shù)器的級聯(lián)工作原理、熟悉計數(shù)器的級聯(lián)工作原理n4 4、集成芯片、集成芯片74007400、74047404的工作原理的工作原理n5 5、熟悉數(shù)碼管顯示原理。、熟悉數(shù)碼管顯示原理。任務(wù)及要求：任務(wù)及要求： n由由555555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、皮爾斯振蕩器產(chǎn)生出與測量元單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、皮爾斯振蕩器產(chǎn)生出與測量元件參數(shù)成比例的觸發(fā)脈沖。經(jīng)計數(shù)器譯碼后顯示輸出件參數(shù)成比例的觸發(fā)脈沖。經(jīng)計數(shù)器譯碼后顯示輸出元件參數(shù)。元件參數(shù)。1 1、焊接計數(shù)顯示

5、電路。在信號發(fā)生器給定信號下調(diào)試、焊接計數(shù)顯示電路。在信號發(fā)生器給定信號下調(diào)試2 2、焊接振蕩電路。由頻率計、焊接振蕩電路。由頻率計/ /示波器檢查頻率。示波器檢查頻率。3 3、按最小分辨率計算單穩(wěn)態(tài)電路外接元件參數(shù)。、按最小分辨率計算單穩(wěn)態(tài)電路外接元件參數(shù)。4 4、焊接、焊接555555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。5 5、設(shè)計調(diào)試負脈沖發(fā)生電路。、設(shè)計調(diào)試負脈沖發(fā)生電路。注意負脈沖與單穩(wěn)態(tài)脈注意負脈沖與單穩(wěn)態(tài)脈寬的匹配。寬的匹配?？傮w框圖：或LED燈硬件部分硬件部分1 1：n1 1、顯示電路由數(shù)碼管、顯示電路由數(shù)碼管 靜態(tài)顯示靜態(tài)顯示 數(shù)碼管是由發(fā)光二極管組成的。在焊接數(shù)

6、碼管是由發(fā)光二極管組成的。在焊接前應(yīng)該確定其極性是否與設(shè)計相符及檢測其前應(yīng)該確定其極性是否與設(shè)計相符及檢測其完好性。數(shù)碼管按極性可分為共陽型和共陰完好性。數(shù)碼管按極性可分為共陽型和共陰型。按顯示方式又可分動態(tài)顯示和靜態(tài)顯示。型。按顯示方式又可分動態(tài)顯示和靜態(tài)顯示。數(shù)碼管的極性確定可用數(shù)碼管的極性確定可用5V5V穩(wěn)壓電源串聯(lián)穩(wěn)壓電源串聯(lián)300300歐歐姆電阻接觸數(shù)碼管管腳的方式姆電阻接觸數(shù)碼管管腳的方式 。數(shù)碼管管腳。數(shù)碼管管腳如下圖所示。如下圖所示。硬件部分硬件部分1：用其他用其他阻值電阻值電阻可以阻可以么？不么？不用電阻用電阻可以么？可以么？如何測如何測試？試？硬件部分硬件部分1：n2 2、

7、譯碼器、譯碼器 4511 4511譯碼器管腳圖及功能表。譯碼器管腳圖及功能表。硬件部分硬件部分1：n譯碼器的主要作用是把輸入信號轉(zhuǎn)換成下一譯碼器的主要作用是把輸入信號轉(zhuǎn)換成下一級芯片級芯片/ /電路可以處理的信號。電路可以處理的信號。 分析分析45114511真值表我們可以看出其主要功能是真值表我們可以看出其主要功能是把二進制信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)十進制的顯示信號。把二進制信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)十進制的顯示信號。當當LE=0LE=0，LTLT非非=1=1，BLBL非非=1=1時，轉(zhuǎn)換信號。時，轉(zhuǎn)換信號。3 3、計數(shù)器、計數(shù)器74HC16074HC160 計數(shù)器的主要作用是計算輸入脈沖的個數(shù)。計數(shù)器的主要作用是

8、計算輸入脈沖的個數(shù)。74HC16074HC160是邊沿觸發(fā)型。是邊沿觸發(fā)型。74HC16074HC160管腳如下圖管腳如下圖所示。所示。A A、B B、C C、D D是置數(shù)輸入。是置數(shù)輸入。硬件部分硬件部分1：此設(shè)計中需要的是步此設(shè)計中需要的是步進計數(shù)功能。進計數(shù)功能。在每次在每次計數(shù)前應(yīng)清零。計數(shù)前應(yīng)清零。硬件部分硬件部分1：硬件部分硬件部分1參考電路圖：參考電路圖：硬件部分硬件部分1參考電路圖：參考電路圖：測試硬件部分測試硬件部分1：1 1、 在焊接完硬件電路在焊接完硬件電路1 1后，把萬用表撥到二極后，把萬用表撥到二極管擋位，用表筆檢查各連通點，以確保正確管擋位，用表筆檢查各連通點，以確

9、保正確連接無虛焊。連接無虛焊。2 2、用信號發(fā)生器產(chǎn)生、用信號發(fā)生器產(chǎn)生5Hz5Hz，5V5V方波信號。先清方波信號。先清零，信號端連接零，信號端連接CPCP點。數(shù)碼管正確顯示數(shù)字點。數(shù)碼管正確顯示數(shù)字變化。變化。檢查打分點檢查打分點1 1硬件部分硬件部分2：n基準時鐘信號為電路提供最小計時單位。此設(shè)計中，采用的是皮爾斯晶體振蕩電路。n皮爾斯電路結(jié)構(gòu)如圖所示。二極管用于墊的靜電放電。7404是個大增益的放大器。反饋電阻R3大于1M歐。它使反相器在工作初硬件電路2：n期處于線形區(qū)。 R2作為驅(qū)動電位調(diào)整之用，可以防止晶振被過分驅(qū)動而工作在高次諧波頻率上。電容三點式電路的分壓電容，接地點就是分壓點

10、。分壓點為參考點，輸入和輸出是反相的，形成一個正反饋以保證電路持續(xù)振蕩。測試硬件部分測試硬件部分2在仿真皮爾斯電路時，要注意它的延遲時間及穩(wěn)定性。用multisim11仿真時發(fā)現(xiàn)，啟動仿真16.23微秒時，振蕩周期56.7ns；54.8微秒時，振蕩周期72.16ns。用示波器觀察輸出波形。檢查打分點2硬件部分硬件部分2參考電路圖：參考電路圖：任選一初始時刻，記錄下基準周期。穩(wěn)定后記錄下周期，據(jù)此計算單穩(wěn)態(tài)阻容參數(shù)。硬件部分硬件部分3： n555555管腳圖及單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器管腳圖及單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器硬件部分硬件部分3：R1、C2要根據(jù)實際情況選擇參數(shù)。硬件部分硬件部分3：3320lnlnRCVVVRCt

11、CCCCCCw單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器脈沖寬度公式:若基準時鐘信號周期為90ns，測量精度達到1%，則在測量1pF時，應(yīng)使tW為 9000ns,即計數(shù)顯示1.00。根據(jù)上式可得R為8.2M歐。那么，同樣的精度下，測量電阻時應(yīng)選擇電容參數(shù)的數(shù)值是多少？硬件部分硬件部分3：單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸入的負脈沖信號可由信號發(fā)生器產(chǎn)生。也可由專用電路。但應(yīng)注意負脈沖信號的寬度及觸發(fā)頻率，不可使其多次觸發(fā)。硬件部分硬件部分3：NE555N單穩(wěn)態(tài)硬件部分3負脈沖信號測試硬件部分測試硬件部分3：A通道單穩(wěn)態(tài)輸出；B通道基準時鐘輸出；C通道計數(shù)輸入測試硬件部分測試硬件部分3參考電路圖：參考電路圖：檢查打分點3測試硬件部分測試硬件部分

12、3參考電路圖：參考電路圖：系統(tǒng)參考電路圖系統(tǒng)參考電路圖na。要求自備烙鐵及架，萬用表、吸錫器、掐線鉗子、鑷子和器件盒等工具；nb.要求每天寫實驗日志，實驗日志上記錄當天完成的工作、測量的數(shù)據(jù)和實驗故障等實驗狀況。實驗日志在網(wǎng)上管理系統(tǒng)的資源下載里。nc.實驗報告在實驗完成一周內(nèi)投到實驗室3樓的標有“電子電路綜合實驗”的實驗報告箱中。nd.離開實驗室前應(yīng)關(guān)好實驗儀器，帶走個人物品，清理干凈本實驗臺及座椅邊衛(wèi)生。實驗報告內(nèi)容要求實驗報告內(nèi)容要求n設(shè)計報告（元件清單，具體設(shè)計電路）設(shè)計報告（元件清單，具體設(shè)計電路）n每次實驗要完成實驗日志。指導(dǎo)教師簽每次實驗要完成實驗日志。指導(dǎo)教師簽字確認。實驗日志

13、作為實驗報告的一部字確認。實驗日志作為實驗報告的一部分上交。實驗日志格式網(wǎng)上下載。分上交。實驗日志格式網(wǎng)上下載。n仿真（要求提前完成，或者當場完成驗仿真（要求提前完成，或者當場完成驗收）收）實驗報告實驗報告n實驗報告格式實驗報告格式-實驗管理系統(tǒng)實驗管理系統(tǒng)資料下載資料下載n實驗完成后，電子版的報告請發(fā)到實驗完成后，電子版的報告請發(fā)到n郵件標題：選題郵件標題：選題* *+ +學(xué)號學(xué)號+ +姓名姓名n郵件附件包括實驗報告，如果腐蝕了電路郵件附件包括實驗報告，如果腐蝕了電路板需附帶板需附帶schdocschdoc和和pcbdocpcbdoc實驗報告實驗報告n實驗報告中要有電路板的實物圖片以及測試過

14、實驗報告中要有電路板的實物圖片以及測試過程中示波器上的波形圖片。程中示波器上的波形圖片。n紙質(zhì)版實驗報告第紙質(zhì)版實驗報告第7 7周前周前投到實驗室3樓的實驗報告箱中。要實驗日志附在實驗報告后。要實驗日志附在實驗報告后。n實驗成績比重（操作實驗成績比重（操作60%60%，實驗報告，實驗報告40%40%）n想申報優(yōu)秀的同學(xué)，請在第6周前把名單和聯(lián)系方式報給我，在15、16周左右進行筆試考試。優(yōu)秀評定每組人數(shù)控制在20%以內(nèi)，綜合操作實驗報告及筆試成績。仿真有利于確定各部分電路設(shè)仿真有利于確定各部分電路設(shè)計的真確性，應(yīng)在焊接前仿真計的真確性，應(yīng)在焊接前仿真n操作評定成績檢查點：操作評定成績檢查點：n

15、1、信號發(fā)生器輸入能正確顯示兩位十進制數(shù)；、信號發(fā)生器輸入能正確顯示兩位十進制數(shù)；n2、示波器上正確顯示、示波器上正確顯示555定時器單穩(wěn)態(tài)電路輸定時器單穩(wěn)態(tài)電路輸出；根據(jù)阻容參數(shù)說明自己電路顯示數(shù)值的正確出；根據(jù)阻容參數(shù)說明自己電路顯示數(shù)值的正確性。截圖記錄數(shù)據(jù)寫在報告中。性。截圖記錄數(shù)據(jù)寫在報告中。n3、示波器上正確顯示振蕩電路輸出。截圖記錄、示波器上正確顯示振蕩電路輸出。截圖記錄數(shù)據(jù)寫在實驗報告中。數(shù)據(jù)寫在實驗報告中。n4、示波器上正確顯示單脈沖觸發(fā)電路波形；、示波器上正確顯示單脈沖觸發(fā)電路波形；n5、仿真檢查及綜合調(diào)試檢查。、仿真檢查及綜合調(diào)試檢查。仿真有利于確定各部分電路設(shè)仿真有利于確定各部分電路設(shè)計的真確性，應(yīng)在焊接前仿真計的真確性，應(yīng)在焊接前仿真n操作評定成績檢查點：操作評定成績檢查點：n1、信號發(fā)生器輸入能正確顯示兩位十進制數(shù)；、信號發(fā)生器輸入能正確顯示兩位十進制數(shù)；n2、示波器上正確顯示、示波器上正確顯示555定時器單穩(wěn)態(tài)電路輸定時器單穩(wěn)態(tài)電路輸出；根據(jù)阻容參數(shù)說明自己電路顯示數(shù)值的正確出；根據(jù)阻容參數(shù)說明自己電路顯示數(shù)值的正確性。截圖記錄數(shù)據(jù)寫在報告中