三位數(shù)字電容表

1、常熟理工學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告目 錄第一章 選題分析21.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容21.1.1設(shè)計(jì)目的21.1.2實(shí)驗(yàn)要求21.1.3實(shí)驗(yàn)原理圖21.2器材和儀器2第二章 功能分析和設(shè)計(jì)方案32.1總體設(shè)計(jì)步驟32.2 具體設(shè)計(jì)與功能模塊（模擬仿真）42.2.1 標(biāo)準(zhǔn)脈沖設(shè)計(jì)模塊42.2.2待測(cè)脈寬產(chǎn)生電路42.2.3待測(cè)脈寬下的標(biāo)準(zhǔn)脈沖電路62.3 待測(cè)電容計(jì)算公式72.4脈沖計(jì)數(shù)電路與數(shù)碼顯示72.5 總體電路與仿真結(jié)果82.5.1總體電路圖82.5.2 仿真結(jié)果9第三章 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)與調(diào)試103.1實(shí)物連接103.2電路測(cè)試103.3電路調(diào)試11總結(jié)12參考文獻(xiàn)13第一章 選題分析1.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容1.1.1設(shè)

2、計(jì)目的：根據(jù)常用的電子技術(shù)知識(shí)，以及可獲得技術(shù)書籍與電子文檔，初步形成電子設(shè)計(jì)過(guò)程中收集、閱讀及應(yīng)用技術(shù)資料的能力；熟悉電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般流程；掌握分析電路原理、工程計(jì)算及對(duì)主要技術(shù)性能進(jìn)行測(cè)試的常見方法；最終完成從設(shè)計(jì)圖紙到實(shí)物搭建的整個(gè)過(guò)程，并調(diào)試作品。1.1.2實(shí)驗(yàn)要求：電容表測(cè)量范圍1999F，使用3 位數(shù)碼管顯示。電路設(shè)有啟動(dòng)按鈕、復(fù)位按鈕。按啟動(dòng)按鈕后，電路開始測(cè)試，測(cè)試結(jié)束后，顯示待測(cè)電容值。按復(fù)位按鈕，電路復(fù)位，顯示值清零，準(zhǔn)備下一次測(cè)試。1.1.3實(shí)驗(yàn)原理圖：圖1 原理框圖表示基本原理：采用間接法測(cè)量電容的容量。電容器的充電時(shí)間和其容量大小有關(guān)，容量大的電容需要的充電時(shí)間長(zhǎng)；

3、容量小的電容需要的充電時(shí)間短。當(dāng)選定固定電阻后，充電時(shí)間就與電容容量大小成正比。利用電容這一特性，將被測(cè)電容的充電時(shí)間作為門控信號(hào)，將基準(zhǔn)脈沖發(fā)生電路所提供的脈寬作為測(cè)量尺度，在被測(cè)電容充電時(shí)間的同時(shí)，將控制閘門打開，讓計(jì)數(shù)與顯示電路統(tǒng)計(jì)并顯示輸入計(jì)數(shù)器脈沖的個(gè)數(shù)，電容充電結(jié)束的同時(shí)將控制閘門關(guān)閉，計(jì)數(shù)器顯示的脈沖個(gè)數(shù)即為被測(cè)電容的容量。1.2器材和儀器名稱數(shù)目名稱數(shù)目CD4511（DIP封裝）3CD4511（DIP封裝）3CD4011（DIP封裝）1微動(dòng)自復(fù)式開關(guān)3NE555（DIP封裝）21/4W電阻100874LS192（DIP封裝）31/4W電阻1K1CD4081（DIP封裝）11/4

4、W電阻3K3獨(dú)石電容0.1uF11/4W電阻5.1K2獨(dú)石電容1uF11/4W電阻10K1獨(dú)石電容0.01uF11/4W電阻20K1第二章 功能分析和設(shè)計(jì)方案2.1總體設(shè)計(jì)步驟1）因?yàn)殡娙萜鞯某潆姇r(shí)間和其容量大小有關(guān)，所以可以將待測(cè)電容放入電路中，通過(guò)測(cè)量電容充電時(shí)間來(lái)測(cè)量電容值，用555定時(shí)器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，所以單穩(wěn)態(tài)的高電平持續(xù)時(shí)間就是電容充電時(shí)間。2) 用555定時(shí)器組成多諧振蕩器產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)脈沖，作為單穩(wěn)態(tài)發(fā)生電路所提供的脈寬的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量尺度。3）用計(jì)數(shù)器對(duì)一個(gè)脈寬時(shí)間內(nèi)的脈沖個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器顯示的脈沖個(gè)數(shù)即為被測(cè)電容的容量。4)基本原理計(jì)算公式2.2 具體設(shè)計(jì)與功能模塊（模擬仿真）2

5、.2.1 標(biāo)準(zhǔn)脈沖設(shè)計(jì)模塊設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)脈沖電路要求可以產(chǎn)生持續(xù)的方波脈沖 圖2.2.1 標(biāo)準(zhǔn)脈沖產(chǎn)生電路圖2.2.2 標(biāo)準(zhǔn)脈沖波形脈沖周期:t=0.7*(R5+2*R6)*C32.2.2待測(cè)脈寬產(chǎn)生電路通過(guò)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器產(chǎn)生高電平脈寬圖2.2.3 待測(cè)脈寬產(chǎn)生電路圖2.2.4 單穩(wěn)態(tài)電路產(chǎn)生高電平脈寬高電平脈寬時(shí)間T=1.1*R1*C12.2.3待測(cè)脈寬下的標(biāo)準(zhǔn)脈沖電路圖2.2.5 產(chǎn)生計(jì)數(shù)脈沖圖2.2.6待測(cè)脈寬下的標(biāo)準(zhǔn)脈沖2.3 待測(cè)電容計(jì)算公式設(shè)單穩(wěn)態(tài)電路產(chǎn)生脈寬時(shí)間為 T=1.1*R1*Cx多諧振蕩器脈沖周期為 t=0.7*(R5+2*R6)*C3單穩(wěn)脈寬下的脈沖個(gè)數(shù)為 D待測(cè)電容的值為

6、Cx=D*10(-6)所以可得下列等式： 所測(cè)的電容值默認(rèn)單位為uF2.4脈沖計(jì)數(shù)電路與數(shù)碼顯示圖 2.4.1計(jì)數(shù)與數(shù)碼顯示電路2.5 總體電路與仿真結(jié)果2.5.1總體電路圖圖2.5.1 三位數(shù)字電容表電路圖2.5.2 仿真結(jié)果圖2.5.2 30uF電容測(cè)試圖2.5.3 100uF電容測(cè)試圖2.5.4 800uF電容測(cè)試第三章 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)與調(diào)試3.1實(shí)物連接圖3.1.1電路實(shí)物圖3.2電路測(cè)試我們?cè)谶M(jìn)行電路測(cè)試后發(fā)現(xiàn)通過(guò)電路的測(cè)量得到的數(shù)值要比真實(shí)的數(shù)值大，下面以47uF的電容測(cè)試為例。圖3.2.1 47uF電容測(cè)試根據(jù)電容測(cè)試公式 ，我們可以得知電容的測(cè)量與電阻R1、R5、R6有關(guān)，而且測(cè)量值

7、比真實(shí)值大，所以只要將R1調(diào)小，或者將R5、R6調(diào)大一些就可以減小誤差，我們的改進(jìn)方案是將R5、R6的阻值調(diào)大。3.3電路調(diào)試圖3.3.1 220uF電容值測(cè)試通過(guò)對(duì)R5、R6的阻值的適當(dāng)調(diào)試之后，實(shí)際電路所測(cè)得的數(shù)值與真實(shí)值基本相同，上圖所示為調(diào)試后進(jìn)行的220uF數(shù)值的測(cè)試結(jié)果?？偨Y(jié)通過(guò)對(duì)課程設(shè)計(jì)的原理圖，來(lái)確定需要的功能模塊。再根據(jù)對(duì)應(yīng)模塊，來(lái)初步確定所需的器材。然后查找各個(gè)芯片的功能和建議電容表的工作原理，最終確定制作方案。本次方案的實(shí)施是有序進(jìn)行的，我們小組通過(guò)對(duì)每個(gè)功能模塊的討論和研究，盡量把每個(gè)功能模塊都做好，最后再將所有的功能模塊整合在一起。這個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路還是很清晰的，但是

8、所需要的器件是比較多的，這就需要我們對(duì)每個(gè)器件的功能要深入地了解。就這樣，我們的仿真部分做得還算順利。在具體的硬件制作過(guò)程中就出現(xiàn)了一些問(wèn)題。所需的器件較多，帶來(lái)的后果就是要連的線就多，如果器件的擺放位置不合理，就會(huì)使面包板的制作變得異常艱難。所以我們又進(jìn)行了一番討論最終定硬件安裝方案。硬件制作過(guò)程結(jié)束之后進(jìn)行調(diào)試。但是發(fā)現(xiàn)了一個(gè)大問(wèn)題。那就是我們調(diào)試出來(lái)的實(shí)驗(yàn)值與我們仿真的結(jié)果相差太大。但是我們遲遲不能找到具體問(wèn)題出在哪里？最后沒辦法問(wèn)老師，在老師所提出的問(wèn)題中，我們似乎找到了解決的方案，經(jīng)過(guò)討論成果解決。我們所做的系統(tǒng)還有一個(gè)重要的問(wèn)題，就是啟動(dòng)開關(guān)如果一直按住，那么我們測(cè)試結(jié)果將不停地放大。對(duì)于這個(gè)問(wèn)題我們還需要進(jìn)一步地研究。這次的課程設(shè)計(jì)讓我知道了合作是多么的重要，如果是自己一個(gè)人來(lái)做系統(tǒng)，可能花費(fèi)再長(zhǎng)的時(shí)間也有可能做不出系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我們要有不斷進(jìn)取的精神，要精益求精。即使是一些小問(wèn)題也要盡力解決它，問(wèn)題的解決可以有多種途徑，我們可以問(wèn)同學(xué)，問(wèn)老師讓我們解決問(wèn)題更有效率。這樣可以省掉我們大量的時(shí)間和精力。這次的課程設(shè)計(jì)是我們?nèi)松膶氋F財(cái)富。它提供了我們?cè)陔娐吩O(shè)計(jì)上的一些基本經(jīng)驗(yàn)，這對(duì)我們以后的工作具有重大意義。最后我們想對(duì)給我們提供想法，幫助我們解決問(wèn)題的同學(xué)和老師表示真誠(chéng)的感謝！參考文獻(xiàn)1 顧江，魯宏. 電子電路基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐數(shù)