數(shù)字電容測(cè)量?jī)x-課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、-. z電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)評(píng)分表課程設(shè)計(jì)題目：班級(jí)：*：工程評(píng)分比例得分課程設(shè)計(jì)出勤10%課程設(shè)計(jì)態(tài)度20%課程設(shè)計(jì)報(bào)告40%課程設(shè)計(jì)辯論30%課程設(shè)計(jì)總成績(jī)100指導(dǎo)教師： 年 月 日課程設(shè)計(jì)辯論記錄學(xué)院專業(yè)班級(jí) 辯論人 課程設(shè)計(jì)題目記 錄 內(nèi) 容記錄人_說明：主要記錄辯論時(shí)所提的問題及辯論人對(duì)所提問題的答復(fù)常熟理工學(xué)院電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書課程名稱： 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)題目： 電容測(cè)量?jī)x _班級(jí)： ZB62161 ： 吳彬 *： ZB6216123 指導(dǎo)教師： 施健 設(shè)計(jì)時(shí)間：2017-1-11 目錄設(shè)計(jì)目的.1設(shè)計(jì)思路.1設(shè)計(jì)框圖.1設(shè)計(jì)過程.1多諧振蕩器的設(shè)計(jì)

2、.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路的設(shè)計(jì).2計(jì)數(shù)電路的設(shè)計(jì).3整體電路設(shè)計(jì).4系統(tǒng)調(diào)試.5仿真結(jié)果.5設(shè)計(jì)心得.6參考文獻(xiàn).7-. z數(shù)字電容測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)一設(shè)計(jì)目的1了解常用數(shù)字集成電路的使用。2了解電容測(cè)量?jī)x的工作原理。3掌握利用數(shù)字式集成電路設(shè)計(jì)電容測(cè)量?jī)x的原理和Multisim調(diào)試的方法。二設(shè)計(jì)思路本設(shè)計(jì)中用555振蕩器產(chǎn)生一定周期的矩形脈沖作為計(jì)數(shù)器的CP脈沖也就是標(biāo)準(zhǔn)頻率。同時(shí)把待測(cè)電容C轉(zhuǎn)換成寬度為tw的矩形脈沖，轉(zhuǎn)換的原理是單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出脈寬tw與電容C成正比。把此脈沖作為閘門時(shí)間和標(biāo)準(zhǔn)頻率脈沖相與，得到計(jì)數(shù)脈沖，該計(jì)數(shù)脈沖送計(jì)數(shù)譯碼顯示系統(tǒng)就可以得到電容量的數(shù)據(jù)。外部旋鈕控制量程的選擇。

3、用計(jì)數(shù)器控制電路控制總量程。三設(shè)計(jì)框圖多諧振蕩器計(jì)數(shù)器譯碼器數(shù)碼管顯示圖1 數(shù)字電容測(cè)量?jī)x原理圖四設(shè)計(jì)過程1多諧振蕩器電路的設(shè)計(jì)振蕩器是數(shù)字電容測(cè)量?jī)x的核心，振蕩器的穩(wěn)定性以及其所產(chǎn)生的基準(zhǔn)頻率的穩(wěn)定性決定了數(shù)字電容測(cè)量?jī)x的準(zhǔn)確度。在要求不高的情況下可以選用555構(gòu)成的多諧振蕩器如果圖2所示。555組成多諧振蕩器的工作原理如下：接通電源Vcc后，Vcc經(jīng)電阻R1和R2對(duì)電容C充電，其電壓UC由0按指數(shù)規(guī)律上升。當(dāng)UC2/3VCC時(shí)，電壓比擬器C1和C2的輸出分別為UC1=0、UC2=1，根本RS觸發(fā)器被置0，Q=0、Q=1,輸出U0躍到低點(diǎn)平UoL。與此同時(shí)，放電管V導(dǎo)通，電容C經(jīng)電阻R2和放

4、電管V放電，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。隨著電容C放電，Uc下降到Uc1/3Vcc時(shí)，則電壓比擬器C1和C2的輸出為Uc1=1、Uc2=0，根本RS 觸 發(fā)器被置1，Q=1，Q=0，輸出U0 由低點(diǎn)平UoL躍到高電平UoH。同時(shí)，因Q=0，放電管V截止，電源Vcc又經(jīng)過電阻R1和R2對(duì)電容C充電。電路又返回前一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。圖2 555組成多諧振蕩器2 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路的設(shè)計(jì)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器所產(chǎn)生波形用于控制計(jì)數(shù)，由555定時(shí)器組成的單穩(wěn)觸發(fā)器，它既為下級(jí)的多諧觸發(fā)器提供輸入脈沖，又為后面計(jì)數(shù)器開場(chǎng)計(jì)數(shù)提供信號(hào)脈沖。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作特特性具有如下特點(diǎn)： 第一，它有穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)兩個(gè)不同的工作狀態(tài)；第二， 在外界觸

5、發(fā)脈沖作用下，能從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)，在暫穩(wěn)態(tài)維持一段時(shí)間后，再自動(dòng)回到穩(wěn)態(tài)；第三，暫穩(wěn)態(tài)維持時(shí)間的長(zhǎng)短取決于電路本身的參數(shù)，與觸發(fā)脈沖的寬度和幅度無關(guān)。在圖3所示的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，在電容測(cè)試中用作測(cè)量控制的，接通開關(guān)S2，單穩(wěn)態(tài)電路產(chǎn)生一個(gè)控制脈沖，輸出脈沖的寬度等于暫穩(wěn)臺(tái)的持續(xù)時(shí)間，即Tw=1.1RC*，它控制與門脈沖使得時(shí)鐘脈沖通過開場(chǎng)計(jì)時(shí)，使得顯示的數(shù)字為被測(cè)電容容值大小的R倍。圖3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路原理圖3 計(jì)數(shù)電路的設(shè)計(jì)74LS160D是用于快速計(jì)數(shù)的部超前進(jìn)位，具有n位級(jí)聯(lián)的進(jìn)位輸出，同步可編程序，有置數(shù)控制線，二極管箝位輸入，直接清零，同步計(jì)數(shù)。圖4 計(jì)數(shù)電路原理圖四整體電路設(shè)計(jì)圖5

6、總體電路圖這個(gè)電路設(shè)計(jì)用到了8個(gè)電阻絲，5個(gè)電容，三個(gè)數(shù)碼管，3個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，三個(gè)數(shù)碼管，2個(gè)555波諧振蕩器，1個(gè)反相器，1個(gè)與門，3個(gè)單刀雙擲開關(guān)。五系統(tǒng)調(diào)試0.001uF-2uF檔位電路圖調(diào)試：我們將開關(guān)S1打到R3=960k調(diào)試 0.001uF-2uF檔位，顯示的數(shù)字為被測(cè)電容容值大小的R倍，將一個(gè)位于0.001uF-2uF圍的標(biāo)準(zhǔn)電容接到測(cè)試端，我們以0.01uF為例，接通開關(guān)S2，使單穩(wěn)態(tài)電路產(chǎn)生一個(gè)控制脈沖，其脈沖寬度為Tw=RC*ln3= 1.1RC*，它控制與門脈沖使得時(shí)鐘脈沖通過開場(chǎng)計(jì)時(shí)，如果現(xiàn)實(shí)的數(shù)字不是10，則說明時(shí)鐘脈沖的頻率不符合要求，我們可以調(diào)節(jié)R1的大小重復(fù)上

7、述步驟，直到符合要求為止。經(jīng)過調(diào)試我發(fā)現(xiàn)當(dāng)R1=515 合要求為止。經(jīng)過調(diào)試我發(fā)現(xiàn)當(dāng)R1=515時(shí)最為適宜。六仿真結(jié)果當(dāng)S1打到R3=960k，即選擇0.001uF-0.1uF檔位時(shí)，當(dāng)被測(cè)電容為0.1uF時(shí)，仿真結(jié)果如下列圖：圖6被測(cè)電容為0.1uF的仿真結(jié)果當(dāng)S1打到R4=100k，即選擇0.1uF-1.3uF檔位時(shí)，當(dāng)被測(cè)電容為0.5uF時(shí)，仿真結(jié)果如下列圖：圖7 被測(cè)電容為0.5uF的仿真結(jié)果仿真結(jié)果分析當(dāng)S1打到R3=960k，即選擇10.001uF-0.1uF檔位時(shí)，當(dāng)被測(cè)電容為0.1uF時(shí)，數(shù)碼顯示管顯示的數(shù)字為98，存在2%誤差；當(dāng)S1打到R4=90k，即選擇0.1uF-1.3

8、uF檔位時(shí)，當(dāng)被測(cè)電容為0.5uF時(shí)，數(shù)碼顯示管顯示的數(shù)字為47，存在3%的誤差，但是是在誤差的允許圍。所以，設(shè)計(jì)的數(shù)字電容測(cè)量?jī)x根本合格。七設(shè)計(jì)心得通過這個(gè)課程設(shè)計(jì)，不僅加深了我對(duì)原本所學(xué)知識(shí)的認(rèn)識(shí)與理解，而且又讓我學(xué)習(xí)到了許多新的知識(shí)，在設(shè)計(jì)仿真中，遇到了許多困難與挫折，當(dāng)我發(fā)現(xiàn)仿真設(shè)計(jì)完之后卻不能運(yùn)行時(shí)感到十分的迷茫，不知道自己錯(cuò)在哪里，但當(dāng)詢問了其他同學(xué)并且在網(wǎng)上查閱了許多資料后才發(fā)現(xiàn)原來是自己對(duì)于元器件的理解有誤。課程設(shè)計(jì)時(shí)很累，但是收獲也很多。比起勞累，知識(shí)的收獲更加令我欣喜。此次課程設(shè)計(jì)，學(xué)到了很多課學(xué)不到的東西，比方獨(dú)立思考并且解決問題，出現(xiàn)過失是的雖驚不亂。對(duì)于我來說，收獲最大的是自己主動(dòng)去解決問題，并在不斷的錯(cuò)誤中總結(jié)解決方法，學(xué)會(huì)去分析問題出現(xiàn)的原因，以及應(yīng)該從哪個(gè)局部去解決，當(dāng)無法出現(xiàn)正確結(jié)果是，需耐心的檢查電路，因?yàn)榇蠖鄶?shù)出問題都是因?yàn)橐粌筛€沒接或接錯(cuò)的問題?？傮w來說，通過這次課程設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)，讓我對(duì)各種電路都有了大概的了解，也學(xué)會(huì)了常用繪圖軟件的使用，在平時(shí)的理論學(xué)習(xí)中遇到的問題都一一解決，加深了我對(duì)專業(yè)的了解