電子技術(shù)課程設(shè)計報告--數(shù)字式電容測量儀

1、<p>　　電子技術(shù)課程設(shè)計報告</p><p>　　課程名稱： 數(shù)字式電容測量儀 </p><p>　　系 部： </p><p>　　專業(yè)班級： </p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　指導(dǎo)教師

2、： </p><p>　　完成時間 </p><p>　　數(shù)字式電容測量儀設(shè)計報告</p><p><b>　　一內(nèi)容提要:</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。電容的容值參數(shù)是設(shè)計中應(yīng)考慮的重要參數(shù)。常見的電容分為

3、有極電容和無極電容。電容的容值與電容的直對面積、形狀、電解質(zhì)等有關(guān)系。目前的電容體積小，用常規(guī)方法難以精確測出。為解決該問題。我們設(shè)計了簡易數(shù)字式電容測試儀。該設(shè)計將電容的測量轉(zhuǎn)化為頻帶寬度的測量，具有便攜、易操作、高精度等特點。</p><p>　　本文粗略講述了我在本次實習(xí)中的整個設(shè)計過程及收獲。</p><p>　　講述了數(shù)字電容測量儀的工作原理以及其各個組成部分，記述了我在整個設(shè)計

4、過程中對各個部分的設(shè)計思路、對各部分電路設(shè)計方案的選擇、元器件的篩選、以及對它們的調(diào)試、對調(diào)試結(jié)果的分析，到最后得到比較滿意的實驗結(jié)果的方方面面 。</p><p><b>　　二設(shè)計內(nèi)容及要求:</b></p><p>　　1. 被測電容的容量在0.01μF至100μF范圍內(nèi)。</p><p>　　2. 設(shè)計兩個的測量量程。</p>

5、;<p>　　3. 用3為數(shù)碼管顯示測量結(jié)果。</p><p>　　4. 顯示小數(shù)點和單位。</p><p>　　三設(shè)計思路及原理: </p><p><b>　　1. 系統(tǒng)概述</b></p><p>　?。?）將待測電容構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)電路，在一定條件下，則單穩(wěn)態(tài)電路的暫穩(wěn)態(tài)時間與電容值成正比。</p&

6、gt;<p>　?。?） 用這個暫穩(wěn)態(tài)時間作為一個時間窗（Tc），在這個時間窗內(nèi)，對標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號進(jìn)行計數(shù)，從而測出時間窗的寬度，進(jìn)而得到電容值。</p><p><b>　　Tc=K·C</b></p><p><b>　　f </b></p><p><b>　　計數(shù)</b>

7、</p><p>　　脈沖個數(shù)——N </p><p>　　時間窗中脈沖個數(shù)：N=Tc×f=K’f×Cnum</p><p>　　選擇電阻R使K’f=1，則N=Cnum</p><p><b>　　例如：</b></p><

8、;p>　　C=0.11μF，Cnum=11 C=11 μF， Cnum=11 </p><p>　　Tc=K·C=K · Cnum× 10-8F(秒) Tc=K·C=K · Cnum× 10-6F(秒)</p><p><b>　　時間窗中脈沖個數(shù)

9、：</b></p><p>　　N=Tc×f=K·10-8·f×Cnum=Cnum N=Tc×f=K·10-6·f×Cnum=Cnum</p><p>　　即 K·10-8·f=1 即 K·

10、;10-6·f=1</p><p>　　所以改變 量程時，要改變K(R) 或 f就可以，我們選擇的是改變R。</p><p>　　2． 單元電路設(shè)計、仿真與分析</p><p>　　1、時鐘（555多諧）+計數(shù)器（3位十進(jìn)制）+譯碼+顯示（可借用實驗箱上的）</p><p>　　2、時間窗口用555實現(xiàn)單穩(wěn)電路，實現(xiàn)計數(shù)窗

11、口，脈寬tp≈1.1RC（C為被測電容）</p><p>　　3、控制電路的作用：向單穩(wěn)發(fā)出窄脈沖觸發(fā)信號，向計數(shù)器發(fā)出窄脈沖清零信號，應(yīng)該先清零計數(shù)器，清零結(jié)束后再觸發(fā)單穩(wěn)時間窗</p><p>　　4、啟動測量可以用手動按鈕來實現(xiàn)，但要有防抖電路。</p><p>　　5、量程調(diào)節(jié)可以用開關(guān)換接單穩(wěn)上的電阻值完成。</p><p>　　6

12、、小數(shù)點利用試驗箱上的數(shù)碼顯示器上的 h，應(yīng)配合量程選擇點亮哪一位。</p><p>　　7、可能用到的將信號的沿轉(zhuǎn)換成窄脈沖的電路：</p><p>　　3．電路的安裝與調(diào)試</p><p>　　1．用555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器</p><p><b>　　其基本電路圖如下:</b></p><p

13、>　　555定時器組成的多諧振蕩器(即標(biāo)準(zhǔn)脈沖產(chǎn)生電路),振蕩器的頻率計算公式為:f=1.43/((R1+R2)*C),因此,我們可以計算出各個參數(shù)通過計算以及后來實際的調(diào)試，確定了R1取12千歐姆,R2取4千歐姆,電容C1取0.1uF,C2取0.01uF.這樣我們得到了比較穩(wěn)定的脈沖</p><p>　　2.用555構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路</p><p><b>　　其基本電

14、路圖如下：</b></p><p><b>　　輸出波形為：</b></p><p>　　通過向2腳輸入窄脈沖，觸發(fā)時間窗，實現(xiàn)計數(shù)窗口，脈寬tp≈1.1RC（C為待測電容）。得：</p><p>　　當(dāng)量程為大量程時（1 uF—100 uF）：</p><p>　　K·10-6·f=1，

15、</p><p>　　K=1.1R，R3=10^6/(1.1÷f) ≈1.8k</p><p>　　當(dāng)量程為小量程時（0.01 uF—1）：</p><p>　　K·10^-8·f=1，</p><p>　　K=1.1R，R3’=10^8/(1.1÷f) ≈180K</p><p&g

16、t;　　3. 同步十進(jìn)制計數(shù)器74LS161構(gòu)成計時器</p><p>　　同步十進(jìn)制計數(shù)器74LS161如下圖所示：</p><p>　　74LS161管腳圖</p><p>　　74LS161是集成同步十進(jìn)制計數(shù)器，該計數(shù)器具有同步預(yù)置、異步清零、計數(shù)和保持四種功能有進(jìn)位信號輸出端，可串接計數(shù)使用。</p><p>　　74LS161的功

17、能表如下表所示：</p><p>　　74LS161的功能表</p><p>　　將74LS161構(gòu)成十進(jìn)制以下計數(shù)器可采用以下兩種反饋方式：</p><p><b>　?。?）異步清零法</b></p><p>　　異步清零法是利用反饋電路產(chǎn)生一個給計數(shù)器的復(fù)位信號，使計數(shù)器各輸出端為零（清零）。反饋電路是組合邏輯電路

18、，計數(shù)器輸出部分或全部作為其輸入，在計數(shù)器一定的輸出狀態(tài)下即時產(chǎn)生復(fù)位信號，使數(shù)電路同步或異步地復(fù)位。</p><p><b>　?。?）同步置數(shù)法</b></p><p>　　同步置數(shù)法是將反饋邏輯電路產(chǎn)生的信號送到計數(shù)電路的置位端，在滿足條件時，計數(shù)電路輸出狀態(tài)為給定的二進(jìn)制碼。</p><p>　　本次設(shè)計計數(shù)時我們采用的是同步置數(shù)法，因

19、為清零端需要留著接清零信號。</p><p>　　附74LS20管腳圖：</p><p><b>　　4 計數(shù)電路</b></p><p><b>　　電路圖如下</b></p><p>　　在十位與百位之間加一個紅燈充當(dāng)小數(shù)點，利用邏輯電路當(dāng)選取小量程時小數(shù)點發(fā)光。</p><

20、p><b>　　5 控制電路</b></p><p><b>　　電路圖如下</b></p><p><b>　　采用微分電路。</b></p><p><b>　　四．心得體會</b></p><p><b>　　五．附錄</b&g