altium designer 15設計——三位數(shù)字顯示電容測試表

1、電路CAD課程設計題目: 三位數(shù)字顯示電容測試表 學生姓名 專 業(yè) 學 號 班 級 指導教師 成 績 工程技術學院2016 年 1 月目錄一、電路結(jié)構與功能分析11、 電路結(jié)構12、 功能分析13、 電路實用性2二、 電路原理圖設計21、 設計說明22、 原理圖3三、 網(wǎng)表文件3四、 PCB（單面板）設計61、 設計流程62、 設計規(guī)則63、 Bottom Layer版圖84、 Top OverLay版圖85、 3D效果圖9三位數(shù)字顯示電容測試表一、電路結(jié)構與功能分析1、電路結(jié)構該電容表電路由基準脈沖發(fā)生器、待測電容容量時間轉(zhuǎn)換器、閘門控制器、譯碼器和顯示器等部分組成。其中，集成電路U2B、電

2、阻R7R9和電容C3構成基準脈沖發(fā)生器（實質(zhì)上是一個無穩(wěn)多諧振蕩器）；U2A、U1、R1R6、按鈕S1及C1構成待測電容容量時間轉(zhuǎn)換器（實質(zhì)上是一個單穩(wěn)電路）；U3構成譯碼器驅(qū)動器，它把U4送來的BCD碼譯成十進制數(shù)字筆段碼，經(jīng)R11R17限流后直接驅(qū)動七段數(shù)碼管。2、 功能分析通過接插件P1外接待測電容，待測電容容量時間轉(zhuǎn)換器把所測電容的容量轉(zhuǎn)換成與其容量值成正比的單穩(wěn)時間td?；鶞拭}沖發(fā)生器產(chǎn)生標準的周期計數(shù)脈沖。閘門控制器的開通時間就是單穩(wěn)時間td。在d時間內(nèi)，周期計數(shù)脈沖通過閘門送到后面計數(shù)器計數(shù)，譯碼器譯碼后驅(qū)動顯示器顯示數(shù)值。計數(shù)脈沖的周期T乘以顯示器顯示的計數(shù)值N就是單穩(wěn)時間td

3、，由于td與被測電容的容量成正比，所以也就知道了被測電容的容量。（1）基準脈沖發(fā)生器輸出的脈沖信號周期T與R7R9和C3有關，在C3固定的情況下通過量程開關S3對R7、R8、R9的不同選擇，可得到周期為11s、1.1ms和11ms的三個脈沖信號。（2）對待測電容容量時間轉(zhuǎn)換器按動一次S1，U1B的10腳就產(chǎn)生一個負向窄脈沖觸發(fā)U2A，其5腳輸出一次單高電平信號。R3R6和待測電容P1為單穩(wěn)定時元件，單穩(wěn)時間td=1.1RP1。U4、U1C、C5、C6、R10構成閘門控制器和計數(shù)器，U4為CD4553，其12腳是計數(shù)脈沖輸入端，10腳是計數(shù)使能端，低電位時CD4553執(zhí)行計數(shù)，13腳是計數(shù)清零端

4、，上升沿有效。當按動一下S1后，U4的13腳得到一個上升脈沖，計數(shù)器清零同時U1C的4腳輸出一個單穩(wěn)低電平信號加到U4的10腳，于是U4對從其12腳輸入的基準計數(shù)脈沖進行計數(shù)。當單穩(wěn)時間結(jié)束后，U4的10腳變?yōu)楦唠娖剑琔4停止計數(shù)，最后U4通過分時傳遞方式把計數(shù)結(jié)果的個位、十位、百位由它的9腳、7腳、6腳和5腳循環(huán)輸出對應的BCD碼。（3）譯碼器驅(qū)動器把U4送來的BCD碼譯成十進制數(shù)字筆段碼，經(jīng)R11R17限流后直接驅(qū)動七段數(shù)碼管。集成電路CD4553的15腳、1腳、2腳為數(shù)字選擇輸出端，經(jīng)R18R20選擇脈沖送到三極管T1T3的基極使其輪流導通，這兩部分電路配合就完成了三位十進制數(shù)字顯示。（

5、4）C7的作用是當電源開啟時在R10上產(chǎn)生一個上升脈沖，對計數(shù)器自動清零。（5）在測試電容時，把計數(shù)結(jié)果乘以所用量程的倍率得到的數(shù)值就是被測電容的容量。例如，當基準脈沖周期為1.1ms，定時電阻為10K時，量程倍率為0.1F，若測一個標稱容量為4.7F的電容，按動一下S1后結(jié)果顯示為49，該電容的容量就為490.1F=4.9F。3、 電路實用性本電路（三位數(shù)顯示電容測試表）采用四塊集成電路，電路簡潔、容易制作、數(shù)字顯示直觀、精度較高，測量范圍可達1nF104F,且供電容易，具有較高的實用性。附表列出了各擋量程的組成關系?；鶞拭}沖周期定時電阻R測量范圍倍率11s10M 1pF999pF 1pF1

6、1s100K 1nF9.99nF 0.1nF11s10K 10nF999nF 1nF1.1ms10K 1F99.9F 0.1F11ms1K 100F9990F 10F2、 電路原理圖設計1、 設計說明本電路通過接插件P1外接待測電容，將測量值通過數(shù)碼管顯示出來，其中通過兩個單刀多擲開關，分別實現(xiàn)基準脈沖周期與定時電阻的選擇，從而達到換擋以實現(xiàn)對不同范圍的測量。電源方面，選用PWR2.5外接電源，只需一根線接日常生活中常見的手機充電器即可，方便省心。原理圖中，左方為接入，中間是調(diào)檔與轉(zhuǎn)換電路，右邊為譯碼顯示部分。2、 原理圖3、 網(wǎng)表文件COMPONENT PROTEL.PCB ENVIRONM

7、ENT PROTEL.SCH DETAIL SUBCOMP I RAD0.2.PRT C1 CN 1 GND 2 NetC1_2 I RAD0.2.PRT C2 CN 1 NetC2_1 2 GND I RAD0.2.PRT C3 CN 1 GND 2 NetC3_2 I RAD0.2.PRT C4 CN 1 GND 2 NetC4_2 I RAD0.2.PRT C5 CN 1 NetC5_1 2 NetC5_2 I RAD0.2.PRT C6 CN 1 VCC 2 NetC6_2 I RAD0.2.PRT C7 CN 1 NetC7_1 2 NetC7_2 I 8SEG_LED.PRT DS

8、1 CN 1 NetDS1_1 2 NetDS1_2 3 NetDS1_3 4 NetDS1_4 5 NetDS1_5 7 NetDS1_7 8 NetDS1_8 9 NetDS1_9 10 NetDS1_10 11 NetDS1_11 12 NetDS1_12 I HDR-1X2.PRT P1 CN 1 NetP1_1 2 GND I TO-216.PRT Q1 CN 1 GND 2 NetQ1_2 3 NetDS1_12 I TO-216.PRT Q2 CN 1 GND 2 NetQ2_2 3 NetDS1_9 I TO-216.PRT Q3 CN 1 GND 2 NetQ3_2 3 Ne

9、tDS1_8 I AXIAL0.4.PRT R1 CN 1 NetR1_1 2 VCC I AXIAL0.4.PRT R2 CN 1 NetC1_2 2 NetR1_1 I AXIAL0.4.PRT R3 CN 1 VCC 2 NetR3_2 I AXIAL0.4.PRT R4 CN 1 VCC 2 NetR4_2 I AXIAL0.4.PRT R5 CN 1 VCC 2 NetR5_2 I AXIAL0.4.PRT R6 CN 1 VCC 2 NetR6_2 I AXIAL0.4.PRT R7 CN 1 NetR7_1 2 NetR7_2 I AXIAL0.4.PRT R8 CN 1 Net

10、R7_1 2 NetR8_2 I AXIAL0.4.PRT R9 CN 1 NetR7_1 2 NetR9_2 I AXIAL0.4.PRT R10 CN 1 NetC5_1 2 GND I AXIAL0.4.PRT R11 CN 1 NetR11_1 2 NetDS1_11 I AXIAL0.4.PRT R12 CN 1 NetR12_1 2 NetDS1_7 I AXIAL0.4.PRT R13 CN 1 NetR13_1 2 NetDS1_4 I AXIAL0.4.PRT R14 CN 1 NetR14_1 2 NetDS1_2 I AXIAL0.4.PRT R15 CN 1 NetR1

11、5_1 2 NetDS1_1 I AXIAL0.4.PRT R16 CN 1 NetR16_1 2 NetDS1_10 I AXIAL0.4.PRT R17 CN 1 NetR17_1 2 NetDS1_5 I AXIAL0.4.PRT R18 CN 1 NetR18_1 2 NetQ3_2 I AXIAL0.4.PRT R19 CN 1 NetR19_1 2 NetQ2_2 I AXIAL0.4.PRT R20 CN 1 NetR20_1 2 NetQ1_2 I sw-pb.PRT S1 CN 1 GND 2 NetR1_1 I dpdt-6.PRT S2 CN 1 NetP1_1 2 Ne

12、tR6_2 3 NetR5_2 4 NetR4_2 5 NetR3_2 I dpst-4.PRT S3 CN 1 NetC3_2 2 NetR9_2 3 NetR8_2 4 NetR7_2 I N14A.PRT U1 CN 1 NetR1_1 2 NetR1_1 3 NetU1_3 4 NetU1_4 5 NetU1_3 6 NetC1_2 7 GND 8 NetC5_2 9 NetC5_2 10 NetU1_10 11 ? 12 ? 13 ? 14 VCC I DIP-14.PRT U2 CN 1 NetP1_1 2 NetP1_1 3 NetC2_1 4 VCC 5 NetC5_2 6 N

13、etU1_4 7 GND 8 NetC3_2 9 NetR7_1 10 VCC 11 NetC4_2 12 NetC3_2 13 NetU2_13 14 VCC I DIP-16.PRT U3 CN 1 NetU1_10 2 NetU3_2 3 NetU3_3 4 NetU3_4 5 NetU3_5 6 GND 7 GND 8 GND 9 NetR11_1 10 NetR12_1 11 NetR13_1 12 NetR14_1 13 NetR15_1 14 NetR17_1 15 NetR16_1 16 VCC I DIP-16.PRT U4 CN 1 NetR19_1 2 NetR18_1

14、3 NetC7_2 4 NetC7_1 5 NetU3_4 6 NetU3_2 7 NetU3_3 8 GND 9 NetU3_5 10 NetU1_10 11 GND 12 NetR7_1 13 NetC6_2 14 NetU4_14 15 NetR20_1 16 VCC I PWR2.5.PRT U5 CN 1 VCC 1A VCC 1B VCC 2 GND 2A GND 2B GND 3 GND 3A GND 3B GND 4、 PCB（單面板）設計1、 設計流程（1）繪制原理圖，對于個別找不到的元件，自己繪制元件相應的圖形模塊與封裝。（2）生成網(wǎng)表文件，與原理圖進行對照檢查。若有誤，則

15、更正原理圖并重新生成網(wǎng)表文件。（3）新建PCB文件并加載網(wǎng)表文件。（4）根據(jù)具體情況，設置合適的電氣邊界與物理邊界。（5）放置定位孔。（6）對元件進行布局，注重布局規(guī)范，將元件功能模塊進行放置，大致依原理圖進行擺放即能得到較好結(jié)果。（7）設置焊盤與布線規(guī)則。（8）進行自動布線。（9）若布線無法布通，則調(diào)整元件布局并重新布線，可先對各個模塊某些較為復雜的局部手動布線并鎖定，再將各個模塊元件之間線布好，最后全局布線直至布線成功為止。（10）手動布線調(diào)整，對已成功布線結(jié)果進行調(diào)整，使其更為美觀大方，并符合布線規(guī)則。（11）對PCB板進行加淚滴、敷銅。（12）生成3D圖形進行瀏覽。根據(jù)3D實物圖觀察是否有考慮不周之處并進行調(diào)整。（13）將PCB板與原理圖進行網(wǎng)絡連接對照檢查。若有誤，則進行更正并重新執(zhí)行上述步驟。2、 設計規(guī)則（1）繪制原理圖時，依信號左入右出進行繪制。（2）經(jīng)多次布局調(diào)整，確定物理邊界（位于機械層4，打印效果為黑色，實為深黃色。）為4500mil2400mil，與電氣邊界相隔50mil，邊界線寬均為20mil。（3）定位孔距電氣邊界100mil，孔徑100mil。（4）布局時，根據(jù)個功能模塊，以信號流向依次進行布局，輸入信號與電源均從左下角輸入，右下腳為輸出（顯示）部分。換擋電路模塊設置