課程設(shè)計(jì),電容測試儀設(shè)計(jì)報(bào)告

1、武漢理工大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)說明書目錄1 設(shè)計(jì)方案12 單元電路設(shè)計(jì)及原理2 2.1 控制器電路2 2.2 時(shí)鐘脈沖發(fā)生器2 2.3 計(jì)數(shù)、鎖存和顯示電路33 參數(shù)設(shè)計(jì)44 整體電路演示55 主要元件介紹6 5.1 74ls90計(jì)數(shù)器6 5.2 74ls75鎖存器7 5.3 74LS48譯碼器8 5.4 555定時(shí)器9 5.5共陰極七段顯示器106 仿真軟件介紹12 6.1 EWB的特點(diǎn)12 6.2 EWB的優(yōu)點(diǎn)127 實(shí)物制作14 7.1實(shí)物電路14 7.2裝配焊接與測試14 7.3主要元器件列表158 心得體會(huì)16參考文獻(xiàn)171設(shè)計(jì)方案由555定時(shí)器芯片、74lLS90計(jì)數(shù)器芯片、

2、74LS75鎖存器芯片、74LS48譯碼器芯片及共陰極七段顯示器構(gòu)成電容測試儀，測試的電容范圍為100PF-1F。測電容的大小轉(zhuǎn)換成脈沖的寬窄，即控制脈沖寬度Tx嚴(yán)格與Cx成正比只要把此脈沖與頻率固定不變的方波即時(shí)鐘脈沖相與，便可得到計(jì)數(shù)脈沖，把計(jì)數(shù)脈沖送給計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，然后再送給顯示器顯示如果時(shí)鐘脈沖的頻率等參數(shù)合適，數(shù)字顯示器顯示的數(shù)字N便是cx的大小該方案的原理框圖如圖1所示圖1.1原理框圖2單元電路設(shè)計(jì)及原理 2.1 控制器電路控制器的主要功能是根據(jù)被測電容cx的容量大小形成與其成正比的控制脈沖寬度Tx電路原理圖及其輸出波形如圖2.1,2.2所示。 圖2.1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 圖2.2工作波形

3、當(dāng)被測電容cx接到電路中之后，只要按一下開關(guān)S，電源電壓送給555定時(shí)器的低電平觸發(fā)端2一個(gè)負(fù)脈沖信號(hào)使單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器由穩(wěn)態(tài)變?yōu)闀悍€(wěn)態(tài)，其輸出端3由低電平變?yōu)楦咂皆摳唠娖娇刂婆c門使時(shí)鐘脈沖信號(hào)通過，送入計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)暫穩(wěn)態(tài)的脈沖寬度為Tx=1.1RCx然后單穩(wěn)態(tài)電路又回到穩(wěn)態(tài)，其輸出端3變?yōu)榈碗娖?，停止?jì)數(shù)?？梢?，控制脈沖寬度Tx與RCx成正比如果R固定不變，則計(jì)數(shù)時(shí)鐘脈沖的個(gè)數(shù)將與cx的容量值成正比，可以達(dá)到測量電容的要求。2.2時(shí)鐘脈沖發(fā)生器這里選用由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器來實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘產(chǎn)生功能電路原理圖及其輸出波形如圖2.3,2.4所示。 圖2.3多諧震蕩器 圖2.4工作波形 與單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

4、比較，它是利用電容器的充放電來代替外加觸發(fā)信號(hào)，所以，電容器上的電壓信號(hào)應(yīng)該在兩個(gè)閾值之間按指數(shù)規(guī)律轉(zhuǎn)換。充電回路是RA、RB和C。此時(shí)相當(dāng)輸入是低電平，輸出是高電平；當(dāng)電容器充電達(dá)到時(shí)，即輸入達(dá)到高電平時(shí)，電路的狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，輸出為低電平，電容器開始放電。當(dāng)電容器放電達(dá)到時(shí)，電路的狀態(tài)又開始翻轉(zhuǎn)。如此不斷循環(huán)。電容器之所以能夠放電，是由于有放電端7腳的作用，因7腳的狀態(tài)與輸出端一致，7腳為低電平電容器放電。2.3 計(jì)數(shù)、鎖存和顯示電路計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)范圍數(shù)為100pf-1f，因此需要采用6個(gè)二 十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器這里選用5片74ls90級(jí)聯(lián)起來構(gòu)成所需的計(jì)數(shù)器因?yàn)?4ls90的異步清零端為高電平有

5、效，因此，用控制器輸出信號(hào)的低電平清零時(shí)，必須加一級(jí)反向器再接到每個(gè)計(jì)數(shù)器的清零端如果將計(jì)數(shù)器輸出直接接譯碼顯示，則顯示器上的數(shù)字就會(huì)隨計(jì)數(shù)器的狀態(tài)不停的變化，只有在計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)時(shí)，顯示器上的顯示數(shù)字才能穩(wěn)定，所以需要在計(jì)數(shù)和譯碼電路之間設(shè)置鎖存電路鎖存器選用6片4位鎖存器74LS75，其工作狀態(tài)也由控制器控制注意74ls75鎖存器為低電平有效，即G1= =0時(shí)，鎖存器的輸出被鎖存在跳變時(shí)的狀態(tài)不變，所以可直接用控制器輸出信號(hào)鎖存圖2.5為計(jì)數(shù)、鎖存和顯示電路。圖2.5計(jì)數(shù)、鎖存、譯碼、顯示原理圖3 參數(shù)設(shè)計(jì)設(shè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器中555外側(cè)電阻為RL，所測電容為Cx；多諧振蕩器中555外側(cè)的兩個(gè)電

6、阻分別為RA和RB，電容為C。555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器由一次按鍵觸發(fā)產(chǎn)生的脈寬為tw=1.1RLCx555多諧振蕩器的脈沖周期為T=0.7(RA +2RB)C電路中RA和RB選用同一阻值的電阻，這樣脈沖周期就為T=2.1RAC假設(shè)在tw這段時(shí)間內(nèi)振蕩器產(chǎn)生了n個(gè)脈沖，要使n在數(shù)值上與Cx相等，這樣最后顯示出的數(shù)值就等于Cx，則有tw=nT。即1.1RLCx=2.1RAC若RA選擇1K，C選擇100PF，則RL要選擇190.91 K。4 整體電路演示5 主要元件介紹5.1 74ls90計(jì)數(shù)器圖5.1 74LS90引腳排列表5.1 74LS90功能表通過不同的連接方式，74LS90可以實(shí)現(xiàn)四種不同的邏輯

7、功能；而且還可借助R0（1）、R0（2）對(duì)計(jì)數(shù)器清零，借助S9（1）、S9（2）將計(jì)數(shù)器置9。其具體功詳述如下： （1） 計(jì)數(shù)脈沖從CP1輸入，QA作為輸出端，為二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。 （2） 計(jì)數(shù)脈沖從CP2輸入，QDQLQH作為輸出端，為異步五進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。 （3） 若將CP2和QA相連，計(jì)數(shù)脈沖由CP1輸入，QD、QC、QB、QA作為輸出端，則構(gòu)成 異步8421碼十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。 （4） 若將CP1與QD相連，計(jì)數(shù)脈沖由CP2輸入，QA、QD、QC、QB作為輸出端，則構(gòu)成 異步5421碼十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。 （5） 清零、置9功能。 a) 異步清零 當(dāng)R0（1）、R0（2）均為“1”；S9（1

8、）、S9（2）中有“0”時(shí)，實(shí)現(xiàn)異步清零功能，即QDQCQBQA=0000。 b) 置9功能 當(dāng)S9（1）、S9（2）均為“1”；R0（1）、R0（2）中有“0”時(shí)，實(shí)現(xiàn)置9功能，即QDQCQBQA =1001. 5.2 74ls75鎖存器該寄存器具有異步清零功能，當(dāng)RD=0時(shí)，觸發(fā)器全部清零；當(dāng)RD=1，僅在上升沿，送到數(shù)據(jù)輸入端的數(shù)據(jù)被存入寄存器，實(shí)現(xiàn)送數(shù)功能。由于此寄存器是由邊沿觸發(fā)器構(gòu)成，所以其抗干擾能力很強(qiáng)。圖5.2 74LS75鎖存器管腳圖表5.2 74LS75功能表輸入輸出DGQQ0 1011110X0Q0Q05.3 74LS48譯碼器 74LS48 是七段顯示譯碼器，現(xiàn)將各管腳

9、功能介紹一下：A、B、C、D 是 BCD 碼的輸入端；a,b,c,d,e,f,g 是輸出端；試燈輸入端LT ：低電平有效。當(dāng)LT 0 時(shí)，數(shù)碼管的七段應(yīng)全亮，與輸入的譯碼信號(hào)無關(guān)。本輸入端用于測試數(shù)碼管的好壞；RBI ：低電平有效。當(dāng)LT 1、RBI 0、且譯碼輸入全為 動(dòng)態(tài)滅零輸入端0 時(shí)，該位輸出不顯示，即 0 字被熄滅；當(dāng)譯碼輸入不全為 0 時(shí)，該位正常顯示。本輸入端用于消隱無效的 0。如數(shù)據(jù) 0034.50 可顯示為 34.5； RBOBI / ：這是一個(gè)特殊的端鈕，有時(shí)用作輸入， 滅燈輸入/動(dòng)態(tài)滅零輸出端有時(shí)用作輸出。當(dāng)RBOBI / 作為輸入使用，且 RBOBI / 0 時(shí)，數(shù)碼管

10、七段全滅，與譯碼輸入無關(guān)。當(dāng)RBOBI / 作為輸出使用時(shí)，受控于LT 和RBI ：當(dāng)LT 1 且RBI 0時(shí)， RBOBI / 0；其它情況下 RBOBI / 1。本端鈕主要用于顯示多位數(shù)字時(shí)，多個(gè)譯碼器之間的連接。 圖5.3 74LS48譯碼器管腳圖表5.3 74ls48譯碼器功能表5.4 555定時(shí)器555定時(shí)器是一種功能強(qiáng)大的模擬數(shù)字混合集成電路由電路圖和功能表可以得出如下結(jié)論：(1) 555定時(shí)器有兩個(gè)閾值，分別是1/3Vcc和2/3Vcc。 (2) 輸出端3腳和放電端7腳的狀態(tài)一致，輸出低電平對(duì)應(yīng)放電管飽和，在7腳外接有上拉電阻時(shí)，7腳為低電平。輸出高電平對(duì)應(yīng)放電管截止，在有上拉電

11、阻時(shí)，7腳為高電平。3) 輸出端狀態(tài)的改變有滯回現(xiàn)象，回差電壓為1/3Vcc。(4) 輸出與觸發(fā)輸入反相。圖5.4 555定時(shí)器電路圖(a) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 (b) 簡化電路圖表5.4 555定時(shí)器功能表5.5 共陰極七段顯示器LED顯示器是由發(fā)光二極管作為為顯示字段的數(shù)碼顯示器件，圖6為一位LED顯示器的外形和引腳圖，其中七只發(fā)光二極管(ag七段)構(gòu)成字型“8”，另外還有一只發(fā)光二極管dp作為小數(shù)點(diǎn)。 當(dāng)顯示器的某一段發(fā)光二極管通電時(shí)，該段發(fā)光，例如，使b、c、f、g這4段發(fā)光二極管通電，則顯示字符“4”。圖5.5 LED顯示器的引腳圖6仿真軟件介紹6.1 EWB的特點(diǎn) （1）采用直觀的圖形界面

12、創(chuàng)建電路：在計(jì)算機(jī)屏幕上模仿真實(shí)實(shí)驗(yàn)室的工作臺(tái)，繪制電路圖需要的元器件、電路仿真需要的測試儀器均可直接從屏幕上選取； （2）軟件儀器的控制面板外形和操作方式都與實(shí)物相似，可以實(shí)時(shí)顯示測量結(jié)果。 （3）EWB軟件帶有豐富的電路元件庫，提供多種電路分析方法。 （4）作為設(shè)計(jì)工具，它可以同其它流行的電路分析、設(shè)計(jì)和制板軟件交換數(shù)據(jù)。 （5）EWB還是一個(gè)優(yōu)秀的電子技術(shù)訓(xùn)練工具，利用它提供的虛擬儀器可以用比實(shí)驗(yàn)室中更靈活的方式進(jìn)行電路實(shí)驗(yàn)，仿真電路的實(shí)際運(yùn)行情況，熟悉常用電子儀器測量方法。與其他電路仿真軟件(Protel99)相比，具有界面直觀、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。他改變了一般電路仿真軟件輸入電路必須采用

13、文本方式的不便，創(chuàng)建電路選用元器件和測試儀器等均可直接從屏幕上器件庫和儀器庫中直接選取。電子電路的分析、設(shè)計(jì)與仿真工作蘊(yùn)含于輕點(diǎn)鼠標(biāo)之間，不僅為電子電路設(shè)計(jì)者帶來了無盡的樂趣，而且大大提高了電子設(shè)計(jì)工作的質(zhì)量和效率。6.2 EWB的優(yōu)點(diǎn)1、各元器件選擇范圍廣，參數(shù)修改方便，不會(huì)象實(shí)際操作那樣多次地把元件焊下而損壞器件和印刷電路板。使電路調(diào)試變得快捷方便。對(duì)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程中的絕大部分電路都能應(yīng)用，不僅能用于對(duì)單個(gè)電路特性和原理進(jìn)行驗(yàn)證，也能就用于多級(jí)的組合電路。2、元件庫不但提供了各種豐富的分立元件和集成電路等元器件,是一個(gè)全開放性的仿真實(shí)驗(yàn)和課件制作平臺(tái),給我們提供了一個(gè)實(shí)驗(yàn)器具完備的綜

14、合性電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室?？梢栽谌我饨M合的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，搭建實(shí)驗(yàn)。通過元件復(fù)制或單級(jí)電路的復(fù)制來完成整個(gè)電路的組裝。因此也適用于較大型的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。3、EWB（電子學(xué)工作平臺(tái)）為我們提供了一個(gè)很好的實(shí)用工具，使我們能夠在教學(xué)過程中隨時(shí)提供實(shí)驗(yàn)、演示和電路分析。教師可以在多媒體教室中深入淺出地分析各種電路的特性，講解各種參數(shù)改變對(duì)電路的影響。學(xué)生可結(jié)合學(xué)習(xí)內(nèi)容，進(jìn)行接近于實(shí)際電路的調(diào)試分析，有利于對(duì)加深對(duì)理論理解。特別是一些大中專院校和廣播電視大學(xué)，通過這樣的計(jì)算機(jī)模擬仿真實(shí)驗(yàn)，把電子技術(shù)的理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)有機(jī)地結(jié)合了起來。7 實(shí)物制作7.1實(shí)物電路根據(jù)實(shí)際情況，現(xiàn)只制作1uf-99uf電容測試儀，電

15、路原理與上述原理相同，電路如圖圖7.1 Cx=46uf時(shí)的仿真7.2裝配焊接與測試1、焊點(diǎn)檢查：在斷電情況下，逐點(diǎn)檢查各焊盤的焊接情況，看是是否有虛焊和漏焊及短路和斷路的地方；2、加電檢查：在1完好的情況下，加上電，打開開關(guān)，電源指示燈被點(diǎn)亮，用手逐個(gè)摸芯片，看是否有發(fā)燙的情況：如有，趕快斷電，看電壓是否加錯(cuò)或者再回頭檢查一下電路。3、待測電容調(diào)試：1）在2完好后，加上一個(gè)標(biāo)稱值為10u的電容進(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn)按一次鍵，顯示一個(gè)值，清零后，再按一次鍵，顯示值與上一次顯示值不一致，后查閱相關(guān)資料，這是由于輸入的低脈沖時(shí)間大于輸出的tw，導(dǎo)致單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器不能正常工作，須在輸入端加上有一個(gè)電容和電阻構(gòu)成

16、微分電路方能正常工作；3）在此基礎(chǔ)上改變單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器上輸入端的精密可調(diào)電位器R的阻值，從而使顯示值與標(biāo)稱值相等；4）再更換不同電容值（從小到大更換）進(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn)1u65u顯示值與電容標(biāo)稱值完全吻合（小于1u顯示1）。到47u時(shí)，顯示值為47，然后100u顯示值為98。7.3主要元器件列表表7.1元件清單序號(hào) 器件名稱 數(shù)量 備注 1 74LS752鎖存器 2 74LS902異步加法計(jì)數(shù)器3 74LS48 2 譯碼器 4 74LS04 1 非門 5 74LS48 2 譯碼器 6 NE555 2定時(shí)器7 BCD七段顯示器 2 共陰極 8 心得體會(huì)通過兩周的課程設(shè)計(jì)，考察我們對(duì)組合和時(shí)序邏輯電路的掌握情況。同時(shí)也鍛煉我們使用儀器和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的技能，使學(xué)過的知識(shí)得到了鞏固與復(fù)習(xí)。但更重要的是把原來所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)際的生活聯(lián)系在了一起。是學(xué)習(xí)變成了一種樂趣。使知識(shí)形象具體的被掌握。在實(shí)驗(yàn)過程鍛煉了自己的思考能力和動(dòng)手能力。在通過題目設(shè)計(jì)電路的過程中，加強(qiáng)了我思考問題的的完整性和與實(shí)際生活聯(lián)系的可行性。在方案設(shè)計(jì)選擇和芯片的選擇上，使我對(duì)理論知識(shí)和芯片的原理和功能有了更深刻的記憶，鍛煉了自己對(duì)問題的分析和解決能力同時(shí)也鍛煉了自己的耐心。 當(dāng)通過自己的努力解決問題，在老師的幫助下排除困難后，看著設(shè)計(jì)出來的電路能實(shí)現(xiàn)預(yù)想的功能，體會(huì)到了成功的喜悅。希望以后還能夠有自己真正動(dòng)手的機(jī)會(huì)！