简易数显式电容测试仪的设计(X)
简易数字电容测量仪

电子技术课程设计报告——简易数字电容测量仪的设计作品40% 报告20%答辩20%平时20%总分100%设计题目:简易数字电容测量仪班级学号:学生姓名:目录一、预备知识.................. 错误!未定义书签。
二、课程设计题目:简易数字电容测量仪的设计错误!未定义书签。
三、课程设计目的及基本要求.... 错误!未定义书签。
四、设计内容提要及说明........ 错误!未定义书签。
4.1设计内容...................................... 错误!未定义书签。
4.2设计说明...................................... 错误!未定义书签。
五、原理图及原理说明 ...................... 错误!未定义书签。
5.1功能模块电路原理图................... 错误!未定义书签。
5.2模块工作原理说明 ...................... 错误!未定义书签。
六、调试...........................................................................错误!未定义书签。
七、设计中涉及的实验仪器和工具.. 错误!未定义书签。
八、课程设计心得体会 ...................... 错误!未定义书签。
九、参考文献 ...................................... 错误!未定义书签。
一、预备知识关于数字式简易数字电容测试仪的设计,我们提出了三种设计方法和思路。
在具体操作中,经过对资料的收集、分析,研究与对比,最终选择了简单易懂,而且精度较高的方法,即门控法。
本方法的基本理论是单稳态触发器电路的输出脉宽wt与电容C成正比,再通过一系列的控制,计数,锁存,显示电路实现了对电容的一般测试与数字显示。
在本次数电课程设计的同时,对于中大规模集成电路从认识到分析、再到整体框图设计、单元模块设计、最终到电路的模拟和实际电路的成形有了一定的认识,同时使我们在电子设计方面有了一定的实际动手能力,也为这次数电课程设计打下了坚实的基础。
简单的电容测量仪设计

电子技术课程设计评分标准电子技术课程设计任务书设计题目:电容测量仪学生姓名:学号:专业班级: 09自动化一、设计条件1.可选元件(1)双运放芯片(),二极晶体管;(2)电阻、电容、电位器等;(3)引脚插座,排针。
2.可用仪器万用表,示波器,直流稳压电源。
二、设计任务及要求1.设计任务根据电路技术要求的指标,制作一个简易电容测量装置,完成选题电路的设计、装配、焊接与调试。
2.设计要求(1)电容测量的范围:1uf~1000uf,100nf~1uf;(2)选择电路方案,完成对确定方案电路的设计。
包括:计算电路元件参数、选择元件、画出总体电路原理图;(3)用软件仿真整体或部分核心实验电路,得出适当结果;(4)装配、调试作品,按规定格式写出课程设计报告书。
三、时间安排1.第9周:布置设计任务,讲解设计要求、实施计划、设计报告等要求,完成选题。
2.第10~14周:完成资料查阅、作品设计、模拟仿真,领取元件、实际制作。
3.第15~16周:制作并调试设计作品。
4.第17周:作品检查、评价、验收,撰写设计报告。
5.第18周:抽选作品答辩,提交设计报告。
指导教师签名:年月日目录摘要 (1)关键词 (1)1 绪论 (1)2 需求分析 (1)2.1 设计任务及要求 (1)2.1.1 设计任务 (1)2.1.2 设计要求 (1)2.2 设计思想 (1)3 设计方案 (1)3.1 方案论证 (1)3.1.1 文氏桥振荡电路 (2)3.1.2 反向比例运算电路 (3)3.1.3 C/ACV转换电路 (3)3.1.4 有源滤波电路 (4)3.2 工作原理 (5)4 电路详细设计 (5)4.1 文氏桥振荡电路分析 (5)4.2 反向比例运算以及C/ACV转换电路分析 (6)4.3 有源滤波电路分析 (7)5 实验结果 (7)5.1 文氏桥振荡实验 (7)5.2 反向比例电路实验 (8)5.3 有源滤波实验 (8)5.4 结果分析 (9)5.4.1 文氏桥振荡以及反向比例运算电路分析 (9)5.4.2 有源滤波以及C/ACV电路分析 (9)6 结论 (10)6.1 设计成果 (10)6.2 设计特点 (10)6.3 存在问题及改进方法 (10)参考文献 (10)致谢 (10)附录A 电路全图 (11)附录B 元器件清单 (11)题目摘要本文主要通过用容抗法来完成一个电路对电容值的测量。
简易数字电容测试仪的设计

电平跳变为高电平 , 电路进入暂稳态 , 放 电三极管T 截止。 此后 电容 c 充电, 当 充 电至 = _ 时, 电路的输出端 电压 由高 电平翻 转为低 电平 , 同时T 导通 , 于是电容 c 放 电, 电路返回到稳定状态 。
2
2
如 果 忽 略T的饱 和压 降 , 则 从 零 电平上 升 到 _ 的 时 间 , 即
2系统概述
2 . 1 测 量 系统构 成 该系统主要 由标准脉冲发生器 、 单稳态触发器、 测量控制 电路 、 计数器 、 译码器和显示器等部分组成。 其原理 图如( 图1 ) 所示。 2 . 2系统 的 总体 方 案设 计 利用 NE 5 5 5 电路 的多 谐 振 荡器 或 单 稳 态 电路 来 测量 。 本 方 案 采 用 单 稳 态 触 发 器 或 电容器充放 电规律 等, 可 以 把 被 测 电 容 的大小转换成脉 冲的宽 窄 , 即控 制 脉冲宽 度Tx严格 C X成 正 比。 只要 把 图 1 数 字 电容 测 试 仪 的原 理 框 图 此脉冲 与频率 固定 不变 的方 波 即 时钟 脉冲相 与 , 便 可 得 到计 数脉冲 , 把 计 数脉冲送给计数器 计数 , 然 后 再 送 给 显示 器 显示 。 如果 时 钟 脉 冲 的 频 率 等 参数 合适 , 数字 显 示器 显示 的数字N 便是 C X的大 小 。 简易 数 字 式 电 容测试仪主要分为 六大 板 块 : 由5 5 5 定 时器 构成 的多 谐 振
为输 出电压 的脉宽 t 。
Tw =RCx l n 3 1 . 1 RCx
3 . 2计数 、 译 码 和 显示 电路 ( 1 ) 计 数器 。 计数器主要用来对时钟进行计数并送入显示 电路 显示 。 4 5 1 8 :  ̄ : g T . B C D 码同步十进制计数器 , 每个计数器包含两个时 钟输入端 : C P 和E N。 C P 用于上升沿触 发, 要求E N=1 ; E N用于下降 沿触发 , 要求 C P =O 。 C R是异步复位 端 , 高 电平有效 , 正常计 数时 C R= O 。 这里 , 我们要测量的 电容范围是0  ̄ J 9 9 9 p F, 需要三位十进 制 计数 器 进 行 级联 。 其级联 的方 法 是将 低 位 的Q 3 端 接高 位 的E N端 , 高 位 计 数器 的 C P 端接地。 其 输 出 端Q3 Q 2 Q1 Q O 输出8 4 2 1 B C D 码, 接 显 示译码器 的代码 输入端 。 电路 图比较简单 , 在这里就不再赘述 了。 ( 2 ) 译码 器 电路 。 译 码 显 示 电路 的 设计 比较 简 单 , 选 用4 5 1 1 , 该 译 码器 为B C D一七段 锁存 /译 码 /驱 动 器 , 其 数据 输 入端 接计 数器 Q3 Q 2 Q1 Q O 端输出的B C D 码, 译码器 的输 出端接共 阴极七段半导体 数码 显 示 器 。
13 简易数显式电容测试仪的设计

六. 思考题
1.在本设计方案中,若要扩大电容的测量范围,其 解决方法是什么? 2.在本设计方案中,若要提高电容的测量精度,其 方法是什么? 3.在本设计方案中,被测电容的大小和测量时间有 什么关系? 4.在本设计方案中,试设计加入自动量程转换电 路,要求画出电路图。
七. 参考器件
NE555 2块;74LS160 3块;74LS47 3块; 74LS00 2块;按键开关 2个;电位器 5k 2只; 5.1k 3只;2k 1只;(300~510Ω) 5只; 二极管 1N4148 1只;发光二极管LED 1只; 1k 3只;电容10uF 1只;0.1uF 3只;LED数码管 (共阳) 3只。
1. 要求测量的电容量能数字显示。
2. 测量电容量的范围是1uF~100uF。
3. 测量精度±10%。
4. 分辨率0.1uF。 5. 有超量程指示。
三.预习要求
1. 根据设计任务要求,确定设计方案。 2.画出设计电路的系统框图和单元电路图。 3.对设计电路中的相关器件进行参数计算和 选择。 4. 将设计好的相关电路在Multisim软件上 进行电路设计与仿真。
COM
g
b c
DP
220W
a
……
b c d e b c d e f
f
g DP
c DP
a
g
译码器
D C B A Q3 Q2 Q1 Q0
LED共阳显示器
+ 5V -
B
& &
E
tW 1.1RTCX
R
R
+5V R
+5V
R
+5V & & C
译码器
电容测试仪

电容测试仪第1章方案设计1.1 设计要求1.1.1 设计任务设计一种能准确测量电容容量的简易数显式电容测试仪。
1.1.2 技术要求基本要求:1、测试仪量程范围至少在100PF-100μF之间;2、至少有两个测量量程; 测量范围可转换;3、用3位数码管显示测量结果。
1.2 设计方案及总体思路设计并制作一台数字显示的电容测试仪,示意框图如下:图1-1 总体框图总体思路: 本电容测试仪就是将待测电容转换为相应的脉冲,使该脉冲周期与标准脉冲成正比。
将该脉冲转换为门控信号,对标准脉冲进行计数,对计数输出进行译码用数码管显示结果,改变脉冲周期可得不同的量程。
第2章主要电路设计与说明2.1 TS556芯片简介2.1.1 TS555芯片简介555定时器是电子工程领域中广泛使用的一种中规模集成电路,它将模拟与逻辑功能巧妙地组合在一起,具有结构简单、使用电压范围宽、工作速度快、定时精度高、驱动能力强等优点。
555定时器配以外部元件,可以构成多种实际应用电路。
广泛应用于产生多种波形的脉冲振荡器、检测电路、自动控制电路、家用电器以及通信产品等电子设备中。
555定时器又称时基电路。
555定时器按照内部元件分有双极型(又称TTL 型)和单极型两种。
双极型内部采用的是晶体管;单极型内部采用的则是场效应管。
本设计中555定时器起着非常重要的作用,在电路图中 555与R7-R10,待测电容Cx组成待测电容容量-频率转换器,将待测电容Cx的容量转换成特定频率的脉冲,即组成图1-1中待测电容量频率转换器这一部分.为了对本电路图有更深的理解,现对它做具体分析以便更好地理解本设计原理图。
1.555引脚排列图图2-1 555引脚排列图TH:阈值输入端 TR:触发输入端CO:控制电压 OUT:输出端DIS:放电端 RD:清零端图2-2 555时基电路等效功能方框图2 555芯片的工作原理1/2TS556的等效功能框图(图2-2)中包含两个COMS电压比较器A和B,一个RS触发器,一个反相器,一个P沟道MOS场效应管构成的放电开关SW,三个阻值相等的分压电阻网络,以及输出缓冲级。
数字电容测量仪设计设计

数字电容测量仪设计设计摘要当前现代化电子市场正朝着快速及便利同时大容量的方向发展,现代电子产品几乎能运用到社会的各个领域当中,有力的推动了社会现代化的发展。
同时,电子产品也被要求以更快速度的升级和更快速的处理。
本设计以STC89C52单片机和555振荡器作为主要元件,来实现对电容容量的基本测量。
本设计基于555振荡器构成多谐振荡器来产生输入脉冲信号,然后再通过STC89C52单片机对方波脉冲进行中断计数而测量电容的。
在多谐振荡器输出端加入一个74HC08使输出波型毛刺减少,从而使单片机测量结果变精确。
555振荡器所产生的信号会根据所选的电阻的阻值不同,从而调节电容的参数值,这样就可以确定被测电容的容值范围,最后通过LCD1602显示器显示被测电容容值。
在软件设计中,该设计使用C语言来编写程序。
该仪器具有方便快捷,简单实用,价格低廉等特点。
关键词:电容测量;555振荡器;STC89C52;LCD1602AbstractThe current modern electronic market is headed in fast and convenient large capacity and the direction of development, modern electronic products to use to almost all areas of society of powerful promoted the development of modern society. At the same time, the electronic products also are required to faster speed upgrade and more fast process.This design to STC89C52 single-chip microcomputer and 555 oscillator as the main components, to realize the basic capacity of capacitance measurement. This design based on the 555 oscillator to generate more than a harmonic oscillator input pulse signal, and then through the STC89C52 microcontroller each other to interrupt pulse count and measurement of capacitance. In order to join the output oscillator a 74 HC08 to make the output waveform burr reduced, so that the single chip microcomputer variable precision measurement results. 555 oscillator generated signal will be selected according to the resistance of the resistance is different, which regulates capacitance parameter value, which can determine the capacity of the capacitance value range, the last through the LCD1602 display shows measured capacitance let value. In software design, this design using C language to write the program. The instrument has convenient and quick, simple, practical, and low prices, etc.Keywords: capacitance measurements;555 oscillator;STC89C52;LCD1602目录摘要 (I)Abstract ........................................................................................................................ I I 目录 . (I)1 绪论 (1)1.1 引言 (1)2 STC89C52单片机的基本功能及应用 (2)2.1 STC89C52芯片介绍 (2)2.2 STC89C52应用说明 (3)2.3 单片机工作的最小化配置 (4)3 系统设计 (5)3.1 设计要求 (5)3.2 整体方案设计 (5)4 硬件设计 (9)3.1 时钟电路 (9)3.2 按键电路 (9)3.3 复位电路 (10)3.4 555芯片电路 (11)3.5 显示电路 (13)5 程序设计 (15)6 总结 (16)参考文献 (17)附录 (18)附录1 实物图 (18)附录2 元件清单 (19)附录3 系统原理图 (20)附录4 程序清单 (21)致谢 (27)1 绪论1.1 引言当前现代化电子市场正朝着方便快捷容量大的方向发展,现代电子产品几乎能运用到社会的各个领域当中,有力的推动了社会现代化的发。
简易数字式电容测试仪设计报告

简易数字式电容测试仪设计报告一、设计要求1、要求能够测试电容的容量在100PF到100uF范围内;2、至少能设计制作两个以上的测量量程;3、用三位数码管显示测量结果。
二、设计的作用、目的很多电子产品中,电容器都是必不可少的电子元件,它在电子设备中充当整流器的平滑滤波、电源的退耦、交流信号的旁路、交直流电路的交流耦合等。
固定电容的容量可直接从标称容量上读出,而可调电容的容量则不确定,因此,设计一个简易电容测试仪作为测量工具是有必要的。
三、设计的具体实现1系统概述利用单稳态触发器或电容器充放电规律,可以把被测电容的大小转换成输出脉冲的宽度,即控制脉冲宽度Tx与Cx成正比。
只要将此脉冲作为计数器的控制信号,便可得到计数脉冲,把计数脉冲送给计数器计数,然后再经译码器送至数码管显示。
时钟脉冲可由555构成的多谐振荡器提供。
如果时钟脉冲的频率等参数合适,数码管显示的数字N便是Cx的大小。
该方案的原理框图如图1所示。
图1 电容测试仪原理框图2 单元电路设计与分析2.1计数译码显示电路(BCD译码器4511)图6 显示器外引线排列图及接法2.2时钟脉冲产生电路多谐振荡器是一种自激振荡器,在接通电源后,不需要外加触发信号,便能自动产生矩形脉冲。
先将555定时器构成施密特触发器,再将施密特触发器的输出端经RC积分电路接回到它的输入端即可构成多谐振荡器,且其电容C的电压Vc将在和之间反复振荡。
其输出的脉冲作为计数器的CP。
555构成的多谐振荡器电路图和工作波形分别如图7和图8所示。
图7 多谐振荡器电路图图8 多谐振荡器工作波形555构成的时钟脉冲发生器的最高输出频率为200KHz,电路的振荡周期仅与外接元件R1、R2和C有关,不受电源电压变化的影响。
多谐振荡器的主要参数:充电时间:放电时间:振荡周期:占空系数:本单元电路中选取的元件参数为R1=3.3K,R2=1K,C=0.068uF,则T=0.252ms,符合电路工作的要求。
简易数字电容测量仪

电子技术课程设计报告——简易数字电容测量仪的设计设计题目:简易数字电容测量仪班级学号:学生:目录一、预备知识.................... 错误!未定义书签。
二、课程设计题目:简易数字电容测量仪的设计错误!未定义书签。
三、课程设计目的及基本要求...... 错误!未定义书签。
四、设计容提要及说明............ 错误!未定义书签。
4.1设计容 ........................................... 错误!未定义书签。
4.2设计说明........................................ 错误!未定义书签。
五、原理图及原理说明 ........................ 错误!未定义书签。
5.1功能模块电路原理图..................... 错误!未定义书签。
5.2模块工作原理说明 ........................ 错误!未定义书签。
六、调试...........................................................................错误!未定义书签。
七、设计中涉及的实验仪器和工具.... 错误!未定义书签。
八、课程设计心得体会 ........................ 错误!未定义书签。
九、参考文献 ........................................ 错误!未定义书签。
一、预备知识关于数字式简易数字电容测试仪的设计,我们提出了三种设计方法和思路。
在具体操作中,经过对资料的收集、分析,研究与对比,最终选择了简单易懂,而且精度较高的方法,即门控法。
本方法的基本理论是单稳态触发器电路的输出脉宽wt与电容C成正比,再通过一系列的控制,计数,锁存,显示电路实现了对电容的一般测试与数字显示。
在本次数电课程设计的同时,对于规模集成电路从认识到分析、再到整体框图设计、单元模块设计、最终到电路的模拟和实际电路的成形有了一定的认识,同时使我们在电子设计方面有了一定的实际动手能力,也为这次数电课程设计打下了坚实的基础。
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4. 分辨率1uF。
三.预习要求
1. 根据设计任务要求,确定设计方案。 2.画出设计电路的系统框图和单元电路图。 3.对设计电路中的相关器件进行参数计算和 选择。 4. 将设计好的相关电路在Multisim软件上 进行电路设计与仿真。
CX N
B
&
N 10.7 103 所以 RT 9.7K 6 1.1 CX 10
&
E
tW 1.1RTCX
电容测试仪中的555定时器、计数器74LS160、译码器 74LS47、共阳LED显示器、与非门CD4011的管脚排列 及功能表请自行查阅相关资料:
管脚图见《电子电路实验与虚拟技术》附录,功能表 见数字教材(译码器见教材中的7448)。
六. 思考题
1.在本设计方案中,若要扩大电容的测量范围,其 解决方法是什么? 2.在本设计方案中,若要提高电容的测量精度,其 方法是什么? 3.在本设计方案中,被测电容的大小和测量时间有 什么关系? 4.在本设计方案中,试设计加入自动量程转换电 路,要求画出电路图。
器件(每组一套)
NE555 2块;74LS160 3块;74LS47 3块; 74LS00 1块; LED数码管(共阳) 3只;按键开关 2 个;电位器 10k 2只;按键2只;二极管2只; 电阻2k 1只;5.1k 3只; 1k 3只;电容1uF 0.1uF 3只;待测电容10uf 1只。 1只;
实验13 简易数显式电容测试仪的设计
一.实验目的
1 熟悉电子电路的设计的一般方法、步骤。 2 掌握数字电子技术的综合应用技术。 3 掌握电子电路的安装、调试及测量方法。 4 掌握电子技术设计性实验报告的撰写方 法。
二. 设计任务要求
利用常用的中小规模集成电路,设计一个实现对电
容器容量进行测量的电路,其要求如下:
f
g DP
c DP
a
g
译码器
D C B A Q3 Q2 Q1 Q0
LED共阳显示器
五.组装、调试方法
1.组装:
原材料:数字集成器件、电阻、电容、 按键等;若干导线、实验板。
14 13 12 11 10
9
8
(展示实物并介绍)
VDD
GND
1 2 3 4 5 6 7
★总体布局:
① 公共的电源线(红线)、地线(黑线)(全部连通)。 集成电路均采用+5V电源电压供电。 ②布局合理:
E
图1
∧
CP
多谐振荡器的周期: T 0.7( R 2R)C 10.7ms 当S按键按下时,对应C点、D点、E点的电压信 号波形如下图所示。
tW
tW 1.1RTCX
若要求数字电容测试仪的数字显示值等于被测电容的电 容值,试确定电阻RT的大小。
1.1RTCX NT
因为
NT RT 1.1C X
四.设计方案参考
对电容进行测量的基本原理是将电容值换成与其成正 比的脉冲数或者与其成正比的时间,也可以转换成与其成 正比的电压,然后通过对脉冲计数或者通过A/D变换器, 最后通过译码、显示电路,即可数字显示出被测电容的容 量。图1是利用单稳态触发器、多谐振荡器、计数器、译 码器、显示器等电路组成的电容测量系统图。其基本思路 是将被测电容CX通过单稳态触发器转换成与其成正比的 正脉冲宽度TW=KRCX,然后该正脉冲作为门控信号去控 制一时基脉冲,计数器对时基脉冲进行计数并显示,只要 适当的选择单稳态触发器的定时电阻R和时基脉冲的频率, 显示器即可直接显示被测电容CX的数值。
十位 其他 个位
显示
译码 计数
★工艺:
整齐、美观、简洁、可靠。
颜色
有效数字
乘数
允许偏差%
银色
10-2
10-1 0 1 100 101
±10
±5 ±1
固 定 式 电 阻 色 标 法
金色 黑色 棕色
红色
橙色 黄色 绿色
2
3 4 5
102
103 104 105
±2
±0.5
蓝色
紫色 灰色 白色 无色
6
7 8 9
1K
Q3Q 2 Q1Q 0 74LS160 ET EP CP 1
∧
Vcc
K2
RD LD D3 D2 D1 D 0 1
RD LD D3 D2 D1 D 0 1
10K 2k 1K 0.1u C K1 5.1K Cx D
RT
8
4
&
&
7 555 3 E 6 (2) 2 1 单稳态触发器 74LS00
B
& &
2.妥善保管元件、工具。
元件——每组一套(清单见后) 工具——每组一套(清单见后)
+ 5V -
五. 实验步骤及要求
根据设计任务书要求,理论分析计算元器件参数, 正确选择元器件、集成电路型号。 画出整体电路连线图。 将设计好的各个单元电路及系统电路在Multisim 电子电路设计仿真软件上进行仿真,直至满足设计 要求。 实际安装、调试各个单元电路,记录相关数据及波 形。 系统调试电路,排查故障,整体电路测试,记录相 关数据,分析误差原因。 整理相关设计文档及资料,撰写设计报告。
③常见故障: 接线错误,接触不良,元件损坏。 ④查找方法: 观察法:检查接线,发现错误。 测试法:万用表电阻档测试两点之间是否接通;直流电压档 测试电源电压是否加上,输出电平是否正确。 示波器测试各点波形是否正确。 替换法:同种元器件相互替换,以证明是否损安全。 避免以下几种情况:电源接反或过大,带电操作,管 脚断裂(插、拔方法不得当)。集成元件输出端直接 接地、接电源、相并。
106
107 108 109
±0.25
±0.1 ±50,-20 ±20
(见课设 教材p19) 标称值27K,允许偏差±5 %
红色(第一位数字) 紫色(第二位数字) 橙色(乘数) 金色(允许误差)
2.调试:
① 各个击破: 多谐振荡器 → 单稳态触发器 → 计数、译码、显示→ 整体调试
② 调试手段: 数字显示器查看结果,万用表测试状态,示波器观察波形。
十位 Vcc 5.1K R 7 5.1K R C 6 2 1 Vcc 多谐振荡器 8 4 LED共阳显示器
个位
A
1u
555 3 (1)
B
a …… g a …… g 译码器 D C B A 两位十进制计数器 Q3Q 2 Q1Q 0 清零 RCO 74LS160 ET EP RCO 74LS47
a …… g a …… g 译码器 D C B A
工具(每组一套)
镊子、剪刀、剥线钳、尖嘴钳、表线、饭盒。
报告格式
1.题目 班级 姓名 合作者 2.设计要求 3.方案简介 (简述电路工作原理、画原理图、参数计算) 4.记录各单元电路测试数据及波形; 记录整体电路测试数据,并分析误差原因。
7400 四2输入端与非门
14 VCC 13 12 11 10 9 8
GND 1 2 3 4 5 6 7
译码显示电路
译码——将计数器的8421码转变为显示控制信号。 显示——显示计时情况。
+5V
COM
g f
a b
220
COM
a f e d e d
COM
g
b c
DP
220
a
……
b c d e b c d e f