数字式电阻电容测量仪

数字式电阻电容测量仪设计实现,哈尔滨工程大学,电子电路综合实验选题5,指导老师：李康,课程说明,上课时间：4系学生第4周上，其他系学生5周上。周一到周五每天16:00-21:00pm 。17:00-18:00自行就餐。由于实验内容紧凑请同学们尽量缩短就餐时间。实验室学时30学时，80%到课率。可以利用课余时间自行进行仿真设计（multisim）及焊接内容上课实验室：21B493提前预约周一的实验课即可，上下课刷卡,背景：,电阻电容的测量常用的工具是万用表。指针式万用表得到的是估计值。数字式万用表多显示整数。一般数字表电阻最小量程200欧姆，电容是2n。如果我们想要知道小于最小量程器件更精确的数值，需要专用仪器。偶尔的实验需求购买专用仪器是不必要的。了解一种小电阻、电容的简易测量电路方法很有用处。,背景：,在数字电子技术中，学习过“单稳态触发器”。其暂态时间tw与555外接的电阻、电容有关。在这个暂态时间段内，截取更高频率的脉冲（基准时钟信号）。此脉冲信号由振荡电路产生。“计数器电路”可以精确地计算截取后信号的脉冲/跳边沿的个数。把“计数器”结果直观地显示在数码管电路上,目的：,1、熟悉振荡电路的设计2、熟悉单稳态电路的设计3、熟悉计数器的级联工作原理4、集成芯片7400、7404的工作原理5、熟悉数码管显示原理。,任务及要求：,由555单稳态触发器、皮尔斯振荡器产生出与测量元件参数成比例的触发脉冲。经计数器译码后显示输出元件参数。1、焊接计数显示电路。在信号发生器给定信号下调试2、焊接振荡电路。由频率计/示波器检查频率。3、按最小分辨率计算单稳态电路外接元件参数。4、焊接555单稳态触发器，系统联调。5、设计调试负脉冲发生电路。注意负脉冲与单稳态脉宽的匹配。,总体框图：,或LED灯,硬件部分1：,1、显示电路由数码管 静态显示 数码管是由发光二极管组成的。在焊接前应该确定其极性是否与设计相符及检测其完好性。数码管按极性可分为共阳型和共阴型。按显示方式又可分动态显示和静态显示。数码管的极性确定可用5V稳压电源串联300欧姆电阻接触数码管管脚的方式 。数码管管脚如下图所示。,硬件部分1：,用其他阻值电阻可以么？不用电阻可以么？如何测试？,硬件部分1：,2、译码器 4511译码器管脚图及功能表。,硬件部分1：,译码器的主要作用是把输入信号转换成下一级芯片/电路可以处理的信号。 分析4511真值表我们可以看出其主要功能是把二进制信号转换成相应十进制的显示信号。当LE=0，LT非=1，BL非=1时，转换信号。3、计数器74HC160 计数器的主要作用是计算输入脉冲的个数。74HC160是边沿触发型。74HC160管脚如下图所示。A、B、C、D是置数输入。,硬件部分1：,此设计中需要的是步进计数功能。在每次计数前应清零。,硬件部分1：,硬件部分1参考电路图：,硬件部分1参考电路图：,测试硬件部分1：,1、 在焊接完硬件电路1后，把万用表拨到二极管挡位，用表笔检查各连通点，以确保正确连接无虚焊。2、用信号发生器产生5Hz，5V方波信号。先清零，信号端连接CP点。数码管正确显示数字变化。检查打分点1,硬件部分2：,基准时钟信号为电路提供最小计时单位。此设计中，采用的是皮尔斯晶体振荡电路。皮尔斯电路结构如图所示。二极管用于垫的静电放电。7404是个大增益的放大器。反馈电阻R3大于1M欧。它使反相器在工作初,硬件电路2：,期处于线形区。 R2作为驱动电位调整之用，可以防止晶振被过分驱动而工作在高次谐波频率上。电容三点式电路的分压电容，接地点就是分压点。分压点为参考点，输入和输出是反相的，形成一个正反馈以保证电路持续振荡。,测试硬件部分2,在仿真皮尔斯电路时，要注意它的延迟时间及稳定性。用multisim11仿真时发现，启动仿真16.23微秒时，振荡周期56.7ns；54.8微秒时，振荡周期72.16ns。用示波器观察输出波形。检查打分点2,硬件部分2参考电路图：,任选一初始时刻，记录下基准周期。稳定后记录下周期，据此计算单稳态阻容参数。,硬件部分3：,555管脚图及单稳态触发器,硬件部分3：,R1、C2要根据实际情况选择参数。,硬件部分3：,单稳态触发器脉冲宽度公式:,若基准时钟信号周期为90ns，测量精度达到1%，则在测量1pF时，应使tW为 9000ns,即计数显示1.00。根据上式可得R为8.2M欧。那么，同样的精度下，测量电阻时应选择电容参数的数值是多少？,硬件部分3：,单稳态触发器输入的负脉冲信号可由信号发生器产生。也可由专用电路。但应注意负脉冲信号的宽度及触发频率，不可使其多次触发。,硬件部分3：,NE555N单稳态,硬件部分3,负脉冲信号,测试硬件部分3：,A通道单稳态输出；B通道基准时钟输出；C通道计数输入,测试硬件部分3参考电路图：,检查打分点3,测试硬件部分3参考电路图：,系统参考电路图,a。要求自备烙铁及架，万用表、吸锡器、掐线钳子、镊子和器件盒等工具；b.要求每天写实验日志，实验日志上记录当天完成的工作、测量的数据和实验故障等实验状况。实验日志在网上管理系统的资源下载里。c.实验报告在实验完成一周内投到实验室3楼的标有“电子电路综合实验”的实验报告箱中。d.离开实验室前应关好实验仪器，带走个人物品，清理干净本实验台及座椅边卫生。,实验报告内容要求,设计报告（元件清单，具体设计电路）每次实验要完成实验日志。指导教师签字确认。实验日志作为实验报告的一部分上交。实验日志格式网上下载。仿真（要求提前完成，或者当场完成验收）,实验报告,实验报告格式-实验管理系统资料下载实验完成后，电子版的报告请发到邮件标题：选题*+学号+姓名邮件附件包括实验报告，如果腐蚀了电路板需附带schdoc和pcbdoc,实验报告,实验报告中要有电路板的实物图片以及测试过程中示波器上的波形图片。纸质版实验报告第7周前投到实验室3楼的实验报告箱中。要实验日志附在实验报告后。实验成绩比重（操作60%，实验报告40%）想申报优秀的同学，请在第6周前把名单和联系方式报给我，在15、16周左右进行笔试考试。优秀评定每组人数控制在20%以内，综合操作实验报告及笔试成绩。,仿真有利于确定各部分电路设计的真确性，应在焊接前仿真,操作评定成绩检查点：1、信号发生器输入能正确显示两位十进制数；2、示波器上正确显示555定时器单稳态电路输出；根据阻容参数说明自己电路显示数值的正确性。截图记录数据写在报告中。3、示波器上正确显示振荡电路输出。截图记录数据写在实验报告中。4、示波器上正确显示单脉冲触发电路波形；5、仿真检查及综合调试检查。,仿真有利于确定各部分电路设计的真确性，应在焊接前仿真,操作评定成绩检查点：1、信号发生器输入能正确显示两位十进制数；2、示波器上正确显示555定时器单稳态电路输出；根据阻容参数说