电阻、电容综合参数测试仪[图文借鉴]

1、 电子技术课程设计 论文 学校名称： 青岛大学 学院名称： 自动化工程学院 专业班级： 电气3班 学 号： 200740600204 姓 名： 王少真 2009年9月26日一、设计和实验题目 电阻、电容综合参数测试仪二、内容摘要 根据数字电子、模拟电子电路的设计、安装和调试方法，设计波形发生电路，数据选择电路，计数锁存电路，驱动译码显示电路四个单元模块。其中以555定时器与RC相连构成多谐振荡器，产生三种不同频率的波形；以74LS90构成十进制计加法数器，用于计数脉冲的个数；以74LS194构成四位锁存器，通过锁存将计数值送至数码管显示；用CD4511构成数码管驱动译码电路，以驱动数码管显示；

2、另外单刀双掷开关实现数据选择和译码显示功能，用手动控制。根据各个不同功能的模块设计单元电路，在然后单元电路的基础上设计测量电阻、电容综合参数的测试仪，最后在计算机上用multisim模拟仿真，优化设计方案，再进行组装调试，测试相关性能指标，从而测出电阻电容的值。三、设计任务及要求（1）设计一个能在一定范围内能测量电阻、电容参数的电路；（2）用数码管实时显示R或C的参数；（3）用中、小规模集成电路（双列直插式）组件和阻容元件实现所选定的电路；（4）在计算机上用multisim仿真优化；（5）在面包板上安装、调试；（6）写出设计总结报告。四、主要技术指标（1）测量范围：R：10k1M ； C：10

3、nF1F （2）测试精度：10% ；（3）由数码管实时显示测试结果；（4）分别用两种指示灯指示测试元件类型。 五、使用的主要仪器和仪表1、仪器和器材 1） 计算机 1台 2） 直流稳压电源 1台 3） 示波器 1台 4） 万用表 1台 5） 函数信号发生器 1台 6） 面包板 1套 7） 剥线钳等工具 1套2、器件清单1）集成芯片：LM324、555定时器、74LS90、74LS194、CD4511；2）共阴七段数码显示管（10脚）；3）6V稳压管、二极管；4）电位器：1k、10k、100k、1M；5）无极性电容：10nF、100nF；6）定值电阻器若干。六、设计思路及原理电路1、设计思路 利

4、用多谐振荡器所产生的波形，可以把被测电阻和电容的大小转换成基准波的个数，即控制脉冲宽度Tx严格与Rx和Cx成正比；根据公式： T=(R1+2R2)Cln2可知，当待测电阻Rx比电阻R1大的多而电容C不变时，Rx与周期T成正比；当R1和R2都固定不变时，待测电容Cx与周期也成正比。故只要把此脉冲与频率固定不变的方波即基准脉冲相与，便可得到计数脉冲；设：T0为基准脉冲的周期，即T0=(R5+2R6)Cln2；T1为测电阻Rx脉冲的周期，即T1=(R1+2Rx)Cln2；T2为测电容Cx脉冲的周期，即T2=(R3+2R4)Cxln2；而，计数时间则由待测元件的脉冲控制，由于74LS194是上升沿有效

5、的，故只计数在高电平时的半个周期内基准脉冲的个数；由多谐振荡器的占空比公式：q=当R1很小可忽略时，显然q近似等于50，因此每次计数都是计半个周期内基准脉冲的个数。则，待测元件产生的脉冲与基准脉冲相与可得：=2N1或=2N2其中，N1、N2都是计数脉冲的个数。然后把计数脉冲送给计数器计数，然后经锁存电路、译码电路，最后驱动显示管显示。合理设置基准脉冲的参数及单位，使数字显示器显示的数字N便是Rx和Cx的大小。2、系统框图开关 选择 择 择 择 计数锁存 存 RC振荡器CX RC振荡器RX译码显示测试元件类型指示3、单元电路的功能及指标1）波形发生电路由555定时器与RC相连构成多谐振荡器，其功

6、能是产生三种不同频率的波形，基本原理图及输出波形图为： 多谐振荡器的电路图 多谐振荡器的输出波形图触发信号由电容器的充放电来提供。所以，电容器上的电压信号应该在两个阈值之间按指数规律转换。充电回路是RA、RB和C。此时相当输入是低电平，输出是高电平；当电容器充电达到2vcc/3时,即输入达到高电平时,电路的状态发生变化，输出变为低电平，电容器开始放电。当电容器放电达到vcc/3时,电路的状态又开始变化，如此循环。电容器之所以能够放电，是由于放电端7脚的作用，因7脚的状态与输出端一致，7脚为低电平电容器放电。2）计数器电路用74LS90构成十进制计数器。注意：清0方式及控制。 74LS90为中规

7、模TTL集成计数器，可实现二分频、五分频和十分频等功能，它由一个二进制计数器和一个五进制计数器构成。其引脚排列图和功能表如下所示： 74LS90的功能表为了精确需显示每一位，因此需要4个十进制加法计数器，这里选用4片74LS90级联起来构成所需的计数器。因为74LS90的异步清零端为高电平有效，因此，用控制脉冲的上升沿触发。将74LS90的1号引脚clk1与12号引脚Q0相连，构成十进制计数器；11号引脚Q3作为进位信号接到高位的时钟信号端（即高位的14号引脚clk0）。其电路图为：时钟信号控制信号进位信号计数器的电路图3）锁存器电路用4个74LS194构成四位锁存器。功能：锁存，送数。 若将

8、计数器输出直接接译码显示，则显示器上的数字就会随计数器的状态不停的变化，只有在计数器停止计数时，显示器上的显示数字才能稳定显示最终测量结果，所以需要在计数和译码电路之间设置锁存电路。锁存器选用4片4位锁存器74LS194，其工作状态也由控制器控制。 74LS194的引脚图 锁存器的电路图4）驱动译码电路译码器选用4片CD4511，功能：驱动4个共阴七段数码显示。特点：具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。可直接驱动LED显示器。 CD4511引脚图 LED引脚图CD4511驱动译码电路图5）数据选择用单刀双掷开关手动控制，功能：通过接红绿灯来指示被

9、测量是电容还是电阻。4、参数计算1）电阻参数计算根据公式：=2N1，T0=(R5+2R6)Cln2，T1=(R1+2Rx)Cln2；有 =2N1，令R5=R6=330，则R5+2R61k，C=10nF，R1=100大小可忽略不计；则有 Rx=N1*k2）电容参数计算基于电阻参数的计算，根据公式：=2N2，T2=(R3+2R4) Cxln2；有 =2N2，令R3=100大小可忽略不计，R4=10k，即R3+2R420 k，C=10nF；则有 Cx=N2*nF此时，通过数码管显示的数值就是所测电阻或者电容的大小，单位分别是k和nF。5、完整电路按照上述电路在面包板上安装、连线、调试，电源为+5V直

10、流电，注意共地线；数码管要接保护电阻，否则容易烧坏；每个集成块都有电源端和接地端；对于不用的引脚要做相应的处理；手动控制开关选择测试元件的类型；最下面3个多谐振荡器中，左边为测电阻脉冲发生器，中间为测电容脉冲发生器，右边的作为基准脉冲发生器；往上4个74LS90级联构成的四位十进制加法计数器；再往上是4个74LS194级联构成的四位锁存器；接下来是4个CD4511级联构成的数码管译码驱动电路，用于驱动数码管显示所测数据；最上面是4个共阴七段数码显示管，在驱动电路的作用下显示数值。七、组装调试1、使用的主要仪器、仪表1）计算机，用于前期仿真，以优化设计方案 ；2）直流稳压电源，为电路供电；3）示

11、波器，用于观察波形，读取周期和频率，检查电路故障；4）万用表，用于测量一般元件的参数，如电压、电流、电阻、电容等；2、调试电路的方法和技巧边安装边调试。把一个总电路按框图上的功能分成若干单元电路，分别进行安装和调试，在完成各单元电路调试的基础上逐步扩大安装和调试的范围，最后完成整机调试。 调试时应注意做好调试记录，准确记录电路各部分的测试数据和波形，以便于分析和运行时参考和撰写设计报告。（1）通电前检查 电路安装完毕，首先直观检查电路各部分接线是否正确，检查电源、地线、信号线、元器件引脚之间有无短路，器件有无接错。（2）通电检查 接入电路所要求的电源电压，观察电路中各部分器件有无异常现象。如果

12、出现异常现象，则应立即关断电源，待排除故障后方可重新通电。 （3）单元电路调试在调试单元电路时应明确本部分的调试要求，按调试要求测试性能指标和观察波形。调试顺序按信号的流向进行，这样可以把前面调试过的输出信号作为后一级的输入信号，为最后的整机联调创造条件。（4）整机联调整机联调时应观察各单元电路连接后各级之间的信号关系，主要观察动态结果，检查电路的性能和参数，分析测量的数据和波形是否符合设计要求，对发现的故障和问题及时采取处理措施。 3、测试的数据和波形并与计算结果比较分析 1）仿真测试数据：123456实际电阻1k5k10k20k50k100k测量电阻1k5k9.4k19.6k47k97k误

13、差比006%2%6%3%实际电容10nf15nf47nf100nf200nf500nf测量电容10nf14.5nf45.4nf98.8nf197.6nf493.4nf误差比03%3.4%1.2%1.2%1.32%2）电路测试数据：123标准电阻10k47k100k测量电阻9.2k45.5k98.6k误差比8%3.19%1.4%标准电容10nf100nf1uf测量电容9.2nf91.6nf975nf误差比8%8.4%2.5%4、调试中出现的故障、原因及排除方法1）电路不通，首先按照仿真电路图认真仔细检查电路，发现有多处接线错误，改正后重新测试，仍然不通，万用表测端点电压，发现某些引脚没有电压，重

14、新检查线路或者更换元件，直至通为止。2）没有输出波形，检查555定时器的连线，电源和共地以及电阻电容的选择或者更换555定时器。3）数码管显示不全或不亮，检查数码管的连线，是否接有保护电阻，电源线和接地线是否接错，检查驱动电路是否有问题，将驱动电路所不用的引脚接地，防止干扰。八、总结设计电路和方案的优缺点，指出课题的核心及实用价值，提出改进意见和展望。优点：在误差允许的范围内基本上实现了电阻电容参数的测试，电路简单易懂，成本低功耗低，容易实现，所采用元器件的品种少、体积小且货源充足；便于生产、测试和维修 。缺点：误差有些偏大，不能测量太大或太小的电阻和电容，电路性能不稳定，且存在大量的干扰。核

15、心及实用价值：主要深化所学理论知识，培养综合运用能力，增强独立分析与解决问题的能力。训练培养严肃认真的工作作风和科学态度，为以后从事电子电路设计和研制电子产品打下初步基础。改进和展望：改变参数以提高精确度和测量范围，减少干扰。九、所需元件1）集成芯片：555定时器 3个 74LS90 4个74LS194 4个 CD4511； 4个 2）共阴七段数码显示管（10脚） 4个3）单刀双掷开关 1个4）定值电阻：100 2个 330 2个1k 4个 10k 1个10k500k不等（作为待测电阻）5）无极性电容：10nF 6个 1、100nF各一个（作为待测电容）十、收获、体会通过此次实验综合运用所学各

16、科知识，涉及数字电子电路、模拟电子电路、电路及电子线路实验等的相关知识，综合性较强，结合所学知识设计出满足特定要求的电路。它不同于我们习惯的分析电路，即根据电路结构和参数分析得到电路所实现的功能。设计性实验对于我们运用所学的知识要求较高，因此在准备实验的过程中就复习了所需的基础知识；设计性实验需要预先根据要求确定所用电路和器件，因此要熟悉掌握各种典型电路的设计、功能和各种元器件的原理、功能等等；然后依照电路图将各模块联系起来，注意连接过程中元件的排布和布线，尽量使之匀称、美观；最后计算参数，确定参数是要多方面考虑每一个参数的改变所造成的影响，要有整体把握、综合考虑的眼光。根据调试过程中所发现的问题：第一，接线错误，是由于粗心造成的，因此必须要有严谨认真的科学态度；第二，调试输出波形，要保证电路的正确，了解各种器件的功能，明显感觉自己所学不扎实；第三，对于不用的引脚要作处理，数码管显示不全，是因为驱动电路存在干扰，因此要综合考虑，整体把握；第四，发现仿真结果时与所测结果差别很大，经过多组测试发现数量级出现了问题，对参数的数量级进行修正后仿真结果正确。设计性实验要求一定要有严谨认真的态度，任何一个细节都决定着实验的成败。通过此次实验也让我们认识了自己学习上的不足，对集成器件的功能及各管脚特