课程设计,电容测试仪设计报告

1、武汉理工大学数字电子技术基础课程设计说明书目录1 设计方案12 单元电路设计及原理2 2.1 控制器电路2 2.2 时钟脉冲发生器2 2.3 计数、锁存和显示电路33 参数设计44 整体电路演示55 主要元件介绍6 5.1 74ls90计数器6 5.2 74ls75锁存器7 5.3 74LS48译码器8 5.4 555定时器9 5.5共阴极七段显示器106 仿真软件介绍12 6.1 EWB的特点12 6.2 EWB的优点127 实物制作14 7.1实物电路14 7.2装配焊接与测试14 7.3主要元器件列表158 心得体会16参考文献171设计方案由555定时器芯片、74lLS90计数器芯片、

2、74LS75锁存器芯片、74LS48译码器芯片及共阴极七段显示器构成电容测试仪，测试的电容范围为100PF-1F。测电容的大小转换成脉冲的宽窄，即控制脉冲宽度Tx严格与Cx成正比只要把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cx的大小该方案的原理框图如图1所示图1.1原理框图2单元电路设计及原理 2.1 控制器电路控制器的主要功能是根据被测电容cx的容量大小形成与其成正比的控制脉冲宽度Tx电路原理图及其输出波形如图2.1,2.2所示。 图2.1单稳态触发器 图2.2工作波形

3、当被测电容cx接到电路中之后，只要按一下开关S，电源电压送给555定时器的低电平触发端2一个负脉冲信号使单稳态触发器由稳态变为暂稳态，其输出端3由低电平变为高平该高电平控制与门使时钟脉冲信号通过，送入计数器计数暂稳态的脉冲宽度为Tx=1.1RCx然后单稳态电路又回到稳态，其输出端3变为低电平，停止计数。可见，控制脉冲宽度Tx与RCx成正比如果R固定不变，则计数时钟脉冲的个数将与cx的容量值成正比，可以达到测量电容的要求。2.2时钟脉冲发生器这里选用由555定时器构成的多谐振荡器来实现时钟产生功能电路原理图及其输出波形如图2.3,2.4所示。 图2.3多谐震荡器 图2.4工作波形 与单稳态触发器

4、比较，它是利用电容器的充放电来代替外加触发信号，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；当电容器充电达到时，即输入达到高电平时，电路的状态发生翻转，输出为低电平，电容器开始放电。当电容器放电达到时，电路的状态又开始翻转。如此不断循环。电容器之所以能够放电，是由于有放电端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。2.3 计数、锁存和显示电路计数器的计数范围数为100pf-1f，因此需要采用6个二 十进制加法计数器这里选用5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

5、效，因此，用控制器输出信号的低电平清零时，必须加一级反向器再接到每个计数器的清零端如果将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，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6片4位锁存器74LS75，其工作状态也由控制器控制注意74ls75锁存器为低电平有效，即G1= =0时，锁存器的输出被锁存在跳变时的状态不变，所以可直接用控制器输出信号锁存图2.5为计数、锁存和显示电路。图2.5计数、锁存、译码、显示原理图3 参数设计设单稳态触发器中555外侧电阻为RL，所测电容为Cx；多谐振荡器中555外侧的两个电

6、阻分别为RA和RB，电容为C。555单稳态触发器由一次按键触发产生的脉宽为tw=1.1RLCx555多谐振荡器的脉冲周期为T=0.7(RA +2RB)C电路中RA和RB选用同一阻值的电阻，这样脉冲周期就为T=2.1RAC假设在tw这段时间内振荡器产生了n个脉冲，要使n在数值上与Cx相等，这样最后显示出的数值就等于Cx，则有tw=nT。即1.1RLCx=2.1RAC若RA选择1K，C选择100PF，则RL要选择190.91 K。4 整体电路演示5 主要元件介绍5.1 74ls90计数器图5.1 74LS90引脚排列表5.1 74LS90功能表通过不同的连接方式，74LS90可以实现四种不同的逻辑

7、功能；而且还可借助R0（1）、R0（2）对计数器清零，借助S9（1）、S9（2）将计数器置9。其具体功详述如下： （1） 计数脉冲从CP1输入，QA作为输出端，为二进制计数器。 （2） 计数脉冲从CP2输入，QDQLQH作为输出端，为异步五进制加法计数器。 （3） 若将CP2和QA相连，计数脉冲由CP1输入，QD、QC、QB、QA作为输出端，则构成 异步8421码十进制加法计数器。 （4） 若将CP1与QD相连，计数脉冲由CP2输入，QA、QD、QC、QB作为输出端，则构成 异步5421码十进制加法计数器。 （5） 清零、置9功能。 a) 异步清零 当R0（1）、R0（2）均为“1”；S9（1

8、）、S9（2）中有“0”时，实现异步清零功能，即QDQCQBQA=0000。 b) 置9功能 当S9（1）、S9（2）均为“1”；R0（1）、R0（2）中有“0”时，实现置9功能，即QDQCQBQA =1001. 5.2 74ls75锁存器该寄存器具有异步清零功能，当RD=0时，触发器全部清零；当RD=1，仅在上升沿，送到数据输入端的数据被存入寄存器，实现送数功能。由于此寄存器是由边沿触发器构成，所以其抗干扰能力很强。图5.2 74LS75锁存器管脚图表5.2 74LS75功能表输入输出DGQQ0 1011110X0Q0Q05.3 74LS48译码器 74LS48 是七段显示译码器，现将各管脚

9、功能介绍一下：A、B、C、D 是 BCD 码的输入端；a,b,c,d,e,f,g 是输出端；试灯输入端LT ：低电平有效。当LT 0 时，数码管的七段应全亮，与输入的译码信号无关。本输入端用于测试数码管的好坏；RBI ：低电平有效。当LT 1、RBI 0、且译码输入全为 动态灭零输入端0 时，该位输出不显示，即 0 字被熄灭；当译码输入不全为 0 时，该位正常显示。本输入端用于消隐无效的 0。如数据 0034.50 可显示为 34.5； RBOBI / ：这是一个特殊的端钮，有时用作输入， 灭灯输入/动态灭零输出端有时用作输出。当RBOBI / 作为输入使用，且 RBOBI / 0 时，数码管

10、七段全灭，与译码输入无关。当RBOBI / 作为输出使用时，受控于LT 和RBI ：当LT 1 且RBI 0时， RBOBI / 0；其它情况下 RBOBI / 1。本端钮主要用于显示多位数字时，多个译码器之间的连接。 图5.3 74LS48译码器管脚图表5.3 74ls48译码器功能表5.4 555定时器555定时器是一种功能强大的模拟数字混合集成电路由电路图和功能表可以得出如下结论：(1) 555定时器有两个阈值，分别是1/3Vcc和2/3Vcc。 (2) 输出端3脚和放电端7脚的状态一致，输出低电平对应放电管饱和，在7脚外接有上拉电阻时，7脚为低电平。输出高电平对应放电管截止，在有上拉电

11、阻时，7脚为高电平。3) 输出端状态的改变有滞回现象，回差电压为1/3Vcc。(4) 输出与触发输入反相。图5.4 555定时器电路图(a) 内部结构图 (b) 简化电路图表5.4 555定时器功能表5.5 共阴极七段显示器LED显示器是由发光二极管作为为显示字段的数码显示器件，图6为一位LED显示器的外形和引脚图，其中七只发光二极管(ag七段)构成字型“8”，另外还有一只发光二极管dp作为小数点。 当显示器的某一段发光二极管通电时，该段发光，例如，使b、c、f、g这4段发光二极管通电，则显示字符“4”。图5.5 LED显示器的引脚图6仿真软件介绍6.1 EWB的特点 （1）采用直观的图形界面

12、创建电路：在计算机屏幕上模仿真实实验室的工作台，绘制电路图需要的元器件、电路仿真需要的测试仪器均可直接从屏幕上选取； （2）软件仪器的控制面板外形和操作方式都与实物相似，可以实时显示测量结果。 （3）EWB软件带有丰富的电路元件库，提供多种电路分析方法。 （4）作为设计工具，它可以同其它流行的电路分析、设计和制板软件交换数据。 （5）EWB还是一个优秀的电子技术训练工具，利用它提供的虚拟仪器可以用比实验室中更灵活的方式进行电路实验，仿真电路的实际运行情况，熟悉常用电子仪器测量方法。与其他电路仿真软件(Protel99)相比，具有界面直观、操作方便等优点。他改变了一般电路仿真软件输入电路必须采用

13、文本方式的不便，创建电路选用元器件和测试仪器等均可直接从屏幕上器件库和仪器库中直接选取。电子电路的分析、设计与仿真工作蕴含于轻点鼠标之间，不仅为电子电路设计者带来了无尽的乐趣，而且大大提高了电子设计工作的质量和效率。6.2 EWB的优点1、各元器件选择范围广，参数修改方便，不会象实际操作那样多次地把元件焊下而损坏器件和印刷电路板。使电路调试变得快捷方便。对模拟电子技术基础课程中的绝大部分电路都能应用，不仅能用于对单个电路特性和原理进行验证，也能就用于多级的组合电路。2、元件库不但提供了各种丰富的分立元件和集成电路等元器件,是一个全开放性的仿真实验和课件制作平台,给我们提供了一个实验器具完备的综

14、合性电子技术实验室。可以在任意组合的实验环境中，搭建实验。通过元件复制或单级电路的复制来完成整个电路的组装。因此也适用于较大型的设计性实验。3、EWB（电子学工作平台）为我们提供了一个很好的实用工具，使我们能够在教学过程中随时提供实验、演示和电路分析。教师可以在多媒体教室中深入浅出地分析各种电路的特性，讲解各种参数改变对电路的影响。学生可结合学习内容，进行接近于实际电路的调试分析，有利于对加深对理论理解。特别是一些大中专院校和广播电视大学，通过这样的计算机模拟仿真实验，把电子技术的理论教学和实验教学有机地结合了起来。7 实物制作7.1实物电路根据实际情况，现只制作1uf-99uf电容测试仪，电

15、路原理与上述原理相同，电路如图图7.1 Cx=46uf时的仿真7.2装配焊接与测试1、焊点检查：在断电情况下，逐点检查各焊盘的焊接情况，看是是否有虚焊和漏焊及短路和断路的地方；2、加电检查：在1完好的情况下，加上电，打开开关，电源指示灯被点亮，用手逐个摸芯片，看是否有发烫的情况：如有，赶快断电，看电压是否加错或者再回头检查一下电路。3、待测电容调试：1）在2完好后，加上一个标称值为10u的电容进行测试，发现按一次键，显示一个值，清零后，再按一次键，显示值与上一次显示值不一致，后查阅相关资料，这是由于输入的低脉冲时间大于输出的tw，导致单稳态触发器不能正常工作，须在输入端加上有一个电容和电阻构成

16、微分电路方能正常工作；3）在此基础上改变单稳态触发器上输入端的精密可调电位器R的阻值，从而使显示值与标称值相等；4）再更换不同电容值（从小到大更换）进行测试，发现1u65u显示值与电容标称值完全吻合（小于1u显示1）。到47u时，显示值为47，然后100u显示值为98。7.3主要元器件列表表7.1元件清单序号 器件名称 数量 备注 1 74LS752锁存器 2 74LS902异步加法计数器3 74LS48 2 译码器 4 74LS04 1 非门 5 74LS48 2 译码器 6 NE555 2定时器7 BCD七段显示器 2 共阴极 8 心得体会通过两周的课程设计，考察我们对组合和时序逻辑电路的掌握情况。同时也锻炼我们使用仪器和计算机辅助设计的技能，使学过的知识得到了巩固与复习。但更重要的是把原来所学的理论知识与实际的生活联系在了一起。是学习变成了一种乐趣。使知识形象具体的被掌握。在实验过程锻炼了自己的思考能力和动手能力。在通过题目设计电路的过程中，加强了我思考问题的的完整性和与实际生活联系的可行性。在方案设计选择和芯片的选择上，使我对理论知识和芯片的原理和功能有了更深刻的记忆，锻炼了自己对问题的分析和解决能力同时也锻炼了自己的耐心。 当通过自己的努力解决问题，在老师的帮助下排除困难后，看着设计出来的电路能实现预想的功能，体会到了成功的喜悦。希望以后还能够有自己真正动手的机会！