三位数字电容表

1、常熟理工学院课程设计报告目 录第一章 选题分析21.1 设计内容21.1.1设计目的21.1.2实验要求21.1.3实验原理图21.2器材和仪器2第二章 功能分析和设计方案32.1总体设计步骤32.2 具体设计与功能模块（模拟仿真）42.2.1 标准脉冲设计模块42.2.2待测脉宽产生电路42.2.3待测脉宽下的标准脉冲电路62.3 待测电容计算公式72.4脉冲计数电路与数码显示72.5 总体电路与仿真结果82.5.1总体电路图82.5.2 仿真结果9第三章 设计实现与调试103.1实物连接103.2电路测试103.3电路调试11总结12参考文献13第一章 选题分析1.1 设计内容1.1.1设

2、计目的：根据常用的电子技术知识，以及可获得技术书籍与电子文档，初步形成电子设计过程中收集、阅读及应用技术资料的能力；熟悉电子系统设计的一般流程；掌握分析电路原理、工程计算及对主要技术性能进行测试的常见方法；最终完成从设计图纸到实物搭建的整个过程，并调试作品。1.1.2实验要求：电容表测量范围1999F，使用3 位数码管显示。电路设有启动按钮、复位按钮。按启动按钮后，电路开始测试，测试结束后，显示待测电容值。按复位按钮，电路复位，显示值清零，准备下一次测试。1.1.3实验原理图：图1 原理框图表示基本原理：采用间接法测量电容的容量。电容器的充电时间和其容量大小有关，容量大的电容需要的充电时间长；

3、容量小的电容需要的充电时间短。当选定固定电阻后，充电时间就与电容容量大小成正比。利用电容这一特性，将被测电容的充电时间作为门控信号，将基准脉冲发生电路所提供的脉宽作为测量尺度，在被测电容充电时间的同时，将控制闸门打开，让计数与显示电路统计并显示输入计数器脉冲的个数，电容充电结束的同时将控制闸门关闭，计数器显示的脉冲个数即为被测电容的容量。1.2器材和仪器名称数目名称数目CD4511（DIP封装）3CD4511（DIP封装）3CD4011（DIP封装）1微动自复式开关3NE555（DIP封装）21/4W电阻100874LS192（DIP封装）31/4W电阻1K1CD4081（DIP封装）11/4

4、W电阻3K3独石电容0.1uF11/4W电阻5.1K2独石电容1uF11/4W电阻10K1独石电容0.01uF11/4W电阻20K1第二章 功能分析和设计方案2.1总体设计步骤1）因为电容器的充电时间和其容量大小有关，所以可以将待测电容放入电路中，通过测量电容充电时间来测量电容值，用555定时器组成单稳态触发器，所以单稳态的高电平持续时间就是电容充电时间。2) 用555定时器组成多谐振荡器产生标准脉冲，作为单稳态发生电路所提供的脉宽的测量标准测量尺度。3）用计数器对一个脉宽时间内的脉冲个数计数，计数器显示的脉冲个数即为被测电容的容量。4)基本原理计算公式2.2 具体设计与功能模块（模拟仿真）2

5、.2.1 标准脉冲设计模块设计的标准脉冲电路要求可以产生持续的方波脉冲 图2.2.1 标准脉冲产生电路图2.2.2 标准脉冲波形脉冲周期:t=0.7*(R5+2*R6)*C32.2.2待测脉宽产生电路通过单稳态触发器产生高电平脉宽图2.2.3 待测脉宽产生电路图2.2.4 单稳态电路产生高电平脉宽高电平脉宽时间T=1.1*R1*C12.2.3待测脉宽下的标准脉冲电路图2.2.5 产生计数脉冲图2.2.6待测脉宽下的标准脉冲2.3 待测电容计算公式设单稳态电路产生脉宽时间为 T=1.1*R1*Cx多谐振荡器脉冲周期为 t=0.7*(R5+2*R6)*C3单稳脉宽下的脉冲个数为 D待测电容的值为

6、Cx=D*10(-6)所以可得下列等式： 所测的电容值默认单位为uF2.4脉冲计数电路与数码显示图 2.4.1计数与数码显示电路2.5 总体电路与仿真结果2.5.1总体电路图图2.5.1 三位数字电容表电路图2.5.2 仿真结果图2.5.2 30uF电容测试图2.5.3 100uF电容测试图2.5.4 800uF电容测试第三章 设计实现与调试3.1实物连接图3.1.1电路实物图3.2电路测试我们在进行电路测试后发现通过电路的测量得到的数值要比真实的数值大，下面以47uF的电容测试为例。图3.2.1 47uF电容测试根据电容测试公式 ，我们可以得知电容的测量与电阻R1、R5、R6有关，而且测量值

7、比真实值大，所以只要将R1调小，或者将R5、R6调大一些就可以减小误差，我们的改进方案是将R5、R6的阻值调大。3.3电路调试图3.3.1 220uF电容值测试通过对R5、R6的阻值的适当调试之后，实际电路所测得的数值与真实值基本相同，上图所示为调试后进行的220uF数值的测试结果。总结通过对课程设计的原理图，来确定需要的功能模块。再根据对应模块，来初步确定所需的器材。然后查找各个芯片的功能和建议电容表的工作原理，最终确定制作方案。本次方案的实施是有序进行的，我们小组通过对每个功能模块的讨论和研究，尽量把每个功能模块都做好，最后再将所有的功能模块整合在一起。这个系统的设计思路还是很清晰的，但是

8、所需要的器件是比较多的，这就需要我们对每个器件的功能要深入地了解。就这样，我们的仿真部分做得还算顺利。在具体的硬件制作过程中就出现了一些问题。所需的器件较多，带来的后果就是要连的线就多，如果器件的摆放位置不合理，就会使面包板的制作变得异常艰难。所以我们又进行了一番讨论最终定硬件安装方案。硬件制作过程结束之后进行调试。但是发现了一个大问题。那就是我们调试出来的实验值与我们仿真的结果相差太大。但是我们迟迟不能找到具体问题出在哪里？最后没办法问老师，在老师所提出的问题中，我们似乎找到了解决的方案，经过讨论成果解决。我们所做的系统还有一个重要的问题，就是启动开关如果一直按住，那么我们测试结果将不停地放大。对于这个问题我们还需要进一步地研究。这次的课程设计让我知道了合作是多么的重要，如果是自己一个人来做系统，可能花费再长的时间也有可能做不出系统。在设计的过程中，我们要有不断进取的精神，要精益求精。即使是一些小问题也要尽力解决它，问题的解决可以有多种途径，我们可以问同学，问老师让我们解决问题更有效率。这样可以省掉我们大量的时间和精力。这次的课程设计是我们人生的宝贵财富。它提供了我们在电路设计上的一些基本经验，这对我们以后的工作具有重大意义。最后我们想对给我们提供想法，帮助我们解决问题的同学和老师表示真诚的感谢！参考文献1 顾江，鲁宏. 电子电路基础实验与实践数