1、<p><b>　　電子線路與設計</b></p><p><b>　　課程設計說明書 </b></p><p>　　題 目：數(shù)字電容測量電路</p><p>　　專業(yè)班級： 電子信息工程一班</p><p>　　姓 名： </p><p>　　學

2、 號： </p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　課程設計目的和要求······················

3、3;··1</p><p>　　設計方案與基本原理·························2</p><p>　

4、　電路設計·································4</p><

5、p>　　電路調(diào)試································9</p><

6、p>　　設計小結·······························9</p><p>　

7、　六、參考文獻·····························10 </p><p>　　附錄·

8、83;······························10</p><p>　　一、 課程設計目的和要

9、求</p><p>　　1.1 課程設計設計目的</p><p>　　1.識別電阻，電容等電子元件器件及性能指標。</p><p>　　2.了解555定時器，4024，LM358，74LS04集成塊的使用。</p><p>　　3.理解數(shù)字電容測量電路各個部件的原理。</p><p>　　4.清楚焊接電子元件的注意事

10、項,熟練操作焊接電子器件。</p><p>　　5.明白電路的調(diào)試以及電路的性能分析</p><p>　　1.2 課程設計要求</p><p>　　1 畫出電路原理圖</p><p>　　2 查閱主要器件 （4024，74LS00，LM358）的技術資料</p><p>　　3辨認套件中的所有電子元器件以及印刷電路板

11、</p><p><b>　　4 焊接</b></p><p><b>　　5 測試</b></p><p>　　6 分析故障和排除故障，并將分析和派出過程記錄下來</p><p>　　二、 設計方案與基本原理</p><p><b>　　2.1 設計內(nèi)容<

12、;/b></p><p>　　1 設計電容數(shù)字測量儀電路。 </p><p>　　2 組裝、調(diào)試電容數(shù)字測量儀單元電路和整機系統(tǒng)。 </p><p>　　3 畫出電容數(shù)字測量儀的電路圖，寫出設計報告</p><p>　　2.2設計方案比較與論證</p><p>　

13、　目前，測量電子元件集中參數(shù)R、L、C的儀表種類較多，方法也各不相同，這些方法都有其優(yōu)缺點。 </p><p>　　方案一：像測量R一樣，測量電容C的最典型的方法是電橋法，如圖1所示。只是電容C要用交流電橋測量。電橋的平衡條件為 </p><p>　　??????? </p><p>　　方案二 通過對電容器加以均勻充電，利用充電的時

14、間來確定電容的電量，即C=IT/U。電容充電時間由555定時器產(chǎn)生的定時脈沖時間乘上電容器電壓到達指定的電壓值的時間確定。最后由4024計數(shù)器計算脈沖個數(shù)，再用LED燈顯示所測電容的數(shù)值。根據(jù)本實驗的設定，R1選取82K,被測電容為1UF，每0.04秒產(chǎn)生一個脈沖，則每1UF產(chǎn)生一個計數(shù)值，7個LED燈可以產(chǎn)生0000000-1111111（0-127）個狀態(tài)，即讀取的LED值則為所測電容的容量。</p><p>

15、;　　通過比較，方案一通過調(diào)節(jié)阻抗Z1、Z2使電橋平衡，這時電表讀數(shù)為零。根據(jù)平衡條件以及一些已知的電路參數(shù)就可以求出被測參數(shù)。用這種測量方法，參數(shù)的值還可以通過聯(lián)立方程求解，調(diào)節(jié)電阻值一般只能手動，電橋的平衡判別亦難用簡單電路實現(xiàn)。這樣，電橋法不易實現(xiàn)自動測量。所以采用方案二的方法簡單比較容易實現(xiàn)。所以本設計采用方案二來實現(xiàn)對電容值的測量。</p><p>　　2.3 系統(tǒng)方案設計與總原理圖 </p>

16、;<p>　　當充電電流恒定不變時，電容電壓將隨充電過程的進行其電壓均勻增加，在充電電流恒定的情況下，充到一定的電壓所用的時間將與電容器電容成正比，電容量越大，充電時間越長，電容量越小，充電時間越短。由Q=CU得IT=CU則 C=IT/U，可見，可以通過充電時間的長短來測量電容。其設計方案的系統(tǒng)框圖如圖二所示：</p><p>　　圖二 系統(tǒng)框圖</p><p>　　

17、電容器均勻充電電路用于給電容充以均勻的電壓，利用電容充到一定電壓所用的時間長短來測量電容比較器把電容兩端的電壓與一個經(jīng)一定電阻分壓確定的比較電壓進行比較，在電容兩端的電壓小于設定的比較電壓時表示電路處于測試階段，當電容兩端的電壓大于設定的比較電壓時表示電路處于準備階段 555多諧振蕩為控制信號產(chǎn)生電路，在電容電壓小于設定比較電壓期間，其產(chǎn)生的脈沖個數(shù)是與電容C正比，通過數(shù)據(jù)設計，可使一個脈沖對應一個電容單位。</p>&l

18、t;p>　　二進制計數(shù)器電路用于計數(shù)輸入的脈沖個數(shù)來確定電容的大小。LED</p><p>　　顯示電路用于顯示計數(shù)的值，選取7個LED燈可以產(chǎn)生2的7次方即128</p><p>　　個狀態(tài)，根據(jù)LED的熄滅自接讀取電容的容值。</p><p><b>　　三、電路設計</b></p><p>　　3.1電容恒定

19、充電電路</p><p>　　電路的關鍵是有一個對電容器充電的恒定電流電路。當S1，S2斷開時，運放UIA的同相輸入端電位等于反相輸入端的電位為：VCC*R3/(R2+R3)，按本電路所確定的電阻阻值，在運放UIA的同相輸入端產(chǎn)生一2.245V，也就是反相輸入端的電壓。所以被測電容C的充電電流等于R1的電流，即從右到左的電流為2.245/82=0.0274mA。因此，在運放UIA的輸出端的電位從開始充電時起的2.

20、245V逐漸增加。電路圖如圖三所示：</p><p><b>　　圖三</b></p><p><b>　　3.2比較器電路</b></p><p>　　UIB構成比較器，比較電壓為3.33V，比較電壓的大小是由電阻R4、R5決定的，也可以選用其它電阻而改變比較電壓，只是注意到比較電壓必須大于運入UIA輸出端初始電壓，而且

21、不能太接近。變化電壓就是UIA的輸出電壓（從2.245V逐漸增加）到比較電壓。在初始狀態(tài)時，Un=0，所以Ur=0，使得發(fā)光二極管D1亮。開始測量后，Un=1，所以Ur=1，使得發(fā)光二極管D2亮。但當變化電壓增加到3.33V時，比較器輸出0，使得Ur=0，使得發(fā)光二極管D1亮。可見：</p><p>　　發(fā)光二極管D1亮時，表示電路處于準備階段或表示測量過程結束，發(fā)光二極管D2亮時，表示電路處于測量階段。電路如圖

22、四所示： </p><p><b>　　圖四</b></p><p>　　3.3 555多諧振蕩器</p><p>　　555多諧振蕩器控制信號產(chǎn)生電路。在初始狀態(tài)時Ur=0,振蕩器不工作，開始測量后。Ur=1，振蕩器工作，當變化電壓增加到3.33V時，Ur=0，振蕩器立即停止工作，所以振蕩器是在變化電壓從2.245V變化到3.33V期

23、間工作。此期間產(chǎn)生的脈沖個數(shù)是與電容成正比的。數(shù)據(jù)設計合理，可以使得1個脈沖數(shù)對應1個電容單位。電路設計圖如上。由本電路圖設計，1個脈沖對應容量1uF，這樣計數(shù)器輸端輸出的數(shù)字就是直接可以讀出的電容器的電容量。設計多諧振蕩器頻率為f=25HZ，即周期為T=0.04秒。由關系式f=1.43/{(2R7+R8)C1}確定R9、R10、C2的值。以上電路選用R9=240K，R10=100K，C2=104，下面確定R1的值，被測電容就是1uF，

24、此時就只能產(chǎn)生一個脈沖，即電容在測量過程中的時間為0.04秒，所充電壓為：3.33V-2.245V=1.088V。因電容Q=CU，即IT=CU即0.04*I=10-6*1.088，解得I=0.272*10-4A 所以R1=2.245V/0.272*10-4A=82.5KΩ，可取R1=82KΩ。若取f=16HZ，按同樣計算方法得R1=128.</p><p><b>　　圖五</b></

25、p><p>　　3.4 七位二進制計數(shù)器4024與LED燈顯示</p><p>　　七位二進制計數(shù)器4024根據(jù)CLK引腳輸入的脈沖的下降沿來計數(shù)脈沖個數(shù)，當1UF產(chǎn)生一個脈沖個數(shù)時，4024可以輸出Q7Q6Q5Q4Q3Q2Q1共七個狀態(tài)，即發(fā)測量最大127UF的電容。然后后接一個LED顯示電路，根據(jù)LED燈直接讀出電容容值。七位二進制計數(shù)器4024與LED燈顯示的電路如圖六所示：</p

26、><p><b>　　圖六</b></p><p><b>　　3.5 總原理圖</b></p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)設定方案的要求，取555多諧振蕩器的振蕩頻率為f=25HZ,即周期為T=0.04S，確定電阻電容值以電容增加1UF正好產(chǎn)生一個脈沖。選取4024七段二進制計數(shù)器?？傇韴D如圖七所示：、</p>&

27、lt;p><b>　　圖七</b></p><p><b>　　四、 電路調(diào)試</b></p><p>　　1.觀察所焊接的電路板處于正常狀態(tài)，將直流電源+5V接入到J1接口。</p><p>　　2.閉合開關S，在被測電容的位置上插上標準的100UF的電容器，斷開開關，觀察的顯示數(shù)據(jù)，當發(fā)光二極管所顯示的數(shù)據(jù)小于

28、１００時，說明振蕩器的頻率低了，并電阻升高頻率，反之并聯(lián)電容降低頻率，直到顯示的數(shù)據(jù)約為１００即可。</p><p>　　3.閉合開關，在被測電容的位置上插上10UF的被測電容器。斷開開關S，觀察表示輸出的發(fā)光二極管的狀態(tài)變化，當發(fā)光二極管穩(wěn)定后，讀取計數(shù)值為10。</p><p><b>　　五、 設計小結</b></p><p>　　通過本

29、次課程設計是我感覺到理論與實際相結合非常重要，只有理論知識不會動手只能干著急，同時在設計中遇到各種各樣的問題，同時感覺到自己的不足，對以前學的知識理解不夠深刻，掌握不牢固。所以在以后的學習中一定要時常溫故從而達到知新的效果。并且還要培養(yǎng)自己的團隊合作意識，學會與他人合作、交流。</p><p><b>　　六、參考文獻</b></p><p>　　1《數(shù)字電子技術》