課程設計,電容測試儀設計報告

1、武漢理工大學數字電子技術基礎課程設計說明書目錄1 設計方案12 單元電路設計及原理2 2.1 控制器電路2 2.2 時鐘脈沖發(fā)生器2 2.3 計數、鎖存和顯示電路33 參數設計44 整體電路演示55 主要元件介紹6 5.1 74ls90計數器6 5.2 74ls75鎖存器7 5.3 74LS48譯碼器8 5.4 555定時器9 5.5共陰極七段顯示器106 仿真軟件介紹12 6.1 EWB的特點12 6.2 EWB的優(yōu)點127 實物制作14 7.1實物電路14 7.2裝配焊接與測試14 7.3主要元器件列表158 心得體會16參考文獻171設計方案由555定時器芯片、74lLS90計數器芯片、

2、74LS75鎖存器芯片、74LS48譯碼器芯片及共陰極七段顯示器構成電容測試儀，測試的電容范圍為100PF-1F。測電容的大小轉換成脈沖的寬窄，即控制脈沖寬度Tx嚴格與Cx成正比只要把此脈沖與頻率固定不變的方波即時鐘脈沖相與，便可得到計數脈沖，把計數脈沖送給計數器計數，然后再送給顯示器顯示如果時鐘脈沖的頻率等參數合適，數字顯示器顯示的數字N便是cx的大小該方案的原理框圖如圖1所示圖1.1原理框圖2單元電路設計及原理 2.1 控制器電路控制器的主要功能是根據被測電容cx的容量大小形成與其成正比的控制脈沖寬度Tx電路原理圖及其輸出波形如圖2.1,2.2所示。 圖2.1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 圖2.2工作波形

3、當被測電容cx接到電路中之后，只要按一下開關S，電源電壓送給555定時器的低電平觸發(fā)端2一個負脈沖信號使單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器由穩(wěn)態(tài)變?yōu)闀悍€(wěn)態(tài)，其輸出端3由低電平變?yōu)楦咂皆摳唠娖娇刂婆c門使時鐘脈沖信號通過，送入計數器計數暫穩(wěn)態(tài)的脈沖寬度為Tx=1.1RCx然后單穩(wěn)態(tài)電路又回到穩(wěn)態(tài)，其輸出端3變?yōu)榈碗娖?，停止計數?？梢?，控制脈沖寬度Tx與RCx成正比如果R固定不變，則計數時鐘脈沖的個數將與cx的容量值成正比，可以達到測量電容的要求。2.2時鐘脈沖發(fā)生器這里選用由555定時器構成的多諧振蕩器來實現時鐘產生功能電路原理圖及其輸出波形如圖2.3,2.4所示。 圖2.3多諧震蕩器 圖2.4工作波形 與單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

4、比較，它是利用電容器的充放電來代替外加觸發(fā)信號，所以，電容器上的電壓信號應該在兩個閾值之間按指數規(guī)律轉換。充電回路是RA、RB和C。此時相當輸入是低電平，輸出是高電平；當電容器充電達到時，即輸入達到高電平時，電路的狀態(tài)發(fā)生翻轉，輸出為低電平，電容器開始放電。當電容器放電達到時，電路的狀態(tài)又開始翻轉。如此不斷循環(huán)。電容器之所以能夠放電，是由于有放電端7腳的作用，因7腳的狀態(tài)與輸出端一致，7腳為低電平電容器放電。2.3 計數、鎖存和顯示電路計數器的計數范圍數為100pf-1f，因此需要采用6個二 十進制加法計數器這里選用5片74ls90級聯起來構成所需的計數器因為74ls90的異步清零端為高電平有

5、效，因此，用控制器輸出信號的低電平清零時，必須加一級反向器再接到每個計數器的清零端如果將計數器輸出直接接譯碼顯示，則顯示器上的數字就會隨計數器的狀態(tài)不停的變化，只有在計數器停止計數時，顯示器上的顯示數字才能穩(wěn)定，所以需要在計數和譯碼電路之間設置鎖存電路鎖存器選用6片4位鎖存器74LS75，其工作狀態(tài)也由控制器控制注意74ls75鎖存器為低電平有效，即G1= =0時，鎖存器的輸出被鎖存在跳變時的狀態(tài)不變，所以可直接用控制器輸出信號鎖存圖2.5為計數、鎖存和顯示電路。圖2.5計數、鎖存、譯碼、顯示原理圖3 參數設計設單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器中555外側電阻為RL，所測電容為Cx；多諧振蕩器中555外側的兩個電

6、阻分別為RA和RB，電容為C。555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器由一次按鍵觸發(fā)產生的脈寬為tw=1.1RLCx555多諧振蕩器的脈沖周期為T=0.7(RA +2RB)C電路中RA和RB選用同一阻值的電阻，這樣脈沖周期就為T=2.1RAC假設在tw這段時間內振蕩器產生了n個脈沖，要使n在數值上與Cx相等，這樣最后顯示出的數值就等于Cx，則有tw=nT。即1.1RLCx=2.1RAC若RA選擇1K，C選擇100PF，則RL要選擇190.91 K。4 整體電路演示5 主要元件介紹5.1 74ls90計數器圖5.1 74LS90引腳排列表5.1 74LS90功能表通過不同的連接方式，74LS90可以實現四種不同的邏輯

7、功能；而且還可借助R0（1）、R0（2）對計數器清零，借助S9（1）、S9（2）將計數器置9。其具體功詳述如下： （1） 計數脈沖從CP1輸入，QA作為輸出端，為二進制計數器。 （2） 計數脈沖從CP2輸入，QDQLQH作為輸出端，為異步五進制加法計數器。 （3） 若將CP2和QA相連，計數脈沖由CP1輸入，QD、QC、QB、QA作為輸出端，則構成 異步8421碼十進制加法計數器。 （4） 若將CP1與QD相連，計數脈沖由CP2輸入，QA、QD、QC、QB作為輸出端，則構成 異步5421碼十進制加法計數器。 （5） 清零、置9功能。 a) 異步清零 當R0（1）、R0（2）均為“1”；S9（1

8、）、S9（2）中有“0”時，實現異步清零功能，即QDQCQBQA=0000。 b) 置9功能 當S9（1）、S9（2）均為“1”；R0（1）、R0（2）中有“0”時，實現置9功能，即QDQCQBQA =1001. 5.2 74ls75鎖存器該寄存器具有異步清零功能，當RD=0時，觸發(fā)器全部清零；當RD=1，僅在上升沿，送到數據輸入端的數據被存入寄存器，實現送數功能。由于此寄存器是由邊沿觸發(fā)器構成，所以其抗干擾能力很強。圖5.2 74LS75鎖存器管腳圖表5.2 74LS75功能表輸入輸出DGQQ0 1011110X0Q0Q05.3 74LS48譯碼器 74LS48 是七段顯示譯碼器，現將各管腳

9、功能介紹一下：A、B、C、D 是 BCD 碼的輸入端；a,b,c,d,e,f,g 是輸出端；試燈輸入端LT ：低電平有效。當LT 0 時，數碼管的七段應全亮，與輸入的譯碼信號無關。本輸入端用于測試數碼管的好壞；RBI ：低電平有效。當LT 1、RBI 0、且譯碼輸入全為 動態(tài)滅零輸入端0 時，該位輸出不顯示，即 0 字被熄滅；當譯碼輸入不全為 0 時，該位正常顯示。本輸入端用于消隱無效的 0。如數據 0034.50 可顯示為 34.5； RBOBI / ：這是一個特殊的端鈕，有時用作輸入， 滅燈輸入/動態(tài)滅零輸出端有時用作輸出。當RBOBI / 作為輸入使用，且 RBOBI / 0 時，數碼管

10、七段全滅，與譯碼輸入無關。當RBOBI / 作為輸出使用時，受控于LT 和RBI ：當LT 1 且RBI 0時， RBOBI / 0；其它情況下 RBOBI / 1。本端鈕主要用于顯示多位數字時，多個譯碼器之間的連接。 圖5.3 74LS48譯碼器管腳圖表5.3 74ls48譯碼器功能表5.4 555定時器555定時器是一種功能強大的模擬數字混合集成電路由電路圖和功能表可以得出如下結論：(1) 555定時器有兩個閾值，分別是1/3Vcc和2/3Vcc。 (2) 輸出端3腳和放電端7腳的狀態(tài)一致，輸出低電平對應放電管飽和，在7腳外接有上拉電阻時，7腳為低電平。輸出高電平對應放電管截止，在有上拉電

11、阻時，7腳為高電平。3) 輸出端狀態(tài)的改變有滯回現象，回差電壓為1/3Vcc。(4) 輸出與觸發(fā)輸入反相。圖5.4 555定時器電路圖(a) 內部結構圖 (b) 簡化電路圖表5.4 555定時器功能表5.5 共陰極七段顯示器LED顯示器是由發(fā)光二極管作為為顯示字段的數碼顯示器件，圖6為一位LED顯示器的外形和引腳圖，其中七只發(fā)光二極管(ag七段)構成字型“8”，另外還有一只發(fā)光二極管dp作為小數點。 當顯示器的某一段發(fā)光二極管通電時，該段發(fā)光，例如，使b、c、f、g這4段發(fā)光二極管通電，則顯示字符“4”。圖5.5 LED顯示器的引腳圖6仿真軟件介紹6.1 EWB的特點 （1）采用直觀的圖形界面

12、創(chuàng)建電路：在計算機屏幕上模仿真實實驗室的工作臺，繪制電路圖需要的元器件、電路仿真需要的測試儀器均可直接從屏幕上選??； （2）軟件儀器的控制面板外形和操作方式都與實物相似，可以實時顯示測量結果。 （3）EWB軟件帶有豐富的電路元件庫，提供多種電路分析方法。 （4）作為設計工具，它可以同其它流行的電路分析、設計和制板軟件交換數據。 （5）EWB還是一個優(yōu)秀的電子技術訓練工具，利用它提供的虛擬儀器可以用比實驗室中更靈活的方式進行電路實驗，仿真電路的實際運行情況，熟悉常用電子儀器測量方法。與其他電路仿真軟件(Protel99)相比，具有界面直觀、操作方便等優(yōu)點。他改變了一般電路仿真軟件輸入電路必須采用

13、文本方式的不便，創(chuàng)建電路選用元器件和測試儀器等均可直接從屏幕上器件庫和儀器庫中直接選取。電子電路的分析、設計與仿真工作蘊含于輕點鼠標之間，不僅為電子電路設計者帶來了無盡的樂趣，而且大大提高了電子設計工作的質量和效率。6.2 EWB的優(yōu)點1、各元器件選擇范圍廣，參數修改方便，不會象實際操作那樣多次地把元件焊下而損壞器件和印刷電路板。使電路調試變得快捷方便。對模擬電子技術基礎課程中的絕大部分電路都能應用，不僅能用于對單個電路特性和原理進行驗證，也能就用于多級的組合電路。2、元件庫不但提供了各種豐富的分立元件和集成電路等元器件,是一個全開放性的仿真實驗和課件制作平臺,給我們提供了一個實驗器具完備的綜

14、合性電子技術實驗室?？梢栽谌我饨M合的實驗環(huán)境中，搭建實驗。通過元件復制或單級電路的復制來完成整個電路的組裝。因此也適用于較大型的設計性實驗。3、EWB（電子學工作平臺）為我們提供了一個很好的實用工具，使我們能夠在教學過程中隨時提供實驗、演示和電路分析。教師可以在多媒體教室中深入淺出地分析各種電路的特性，講解各種參數改變對電路的影響。學生可結合學習內容，進行接近于實際電路的調試分析，有利于對加深對理論理解。特別是一些大中專院校和廣播電視大學，通過這樣的計算機模擬仿真實驗，把電子技術的理論教學和實驗教學有機地結合了起來。7 實物制作7.1實物電路根據實際情況，現只制作1uf-99uf電容測試儀，電

15、路原理與上述原理相同，電路如圖圖7.1 Cx=46uf時的仿真7.2裝配焊接與測試1、焊點檢查：在斷電情況下，逐點檢查各焊盤的焊接情況，看是是否有虛焊和漏焊及短路和斷路的地方；2、加電檢查：在1完好的情況下，加上電，打開開關，電源指示燈被點亮，用手逐個摸芯片，看是否有發(fā)燙的情況：如有，趕快斷電，看電壓是否加錯或者再回頭檢查一下電路。3、待測電容調試：1）在2完好后，加上一個標稱值為10u的電容進行測試，發(fā)現按一次鍵，顯示一個值，清零后，再按一次鍵，顯示值與上一次顯示值不一致，后查閱相關資料，這是由于輸入的低脈沖時間大于輸出的tw，導致單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器不能正常工作，須在輸入端加上有一個電容和電阻構成

16、微分電路方能正常工作；3）在此基礎上改變單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器上輸入端的精密可調電位器R的阻值，從而使顯示值與標稱值相等；4）再更換不同電容值（從小到大更換）進行測試，發(fā)現1u65u顯示值與電容標稱值完全吻合（小于1u顯示1）。到47u時，顯示值為47，然后100u顯示值為98。7.3主要元器件列表表7.1元件清單序號 器件名稱 數量 備注 1 74LS752鎖存器 2 74LS902異步加法計數器3 74LS48 2 譯碼器 4 74LS04 1 非門 5 74LS48 2 譯碼器 6 NE555 2定時器7 BCD七段顯示器 2 共陰極 8 心得體會通過兩周的課程設計，考察我們對組合和時序邏輯電路的掌握情況。同時也鍛煉我們使用儀器和計算機輔助設計的技能，使學過的知識得到了鞏固與復習。但更重要的是把原來所學的理論知識與實際的生活聯系在了一起。是學習變成了一種樂趣。使知識形象具體的被掌握。在實驗過程鍛煉了自己的思考能力和動手能力。在通過題目設計電路的過程中，加強了我思考問題的的完整性和與實際生活聯系的可行性。在方案設計選擇和芯片的選擇上，使我對理論知識和芯片的原理和功能有了更深刻的記憶，鍛煉了自己對問題的分析和解決能力同時也鍛煉了自己的耐心。 當通過自己的努力解決問題，在老師的幫助下排除困難后，看著設計出來的電路能實現預想的功能，體會到了成功的喜悅。希望以后還能夠有自己真正動手的機會！