Word版可编辑-开题报告数字电容表设计精心整理.doc

西安交通大学XXX学院本科毕业设计（论文）开题报告题 目 数字电容表设计 所在系 电气与信息工程系 学生姓名 XXXX 专 业 测控技术与仪器 班 级 XX班 学号 XXXXXX 指导教师 XXXX 教学服务中心制表2013年 03 月本科毕业设计（论文）开题报告对 题 目 的 陈 述电容表又称电容值测试仪，是一种利用充电放电、整流、振荡等作用测试电容容量的数字式电子仪器设备。电容表可包括电容测试仪、数字电感电容表、手持式电容表、便携式数字电容表、单片机数字电容表、简易数字电容表等。电容表可用于过载保险丝的保护，适用于电子实验室、生产线、维修点和教学等多方面的测试，在电力、冶金、化工、矿工厂、大中专院校物理课堂演示实验、电子实验室等领域的电容测试有着广泛运用。单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域的广泛应用。从上世纪80年代，由当时的4位、8为单片机，发展到现在的32位300M的高速单片机。近年来，由于微电子技术的迅猛发展，在单片机价格降低的同时其性能不断地提高，使得单片机的应用范围的到了极大地扩展，在汽车、通信、办公自动化、工业控制、高级玩具、家用电器等方面都得到了广泛的应用。单片机作为一种典型的嵌入式系统，起系统设计包括硬件电路设计和控制程序设计两个方面，其调试过程一般分为软件调试、硬件测试、系统调试3个过程。软件调试一般比较容易进行，但如果进行硬件电路测试和系统调试则比较麻烦，因为要进行这两个过程必须在电路板制作完成、元件焊接完毕之后进行。二电路板的制作、元器件的安装、焊接是费时费力的，如果采用作为单片机系统的仿真PROTEUS VSM，则不用制作具体的电路板也能完成以上工作。毫无疑问，在使用PROTEUS VSM 进行系统虚拟开发成功之后在进行实际制作，必然可以提高开发效率、降低开发成本、提高开发速度，而这些因素对于企业来讲是非常重要的单片机的介绍:单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit），常用英文字母的缩写MCU表示单片机，单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。相当于一个微型的计算机，和计算机相比，单片机只缺少了I/O设备。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。它最早是被用在工业控制领域。单片机应用的特点:l 控制功能和可靠性高单片机是为了满足工业控制而设计的，所以实时控制功能特别强，其CPU可以对I/O接口直接进行操作，位操作能力更是其它计算机无法比拟的，另外，由于CPU，存储器，以及I/O接口集成在同一芯片内，各部件之间的连接紧凑，数据在传送时受到干扰小，且不易受环境条件的影响，所以单片机的可靠性非常高。l 体积小，价格低，易于产品化每一片单片机既是一台完整的微型计算机，对于批量的专用场合，一方面可以在众多的单片机品种间进行匹配选择，同时还可以专门进行芯片设计，使芯片功能与应用具有良好和对应关系。对单片机产品的引脚封装方面，有的单片机引脚已减少到8个或更少，从而使应用系统的印刷板减小，按插件减少，安装简单。在现代的各种电子器件中，单片机具有良好的性能价格比，这正是单片机得以广泛应用的重要原因。单片机的应用领域:(1)能仪器仪表单片机用于各种仪表，一方面提高了仪表仪器的使用功能和精度，使仪器仪表智能化，同时还简化了仪器仪表的硬件结构，从而可以方便地完成仪器仪表的升级代换。如各种智能化电气测量仪表，智能传感器等。(2)机电一体化机电一体化产品是集机械技术，微电子技术，自动化技术和计算机技术于一体，具有智能化特征的各种机电产品。单片机在机电一体化产品的开发中可以发挥巨大的作用。典型的产品如：机器人，数控机床，自动包装机，点钞机，医疗设备，打印机，传真机，复印机等。(3)实时工业控制单片机还可以用于各种物理量的采集与控制。电流，电压，温度，液位，流量等物理参数的采集和控制均可以利用单片机方便地实现。在这类系统中，利用单片机作为系统控制器，可以根据被控对象的不同特征采用不同的智能算法，实现期望的控制指标，从而提高生产效率和产品质量。典型应用如电动机转速控制，温度控制，自动生产线等。(4)分布系统的前端模式在较复杂的工业系统中，经常要采用分布式控制系统完成大量的分布参数的采集。在这类系统中，采用单片机作为分布式系统的前端采集模块。系统具有运行可靠，数据采集方便灵活，成本低廉等一系列有点。(5)家用电器家用电器是单片机的又一重要应用领域，前景十分广泛如空调，电冰箱，洗衣机、电饭煲，高档洗浴设备，高档玩具。另外，交通领域中，汽车，火车，飞机，航天等均有单片机的广泛应用。51系列单片机: 51单片机是对目前所有兼容Intel 8031指令系统的单片机的统称。该系列单片机的始祖是Intel的8031单片机，后来随着Flash rom技术的发展，8031单片机取得了长足的进展，成为目前应用最广泛的8位单片机之一，其代表型号是ATMEL公司的AT89系列，它广泛应用于工业测控系统之中。目前很多公司都有51系列的兼容机型推出，在目前乃至今后很长的一段时间内将占有大量市场。51单片机是基础入门的一个单片机，还是应用最广泛的一种。需要注意的是52系列的单片机一般不具备自编程能力。当前常用的51系列单片机主要产品有：*Intel的：80C31、80C51、87C51，80C32、80C52、87C52等；*ATMEL的：89C51、89C52、89C2051等；*Philips、华邦、Dallas、Siemens(Infineon)等公司的许多产品。目前，国产宏晶STC单片机以其低功耗、廉价、稳定性能，占据着国内51单片机较大市场。1、运用已基本掌握的具有不同功能的单元电路的设计、安装和调试方法，在单元电路设计的基础上，设计出具有各种不同用途和一定工程意义的电子装置为以后从事电子电路设计和研制电子产品打下初步基础。2.课题研究的方案设计（方法、手段、技术路线、可行性论证）方案一：本方案可分为三大部分：产生脉冲部分；：计数部分；：显示部分；：产生脉冲部分使用两片NE555产生标准脉冲和待测脉冲,根据参考NE555的资料说明设计了：计数部分计数部分选用三片CD4518来实现计数功能。同时还需要考虑对MR清零处理，这也是部分的关键之一。根据参考CD4518的资料说明以及查阅相关图书电路设计了如右图的电路用来实现计数功能：设计对MR的清零处理时花费较长的时间，实现清零最终目的其实就是要在一个待测周期开始计数前产生一个短时间的高电平来实现清零，然后一直为低电位直到下一个周期脉冲开始为止的脉冲输入信号。为了实现上图所示的脉冲信号，我们采用了RC微分电路来实现，即将待测脉冲信号通过RC微分电路后即可形成。注：电压调档为5V，扫描周期1ms。：显示部分显示部分我们采用了三片CD4511分别驱动三个七段数码管，这样做的优点就是数码管不存在分时点亮的问题，缺点是实际线路变得比较复杂。与此同时，还有一个非常重要的难题就是控制如何控制LED的显示。我们通过查阅阅读相关资料，总结出只要控制CD4511的LE端的输入脉冲可以解决这个问题。接下来就要考虑如何产生这个脉冲信号，我们用的是RC微分电路结合CD4093与非门来实现。具体分析是：将待测脉冲输入信号通过一个与非门的两个输入端，相当于通过了一个非门，这样实现了高低电位的反转。之后将通过非门后的脉冲信号接入到RC微分电路中，获得上升沿脉冲，最后将其接到另一个与非门中就得到了需要的脉冲信号。方案二：本方案也可分为三大部分：产生脉冲部分；：计数部分；：显示部分；：产生脉冲部分采用集成度相对较高点的NE556,NE556实质上是两片NE555的集合，因此，在原理上并没有太多差异，只是接口标号不同而已。这里就不再赘言。：计数部分：计数部分采用一片MC14553来完成。区别于用CD4511，MC14553使用更加方便，功能也有所增加。不过，想要实现对MR的清零处理也要相应的改变。：显示部分为了配合MC14553，我们采用了一片CD4511和三个七段数码管以及MC14553的三个数码管点亮使能位集合起来来完成。这种方法最显著的特点就是数码管的分时点亮，需要考虑点亮时间间隔，以保证人眼能准确读取数值。最终方案：经过本小组长时间的讨论，反复实践检验，我们最终选择第一种方案作为最终方案。理由有如下几点：（一）：方案一相对于方案二虽然结构较复杂，元器件使用比较多。但实现起来方便，也便于控制调整。（二）：对于二个核心问题：1、MR清零；2、LE显示；我们发现用第一套方案能较为简单快速实现，这也是选择这套方案的主要原因。（三）：对于数码管显示而言，第二套方案种的分时点亮还存在点亮间隔过程导致读书不完整的结果。而第一套方案数码管是一直点亮，不存在这样的问题。3.主要进度安排三、计划进度：1.毕业设计起止时间：第3周第11周 2.毕业设计进度安排 ：第3周 ：毕业设计正式开始 ； 学生导师见面 ； 确定毕业设计小组中每个学生的具体研究任务；借阅有关学术资料；其他准备工作。 第 5周: 对相关知识信息进行收集整理研究，初步确定设计方案。第 6周 第11周：完成具体设计任务。第12周：打印论文图纸，按照要求装订论文 ；撰写答辨提纲,进行预答辩。第13周：毕业设计答辩。4.参考文献目录1.CNKI数据库、维普、万方等信息库的相关文献；2.单片机丛书；3.Proteus丛书；4.模拟电子技术和数字电子技术丛书;5.常用电子元件手册、集成电路手册;6.系列单片机及程序设计王建校，杨建国，宁改娣，危建国编著. 北京：科学出版社，2002;7.数字电子技术基础张克农主编，高等教育出版社，2003;8现代