电子线路课程设计报告.doc

电子线路与设计 课程设计说明书 题 目：数字电容测量电路 专业班级： 电子信息工程一班 姓 名：资小燕 学 号： 20119790 目录1、 课程设计目的和要求12、 设计方案与基本原理23、 电路设计44、 电路调试95、 设计小结9六、参考文献10 附录10 一、 课程设计目的和要求1.1 课程设计设计目的 1.识别电阻，电容等电子元件器件及性能指标。 2.了解555定时器，4024，LM358，74LS04集成块的使用。 3.理解数字电容测量电路各个部件的原理。 4.清楚焊接电子元件的注意事项,熟练操作焊接电子器件。5.明白电路的调试以及电路的性能分析1.2 课程设计要求 1 画出电路原理图 2 查阅主要器件 （4024，74LS00，LM358）的技术资料 3辨认套件中的所有电子元器件以及印刷电路板 4 焊接 5 测试 6 分析故障和排除故障，并将分析和派出过程记录下来 二、 设计方案与基本原理2.1 设计内容 1设计电容数字测量仪电路。2组装、调试电容数字测量仪单元电路和整机系统。3画出电容数字测量仪的电路图，写出设计报告2.2设计方案比较与论证 目前，测量电子元件集中参数R、L、C的仪表种类较多，方法也各不相同，这些方法都有其优缺点。方案一：像测量R一样，测量电容C的最典型的方法是电桥法，如图1所示。只是电容C要用交流电桥测量。电桥的平衡条件为jjj+ 方案二 通过对电容器加以均匀充电，利用充电的时间来确定电容的电量，即C=IT/U。电容充电时间由555定时器产生的定时脉冲时间乘上电容器电压到达指定的电压值的时间确定。最后由4024计数器计算脉冲个数，再用LED灯显示所测电容的数值。根据本实验的设定，R1选取82K,被测电容为1UF，每0.04秒产生一个脉冲，则每1UF产生一个计数值，7个LED灯可以产生0000000-1111111（0-127）个状态，即读取的LED值则为所测电容的容量。 通过比较，方案一通过调节阻抗Z1、Z2使电桥平衡，这时电表读数为零。根据平衡条件以及一些已知的电路参数就可以求出被测参数。用这种测量方法，参数的值还可以通过联立方程求解，调节电阻值一般只能手动，电桥的平衡判别亦难用简单电路实现。这样，电桥法不易实现自动测量。所以采用方案二的方法简单比较容易实现。所以本设计采用方案二来实现对电容值的测量。2.3 系统方案设计与总原理图 当充电电流恒定不变时，电容电压将随充电过程的进行其电压均匀增加，在充电电流恒定的情况下，充到一定的电压所用的时间将与电容器电容成正比，电容量越大，充电时间越长，电容量越小，充电时间越短。由Q=CU得IT=CU则 C=IT/U，可见，可以通过充电时间的长短来测量电容。其设计方案的系统框图如图二所示： 图二 系统框图 电容器均匀充电电路用于给电容充以均匀的电压，利用电容充到一定电压所用的时间长短来测量电容比较器把电容两端的电压与一个经一定电阻分压确定的比较电压进行比较，在电容两端的电压小于设定的比较电压时表示电路处于测试阶段，当电容两端的电压大于设定的比较电压时表示电路处于准备阶段 555多谐振荡为控制信号产生电路，在电容电压小于设定比较电压期间，其产生的脉冲个数是与电容C正比，通过数据设计，可使一个脉冲对应一个电容单位。二进制计数器电路用于计数输入的脉冲个数来确定电容的大小。LED显示电路用于显示计数的值，选取7个LED灯可以产生2的7次方即128个状态，根据LED的熄灭自接读取电容的容值。 三、电路设计 3.1电容恒定充电电路 电路的关键是有一个对电容器充电的恒定电流电路。当S1，S2断开时，运放UIA的同相输入端电位等于反相输入端的电位为：VCC*R3/(R2+R3)，按本电路所确定的电阻阻值，在运放UIA的同相输入端产生一2.245V，也就是反相输入端的电压。所以被测电容C的充电电流等于R1的电流，即从右到左的电流为2.245/82=0.0274mA。因此，在运放UIA的输出端的电位从开始充电时起的2.245V逐渐增加。电路图如图三所示： 图三 3.2比较器电路 UIB构成比较器，比较电压为3.33V，比较电压的大小是由电阻R4、R5决定的，也可以选用其它电阻而改变比较电压，只是注意到比较电压必须大于运入UIA输出端初始电压，而且不能太接近。变化电压就是UIA的输出电压（从2.245V逐渐增加）到比较电压。在初始状态时，Un=0，所以Ur=0，使得发光二极管D1亮。开始测量后，Un=1，所以Ur=1，使得发光二极管D2亮。但当变化电压增加到3.33V时，比较器输出0，使得Ur=0，使得发光二极管D1亮。可见：发光二极管D1亮时，表示电路处于准备阶段或表示测量过程结束，发光二极管D2亮时，表示电路处于测量阶段。电路如图四所示： 图四 3.3 555多谐振荡器 555多谐振荡器控制信号产生电路。在初始状态时Ur=0,振荡器不工作，开始测量后。Ur=1，振荡器工作，当变化电压增加到3.33V时，Ur=0，振荡器立即停止工作，所以振荡器是在变化电压从2.245V变化到3.33V期间工作。此期间产生的脉冲个数是与电容成正比的。数据设计合理，可以使得1个脉冲数对应1个电容单位。电路设计图如上。由本电路图设计，1个脉冲对应容量1uF，这样计数器输端输出的数字就是直接可以读出的电容器的电容量。设计多谐振荡器频率为f=25HZ，即周期为T=0.04秒。由关系式f=1.43/(2R7+R8)C1确定R9、R10、C2的值。以上电路选用R9=240K，R10=100K，C2=104，下面确定R1的值，被测电容就是1uF，此时就只能产生一个脉冲，即电容在测量过程中的时间为0.04秒，所充电压为：3.33V-2.245V=1.088V。因电容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=82.5K，可取R1=82K。若取f=16HZ，按同样计算方法得R1=128.9K，取R1=130K。电路如图五所示： 图五3.4 七位二进制计数器4024与LED灯显示七位二进制计数器4024根据CLK引脚输入的脉冲的下降沿来计数脉冲个数，当1UF产生一个脉冲个数时，4024可以输出Q7Q6Q5Q4Q3Q2Q1共七个状态，即发测量最大127UF的电容。然后后接一个LED显示电路，根据LED灯直接读出电容容值。七位二进制计数器4024与LED灯显示的电路如图六所示： 图六3.5 总原理图 根据系统设定方案的要求，取555多谐振荡器的振荡频率为f=25HZ,即周期为T=0.04S，确定电阻电容值以电容增加1UF正好产生一个脉冲。选取4024七段二进制计数器。总原理图如图七所示：、 图七 四、 电路调试 1.观察所焊接的电路板处于正常状态，将直流电源+5V接入到J1接口。2.闭合开关S，在被测电容的位置上插上标准的100UF的电容器，断开开关，观察的显示数据，当发光二极管所显示的数据小于时，说明振荡器的频率低了，并电阻升高频率，反之并联电容降低频率，直到显示的数据约为即可。3.闭合开关，在被测电容的位置上插上10UF的被测电容器。断开开关S，观察表示输出的发光二极管的状态变化，当发光二极管稳定后，读取计数值为10。 五、 设计小结通过本次课程设计是我感觉到理论与实际相结合非常重要，只有理论知识不会动手只能干着急，同时在设计中遇到各种各样的问题，同