课程设计 电容测试仪设计报告

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1、课程设计天津职业技术师范大学自动化与电气工程学院电子技术课程设计报告题目：交通灯专业：测控技术与仪器专业班级：测控0802组员：谷峥王海丽魏莹莹2010年7月9日9课程设计一、设计任务及主要技术指标和要求Ø设计任务：设计、焊接和调试电容数字测试仪电路Ø主要技术指标和要求测量电容范围为100PF~100UF设计三个以上的测量量程用两位数码管显示测量结果二、电路设计1、方案设计方案一：像测量R一样，测量电容C的最典型的方法是电桥法，如图所示。只是电容C要用交流电桥测量。电桥的平衡条件为　　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

2、。方案二：把电容量通过电路转换成电压量，然后把电压量经模数转换器转换成数字量进行显示。可由555集成定时器构成单稳态触发器、多谐振荡器等电路，当稳态触发器输出电压的脉宽为：tw=RCln3≈1.1RC。从式可以看到，当R固定时，改变电容C则输出脉宽tW跟着改变，由tW的宽度就可求出电容的大小。把单稳态触发器的输出电压V0取平均值，由于电容量的不同，tW的宽度也不同，9课程设计则V0的平均值也不同，由V0的平均值大小可得到电容C的大小。如果把平均值送到位A/D转换器，经显示器显示的数据就是电容量的大小。方案三：利用单稳态触发器或电容器充放电规律等，可以把被测电容的大小转换成脉冲的宽窄，即控

3、制脉冲宽度Tx严格与Cx成正比，只要把此脉冲和频率固定不变的方波即时钟脉冲相与，便可得到计数脉冲，把计数脉冲送给计数器计数，然后再送给显示器显示，如果时钟脉冲的频率等参数合适，数字显示器显示的数字N便是Cx的大小。方案分析比较：用方案一得测量方法，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；对于方案二，因为我们对A/D转换器的掌握程度还不够充分，所以设计有一些困难；而方案三不仅设计比较容易实现，而且必要时还可以扩展量程，更重要的是该方案设计出来的数字测试仪测量的结果比较精确，所以，我们选用方案三。9课程设计2、单

4、元电路的设计及仿真和元器件的选择（1）控制器电路控制器的主要功能是根据被测电容Cx的容量大小形成与其成正比的控制脉冲宽度Tx。由556构成单稳态控制电路。（2）时钟脉冲发生器选用由556定时器构成的多谐振荡器来实现时钟产生功能。输出波形如图所示：（3）计数和显示电路由一片CD4518芯片构成所需的计数器进行计数；用两片CD4511芯片对两个数码管进行驱动；数码管显示待测电容的值。两片CD4511与两个数码管连接图如下：9课程设计4、计算各器件的主要参数振荡波形的周期为：其中三、整理性能测试数据，并分析是否满足要求按照电路图接好电路，检查无误后即可通电调试和显示电路只要连接正确，一般都能正

5、常工作，不用调整，主要调试时钟脉冲发生器和控制器，首先调试时时钟脉冲发生器，使其振荡频率符合设计要求，用频率计检测电路输出端，用示波器监测波形调整电位器RP1，使输出脉冲频率约为9.09KHZ和0.909KHZ，接着调试控制器，将一个4.7UF的标准电容接到调试端，按一下开关S，使单稳态电路产生一个控制9课程设计脉冲，他控制与门使时钟通过并开始计数。经多次调整指导符合要求为止。四、在调试中遇到的问题，是怎样解决的因为前一个星期的实习有过焊接的经验，所以在焊接电路的过程我们进行的很顺利。在焊接的最初阶段，由于通过资料的查询，对各模块的电路图有了初步的了解，所以在焊接的时候能够得心应手，特别

6、在焊接计数和显示电路模块的时候，设计过程比较流畅，第一天便完成了任务。不过但是在接下来的调试控制器电路和时钟脉冲发生器电路时，遇到了一点点的小麻烦，由于设计这两个模块需要对556集成块理论知识的掌握不够全面，所以调试出来以后电路有问题，不能正常工作。所以我们决定先暂停调试，翻阅课本和在图书馆借来的资料，把556集成模块的结构和功能研究了一遍，最后终于成功调试出来了。当吧所有模块全部链接起来以后，运行该数字电容测试仪器，显示屏上一直显示的是00，每次测试的时候都是从00这个数值基础上开始累加。后来经过我们队电路的研究，发现没有设计条令电路，所以我们在电路图上设计了一个自动调零电路，这样，整

7、个电路就正常工作了。9课程设计五、元器件清单元件名称元件参数数量电阻10K2电阻4.7K2电阻120K1电阻100K2电阻15014电阻10M1可调电阻47K1可调电阻4.7K1电容0.01uF1电容0.1uF2电容1uF2定时器5561四组与非门74LS001计数器CD45181数码驱动器CD45112数码管2排座4排针9六、收获、体会和建议回顾起此次课程设计，我们感慨颇多，的确，从查阅资料到电路设计，从理论学习到实践总结，在整整