畢業(yè)設(shè)計---電容計的設(shè)計

1、<p>　　設(shè)計題目：電容計的設(shè)計</p><p>　　院系名稱：信息管理工程系</p><p>　　專 業(yè)：電子信息工程技術(shù)</p><p><b>　　電容計的設(shè)計</b></p><p>　　摘 要：本次設(shè)計采用NE555集成定時器構(gòu)成多諧振蕩器，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器等電路來實現(xiàn)。由NE555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸

2、發(fā)器的輸出高電壓時間。這種電路產(chǎn)生的脈沖寬度可以從幾個微秒到幾分鐘，精度可達0.1％。當Ｒ固定時，改變Ｃ的大小，可以改變的脈寬，這樣通過計數(shù)器40110在時間內(nèi)對脈沖的計數(shù)就可以調(diào)為電容的大小，測得電容值。再由LED顯示器顯示電容大小。</p><p><b>　　。</b></p><p>　　關(guān)鍵詞：NE555觸發(fā)器 CD40110計數(shù)器

3、 LED顯示</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　引言………………………………………………………………………………………………4</p><p>　　電路設(shè)計要求……………………………………………………………………………5</p><p>　　設(shè)計思路……………………

4、……………………………………………………………6</p><p>　　電容計系統(tǒng)方框圖………………………………………………………………………6</p><p>　　設(shè)計原理圖………………………………………………………………………………7</p><p>　　電路工作原理……………………………………………………………………………8</p><p&g

5、t;　　各電路的分析………………………………………………………………………….9</p><p>　　電路制作與元件介紹………………………………………………………………… 11</p><p>　　安裝電路過程………………………………………………………………………… 12</p><p>　　調(diào)試電路……………………………………………………………………………… 12

6、</p><p>　　電容計的PCB裝配圖………………………………………………………………… 13</p><p>　　致謝…………………………………………………………………………………………… 14</p><p>　　參考文獻……………………………………………………………………………………… 15</p><p>　　附錄……………………

7、……………………………………………………………………… 15</p><p><b>　　引 言</b></p><p>　　引言：電容器（capacitor）簡稱電容，也是組成電子電路的主要元件。它可以儲存電能，具有充電、放電及通交流、隔直流的特性。從某種意義上說，電容器有點像電池。盡管兩者的工作方式截然不同，但它們都能存儲電能。電池有兩個電極,在電池內(nèi)部

8、，化學反應使一個電極產(chǎn)生電子，另一個電極吸收電子。而電容器則要簡單得多，它不能產(chǎn)生電子——它只是存儲電子。它是各類電子設(shè)備大量使用的不可缺少的基本元件之一。各種電容器在電路中能起不同的作用，如耦合和隔直流、旁路、整流濾波、高頻濾波、調(diào)諧、儲能和分頻等。電容器應根據(jù)電路中電壓、頻率、信號波形、交直流成分和溫濕度條件來加以選用。 </p><p><b>　　電容的主要作用有；</b></

9、p><p>　　1隔直流：阻止直流通過而讓交流通過。</p><p>　　2旁路（去耦）：為交流電路中某些并聯(lián)的元件提供阻抗通路。</p><p>　　3耦合：作用兩個電路之間的連接，允許交流信號通過并傳輸?shù)较乱患夒娐贰?lt;/p><p>　　4濾波：這個對DIY而言很重要，點卡上的電容基本就是這個作用。</p><p>　

10、　5整流：在約定的時間開或關(guān)導體開關(guān)元件。</p><p>　　6儲能：儲存電能，用于必須要的時候釋放，例如照相機的閃光燈還有手機，一個電容儲存的電能可以讓手機用一天。</p><p>　　電容器在電子線路中得到廣泛的應用，它的容量大小對電路的性能有重要影響。本課題就是用數(shù)字顯示的方式對電容進行測量。電容測量的基本原理是：把電容通過電路轉(zhuǎn)換成電壓量，然后把電壓量經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換成為數(shù)字量進行顯

11、示。</p><p>　　第一章 電路設(shè)計要求</p><p><b>　　一.設(shè)計任務及要求</b></p><p><b>　　1．基本要求：</b></p><p>　　1）測量范圍：電容容量0.1～10uF，誤差不大于10％。</p><p>　　2）采用數(shù)字顯示被

12、測電容容量。</p><p>　　3）超量程時聲光提示。</p><p><b>　　2．發(fā)揮部分：</b></p><p>　　1）誤差不大于1％。</p><p><b>　　2）擴大測量范圍。</b></p><p><b>　　3）量程自動轉(zhuǎn)換。</b

13、></p><p><b>　　二. 設(shè)計方案</b></p><p><b>　　2. 方案： </b></p><p>　　利用555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路中不同的RC參數(shù)，產(chǎn)生不同的正脈沖寬度這一基本原理。我們用該正脈沖來控制多諧振蕩電路的工作時間，不同的工作時間產(chǎn)生的脈沖個數(shù)自然不同，再將其輸出脈沖信號送計數(shù)、

14、顯示電路，這樣就可以測出對應的電容值C。并采用繼電器來實現(xiàn)量程的自動轉(zhuǎn)換。電路器件都較為常見，電路結(jié)構(gòu)較為簡單，價格比較便宜。系統(tǒng)方框圖如圖3：</p><p>　　此方案采用較為簡單的電路組合實現(xiàn)的，符合性價比這一規(guī)律的要求。元器件比較便宜，而且測得比較準確。另外還有其他的方法：電橋法、阻抗－相位法。用電橋法，硬件電路復雜，不易實現(xiàn)自動測量；采用的阻抗—相角法，需要測量的物理量較多，測量范圍窄，精度低，而且需要

15、用到價格較貴單片機；也需要用到單片機。</p><p>　　第二章 設(shè)計思路</p><p>　　采用NE555集成定時器構(gòu)成多諧振蕩器，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器等電路來實現(xiàn)。由NE555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出高電壓的時間為：tw=RCln2≈1.1RC。這種電路產(chǎn)生的脈沖寬度可以從幾個微秒到幾分鐘，精度可達0.1％。當Ｒ固定時，改變Ｃ的大小，可以改變tw的脈寬，這樣通過計數(shù)器40110在tw

16、時間內(nèi)對脈沖的計數(shù)就可以調(diào)為電容的大小，測得電容值。再由LED顯示器顯示電容大小。</p><p>　　第三章 電容計設(shè)計方框圖</p><p>　　第四章 設(shè)計原理圖</p><p><b>　　原件清單：</b></p><p>　　3個NE555集成塊、3個CD40110集成塊、3個LED數(shù)碼管。</p&g

17、t;<p>　　3個 0.1uf電容、1個100uf電容、1個10uf電容。</p><p>　　3個330歐、120歐、2個10K、4.7K、430K、43K、4.3K、3K、33歐、電阻</p><p>　　可調(diào)電阻500K、100K、2個10K、1K。</p><p>　　2個二極管（DIODE）。</p><p>　　

18、1個發(fā)光二極管、1個蜂鳴器、1個</p><p><b>　　2個按鍵開關(guān)。</b></p><p><b>　　1個單刀四擲開關(guān)。</b></p><p>　　第五章 電路工作原理</p><p><b>　　基本原理：</b></p><p>　　

19、電容的測量和數(shù)字顯示有多種設(shè)計的方法，可由NE555集成定時器構(gòu)成多諧振蕩器，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器等電路來實現(xiàn)。由NE555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出高電壓的時間為：tw=RCln2≈1.1RC。這種電路產(chǎn)生的脈沖寬度可以從幾個微秒到幾分鐘，精度可達0.1％。當Ｒ固定時，改變Ｃ的大小，可以改變tw的脈寬，這樣通過計數(shù)器40110在tw時間內(nèi)對脈沖的計數(shù)就可以調(diào)為電容的大小，測得電容值。再由LED顯示器顯示電容大小。</p><

20、p><b>　　各部分具體工作：</b></p><p>　　1）.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（555）</p><p>　　單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在由輸入端電平轉(zhuǎn)換時，會產(chǎn)生一穩(wěn)態(tài)的脈沖，電路輸出電壓的脈寬與電容成正比，將此脈沖作為閘門時間脈沖。</p><p>　　2）.標準頻率時鐘電路</p><p>　　電路產(chǎn)生標準頻率時鐘脈沖，

21、與單穩(wěn)態(tài)脈沖相與構(gòu)成計數(shù)脈沖，該電路輸出的頻率必須穩(wěn)定，才能使系統(tǒng)更穩(wěn)定，測量更精確。</p><p><b>　　3）.脈沖合成電路</b></p><p>　　其功能是將標準頻率時鐘脈沖和閘門時間脈沖相與合成。</p><p>　　4）.計數(shù)，鎖存，譯碼電路</p><p>　　在閘門時間內(nèi)對標準脈沖計數(shù)，鎖存，得到

22、相應的電容數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　5）.顯示器</b></p><p>　　將電容量的數(shù)據(jù)數(shù)字化顯示。</p><p><b>　　6）.報警部分</b></p><p>　　完成對系統(tǒng)測量電容時，電容超過量程產(chǎn)生聲光報警。</p><p><b>　　

23、7）.量程轉(zhuǎn)換</b></p><p>　　可以對不同電容值進行測量。</p><p>　　第六章 各電路的分析</p><p>　　一.電路的具體設(shè)計 </p><p>　　1．單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可由多種方式來實現(xiàn)，例如由門電路構(gòu) 成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，其圖設(shè)計雖然簡單，但在穩(wěn)態(tài)性和精度上給予系統(tǒng)保證，本電路采用由NE555和R，Cx

24、構(gòu)成的但穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，這個電路產(chǎn)生的脈寬可以從幾微秒到數(shù)分鐘，穩(wěn)定性好，精度可達0左右，其中 </p><p>　　假如Cx增大時，也增大，但是決定了系統(tǒng)的測量速度，在選定R=470K時，由Cx=10Uf,</p><p>　?。?.2s，那么系統(tǒng)的反應時間顯得過長，在該設(shè)計中，將的控制在0.5s左右是適宜的，</p><p><b>　　量程的切換&l

25、t;/b></p><p>　　量程的切換采用手動，其目的在于使得對應于不通的電容值都在0.5s左右，</p><p>　　通過改變電阻值R，實現(xiàn)量程的轉(zhuǎn)換。</p><p><b>　　標準頻率脈沖電路</b></p><p>　　產(chǎn)生脈沖的電路可以分石英晶體振蕩器，門電路構(gòu)成的振蕩器和由NE555的振蕩器。其中

26、石英晶體振蕩器產(chǎn)生的頻率穩(wěn)定，但震蕩周期固定不可調(diào)；門電路振蕩器結(jié)構(gòu)簡單，但周期不穩(wěn)定而且精度也不高；本設(shè)計采用NE555構(gòu)成的振蕩器，占空比可調(diào)，頻率穩(wěn)定電路圖如下（1），通過調(diào)整電位器R2可以改變脈沖的占空比，由公式Q％＝（R2上＋R1）/（R1+R2+R3）%可以算出當％Q=50%時，R2上＋R1＝R2下＋R3，其振蕩頻率F＝1.43/（R1+R2+R3）C，在給定F和C時即可算出阻值。</p><p>　

27、　4．計數(shù)，鎖存，譯碼顯示</p><p>　　CD40110是一個集計計數(shù)器，譯碼，鎖存和驅(qū)動為一體的芯片，而且還是一個十進制加減計數(shù)器，顯示系統(tǒng)如下圖（2）所示，其中5腳為復位端，10腳為進位端，當計數(shù)器產(chǎn)生溢出時，10腳會輸出一個脈沖，9腳為加法輸入端，CD40110驅(qū)動的是共陰數(shù)碼管，把10腳和9腳相連，可組成多級計數(shù)器，圖為3級計數(shù)器，IC1,IC2,IC3分別為百位，十位個位。</p>

28、<p><b>　　5. 聲光報警</b></p><p>　　在超出量程范圍時，切換合適的量程，聲光提示大約為3秒，電路</p><p>　　由NE555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，構(gòu)成報警電路。圖（3）</p><p>　　由＝1.1R1C13.3s,引腳輸出，驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出聲響，使發(fā)光二極管發(fā)光。</p><p>

29、　　第七章 電路制作與元件介紹</p><p>　　555定時器的應用： </p><p><b>　　555定時器</b></p><p>　?。?）構(gòu)成施密特觸發(fā)器，用于TTL系統(tǒng)的接口，整形電路或脈沖鑒幅等； </p><p>　?。?）構(gòu)成多諧振蕩器，組成信號產(chǎn)生電路； </p><p&

30、gt;<b>　　如上圖， </b></p><p>　　振蕩周期： T=0.7（R1+2R2）C </p><p>　　（3）構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，用于定時延時整形及一些定時開關(guān)中。 </p><p>　　555應用電路采用這3種方式中的1種或多種組合起來可以組成各種實用的電子電路，如定時器、分頻器、元件參數(shù)和電路檢測電路、玩具游戲機電路、音響告

31、警電路、電源交換電路、頻率變換電路、</p><p><b>　　自動控制電路等。</b></p><p>　　CD40110的應用：</p><p>　　40110為十進制可逆計數(shù)器/鎖存器/譯碼器/驅(qū)動器，具有加減計數(shù)，計算狀態(tài)鎖存，七段顯示譯碼輸出功能。</p><p>　　40110有2個計數(shù)時鐘輸入端CPU和C

32、PD分別作用加計數(shù)時鐘輸入和減計數(shù)時種輸入。由于電路內(nèi)部有一個時鐘信號預處理邏輯，因此當一個時鐘輸入端計數(shù)工作時，另一個時鐘輸入端可以任意狀態(tài)。</p><p>　　40110的進位輸出CO和錯位輸出B0一般為高電平，當計數(shù)器從0~9時，BO輸出付脈沖；從9~0是CO輸出付脈沖。在多片級聯(lián)時，只需要將CO和BO分別接至下級的40110的CPU和CPD端，就可以組成多位計數(shù)器。</p><p&g

33、t;　　第八章 安裝電路過程</p><p><b>　　8.1 安裝步驟</b></p><p>　　1. 根據(jù)電路圖列出所需的元件清單</p><p>　　2. 焊接電路各個部分。</p><p>　　3.安裝完畢后檢查一下電路是否有短接或是漏焊。</p><p><b>　　8

34、.2 注意事項</b></p><p>　　1. 焊接過程避免管腳之間的短路、元件的正負級插反。</p><p>　　2. 在安插芯片過程中要注意管腳是否安裝錯。</p><p><b>　　第九章 調(diào)試電路</b></p><p><b>　　9.1 調(diào)試步驟</b></p>

35、;<p>　　用萬用表檢查電路是否短路或是斷路存在</p><p>　　用萬用表檢測七段數(shù)碼管是否正常。</p><p>　　檢測各芯片供電是否正常。</p><p>　　檢測繼電器是能正常變換值。</p><p>　　9.2調(diào)試各部分電路的數(shù)據(jù)</p><p><b>　　1.</b&g

36、t;</p><p><b>　　2</b></p><p><b>　　3</b></p><p><b>　　4</b></p><p><b>　　9.3 調(diào)試結(jié)果</b></p><p>　　第十章 電容計的PCB裝配圖

37、</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　在四個星期的畢業(yè)課題設(shè)計是我大學生活中忙碌而又充實一段時光。這里有治學嚴謹而又親切的老師，有積極、向上、融洽的學習生活氛圍，更有互相幫助的同學。不僅學到就更多的理論知識，擴展了知識面，提高了自己的實際操作能力；而且學會了面對困難和挑戰(zhàn)，學會了如何去學習新的知識，學會了團結(jié)合作，互助互。在短短的時間里

38、，我學到了很多的東西。借此論文之際，向所有幫助、關(guān)心、支持我的老師、朋友同學，表達我最真誠的謝意。利首先感謝指導老師。本論文是在老師耐心指導下多次修改完成的。在此，我對老師的耐心指導和幫助表達我最真誠的謝意。在這段時間里，我從老師身上，不僅學到了許多的專業(yè)知識，更感受到了她工作中的兢兢業(yè)業(yè)，生活中的平易近人的精神。此外，老師的嚴謹治學態(tài)度和忘我的工作精神值得我去學習。在此，請允許我大聲的說：“老師，您辛苦了！” 同時，感謝四

39、年來傳授我知識的老師們，更要感謝我的家人及朋友對我學業(yè)上的支持和鼓勵，感謝所有關(guān)心、幫助過我的人。同時感謝我的大學。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]《電子技術(shù)實踐與訓練》.廖先蕓主編 . [M].北京:高等教育出版社，2000</p><p>　　[2]《電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗:電子電路實驗、設(shè)計、仿真》.

40、陳大欽主編 . [M].北京：高等教育出版社，2000</p><p>　　[3]《電子設(shè)計自動化技術(shù)》.錢金法主編 . [M].北京:機械工業(yè)出版社，2005</p><p>　　[4]《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》.張鋼,方舒燕主編 . [M].北京:中國電力出版社，2005</p><p>　　[5]《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》.鄭曉峰主編 . [M].北京:中國電力出版社，2

41、005</p><p>　　[6] 《使用報警電路》.黃繼昌等編著 . [M].北京:人民郵電出版社，2005</p><p>　　[7]《簡明電子元器件手冊》.于安紅主編 . [M].上海:上海交通大學出版社，2005</p><p>　　[8] 《通用電子電路應用400例》.何希才，鄒炳強編著 . [M].北京:電子工業(yè)出版社，2005</p>&

42、lt;p>　　[9]《實用電子電路設(shè)計制作300例》.劉修文主編 . [M].北京:中國電力出版社，2005</p><p>　　[8]《555時基集成電路原理與應用》.陳有卿主編 . [M].北京:機械工業(yè)出版社，2006</p><p>　　[10]《常用電子器件及典型應用》.周惠潮，孫曉峰編著 . [M].北京:電子工業(yè)出版社，2007</p><p>