數(shù)顯電容測(cè)試儀-畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書</b></p><p><b>　　數(shù)顯電容測(cè)試儀</b></p><p>　　學(xué) 院： 電氣與電子工程學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè)： 電子信息工程 </p><p>　　學(xué)生姓名：

2、 </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　2011 年 6 月</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著科技的不斷發(fā)展，人類的不斷進(jìn)步，

3、電容器在電子線路中得到廣泛的應(yīng)用，它的容量大小對(duì)電路的性能有著重要的影響，因此測(cè)量電容的大小在生產(chǎn)和生活中起著至關(guān)重要的作用。本課題就是關(guān)于電容的測(cè)量并通過數(shù)字顯示出來。</p><p>　　電容測(cè)量?jī)x在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展水平越來越高，目前，電容測(cè)量?jī)x的應(yīng)用現(xiàn)狀是：品種多樣，技術(shù)含量高。電容的測(cè)量有多種方法，有電橋法、單片機(jī)法、容抗法、調(diào)頻法、運(yùn)算放大器法、脈寬調(diào)制法等。本設(shè)計(jì)采用脈寬調(diào)制法，本電容表五位LED顯示容量

4、，兩位LED顯示單位，分為三個(gè)量程：0pF—99999PF、0.001μF—99.999μF、0.1μF—9999.9μF。全數(shù)字電路，晶振穩(wěn)頻誤差小，耗電量小，制作費(fèi)用低。電路可分為四個(gè)部分，顯示電路、測(cè)量電路、量程轉(zhuǎn)換及符號(hào)控制電路、電源電路。要用數(shù)字電路來測(cè)量電容的容量可以把容量轉(zhuǎn)換成相對(duì)應(yīng)的脈寬寬度，將電容接入一由NE555構(gòu)成的單穩(wěn)電路，此電路的暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間即脈寬。此脈沖用來控制一個(gè)電子開關(guān)，讓固定頻率的脈沖通過電子開關(guān)送往顯示

5、電路，由七個(gè)數(shù)碼管顯示出來。 </p><p>　　我們有理由相信，隨著科技的不斷發(fā)展，在電子技術(shù)領(lǐng)域里，電容量的測(cè)量?jī)x器——電容測(cè)量?jī)x將得到越來越廣泛的應(yīng)用；電容測(cè)量?jī)x也將向著更合理，更科學(xué)，更適用的方向不斷向前發(fā)展！</p><p>　　關(guān)鍵詞：譯碼顯示，計(jì)數(shù)測(cè)量，脈寬調(diào)制法，單穩(wěn)電路 </p><p><b>　　Abstract<

6、/b></p><p>　　With the continuous development of science and technology, human progress in the field of electronic technology development is rapid ing .However ,capacitors in electronic circuits have a wid

7、e range of applications, its size on the performance of the circuit has an important effect, so the size of the measuring capacitance in the production and plays a vital role in life. This issue is about the capacitance

8、measurement and a digital display. </p><p>　　Capacitance measurement instrument in the development of domestic and international high level ever, and the current, capacitance measurement instrument of the st

9、atus quo : The types and high technological content. Such as : a bridge method, SCM method, capacitance method, FM method , op amps law，pulse width modulation. This design uses pulse width modulation method,the capacitor

10、 capacity table five LED display, two LED display units, divided into three ranges: 0pF-99999Pf, 0.001μF-99.999μF, 0.1</p><p>　　We have reason to believe that with the continuous development of science ,capa

11、citance measurement instrument will be toward more reasonable, more scientific and more applicable to the forward direction of development.</p><p>　　Key words: decoding&display count&measurement pul

12、se width modulation monostable circui</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　目錄III</b></p>

13、;<p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.1課題研究現(xiàn)狀1</p><p>　　1.1.1 電容測(cè)量的技術(shù)發(fā)展1</p><p>　　1.1.2 課題研究的目的與意義2</p><p>　　1.2課題主要設(shè)計(jì)內(nèi)容2</p><p>　　1.3課題

14、指標(biāo)與參數(shù)2</p><p>　　第二章 各設(shè)計(jì)方案的比較及論證3</p><p>　　2.1 各方案基本原理的介紹4</p><p>　　2.2 方案比較及確定8</p><p>　　第三章 總體電路設(shè)計(jì)9</p><p>　　3.1系統(tǒng)工作原理及方框圖9</p><p>　　3.

15、1.1容量測(cè)量工作原理10</p><p>　　3.1.2 NE555的介紹10</p><p>　　3.2電源電路12</p><p>　　3.2.1橋式整流電路的工作原理13</p><p>　　3.3測(cè)量電路14</p><p>　　3.3.1 MC14060的介紹15</p><

16、p>　　3.3.2 MC14040的介紹17</p><p>　　3.4 量程轉(zhuǎn)換及符號(hào)控制電路18</p><p>　　3.4.1 MC14017的介紹19</p><p>　　3.5計(jì)數(shù)顯示電路21</p><p>　　3.5.1 七段LED顯示及其工作原理23</p><p>　　3.5.2 MC

17、14543的介紹24</p><p>　　3.6采用脈寬調(diào)制法的誤差分析26 </p><p>　　3.7使用方法與校正27</p><p>　　3.8元件的選擇與制作27</p><p>　　3.9整體電路原理圖28</p><p>　　第四章 Protel DXP應(yīng)用29</p><

18、p>　　4.1 Protel DXP的介紹29</p><p>　　4.2 原理圖設(shè)計(jì)步驟30</p><p>　　4.3 PCB板圖的設(shè)計(jì)步驟31</p><p><b>　　結(jié) 論35</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)36</b></p><p&

19、gt;<b>　　致 謝37</b></p><p><b>　　附錄38</b></p><p><b>　　第一章 緒 論</b></p><p>　　1.1 課題研究現(xiàn)狀</p><p>　　隨著科技的不斷發(fā)展，人類的不斷進(jìn)步，電子技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展可謂突飛猛進(jìn)，電容器

20、在電子線路中得到廣泛的應(yīng)用，它的容量大小對(duì)電路的性能有著重要的作用。因此，電容量的測(cè)量在日常使用中就不可避免。電容測(cè)量?jī)x的發(fā)展水平越來越高，目前電容測(cè)量?jī)x的應(yīng)用現(xiàn)狀是：品種多樣，技術(shù)含量高。如：YD2612A/12B電容測(cè)量?jī)x，它有著良好的測(cè)試穩(wěn)定性，抗沖擊能力強(qiáng)。如：TH2615系列電容測(cè)量?jī)x，它是一種易操作、智能化的電容測(cè)量?jī)x，儀器價(jià)格低，測(cè)試速度快。如：多頻HF2617電容測(cè)量?jī)x，它的可靠性穩(wěn)定性強(qiáng)，測(cè)量顯示直觀，適用性好。因此，

21、目前精確度高、穩(wěn)定性好、儀器價(jià)格低、測(cè)試速度快的電容測(cè)量?jī)x有著極大的需求。</p><p>　　1.1.1 電容測(cè)量的技術(shù)發(fā)展</p><p>　　測(cè)量電容器的參數(shù)，最經(jīng)典的方法是采用電橋法，80年代問世了數(shù)字自動(dòng)電橋，電橋在內(nèi)部微機(jī)的控制下自動(dòng)平衡，最終結(jié)果直讀得到，大大方便了使用，如今高壓西林電橋、高頻電橋等幾乎已經(jīng)被自動(dòng)化電橋所替代。由于電橋的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本相對(duì)也較高，對(duì)電容器的一般

22、測(cè)量如僅測(cè)其電容量，可以用阻抗法測(cè)試。阻抗法相對(duì)于電橋法簡(jiǎn)單的多，有的數(shù)字式萬用表配備有電容測(cè)試功能，其原理大都是以阻抗法實(shí)現(xiàn)的。隨著測(cè)試技術(shù)的不斷進(jìn)步，特別對(duì)相位角測(cè)試精度的提高，在阻抗法測(cè)量的同時(shí)增加相位角的測(cè)量可以較準(zhǔn)確的得到介質(zhì)損失角，在一定范圍內(nèi)已經(jīng)可以替代電橋法測(cè)量。小型電容測(cè)試儀還常用積分法或斜率法（含雙斜率）測(cè)試電容，原理是測(cè)試RC積分時(shí)間或以恒流源對(duì)被測(cè)電容充電，用充電時(shí)間或充電終止電壓來計(jì)算被測(cè)電容的電容量，可以達(dá)到

23、比較高的測(cè)試精度，因?yàn)闇y(cè)試電源本質(zhì)上為直流，該方法對(duì)測(cè)試電解電容非常合適。</p><p>　　1.1.2 課題研究的目的與意義</p><p>　　數(shù)字電子技術(shù)在現(xiàn)代社會(huì)得到了廣泛的應(yīng)用，電容是電子技術(shù)中不可缺少的部分，它在電子線路中得到廣泛的應(yīng)用，它的容量大小對(duì)電路的性能有著重要的作用。因此，電容量的測(cè)量在日常使用中就不可避免。通過對(duì)數(shù)顯電容測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)，使我鞏固了所學(xué)的本專業(yè)基礎(chǔ)理論

24、、專業(yè)知識(shí)和基本技能，培養(yǎng)了我綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)與技術(shù)獨(dú)立分析問題解決問題的能力；同時(shí)對(duì)電容測(cè)量?jī)x器的工作原理、元器件選擇及電子儀器的常用設(shè)計(jì)方法等有比較深入的了解；進(jìn)而掌握了應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行電子線路設(shè)計(jì)的基本思想和方法；可以幫助改進(jìn)現(xiàn)有電容測(cè)量系統(tǒng)的不足，為企業(yè)產(chǎn)品創(chuàng)新做出幫助；提高自己的動(dòng)手實(shí)踐能力和對(duì)電子設(shè)計(jì)的興趣，為自己以后從事電子類專業(yè)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。</p><p>　　1.2 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容</p

25、><p>　　1. 方案比較及論證 查閱相關(guān)資料，找到設(shè)計(jì)電路的基本思路。</p><p>　　2. 基本測(cè)量原理。</p><p>　　3. 工作原理、框圖及單元電路設(shè)計(jì)。</p><p>　　4. 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)及元器件選擇。</p><p>　　5. 繪電路原理圖，列元件明細(xì)表，整理及分析有關(guān)數(shù)據(jù)。</p>

26、<p><b>　　6. 結(jié)論。</b></p><p>　　1.3 設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)與參數(shù)</p><p>　　1. 測(cè)量范圍：第一檔0pF—99999pF，第二檔0.001μF—99.999μF，第三檔0.1μF—9999.9μF</p><p>　　2. 測(cè)量小電容時(shí)有校正電路。</p><p>　　3.

27、 顯示方式：七位LED數(shù)碼管顯示，五位LED顯示電容量，兩位LED顯示單位。</p><p>　　4. AC220V供電</p><p>　　第二章 方案比較與論證</p><p>　　2.1 各方案基本原理的介紹</p><p>　　電容測(cè)量?jī)x的基本原理是把容量轉(zhuǎn)換成其它形式的物理量，通過對(duì)其它物理量的測(cè)量，從而計(jì)算出電容的容量?？梢赞D(zhuǎn)換為

28、電壓值來測(cè)量，可以轉(zhuǎn)換成脈沖寬度，可以用容抗值來測(cè)量，測(cè)量的方法有多種。</p><p>　　1. 方案一 微分法測(cè)電容</p><p>　　如果三角波輸入給以被測(cè)電容器作為微分電容的微分電路，在電路參數(shù)選擇適當(dāng)?shù)臈l件下，微分電路的輸出幅度與Cx成正比，再經(jīng)峰值檢測(cè)電路或精密整流及濾波電路，可以得到與Cx成正比的直流電壓Ux ，然后再進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換送給數(shù)字顯示器，便可實(shí)現(xiàn)所要求的函數(shù)關(guān)系。

29、（電路如圖2-1 所示）</p><p><b>　　設(shè)三角波函數(shù)式為</b></p><p>　　UI=Kｔ　　　?。? ≤ｔ<ｔ1） (1-1) </p><p>　　UI=－Kｔ　　?。ǎ簦薄埽?lt;ｔ2） （1-2)</p><

30、;p><b>　　因?yàn)椤?lt;/b></p><p>　　所以　 （0 ≤ｔ<ｔ1） (1-3)</p><p>　?。ǎ簦薄埽?lt;ｔ2） (1-4)</p><p>　　圖2-1方案一設(shè)計(jì)總體框圖 </p><p&

31、gt;　　2. 方案二 單片機(jī)法測(cè)電容</p><p>　　把電容C轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)f，轉(zhuǎn)換的原理分別是RC電容三點(diǎn)式振蕩電路，單片機(jī)根據(jù)所選通道，向模擬開關(guān)送兩路地址信號(hào)，取得振蕩頻率，作為單片機(jī)的時(shí)鐘源，通過計(jì)數(shù)則可以計(jì)算出被測(cè)頻率，再通過該頻率計(jì)算出各個(gè)參數(shù)。然后根據(jù)所測(cè)頻率判斷是否轉(zhuǎn)換量程，或者是把數(shù)據(jù)處理后，把R、L、C的值送數(shù)碼管顯示相應(yīng)的參數(shù)值，利用編程實(shí)現(xiàn)量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換。</p><

32、;p>　　該設(shè)計(jì)方案的總體方框圖如圖2-2所示。</p><p>　　圖2-2 方案二的總體方框圖</p><p>　　3. 方案三 電橋法測(cè)電容 </p><p>　　如圖2-3 所示，C1與C2以差動(dòng)形式接入相鄰兩個(gè)橋臂，另兩個(gè)橋臂可以是電阻、電容或電感，也可以是變壓器的兩個(gè)次級(jí)線圈。Z1與Z2是禍合電感，這種電橋的靈敏度和穩(wěn)定性較高，且寄生電容影響小，簡(jiǎn)

33、化了電路屏蔽和接地，適合于高頻工作已廣泛應(yīng)用。另外兩橋臂為次級(jí)線圈，使用元件少，橋路內(nèi)阻小，應(yīng)用較多。輸出電壓Usc的幅值與被測(cè)量成正比，這種電路又稱做調(diào)幅電路。當(dāng)傳感器接有工作負(fù)載時(shí)，USC=E△d/d壓除與被測(cè)量變化△d有關(guān)外，還與電橋d電源 電壓有關(guān)，要求電源電壓采取穩(wěn)幅和穩(wěn)頻措施。</p><p>　　圖2-3電橋法測(cè)電容原理圖</p><p>　　電容電橋的主要特點(diǎn)有:①高頻交流

34、正弦波供電；②電橋輸出調(diào)幅波，要求其電源電壓波動(dòng)極小，需采用穩(wěn)幅、穩(wěn)頻等措施；③通常處于不平衡工作狀態(tài)，所以傳感器必須工作在平衡附近，否則電橋非線性增大，且在要求精度高的場(chǎng)合應(yīng)采用自動(dòng)平衡電橋；④輸出阻抗很高(一般達(dá)幾兆歐至幾十兆歐) ，輸出電壓低，必須后接高輸入阻抗、高放大倍數(shù)的處理電路。</p><p>　　4. 方案四 調(diào)頻法測(cè)電容</p><p>　　調(diào)頻電路如圖2-4所示，它的優(yōu)

35、點(diǎn)是：頻率輸出易得到數(shù)字量輸出，不需 A/D轉(zhuǎn)化；靈敏度較高，可測(cè)量 0.01um級(jí)位移變化，能獲得伏特級(jí)直流電壓信號(hào)，直接與微機(jī)匹配，抗干擾能力強(qiáng)，可長(zhǎng)距離發(fā)送與接收。因此在使用中，要求元件參數(shù)穩(wěn)定，電源電壓穩(wěn)定，并要消除溫度和電纜電容的影響。其頻率誤差約為0.1 %-1%。此外，輸出非線性較大，需誤差補(bǔ)償。統(tǒng)的模擬測(cè)量方法電路環(huán)節(jié)多，容易受零漂溫漂的影響，尤其對(duì)小電容的測(cè)量，更難保證測(cè)量精度。數(shù)字化測(cè)量首先是將電容量變?yōu)轭l率信號(hào)，常

36、用的有LC振蕩和RC振蕩。對(duì)于電容量微小變化的測(cè)量，介紹了一種借助比較電容來測(cè)量△C的方法。它的電容測(cè)量電路原理就是調(diào)頻電路原理。</p><p>　　圖2-4 調(diào)頻法測(cè)電容原理圖</p><p>　　5. 方案五 運(yùn)算放大器法 </p><p>　　該電路的最大優(yōu)點(diǎn)是能夠克服變極距型電容傳感器的非線性及采用虛地法驅(qū)動(dòng)電纜屏蔽( 也稱不完善屏蔽法，這是運(yùn)算法屏蔽的

37、一種，此外還有完善屏蔽法，1 :1中和屏蔽法等) ，解決了 1 :1放大器難以實(shí)現(xiàn)的中和電路對(duì)寄生電容的跟蹤問題。圖2 - 5為其原理圖。Cx是傳感器電容，C是固定電容，u是輸出電壓信號(hào)。由運(yùn)算放大器工作原理可知</p><p>　　圖2-5 運(yùn)算放大器法測(cè)電容原理圖</p><p>　　將C x= () 代入上式得</p><p>　　式中負(fù)號(hào)表明輸出電壓與電源

38、電壓反相。顯然，輸出電壓與電容極板間成線性關(guān)系，這就從原理上保證了變極距型電容傳感器的線性。這里是假設(shè)放大器開環(huán)放大倍數(shù)A=∞,輸入阻抗Z =∞，因此仍然存在一定的非線性誤差，但一般A和Z足夠大，所以該誤差很小、其靈敏度可達(dá)0.01um。缺點(diǎn)是運(yùn)算放大器電源電壓低，靈敏度受限制且輸出穩(wěn)定性將受信號(hào)源及放大器影響</p><p>　　6. 方案六 脈寬調(diào)制法</p><p>　　電路由顯示電

39、路、測(cè)量電路、量程轉(zhuǎn)換及符號(hào)控制電路、電源電路組成。把要測(cè)量的容量轉(zhuǎn)換成一定的脈沖寬度，此脈沖用來控制一個(gè)電子開關(guān)，讓固定頻率的脈沖通過電子開關(guān)送往顯示電路，即可達(dá)到測(cè)量顯示的目的。顯示電路由MC14543和MC14553數(shù)碼管及周圍電路組成，來顯示相應(yīng)電容的大小。測(cè)量電路由MC14060、MC14040及周圍電路組成，穩(wěn)定的基準(zhǔn)脈沖通過電子開關(guān)的控制送往顯示電路，把需測(cè)量的電容的充電時(shí)間轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的脈沖來控制電子開關(guān)的開啟時(shí)間讓相應(yīng)數(shù)

40、量的基準(zhǔn)脈沖通過，進(jìn)行計(jì)數(shù)和譯碼。量程轉(zhuǎn)換及符號(hào)控制電路由時(shí)基電路NE555接成單穩(wěn)電路和分頻計(jì)數(shù)電路MC14017及周圍電路組成來控制量程和符號(hào)。（詳細(xì)分析見第三章）</p><p>　　2.2 方案比較及確定</p><p>　　結(jié)合任務(wù)書中的要求：</p><p>　　1. 測(cè)量范圍：第一檔0pF—99999pF，第二檔0.001μF—99.999μF，第三檔

41、0.1μF—9999.9μF</p><p>　　2. 測(cè)量小電容時(shí)有校正電路。</p><p>　　3. 顯示方式：七位LED數(shù)碼管顯示，五位LED顯示電容量，兩位LED顯示單位。</p><p>　　4. AC220V供電</p><p>　　方案一采用了A/D轉(zhuǎn)換器，價(jià)格比較昂貴，精度不高，不適合設(shè)計(jì)要求。方案二元器件簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，測(cè)

42、大電容時(shí)誤差較大，測(cè)量范圍不夠?qū)?，顧也無法實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。方案三適合于高頻，那么低頻測(cè)量就會(huì)受到影響，所以也不選擇它。方案四要求元件穩(wěn)定，輸出的非線性誤差大。方案五運(yùn)算放大器電源電壓低，靈敏度受限制且輸出穩(wěn)定性將受信號(hào)源及放大器影響。方案六穩(wěn)頻誤差小，耗電量小，測(cè)量范圍寬，但要求頻率穩(wěn)定。</p><p>　　通過以上方案的比較，各個(gè)方案各有特點(diǎn)，適合測(cè)量的電容也各有千秋。但結(jié)合任務(wù)書中的要求和自己實(shí)際情況，經(jīng)過反復(fù)思

43、考和多次討論，決定采用方案六，因?yàn)樗奶攸c(diǎn):測(cè)量方法和硬件電路比較簡(jiǎn)單；頻率穩(wěn)定加一個(gè)1MHz的晶振就可以。由三檔量程可以測(cè)任何大小的電容，誤差小，花錢不多，易于動(dòng)手制作。能很好的滿足設(shè)計(jì)任務(wù)的要求。所以選擇該方案。</p><p>　　第三章 總體電路設(shè)計(jì)</p><p><b>　　3.1 原理方框圖</b></p><p><b&g

44、t;　　圖3-1原理方框圖</b></p><p>　　此電路由譯碼顯示電路、電容測(cè)量電路、量程轉(zhuǎn)換及符號(hào)控制電路、電源電路組成。</p><p>　　把要測(cè)量的容量轉(zhuǎn)換成一定的脈沖寬度，此脈沖用來控制一個(gè)電子開關(guān)，讓固定頻率的脈沖通過電子開關(guān)送往顯示電路，即可達(dá)到測(cè)量顯示的目的。顯示電路由MC14543和MC14553數(shù)碼管及周圍電路組成，來顯示相應(yīng)電容的大小。測(cè)量電路由MC

45、14060、MC14040及周圍電路組成，穩(wěn)定的基準(zhǔn)脈沖通過電子開關(guān)的控制送往顯示電路，把需測(cè)量的電容的充電時(shí)間轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的脈沖來控制電子開關(guān)的開啟時(shí)間讓相應(yīng)數(shù)量的基準(zhǔn)脈沖通過，進(jìn)行計(jì)數(shù)和譯碼。量程轉(zhuǎn)換及符號(hào)控制電路由時(shí)基電路NE555接成單穩(wěn)電路和分頻計(jì)數(shù)電路MC14017及周圍電路組成來控制量程和符號(hào)。</p><p>　　3.1.1 容量測(cè)量原理</p><p>　　要用數(shù)字電路來

46、測(cè)量電容的容量可以把容量轉(zhuǎn)換成相對(duì)應(yīng)脈沖寬度，次脈沖用來控制一個(gè)電子開關(guān)，讓固定頻率的脈沖通過電子開關(guān)送往顯示電路，即可達(dá)到測(cè)量顯示的目的。如測(cè)量一個(gè)1pF的電容，將電容接入一個(gè)單穩(wěn)態(tài)電路（如圖3-2所示），此為NE555的典型應(yīng)用。此電路的暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間即脈寬T=1.1×910×103×10-12=1.001×10-6=1μS基準(zhǔn)頻率取1MHz，其周期也是1μS，也就是說1μS的暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間即脈寬控制

47、的電子開關(guān)能通過一個(gè)脈沖到達(dá)顯示電路，即顯示1pF。電子開關(guān)的開啟由基準(zhǔn)脈沖控制。測(cè)量其它量程電容容量的方法以此類推，只是測(cè)量電阻不同而已。本表分為三個(gè)量程，即第一檔0pF—99999pF，第二檔0.001μF—99.999μF，第三檔0.1μF—9999.9μF。</p><p>　　圖3-2 單穩(wěn)態(tài)電路</p><p>　　3.1.2 NE555的介紹</p><

48、p>　　555定時(shí)器是一種將模擬功能和邏輯功能結(jié)合在同一塊芯片上的集成電路，8腳封裝。最初由美國(guó)SIGNETICS公司在1972推出投放市場(chǎng),很快得到廣泛應(yīng)用，也因?yàn)閼?yīng)用廣泛，許多其它公司也推出了功能一樣的類似型號(hào)。此芯片內(nèi)使用了3個(gè)精度較高的5K分壓電阻，型號(hào)由此而得名。NE555是雙極性器件的集成電路，內(nèi)含2個(gè)555電路的型號(hào)為NE556，為14腳。另有CMOS工藝的7555和7556。NE555電壓使用范圍為4.5V - 1

49、8V.7555則為3V - 15V。</p><p>　　a.NE555引腳位配置說明下：</p><p>　　圖3-3　 NE555接腳圖</p><p>　　Pin 1 (接地) -地線(或共同接地) ，通常被連接到電路的共同接地端。 </p><p>　　Pin 2 (觸發(fā)點(diǎn)) -這個(gè)腳位是觸發(fā)NE555使其啟動(dòng)它的時(shí)間周期。觸發(fā)信號(hào)上

50、緣電壓須大于2/3 VCC，下緣須低于1/3 VCC 。 </p><p>　　Pin 3 (輸出) -當(dāng)時(shí)間周期開始輸出555的輸出腳位，移至比電源電壓少1.7伏的高電位。周期的結(jié)束輸出回到0伏左右的低電位。于高電位時(shí)的最大輸出電流大約200 mA 。 </p><p>　　Pin 4 (重置) -一個(gè)低邏輯電位送至這個(gè)腳位時(shí)會(huì)重置定時(shí)器和使輸出回到一個(gè)低電位。它通常被接到正電源或忽略不

51、用。 </p><p>　　Pin 5 (控制) -這個(gè)接腳準(zhǔn)許由外部電壓改變觸發(fā)和閘限電壓。當(dāng)計(jì)時(shí)器工作在穩(wěn)定或振蕩的運(yùn)作方式下,這輸入能用來改變或調(diào)整輸出頻率。 </p><p>　　Pin 6 (重置鎖定) - Pin 6重置鎖定并使輸出呈低態(tài)。當(dāng)這個(gè)接腳的電壓從1/3 VCC電壓以下移至2/3 VCC以上時(shí)啟動(dòng)這個(gè)動(dòng)作。 </p><p>　　Pin 7 (

52、放電) -這個(gè)接腳和主要的輸出接腳有相同的電流輸出能力，當(dāng)輸出為ON時(shí)為L(zhǎng)OW，對(duì)地為低阻抗，當(dāng)輸出為OFF時(shí)為HIGH，對(duì)地為高阻抗。 </p><p>　　Pin 8 (V +) -這是555計(jì)時(shí)器IC的正電源電壓端。供應(yīng)電壓的范圍是+4.5伏特(最小值)至+16伏特(最大值)。</p><p>　　b．NE555時(shí)基電路主要有3種基本應(yīng)用</p><p>&l

53、t;b>　　1. 多諧振蕩器</b></p><p>　　高電平時(shí)間：T1=0.693(R1+R2)C</p><p>　　低電平時(shí)間：T2=0.693R2C</p><p>　　振蕩周期：T=0.693(R1+2R2)C</p><p>　　C2為抗干擾電容,一般取0.1uF-0.01uF,要求不高也可不用。</p&

54、gt;<p><b>　　2. 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器</b></p><p>　　延時(shí)時(shí)間：T=1.1RC秒</p><p><b>　　3. RS觸發(fā)器</b></p><p>　　通電后輸出為高，按S1輸出為低，按S輸出為高，6 7可連接。</p><p><b>　　3.2 電

55、源電路</b></p><p>　　電源電路給控制電路及其它電路提供電源，電源設(shè)計(jì)是電路設(shè)計(jì)很重要關(guān)節(jié)，它的穩(wěn)定與否涉及到電路否能穩(wěn)定工作。由于本系統(tǒng)所用的一系列芯片的電源都是直流電源，而現(xiàn)實(shí)中用的都是交流電，故要把交流電整流成直流電，本設(shè)計(jì)運(yùn)用的是橋式整流法把交流電整流成直流電，用LM7812實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓輸出，從而滿足系統(tǒng)的要求。</p><p>　　系統(tǒng)所用直流電源由三端集成穩(wěn)

56、壓器LM7812組成的串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源提供，如圖3-4所示：</p><p>　　圖3-4 系統(tǒng)電源電路</p><p>　　設(shè)計(jì)中選用了LM7812三端集成穩(wěn)壓器，提供+12直流電壓，輸出功率為15W。在整流之后采用了大容量的電解電容進(jìn)行濾波，以減小輸出電壓紋波。但由于電解電容器在高頻下工作存在電感特性，對(duì)于來自電源側(cè)的高頻干擾不能抑制,因此在整流電路后加入高頻電容，可以進(jìn)一步改善紋波

57、。</p><p>　　這些電容應(yīng)選用頻率特性好的陶瓷電容或炭電容。通過電容濾波可以提高穩(wěn)壓器的穩(wěn)定性和改變瞬態(tài)響應(yīng)。穩(wěn)壓器的容量和調(diào)整范圍留有充足的裕量。穩(wěn)壓器的輸入電壓應(yīng)比輸出電壓大一些，取大于等于3V，由多抽頭變壓器T提供。三端穩(wěn)壓器全都加上了散熱器，以增強(qiáng)工作的穩(wěn)定性。</p><p>　　3.2.1 橋式整流電路的工作原理</p><p>　　在輸入電壓的

58、正半周，其極性上正下負(fù)，即a點(diǎn)的電位高于b點(diǎn)的電位，二極管D1和D3導(dǎo)通，D2和D4截止，電流i1的通路是a- D1-RL- D3-b。在負(fù)載電阻RL上得到一個(gè)半波電壓，ul=u2。</p><p>　　在輸入電壓的負(fù)半周，其極性上負(fù)下正，即a點(diǎn)的電位低于b點(diǎn)的電位，二極管D2和D4導(dǎo)通，D1和D3截止，電流i2的通路是b- D2-RL- D4-a。在負(fù)載RL上得到一個(gè)半波電壓，ul=-u2。</p>

59、<p>　　圖 3-5 單相橋式整流電路</p><p>　　但是單相橋式整流電路的輸出含有較大的紋波，這遠(yuǎn)不能滿足我們的要求，因此需要采取措施，盡量降低輸出電壓中的紋波，同時(shí)還要盡量保留其中的直流成分，使輸出電壓更加平穩(wěn)，接近直流電壓。濾波電路就是完成此項(xiàng)工作。電容器和電感器是基本的濾波元件。主要利用電容器兩端的電壓不能突變和流過電感器的電流不能突變的特點(diǎn)，將電容器和負(fù)載電阻并聯(lián)或?qū)㈦姼衅髋c負(fù)載電

60、阻串聯(lián)，即可達(dá)到輸出波形平滑的目的。</p><p><b>　　3.3 測(cè)量電路</b></p><p><b>　　圖3-6 測(cè)量電路</b></p><p>　　測(cè)量電路是由—、及周圍電路組成。是MC14060，其10、11腳的內(nèi)部電路和外面的阻容元件及晶振組成振蕩電路，從9腳輸出穩(wěn)定的1MHz穩(wěn)定的基準(zhǔn)脈沖，送到電

61、子開關(guān)的輸入端，經(jīng)電子開關(guān)的控制再送入顯示電路，另一路經(jīng)MC14060本身分頻后，再經(jīng)即MC14040分頻和選擇，（選擇的頻率越低，兩次測(cè)量的間隔時(shí)間越長(zhǎng)，4腳約為8秒，2腳約為4秒，3腳約為2秒，5腳約為1秒。）得到一頻率極低的脈沖，此脈沖一路是作為顯示電路的清零，另一路經(jīng)RC微分后在脈沖的下降沿形成一負(fù)脈沖觸發(fā)測(cè)量電路的工作。是時(shí)基集成電路NE555接成典型單穩(wěn)電路，2腳由負(fù)脈沖觸發(fā)后就把電路中的測(cè)量電阻對(duì)CX和（為效正電容）充電時(shí)

62、間轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的寬度脈沖從3腳輸出，再用此脈沖去控制電子開關(guān)的開啟時(shí)間，讓相應(yīng)數(shù)量的基準(zhǔn)脈沖通過，送達(dá)顯示電路進(jìn)行計(jì)數(shù)、譯碼即可顯示電容的容量。</p><p>　　本電路中主要具有放大分頻整形的功能，根據(jù)題目要求，放大電路由兩個(gè)電路組成，一個(gè)是放大10MHz以上的信號(hào);另一個(gè)是放大10MHz以下的信號(hào)。</p><p>　　10MHz以上的信號(hào)從輸入，先經(jīng)過電容的隔離后在（uPC1651）

63、中對(duì)其進(jìn)行信號(hào)放大，再經(jīng)過微波分頻電路（AD829）進(jìn)行100倍分頻，從2腳輸出的信號(hào)送入放大整形電路。 而10MHz以下的信號(hào)從輸入，經(jīng)電容隔離后送放大整形電路對(duì)其進(jìn)行放大整形，而共同的放大器是由三級(jí)CMOS反相器（HEF4069UB）的1－3串聯(lián)而成。放大倍數(shù)M＝/＝200倍，已經(jīng)能讓30mV以上的信號(hào)放大到限幅狀態(tài)。而晶振頻率的測(cè)量可以通過與的6腳組成一個(gè)振蕩器，其振蕩頻率經(jīng)選擇后送入計(jì)數(shù)顯示晶振的工作頻率。</p>

64、<p>　　整形電路是由的4-5和R29、R30組成施密特觸發(fā)器，它能將模擬信號(hào)變成邊沿陡直的方波脈沖，進(jìn)功能轉(zhuǎn)換開關(guān)送到計(jì)數(shù)電路，用CMOS反相器組成放大器具有輸入阻抗高，功耗小，簡(jiǎn)單可靠，無需調(diào)試等特點(diǎn)。</p><p>　　3.3.1 MC14060的介紹</p><p>　　MC14060是二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器時(shí)鐘脈沖發(fā)生器，它是一種帶有振蕩器的14級(jí)分頻器電路，用作振蕩

65、器時(shí)帶外接R、C元件或石英晶體和電容器，數(shù)碼顯示用的時(shí)鐘信號(hào)是由使用場(chǎng)合決定的，MC14060制作脈沖發(fā)生器具有電路簡(jiǎn)潔，工作可靠，成本低，精度高的特點(diǎn)。MC14060的10腳和11腳的內(nèi)部門電路與外接的晶體元件構(gòu)成典型的晶體振蕩器，在這個(gè)設(shè)計(jì)中振蕩器是由晶體JZ（1MHZ）決定，調(diào)節(jié)可微調(diào)振蕩頻率,1MHZ的振蕩信號(hào)由MC14060內(nèi)部的14級(jí)二進(jìn)制分頻器分頻后輸出需要的脈沖信號(hào)。</p><p><b&

66、gt;　　1.特性</b></p><p>　　(1)廣泛的供應(yīng)電壓為3.0V至15.0V</p><p>　　(2)高的噪聲門限為0.45 （typ）</p><p>　　(3)低電平TTL負(fù)載</p><p><b>　　2.引腳圖</b></p><p>　　圖3-7　MC140

67、60引腳圖</p><p><b>　　3. 真值表</b></p><p><b>　　表3-1 真值表</b></p><p>　　3.3.2 MC14040的介紹</p><p>　　MC14040是十二位二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器，具有分頻作用，被分頻信號(hào)由CP端輸入，分頻后的信號(hào)分別由—輸出，最

68、小分頻數(shù)為2，最大分頻數(shù)為212=4096，即的輸出信號(hào)頻率為輸入信號(hào)的1/2，端的輸出信號(hào)頻率為輸入信號(hào)的1/4096。</p><p>　　圖3-8 MC14040引腳圖</p><p>　　MC14040功能表</p><p>　　表3-2 MC14040功能表</p><p>　　3.4 量程轉(zhuǎn)換及符號(hào)控制電路</p>

69、<p>　　圖3-9 量程轉(zhuǎn)換及符號(hào)控制電路</p><p>　　量程轉(zhuǎn)換電路是由、和周圍電路組成，是時(shí)基電路NE555接成單穩(wěn)態(tài)電路，按一下輕觸開關(guān)AN，3腳就輸出一個(gè)脈沖；是分頻計(jì)數(shù)集成電路MC14017，它接成三分頻方式，三個(gè)脈沖循環(huán)一次，它對(duì)送來的脈沖計(jì)數(shù)分頻，得電瞬間電路被清零，（集成電路的3腳）出現(xiàn)高電平，相應(yīng)的繼電器J1吸合，JK1導(dǎo)通把R32接入測(cè)量電路，同時(shí)也在控制的5腳為高電平。如

70、這時(shí)也沒有清零脈沖輸出，那么的6腳也會(huì)是高電平，根據(jù)與門電路積得關(guān)系，的4腳會(huì)輸出高電平，這時(shí)導(dǎo)通，通過二極管的編碼后，單位電路顯示pF字樣。按一下AN后，MC14017的出現(xiàn)高電平，相應(yīng)的繼電器吸合，轉(zhuǎn)到下一量程，單位電路顯示μF，數(shù)碼管的第一個(gè)小數(shù)點(diǎn)也會(huì)被點(diǎn)亮，完成容量的顯示。</p><p>　　電子計(jì)數(shù)器的內(nèi)部時(shí)間基準(zhǔn)由石英晶體振蕩器提供。測(cè)頻時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)經(jīng)過放大整形和一系列分頻，用做控制門電路的時(shí)基

71、信號(hào)，時(shí)基信號(hào)經(jīng)過門控電路形成門控信號(hào)。</p><p>　　整個(gè)電路的工作方式是：在1位時(shí)，得電瞬時(shí)電路自動(dòng)清零，3腳()為低電平，計(jì)數(shù)器被清零。的3腳輸出的脈沖上升沿使的3腳變?yōu)楦唠娖?，如此時(shí)放大分頻整形電路有信號(hào)輸出，計(jì)數(shù)電路將開始記錄脈沖個(gè)數(shù)，經(jīng)輸出兩個(gè)脈沖后（每個(gè)脈沖周期是0.5秒）再輸出的7個(gè)脈沖將使的7、10、1、5、6、9、11（-）分別出現(xiàn)高電平，這些腳經(jīng)二極管-隔離后接在計(jì)數(shù)器的鎖存控制端上，

72、使計(jì)數(shù)器顯示剛才記錄的脈沖個(gè)數(shù)，完成一次測(cè)量。是防止計(jì)數(shù)電路在的-電平跳變時(shí)漏計(jì)待測(cè)脈沖個(gè)數(shù)。計(jì)數(shù)器的工作時(shí)間關(guān)系是：清零（0.5秒）——計(jì)數(shù)（1秒）——鎖存（4.5秒）。</p><p>　　在2位時(shí)，是方波信號(hào)輸出與校正功能。的5腳將輸出1024Hz的方波，經(jīng)隔離后由CZ1輸出信號(hào)。此信號(hào)的峰值電壓是15V，但電流較小不能直接驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器，只能做信號(hào)源使用，此時(shí)計(jì)數(shù)電路顯示的數(shù)字即為信號(hào)的頻率數(shù)、以方便核對(duì)的振

73、蕩頻率是否正好為32768Hz，如不是，調(diào)節(jié)使計(jì)數(shù)電路顯示1024Hz，那的3腳就能輸出精確的2Hz脈沖。即完成校正功能。</p><p>　　在3位是測(cè)量晶振的功能。此時(shí)插在上的待測(cè)晶振與的6腳組成振蕩器，其振蕩頻率經(jīng)選擇后送計(jì)數(shù)電路顯示晶振的工作頻率。此振蕩器在1000KHz—10MHz均能起振，對(duì)測(cè)量?jī)赡_、三腳的晶振非常方便</p><p>　　3.4.1 MC14017的介紹&l

74、t;/p><p>　　MC14017是帶異步清零、無預(yù)置端、具有時(shí)鐘禁止端的十進(jìn)制脈沖計(jì)數(shù)/分配器。它在本次設(shè)計(jì)中用在了脈沖發(fā)生電路和控制電路中，名為。</p><p><b>　　1. 簡(jiǎn)要說明</b></p><p>　　MC14017具有三個(gè)輸入端：清零端RESET,時(shí)鐘端CLOCK，允許端CE。如果要用上升沿來計(jì)數(shù)，則信號(hào)由CP端輸入；如果

75、要用下降沿來計(jì)數(shù)，則信號(hào)由CE端輸入；MC14017具有10個(gè)輸出端~,每個(gè)輸出端的狀態(tài)與輸入計(jì)數(shù)器的脈沖個(gè)數(shù)相對(duì)應(yīng)，每一時(shí)刻只有一個(gè)輸出端為“1”其余輸出端皆為“0”。另外，為了級(jí)聯(lián)方便，還設(shè)有進(jìn)位輸出端，每輸入10個(gè)脈沖就輸出一個(gè)進(jìn)位脈沖。</p><p><b>　　2. 推薦工作條件</b></p><p>　　電源電壓范圍：3V—15V </p>

76、;<p>　　輸入電壓范圍：0V—</p><p>　　工作溫度范圍：M 類：55℃—125℃ </p><p>　　E 類：40℃—85℃</p><p><b>　　3. 極限值</b></p><p>　　電源電壓：-0.5V—18V </p><p>　　輸入電

77、壓：-0.5V— +0.5V</p><p>　　輸入電流：±10mA </p><p>　　貯存溫度：-65℃—150℃</p><p>　　4. 真值表 </p><p><b>　　表3-3真值表</b></p><p><b>　　5.引腳排列<

78、;/b></p><p>　　圖3-10　 MC14017引腳排列</p><p><b>　　引出端功能符號(hào)</b></p><p>　　CO：進(jìn)位脈沖輸出端 CLOCK：時(shí)鐘輸入端 RESET：清除端</p><p>　　CE：時(shí)鐘允許端 - ：十進(jìn)制解碼輸出端 ：正電源 ：地</p>&

79、lt;p>　　如果輸出可作十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，如果從其它輸出端輸出可作相應(yīng)的分頻。</p><p>　　3.5 計(jì)數(shù)顯示電路</p><p>　　顯示電路是由—、—數(shù)碼管及電阻電容組成。、是MC14543，其功能是把8421碼轉(zhuǎn)換成七段顯示的十進(jìn)制碼，驅(qū)動(dòng)共陰極數(shù)碼管。其5、3、2、4腳是8421碼A、B、C、D的輸入端，9至15腳七段數(shù)碼a—g的輸出端。、是MC14553它是一片三位84

80、21碼計(jì)數(shù)器，利用分時(shí)控制可以使用一只譯碼器顯示三位數(shù)字，其9、7、6、5腳是8421碼A、B、C、D的輸出端，1、2、15腳是三位數(shù)碼顯示的掃描輸出端，12腳是脈沖輸入端，14腳是溢出端3、4腳是外接振蕩電容端。（各集成電路的引腳功能詳見下面介紹）數(shù)碼管是共陰0.5寸紅色5只、綠色兩只。5只紅的作為電容容量顯示，2只綠的作單位顯示，單位顯示是指用數(shù)碼管經(jīng)二極管編碼后顯示（pF或者μF），并控制小數(shù)點(diǎn)的點(diǎn)亮，連接方法見電路圖（如圖3-1

81、1）</p><p>　　3-11 計(jì)數(shù)顯示電路</p><p>　　計(jì)數(shù)顯示電路的工作過程為：當(dāng)有脈沖輸入后，的2腳、的10腳和的10腳的閘門信號(hào)同時(shí)開啟，允許計(jì)數(shù)，并將計(jì)數(shù)值送入和的13腳來進(jìn)行鎖存，這里鎖存的主要目的是由于人眼有一定的視覺暫留，在10ms之內(nèi)，人眼無法察覺其變化。為了克服其不足，所以要采用對(duì)其數(shù)字進(jìn)行鎖存。當(dāng)計(jì)數(shù)器對(duì)其數(shù)字計(jì)數(shù)后，要想送入顯示器顯示，先由直接控制進(jìn)行

82、顯示，如果超過一定值，通過的5腳溢出端送入的12腳脈沖輸入端，這時(shí)由對(duì)脈沖計(jì)數(shù)并把得到的計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)通過A、B、C、D端輸出給的A、B、C、D輸入端，再把得到的8421碼轉(zhuǎn)換成七段顯示的十進(jìn)制碼，從而控制3個(gè)數(shù)碼顯示管進(jìn)行顯示。當(dāng)也超過所能控制顯示的數(shù)值時(shí)，又通過它的14腳溢出端送入的12腳脈沖輸入端，和通過同樣的方式來控制另外2個(gè)數(shù)碼顯示管進(jìn)行顯示。</p><p>　　3.5.1 七段LED數(shù)碼管的介紹<

83、/p><p>　　七段LED數(shù)碼管是利用7個(gè)LED發(fā)光二極管外加一個(gè)小數(shù)點(diǎn)的LED組合而成的顯示設(shè)備，可以顯示0—9等十個(gè)數(shù)字和小數(shù)點(diǎn)，使用非常廣泛，其外觀見圖3-13</p><p>　　圖3-12七段LED數(shù)碼管</p><p>　　這類數(shù)碼管可以分為共陰極和共陽極兩種。共陽極就是把所有LED的陽極連接到共同接點(diǎn)com，而每個(gè)LED的陰極分別為a、b、c、d、e、f

84、、g、dp；共陰極則是把所有LED的陰極共同連接到接點(diǎn)com，而每個(gè)LED的陽極分別為a、b、c、d、e、f、g、dp。LED數(shù)碼管各發(fā)光二極管的發(fā)光特性和普通二極管類似，只是正相壓降較大，正向電阻也較大，在一定范圍內(nèi)其正向電流與發(fā)光亮度成正比，由于常規(guī)的數(shù)碼管起輝電流只有1—2 mmA，最大極限電流也只有10—30mmA，(靜態(tài)總電流800 mmA，每段10 mmA，動(dòng)態(tài)平均電流4—5 mmA，峰值電流100 mmA)，所以他的輸入端

85、在5V電源或高于TTL高電平3.5V的電路信號(hào)相接時(shí)，一定要串加限流電阻,以免損壞器</p><p><b>　　圖3-13 數(shù)碼管</b></p><p>　　對(duì)單個(gè)數(shù)碼管來說從它的正面看進(jìn)去，左下角那個(gè)腳位為1腳，以逆時(shí)針方向分別為1—10腳，左上角那個(gè)腳便是10腳了，3腳和8腳是連通的，這兩個(gè)腳是公共腳。</p><p>　　3.5.2

86、 MC14543的介紹 </p><p><b>　　1.引腳圖</b></p><p>　　圖3-14 MC14543引腳圖</p><p>　　由圖可見，它主要包括16個(gè)引腳，分別是：</p><p>　　1腳（LD）：鎖存器禁止端 2－5腳（A－D）：8421碼的輸入端</p><p

87、>　　6腳（PH）：相位輸入端 7腳（BI）：空白顯示 </p><p>　　8腳（）:地 9－15腳（a-f）:七段數(shù)碼的輸出端。 </p><p><b>　　16腳（）：正電源</b></p><p>　　2. 真值表：如表3－4所列</p><p>　　從表中可以看出通

88、過一定的邏輯運(yùn)算，輸入端A、B、C、D，通過LD的控制，以及相位的控制，輸出其顯示十進(jìn)制數(shù)字。</p><p><b>　　表3-4　真值表</b></p><p><b>　　3.極限參數(shù)</b></p><p><b>　　表3-5極限參數(shù)</b></p><p>　　3.

89、6 采用脈寬調(diào)制法時(shí)的誤差分析</p><p>　　1. 測(cè)量電容的容量轉(zhuǎn)成脈沖寬度時(shí)誤差要小，解決措施：R32，R33，R34選誤差小的電阻誤差選0.5%。</p><p>　　2. 基準(zhǔn)頻率發(fā)生器產(chǎn)生的頻率要穩(wěn)定，解決措施：用石英晶振制作振蕩電路誤差來源主要包括量化誤差、觸發(fā)誤差、標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差。</p><p>　　3.7 使用與校正方法</p>

90、<p>　　本電容表制作完成后，根據(jù)兩次測(cè)量間隔時(shí)間來確定MC14040~出的脈沖周期，(一般用4秒)將其對(duì)應(yīng)的點(diǎn)焊接上，檢查無誤即可開機(jī)工作。在工作前要元件清單有兩處調(diào)試。一是先調(diào)C3，把的9腳輸出的基準(zhǔn)頻率調(diào)到1.000000MHZ，二是在制作完成時(shí)，先不要接上Cx、Cb，打開電源、本表在pF量程檔有數(shù)字顯示，這是電路的分布電容，焊入一只電容Cb，使電容表顯示一個(gè)整數(shù)的值(如200pF)，記注此基數(shù)值，以后在測(cè)量pF級(jí)的電

91、容時(shí)、均要減去此基數(shù)值才是被測(cè)電容的真正容量。校正電容Cb的容量要大于時(shí)基電路NE555的6、7腳之間的分布電容，大概在150pF以上。本表在校正后可以測(cè)量5pF以上的電容。在其它量程上不用如此調(diào)試，制作完成后就可以工作。以上調(diào)試的步驟不可反向。</p><p>　　3.8 元件的選擇與制作</p><p>　　本電容表使用的集成電路最好使用插座，電阻、電容的選擇不但要考慮其大小，還要注重

92、它們的性能，如耐壓值、功率、什么材料制作而成的等條件。電阻除了R32—34以外，均用1／8W的碳膜電阻，電阻R32-34要用精度為0．5％以上的金膜電阻以確保電阻值準(zhǔn)確。如無法得到表中的數(shù)值可用串并的方法獲得。容量小于1F的電容首選鉭電容和高頻瓷片電容，其它可選質(zhì)量好的電容。二極管為lN4000系列。三極管為C8050系列。繼電器為12V單刀任何系列均可。數(shù)碼管為0．5英寸共陰的任何型號(hào)。晶振為鐵封型，精度要高，最好是小數(shù)點(diǎn)后有四個(gè)零以

93、上的。安裝時(shí)先要把所有的跳線焊好，因?yàn)橛行┨€在集成電路的下面。電路板為兩塊，一塊是主板，100*120mm‘，另一塊是顯示板，40*100mm，為單面板、但元件面需補(bǔ)焊若干條跳線。</p><p>　　3.9 整機(jī)電路原理圖

94、 </p><p>　　圖3-15 整機(jī)電路原理圖</p><p>　　第四章 Protel DXP的應(yīng)用</p><p>　　4.1 Protel DXP的簡(jiǎn)介</p><p>　　Protel 自問世以來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，從DOS環(huán)境下的Protel for DOS 到基于Windows的Protel for Windo

95、ws 1.0，再到Protel 98、Protel 99、 Protel 99SE，版本在不斷地更新?lián)Q代，近年來又先后推出了Protel DXP、Altium.Designer 6.0等版本，新版本的功能越來越強(qiáng)大，智能化程度也越來越高。從目前的生產(chǎn)使用環(huán)節(jié)來看，Protel DXP已逐步呈現(xiàn)取代Protel 99SE的趨勢(shì)，因此學(xué)習(xí)Protel DXP的應(yīng)用是非常必要的。</p><p>　　Protel DX

96、P 在功能上全面兼容Protel系列以前版本的設(shè)計(jì)文件，還提供了混合電路仿真功能，為正確設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)原理圖電路中某些功能模塊提供了方便；提供了全新的FPGA設(shè)計(jì)的功能，這是以前的版本所沒有提供的功能；提供了更加豐富的原理圖組件庫和PCB封裝庫以及強(qiáng)大的查錯(cuò)功能。Protel DXP將原理圖編輯、電路仿真、PCB設(shè)計(jì)及打印功能有機(jī)地結(jié)合在一起，提供了一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境，因此使用更方便，功能更強(qiáng)大。</p><p>　　常

97、見環(huán)境名稱：PCB Document 電路板文件 Schematic Library 原理圖PCB Library document 電路板封裝庫文件 Schematic Document 原理圖文件。單擊菜單File/New，屏幕顯示如圖4－1所示</p><p><b>　　圖4－1 設(shè)計(jì)界面</b></p><p>　　4.2 原理圖設(shè)計(jì)步驟</p>

98、;<p><b>　　1、準(zhǔn)備畫圖</b></p><p>　?。?）啟動(dòng)Protel DXP</p><p>　　第一，從Windows操作系統(tǒng)的開始菜單或桌面快捷圖標(biāo)進(jìn)入Protel DXP環(huán)境。</p><p>　　第二，使用菜單File/New或File/New Design建立新設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫文件。</p>&

99、lt;p>　　第三，使用菜單File/New，在打開的窗口選擇Schematic Document 圖標(biāo)，建立新原理圖文件，如圖4-2所示。</p><p>　　第四，將原理圖文件打開。</p><p>　　（2）設(shè)置原理圖工作環(huán)境。</p><p>　　第一，使用菜單Design/Options，在如圖4-2所示的窗口中設(shè)置圖紙尺寸、柵格等內(nèi)容.</p

100、><p>　　第二，使用菜單Tool/Preference 中設(shè)置圖紙移動(dòng)方式和速度等內(nèi)容。</p><p><b>　　圖4-2原理圖圖紙</b></p><p><b>　　2、設(shè)置元件庫</b></p><p>　　必須有元件庫才能畫圖，所以畫圖前應(yīng)該在元件庫管理器中放置一些元件庫。首先進(jìn)入元件庫

101、管理器，然后單擊Add/Remove按鈕，在出現(xiàn)的窗口選擇\Design Expiorer 99SE/Library /Sch路徑，再選則常用的元件庫文件。單擊OK。在實(shí)際畫圖中，若所有的元件庫沒有需要的元件，就必須畫元件圖。</p><p>　　3、畫圖的簡(jiǎn)單步驟。</p><p>　　（1）首先將所有元件從庫中取出來，放置在圖紙上，并調(diào)整好位置。</p><p>

102、;　　（2）使用連線工具將元件連接起來。</p><p>　?。?）設(shè)置元件屬性。</p><p>　?。?）使用Tool/Annotate菜單對(duì)元件進(jìn)行編號(hào)。</p><p>　?。?）進(jìn)行電氣檢查（ERC）。</p><p>　?。?）使用Edit/Export to Spread 菜單簡(jiǎn)歷元件列表。</p><p&g

103、t;　?。?）使用Design/Create Netlist 菜單建立網(wǎng)絡(luò)表，為畫電路版圖做準(zhǔn)備。</p><p>　　4.3 PCB板圖的設(shè)計(jì)</p><p>　　前面介紹了如何設(shè)計(jì)原理圖，設(shè)計(jì)原理圖是為設(shè)計(jì)電路板圖提供基礎(chǔ)。下面就來看一下如何畫電路板。電路板就是所有電子產(chǎn)品都具有的焊接元件的基板。設(shè)計(jì)電路板是每一個(gè)學(xué)習(xí)現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的人必須學(xué)會(huì)的技術(shù)。 </p>&l

104、t;p>　　1　快速確定PCB外形</p><p>　　設(shè)計(jì)PCB先要確定電路板的外形,通常就是在禁止布線層(KeepOutLayer)畫出電氣的布線范圍。在畫之前可以任意畫出兩條橫線和兩條豎線,然后利用“放置工具條”里的“設(shè)置原點(diǎn)”工具將某一條線段的端點(diǎn)設(shè)為原點(diǎn)即坐標(biāo)為(0, 0),之后雙擊每一條線段,對(duì)其起點(diǎn)和終點(diǎn)的坐值進(jìn)行相應(yīng)的更改,使4條線段首尾相接,形成一個(gè)封閉的矩形框,電路板的外型確定也就完成了

105、。如果在畫圖的過程中需要調(diào)整電路板的大小,只要修改每條線段的相應(yīng)坐標(biāo)值即可,簡(jiǎn)單、快捷。</p><p><b>　　2　元件布局</b></p><p>　　開始布局之前首先要通過網(wǎng)絡(luò)表載入元器件,這個(gè)過程中經(jīng)常會(huì)遇到網(wǎng)絡(luò)表無法完全載入的錯(cuò)誤,實(shí)際上這些錯(cuò)誤主要可歸為兩類,一類是找不到元件,解決方法是確認(rèn)原理圖中已定義元件的封裝形式,并確認(rèn)已添加相應(yīng)的PCB元件庫,

106、若仍找不到元件就要自己造一個(gè)元件封裝了;另一類是丟失引腳,最常見的就是二極管、三極管的引腳丟失,這是由于原理圖中的引腳一般是字母A、K、E、B、C,而PCB元件的引腳則是數(shù)字1、2、3,解決方法就是或者更改原理圖的定義,或者更改PCB元件的定義使其一致即可。雖然Protel99 SE能夠自動(dòng)布局,但是,實(shí)際上電路板的布局幾乎都是手工完成的。進(jìn)行布局時(shí),必須要遵循一些基本規(guī)則:</p><p>　　(1)特殊元件特

107、殊考慮。一些特殊的元器件在布局時(shí)要從元件本身的特性、機(jī)箱的結(jié)構(gòu)、維修調(diào)試的方便性等多方面綜合考慮,以保證做出一塊穩(wěn)定、好用的PCB板。</p><p>　　(2)按照電路功能布局。如果沒有特殊要求,盡可能按照原理圖的元件安排對(duì)元件進(jìn)行布局,通常情況下信號(hào)從左邊輸入、右邊輸出,從上邊輸入、下邊輸出。在布局時(shí)可以充分利用軟件的網(wǎng)絡(luò)顯示/隱藏功能和快捷鍵。</p><p>　　(3)絲印層(Ov

108、erlay)的文字標(biāo)注。為方便電路的安裝和維修,一般要在印刷板的上下兩表面(TopOverlay和BottomOverlay)印刷上所需要的標(biāo)志圖案和文字代號(hào)。全局編輯是一個(gè)很實(shí)用的重要功能,可以設(shè)定各種全局條件進(jìn)行某一特定情況下的批量修改工作。</p><p>　　3　布線是PCB設(shè)計(jì)中的一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié),可以說前面的準(zhǔn)備工作都是為它而做的。PCB布線有單面布線、雙面布線及多層布線。布線的方式有兩種:自動(dòng)布線

109、及交互式布線。布線規(guī)則可以預(yù)先設(shè)定,需要經(jīng)常修改的規(guī)則主要是間距(Clearance)和線寬(W idth),其它的規(guī)則一般默認(rèn)即可滿足大多數(shù)的要求。另外,在布線過程中還要注意以下幾個(gè)問題:</p><p>　　(1)線長(zhǎng)。敷銅線要盡可能短,在高頻電路中更應(yīng)如此。敷銅線的拐彎處應(yīng)為圓角或斜角,直角或尖角在高頻電路和布線密度高的情況下會(huì)影響電氣性能。Protel DXP SE在交互式布線時(shí)可以很方便地改變拐角的形式

110、,方法是確定線的起點(diǎn)后按住shift鍵,然后反復(fù)按下空格鍵,即可變成不同的形狀。</p><p>　　(2)線寬。敷銅線的寬度應(yīng)以能滿足電氣特性要求而又便于生產(chǎn)為準(zhǔn)則,它的最小值取決于流過它的電流,如果板面積足夠大,敷銅線寬度最好不要低于0. 3mm。另外,最好是地線比電源線寬,它們的關(guān)系是:地線>電源線>信號(hào)線。</p><p>　　(3)線間距。相鄰敷銅線之間的間距應(yīng)該滿足

111、電氣安全要求,同時(shí)為了便于生產(chǎn),間距應(yīng)該越寬越好。最小間距至少能夠承受所加電壓的峰值,一般要求2000V電位差之間的敷銅線距離應(yīng)該大于2mm。在布線密度低的情況下,間距應(yīng)該盡可能的大。通常線間距最好不要低于0. 3 mm。</p><p>　　(4)屏蔽與接地。敷銅線的公共地線應(yīng)該盡可能放在電路板的邊緣部分。在電路板上應(yīng)該盡可能多地保留銅箔做地線,這樣可以使屏蔽能力增強(qiáng)。另外對(duì)數(shù)字電路的PCB可用寬的地導(dǎo)線組成一