畢業(yè)設(shè)計(jì)---電容計(jì)的設(shè)計(jì)

1、<p>　　設(shè)計(jì)題目：電容計(jì)的設(shè)計(jì)</p><p>　　院系名稱(chēng)：信息管理工程系</p><p>　　專(zhuān) 業(yè)：電子信息工程技術(shù)</p><p><b>　　電容計(jì)的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　摘 要：本次設(shè)計(jì)采用NE555集成定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器等電路來(lái)實(shí)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(shí)間。這種電路產(chǎn)生的脈沖寬度可以從幾個(gè)微秒到幾分鐘，精度可達(dá)0.1％。當(dāng)Ｒ固定時(shí)，改變Ｃ的大小，可以改變的脈寬，這樣通過(guò)計(jì)數(shù)器40110在時(shí)間內(nèi)對(duì)脈沖的計(jì)數(shù)就可以調(diào)為電容的大小，測(cè)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(jì)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(jì)要求……………………………………………………………………………5</p><p>　　設(shè)計(jì)思路……………………

4、……………………………………………………………6</p><p>　　電容計(jì)系統(tǒng)方框圖………………………………………………………………………6</p><p>　　設(shè)計(jì)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(guò)程………………………………………………………………………… 12</p><p>　　調(diào)試電路……………………………………………………………………………… 12

6、</p><p>　　電容計(jì)的PCB裝配圖………………………………………………………………… 13</p><p>　　致謝…………………………………………………………………………………………… 14</p><p>　　參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………………… 15</p><p>　　附錄……………………

7、……………………………………………………………………… 15</p><p><b>　　引 言</b></p><p>　　引言：電容器（capacitor）簡(jiǎn)稱(chēng)電容，也是組成電子電路的主要元件。它可以?xún)?chǔ)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(shuō)，電容器有點(diǎn)像電池。盡管兩者的工作方式截然不同，但它們都能存儲(chǔ)電能。電池有兩個(gè)電極,在電池內(nèi)部

8、，化學(xué)反應(yīng)使一個(gè)電極產(chǎn)生電子，另一個(gè)電極吸收電子。而電容器則要簡(jiǎn)單得多，它不能產(chǎn)生電子——它只是存儲(chǔ)電子。它是各類(lèi)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(chǔ)能和分頻等。電容器應(yīng)根據(jù)電路中電壓、頻率、信號(hào)波形、交直流成分和溫濕度條件來(lái)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(guò)而讓交流通過(guò)。</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(gè)電路之間的連接，允許交流信號(hào)通過(guò)并傳輸?shù)较乱患?jí)電路。</p><p>　　4濾波：這個(gè)對(duì)DIY而言很重要，點(diǎn)卡上的電容基本就是這個(gè)作用。</p><p>　

10、　5整流：在約定的時(shí)間開(kāi)或關(guān)導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件。</p><p>　　6儲(chǔ)能：儲(chǔ)存電能，用于必須要的時(shí)候釋放，例如照相機(jī)的閃光燈還有手機(jī)，一個(gè)電容儲(chǔ)存的電能可以讓手機(jī)用一天。</p><p>　　電容器在電子線(xiàn)路中得到廣泛的應(yīng)用，它的容量大小對(duì)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(duì)電容進(jìn)行測(cè)量。電容測(cè)量的基本原理是：把電容通過(guò)電路轉(zhuǎn)換成電壓量，然后把電壓量經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換成為數(shù)字量進(jìn)行顯

11、示。</p><p>　　第一章 電路設(shè)計(jì)要求</p><p><b>　　一.設(shè)計(jì)任務(wù)及要求</b></p><p><b>　　1．基本要求：</b></p><p>　　1）測(cè)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(cè)電容容量。</p><p>　　3）超量程時(shí)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(kuò)大測(cè)量范圍。</b></p><p><b>　　3）量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換。</b

13、></p><p><b>　　二. 設(shè)計(jì)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(lái)控制多諧振蕩電路的工作時(shí)間，不同的工作時(shí)間產(chǎn)生的脈沖個(gè)數(shù)自然不同，再將其輸出脈沖信號(hào)送計(jì)數(shù)、

14、顯示電路，這樣就可以測(cè)出對(duì)應(yīng)的電容值C。并采用繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)量程的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。電路器件都較為常見(jiàn)，電路結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，價(jià)格比較便宜。系統(tǒng)方框圖如圖3：</p><p>　　此方案采用較為簡(jiǎn)單的電路組合實(shí)現(xiàn)的，符合性?xún)r(jià)比這一規(guī)律的要求。元器件比較便宜，而且測(cè)得比較準(zhǔn)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(fù)雜，不易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量；采用的阻抗—相角法，需要測(cè)量的物理量較多，測(cè)量范圍窄，精度低，而且需要

15、用到價(jià)格較貴單片機(jī)；也需要用到單片機(jī)。</p><p>　　第二章 設(shè)計(jì)思路</p><p>　　采用NE555集成定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器等電路來(lái)實(shí)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(shí)間為：tw=RCln2≈1.1RC。這種電路產(chǎn)生的脈沖寬度可以從幾個(gè)微秒到幾分鐘，精度可達(dá)0.1％。當(dāng)Ｒ固定時(shí)，改變Ｃ的大小，可以改變tw的脈寬，這樣通過(guò)計(jì)數(shù)器40110在tw

16、時(shí)間內(nèi)對(duì)脈沖的計(jì)數(shù)就可以調(diào)為電容的大小，測(cè)得電容值。再由LED顯示器顯示電容大小。</p><p>　　第三章 電容計(jì)設(shè)計(jì)方框圖</p><p>　　第四章 設(shè)計(jì)原理圖</p><p><b>　　原件清單：</b></p><p>　　3個(gè)NE555集成塊、3個(gè)CD40110集成塊、3個(gè)LED數(shù)碼管。</p&g

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

18、1個(gè)發(fā)光二極管、1個(gè)蜂鳴器、1個(gè)</p><p><b>　　2個(gè)按鍵開(kāi)關(guān)。</b></p><p><b>　　1個(gè)單刀四擲開(kāi)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(cè)量和數(shù)字顯示有多種設(shè)計(jì)的方法，可由NE555集成定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器等電路來(lái)實(shí)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(shí)間為：tw=RCln2≈1.1RC。這種電路產(chǎn)生的脈沖寬度可以從幾個(gè)微秒到幾分鐘，精度可達(dá)0.1％。當(dāng)Ｒ固定時(shí)，改變Ｃ的大小，可以改變tw的脈寬，這樣通過(guò)計(jì)數(shù)器40110在tw時(shí)間內(nèi)對(duì)脈沖的計(jì)數(shù)就可以調(diào)為電容的大小，測(cè)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(shí)，會(huì)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(mén)時(shí)間脈沖。</p><p>　　2）.標(biāo)準(zhǔn)頻率時(shí)鐘電路</p><p>　　電路產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)頻率時(shí)鐘脈沖，

21、與單穩(wěn)態(tài)脈沖相與構(gòu)成計(jì)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(cè)量更精確。</p><p><b>　　3）.脈沖合成電路</b></p><p>　　其功能是將標(biāo)準(zhǔn)頻率時(shí)鐘脈沖和閘門(mén)時(shí)間脈沖相與合成。</p><p>　　4）.計(jì)數(shù)，鎖存，譯碼電路</p><p>　　在閘門(mén)時(shí)間內(nèi)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)脈沖計(jì)數(shù)，鎖存，得到

22、相應(yīng)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(bào)警部分</b></p><p>　　完成對(duì)系統(tǒng)測(cè)量電容時(shí)，電容超過(guò)量程產(chǎn)生聲光報(bào)警。</p><p><b>　　

23、7）.量程轉(zhuǎn)換</b></p><p>　　可以對(duì)不同電容值進(jìn)行測(cè)量。</p><p>　　第六章 各電路的分析</p><p>　　一.電路的具體設(shè)計(jì) </p><p>　　1．單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可由多種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如由門(mén)電路構(gòu) 成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，其圖設(shè)計(jì)雖然簡(jiǎn)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(gè)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(dá)0左右，其中 </p><p>　　假如Cx增大時(shí)，也增大，但是決定了系統(tǒng)的測(cè)量速度，在選定R=470K時(shí)，由Cx=10Uf,</p><p>　　＝5.2s，那么系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間顯得過(guò)長(zhǎng)，在該設(shè)計(jì)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(dòng)，其目的在于使得對(duì)應(yīng)于不通的電容值都在0.5s左右，</p><p>　　通過(guò)改變電阻值R，實(shí)現(xiàn)量程的轉(zhuǎn)換。</p><p><b>　　標(biāo)準(zhǔn)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(mén)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(mén)電路振蕩器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但周期不穩(wěn)定而且精度也不高；本設(shè)計(jì)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(guò)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(dāng)％Q=50%時(shí)，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(shí)即可算出阻值。</p><p>　

27、　4．計(jì)數(shù)，鎖存，譯碼顯示</p><p>　　CD40110是一個(gè)集計(jì)計(jì)數(shù)器，譯碼，鎖存和驅(qū)動(dòng)為一體的芯片，而且還是一個(gè)十進(jìn)制加減計(jì)數(shù)器，顯示系統(tǒng)如下圖（2）所示，其中5腳為復(fù)位端，10腳為進(jìn)位端，當(dāng)計(jì)數(shù)器產(chǎn)生溢出時(shí)，10腳會(huì)輸出一個(gè)脈沖，9腳為加法輸入端，CD40110驅(qū)動(dòng)的是共陰數(shù)碼管，把10腳和9腳相連，可組成多級(jí)計(jì)數(shù)器，圖為3級(jí)計(jì)數(shù)器，IC1,IC2,IC3分別為百位，十位個(gè)位。</p>

28、<p><b>　　5. 聲光報(bào)警</b></p><p>　　在超出量程范圍時(shí)，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(bào)警電路。圖（3）</p><p>　　由＝1.1R1C13.3s,引腳輸出，驅(qū)動(dòng)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(shí)器的應(yīng)用： </p><p><b>　　555定時(shí)器</b></p><p>　　（1）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(hào)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(shí)延時(shí)整形及一些定時(shí)開(kāi)關(guān)中。 </p><p>　　555應(yīng)用電路采用這3種方式中的1種或多種組合起來(lái)可以組成各種實(shí)用的電子電路，如定時(shí)器、分頻器、元件參數(shù)和電路檢測(cè)電路、玩具游戲機(jī)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(dòng)控制電路等。</b></p><p>　　CD40110的應(yīng)用：</p><p>　　40110為十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器/鎖存器/譯碼器/驅(qū)動(dòng)器，具有加減計(jì)數(shù)，計(jì)算狀態(tài)鎖存，七段顯示譯碼輸出功能。</p><p>　　40110有2個(gè)計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端CPU和C

32、PD分別作用加計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入和減計(jì)數(shù)時(shí)種輸入。由于電路內(nèi)部有一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)預(yù)處理邏輯，因此當(dāng)一個(gè)時(shí)鐘輸入端計(jì)數(shù)工作時(shí)，另一個(gè)時(shí)鐘輸入端可以任意狀態(tài)。</p><p>　　40110的進(jìn)位輸出CO和錯(cuò)位輸出B0一般為高電平，當(dāng)計(jì)數(shù)器從0~9時(shí)，BO輸出付脈沖；從9~0是CO輸出付脈沖。在多片級(jí)聯(lián)時(shí)，只需要將CO和BO分別接至下級(jí)的40110的CPU和CPD端，就可以組成多位計(jì)數(shù)器。</p><p&g

33、t;　　第八章 安裝電路過(guò)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(gè)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(xiàng)</b></p><p>　　1. 焊接過(guò)程避免管腳之間的短路、元件的正負(fù)級(jí)插反。</p><p>　　2. 在安插芯片過(guò)程中要注意管腳是否安裝錯(cuò)。</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(wàn)用表檢查電路是否短路或是斷路存在</p><p>　　用萬(wàn)用表檢測(cè)七段數(shù)碼管是否正常。</p><p>　　檢測(cè)各芯片供電是否正常。</p><p>　　檢測(cè)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(jì)的PCB裝配圖

37、</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　在四個(gè)星期的畢業(yè)課題設(shè)計(jì)是我大學(xué)生活中忙碌而又充實(shí)一段時(shí)光。這里有治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)而又親切的老師，有積極、向上、融洽的學(xué)習(xí)生活氛圍，更有互相幫助的同學(xué)。不僅學(xué)到就更多的理論知識(shí)，擴(kuò)展了知識(shí)面，提高了自己的實(shí)際操作能力；而且學(xué)會(huì)了面對(duì)困難和挑戰(zhàn)，學(xué)會(huì)了如何去學(xué)習(xí)新的知識(shí)，學(xué)會(huì)了團(tuán)結(jié)合作，互助互。在短短的時(shí)間里

38、，我學(xué)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(xué)，表達(dá)我最真誠(chéng)的謝意。利首先感謝指導(dǎo)老師。本論文是在老師耐心指導(dǎo)下多次修改完成的。在此，我對(duì)老師的耐心指導(dǎo)和幫助表達(dá)我最真誠(chéng)的謝意。在這段時(shí)間里，我從老師身上，不僅學(xué)到了許多的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，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(yán)謹(jǐn)治學(xué)態(tài)度和忘我的工作精神值得我去學(xué)習(xí)。在此，請(qǐng)?jiān)试S我大聲的說(shuō)：“老師，您辛苦了！” 同時(shí)，感謝四

39、年來(lái)傳授我知識(shí)的老師們，更要感謝我的家人及朋友對(duì)我學(xué)業(yè)上的支持和鼓勵(lì)，感謝所有關(guān)心、幫助過(guò)我的人。同時(shí)感謝我的大學(xué)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]《電子技術(shù)實(shí)踐與訓(xùn)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(shí)驗(yàn):電子電路實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)、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(jì)自動(dòng)化技術(shù)》.錢(qián)金法主編 . [M].北京:機(jī)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(guó)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(guó)電力出版社，2

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

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