法拉电容表的设计与制作Word文档格式.docx
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三、总体设计
1、电路框图：
2、电路设计：
电流源→被测电容→比较器→计时器→转换→数码显示
3、设计原理：
通过电压比较器ua741给定时器555信号，让555产生250hz的脉冲，传输给74ls90,再通过4511连接到数码管，将法拉电容的读数显示。
法拉电容
法拉电也叫超级电容。
法拉电容的容量比通常的电容器大得多。
由于其容量很大，对外表现和电池相同，因此也有称作“电容电池”。
法拉电容属于双电层电容器，它是世界上已投入量产的双电层电容器中容量最大的一种，其基本原理和其它种类的双电层电容器一样，都是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量。
超级电容的特点：
（1）充电速度快，充电10秒～10分钟可达到其额定容量的95％以上；
（2）循环使用寿命长，深度充放电循环使用次数可达1~50万次，没有“记忆效应”；
（3）大电流放电能力超强，能量转换效率高，过程损失小，大电流能量循环效率≥90%；
（4）功率密度高，可达300W/KG~5000W/KG，相当于电池的5~10倍；
（5）产品原材料构成、生产、使用、储存以及拆解过程均没有污染，是理想的绿色环保电源；
（6）充放电线路简单，无需充电电池那样的充电电路，安全系数高，长期使用免维护；
（7）超低温特性好，温度范围宽-40℃～+70℃；
（8）检测方便，剩余电量可直接读出；
（9）容量范围通常0.1F--1000F。
四、单元电路设计
555定时器引脚功能：
555电路的内部电路方框图如图所示。
它含有两个电压比较器，一个是基本RS触发器，一个放电开关管T，比较器的参考电压由三只5K的电阻器构成的分压器提供。
它们分别是高电平比较器C1的同向输入端和低电平比较器C2的反向输入端的参考电平为2/3Vcc和1/3Vcc。
C1与C2的输入端控制RS触发器状态和放电管开关状态。
当输入信号自6脚，即高电平触发输入并超过参考电平2/3Vcc时，触发器复位，555的输出端3脚输出低电平，同时放电开关管导通；
当输入信号自2脚输入并低于1/3Vcc时，触发器置位，555的3脚输出高电平，同时放电开关管截止。
RD是复位端（4脚），当RD=0，555输出低电平。
平时RD端开路或接Vcc。
Vc是控制电压端（5脚），平时输出2/3Vcc作为比较器A1的参考电平，当5脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制，在不接外加电压时，通常接一个0.01uf的电容到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，以确保参考电平的稳定。
TD为放电管，当TD导通时，将给接于脚7的电容器提供低阻放电通路。
555定时器主要是与电阻、电容构成充放电电路，并由两个比较器来检测电容器上的电压，以确定输出电平的高低和放电开关管的通断。
这就很方便地构成从微秒到数十分钟的延时电路，可方便地构成单稳态触发产生器，多谐振荡器，施密特触发器等脉冲或波形变换电路。
555定时器的功能主要由两个比较器决定。
两个比较器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。
在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器A1的反相输入端的电压为2VCC/3，A2的同相输入端的电压为VCC/3。
若触发输入端TR的电压小于VCC/3，则比较器A2的输出为1，可使RS触发器置1，使输出端OUT=1。
如果阈值输入端TH的电压大于2VCC/3，同时TR端的电压大于VCC/3，则A1的输出为1，A2的输出为0，可将RS触发器置0，使输出为0电平。
555定时器外引脚排列图：
74LS90内部结构如图及其功能：
74LS90计数器是一种中规模二一五进制计数器，管脚引线如图
A．将输出QA与输入B相接，构成8421BCD码计数器；
B．将输出QD与输入A相接，构成5421BCD码计数器；
C．表中H为高电平、L为低电平、×
为不定状态。
74LS90逻辑电路图如图3.6-1所示，它由四个主从JK触发器和一些附加门电路组成，整个电路可分两部分，其中FA触发器构成一位二进制计数器；
FD、FC、FB构成异步五进制计数器，在74LS90计数器电路中，设有专用置“0”端R1、R2和置位（置“9”）端S1、S2。
74LS90具有如下的五种基本工作方式：
（1）五分频：
即由FD、FC、和FB组成的异步五进制计数器工作方式。
（2）十分频（8421码）：
将QA与CK2联接，可构成8421码十分频电路。
（3）六分频：
在十分频（8421码）的基础上，将QB端接R1，QC端接R2。
其计数顺序为000～101，当第六个脉冲作用后，出现状态QCQBQA=110，利用QBQC=11反馈到R1和R2的方式使电路置“0”。
（4）
九分频：
QA→R1、QD→R2，构成原理同六分频。
（5）十分频（5421码）：
将五进制计数器的输出端QD接二进制计数器的脉冲输入端CK1，即可构成5421码十分频工作方式。
此外，据功能表可知，构成上述五种工作方式时，S1、S2端最少应有一端接地；
构成五分频和十分频时，R1、R2端亦必须有一端接地。
管脚引线如图
CD4511引脚图和功能图：
显示译码器CD4511是一个用于驱动共阴极LED（数码管）显示器的BCD码—七段码译码器，特点如下：
具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。
可直接驱动LED显示器。
CD4511引脚图
BI：
4脚是消隐输入控制端，当BI=0时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。
LT：
3脚是测试输入端，当BI=1，LT=0时，译码输出全为1，不管输入DCBA状态如何，七段均发亮，显示“8”。
它主要用来检测数码管是否损坏。
LE：
锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出。
LE=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE=0时的数值。
A1、A2、A3、A4、为8421BCD码输入端。
a、b、c、d、e、f、g：
为译码输出端，输出为高电平1有效。
CD4511的内部有上拉电阻，在输入端与数码管笔段端接上限流电阻就可工作。
ua741内部结构如图及其功能：
它是把脚双列直插式组件，2脚和3脚为反向和同向输入端，6脚位输出端，4脚和7脚为负、正电源端，1和5脚为失调调零端，1、5脚之间可以接入电位器并将滑动触头接到负电源端，8为空脚。
五、调试
1）检查线路
在细心安装焊接好电路完毕后，我们首应该检查线路接线是否正确，用万用表一次检查电路是否存在虚焊、漏焊情况。
（2）通电检测
将焊接完电路的最终输入输出端分别接上5V电压，检查数码管是否能够正常显示数字，手摸各元器件看是否发烫，如果出现异常，立即关掉电源，待故障排除后才可以重新通电。
然后再测量各个单元电路，各元器件电压，以保证元器件能正常工作，看最终是否能达到预期要求的效果。
（3）分步调试
先检查开关量程选择和电容检测电路，看所提供的电压是否为工作电压，用万用表测量一下，看UA741正反相两端电压是否相等，然后检测电压比较器，看电压比较器是否能够送出控制信号，最后检测555定时器构成的多谐振荡电路，看其是否能为计数器提供正弦波。
（4）总体测试
先接通电源，先Cx不接电容，看数码管是否显示最大数值，然后把Cx之间的导线短接，看数码显示是否为0。
本电路采用逐步调试的方法。
在调试之前，对照原理图，检查装置中的各个元件和它们相互的连接关系是否正确，并确保装置中无漏焊或虚焊等错误现象。
六、电路测试及测试结果
安装之前要运用大二时的电工知识对所要用的元件逐个检查，以确保焊接上的元器件都是管用的，焊接过程中，可把接地和接电源的接线用适当的脱皮金属细丝直接连接在焊接板的两条边缘的铜线上，这样既节省了导线，又美观而且易于后期的调试和检查。
采用实验室内工作台上的±
5V直流电源，焊接完NE555多谐振荡电路和发射电路后，在保证电路连接正确的基础上，检查电路的焊接情况，仔细检查有无虚焊或漏焊的点。
再用示波器分别测量原理图，由于555触发器输出的波形是方波，可根据这一点来检查电路的连接正确与否。
在示波器上看其是否分别产生稳定频率的方波，若不能达到预期效果，及时纠正错误。
所有电路焊完后，接通电源，首先观察有无异常现象，包括有无冒烟，是否闻到异常气味，手摸元件是否发烫。
须特别注意接收大功率三极管的B、C、E的连接情况，因为元器件发热有可能是三极管接错了而没有起到作用，从而造成电路中电流过大。
若有异常现象应立即断开电源，用万用表检查各个器件，直至发现错误。
还有一点需要注意的：
在电源线密集的地方可以接个电容，起到滤波作用。
在数码显示管上也可以加保护电阻以防数码管烧坏。
如果在不接入电源的情况下显示“888”，在电容被测端进行短路时显示“000”，而在用手接触被测端的时候数字显示会不停的跳动，说明法拉电容表功能良好，用于测量法拉电容，读出正确的示数。
如果没有无异常现象，但数码管不显示，则可能是接触不良，可检查各接点是否接触良好。
在调试过程中我们可把电路分为四个部分逐部分调试，这样以便于快速查找出错的地方，可采用先断开其中几部分电源来测其中一部分，当然也可以先在实验箱上模拟完成。
七、设计总结
此次课程设计,使我不但巩固了所学的知识，学会了用理论来指导实践，而且锻炼了我独立思考问题和解决问题的能力，增强了动手能力。
在焊接电路之前，需要考虑如何恰当地进行元件布局和布线方式，以降低焊接的难度。
另外，进行基本的技能训练同时，学会了基本仪器的使用及基本电子元器件的识别与测量，进一步了解了一些重要的也是基本的电子元器件的内部工作原理，深刻领会了该元器件的工作方式和工作环境，还认识到良好的焊接技术对设计起到极其重要的作用，可以简化调试难度在设计操作焊接实物模板前，一定要合理布局，这样才能在焊接时即省力又准确。
我现在的布局一点都不合理，所以，我焊接时十分的麻烦，且焊的很累。
在实际操作中，焊接之前，最好先在印刷电路板上标上接口位置，这样可以避免焊接时焊错接口，焊接时要注意焊脚之间保持适当间距，避免短路，焊好接点后要用万用表欧姆档测试端口之间是否虚焊，还有在焊电容，三极管2时，电烙铁头不宜在元器件针脚上加热太长时间，具体说最大不能超过6秒，否则元器件易损坏。
在焊接集成块时，要注意集成块的接地、接电源端的焊接。
一定要到位，不能漏接，焊接时，也要注意焊接的质量，不能这边焊完那边又断开了。
调试时，应采用局部调试法，即屏蔽其他元器件来单独测试某个元件是否正常工作，确保每个部分工作正常，最后再整个调试。
本次课程设计锻炼了我们的实际应用能力，让我们懂得了理论联系实际的精髓，为以后毕业设计打下了基础。
八、参考文献
1、康华光，电子技术基础数字部分（第五版）.北京：
高等教育出版社，2006年1月第五版
2、康华光，电子技术基础模拟部分（第五版）.北京：
九、附录
元器件列表：
编号
器件型号
数量
1
5V电源
2
9千欧电阻
3
1千欧电阻
4
189欧电阻
5
132欧电阻
6
1欧电阻
7
1千欧变阻器
8
0.01UF电容
9
1K电位器
10
555集成块
11
741集成块
12
74LS90集成块
3
13
4511集成块
14
16眼插座
15
8眼插座
16
14眼插座
17
大功率三极管
1
18
共阴极数码管
3
19
导线
若干
20
焊锡丝
21
电板
电路制作所需的工具：
工具
电烙铁
万用表
剪子
镊子
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