数字电路课程设计报告 简易电容测试电路.docx
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数字电路课程设计报告简易电容测试电路
天津职业技术师范大学汽车与交通学院
《电子技术》
课程设计报告
同组学生姓名（学号）：
杨帅（11）杨启瑞（03）陈敏（18）
班级：
汽电1001班
任务分工：
电路设计与仿真：
杨帅杨启瑞陈敏
电路焊接：
杨帅杨启瑞陈敏
电路调试：
杨帅杨启瑞陈敏
设计时间：
2012年12月31日——2013年1月9日
指导教师：
冯勇鑫
第一周题目：
简易电容测试电路
电子技术课程设计任务书
汽车与交通学院汽电1001班学生杨帅杨启瑞陈敏
课程设计课题：
简易电容测试电路
一、课程设计工作日自2012年12月31日至2013年1月9日
二、同组学生：
杨帅（11）杨启瑞（03）陈敏（18）
三、课程设计任务要求：
（三选一，抽签）
1、简易频率计
能够测试10-99Hz方波信号（幅度为3-5V）的频率；要求测量值以2位8421BCD码形式输出；系统有复位键。
2、简易电容测试电路
能够测0.01µF—99µF范围内的电容值，且可以换档操作。
用两个数码管作为显示元件，测试时，测试电容接至测试端自动显示出被测电容值，且响应时间不超过2秒。
3、红外线数字转速表
采用红外发光二极管、光敏三极管作为速度检测、转换装置，给出测量脉冲。
两位数码管显示转速，每次测量后要有锁存和清零的功能。
设置超速和低速的指示。
四、设计报告内容要求：
（每组1份）
1、题目
6、总体电路图
2、主要技术指标
7、调试过程及测试结果
3、方案论证及选择
8、主要元件清单
4、系统组成框图
9、总结
5、单元电路设计及说明
10、参考文献
指导教师：
冯勇鑫教研室主任：
设计题目：
设计简易电容测试电路
一、题目:
简易电容测试电路
要求：
能够测0.01微法—99微法范围内的电容值，且可以换档操作。
用两个数码管作为显示原件。
测试时，测试电容接至测试端自动显示出被测电容值，且响应时间不超过2秒。
二、主要技术指标：
（1）设计制作一个具有数字显示功能的电容测量仪。
（2）测量电容范围为0.01μF~99μF。
（3）设计电容数字测量仪的电路图。
（4）组装、调试电容数字测量仪单元电路和整机系统。
三、方案论证及选择（电路仿真部分）：
一、方案论证选择
数字式电容测量仪的方案分析
方案:
电容、电阻和施密特触发器构成一个多谐振荡器。
在电源刚接通时，电容C上的电压为0，多谐振荡器输出Vo为高电平，Vo通过R对电容C充电。
当C上充得的电压Vc=Vt+时，施密特触发器翻转，Vo变成低电平，Vc又通过R放电，Vc下降，当Vc=Vt-时施密特触发器又翻转，输出Vo又变成高电平。
如此往复振荡产生一系列时间脉宽送入单片进行中央处理，最后送出显示信号通过LED显示。
本系统设计主要采用555集成定时器构成多谐振荡器、单稳态触发器等电路把被测电容的电容量转换成电压量，再把电压量通过译码器把电压量转换成数字量并显示，从而实现电容测量。
二、原理设计
系统组成框图：
它由测试电路和显示电路两部分组成。
在测试电路中，第一个555定时器做多谐振电路，它通过电容配合电阻冲放电产生一系方波脉冲。
第二个555定时器组成单稳态触发器，它利用被测电容Cx的充放电过程去调制一个频率和占空比均固定的脉冲波形，使其占空比q与C成正比，显然经过衰减电路取出合适的脉宽的直流电压Vo。
然后通过七段锁存译码驱动器CD4511译码和驱动电路从LED显示器上读出电容。
电容数字测量仪基本原理:
在单稳态电路中，当它输出的的脉冲幅度一定时，其输出脉冲电压的平均值只与脉冲的频率或脉宽成正比。
如果将单稳态电路CP端输入的触发脉冲的频率固定，那么输出脉冲电压打的平均值就只与脉冲的宽度成正比了。
电容测量的基本原理是：
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。
电容数字测量仪可由多种方法设计。
如由555集成定时器构成单稳态触发器、多谐振荡器等电路
闸门电路：
NE555构成的单稳态电路（触发时间为一秒）
上图是人工启动单稳，定时电阻定时电容位置分别为图中的Rt和Ct，也就是电路的结构特点是：
“RT-6.2-CT”。
以下为555芯片内部电路图以及单稳态电路工作波形（图中电容C即为测试电容Cx）
当忽略T的饱和压降，则Vc从零电平上升到2Vcc/3的时间，即为输出电压V0的脉宽Tw
这种电路产生的脉宽可以从几个微秒到数分钟，从式
（1）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的宽度可以求出电容的大小。
把单稳态触发器的输出电压Vo取平均值，由于电容量的不同，Tw的宽度也不同，则Vo的平均值也不同，由Vo的平均值大小也就可以得到电容C的大小。
如果把这个Vo的平均值送到3位A／D转换器，经显示器显示的数据就是电容量的大小。
由于单稳态触发器的输出脉冲宽度Tw与电容C成正比，还可利用数字频率计的知识，把此脉冲作闸门时间和标准脉冲相“与”，得到计数脉冲，该计数脉冲送计数-锁存-译码显示系统就可以得到电容量的数据。
连续触发电路：
NE555电路组成的多谐振荡器
根据电容的过渡过程可得到振荡周期的估算公式：
T=tw1+tw2
Tw1与电容充电过程有关，充电时间常数为（R1+R2）C;tw2与电容放电过程有关，放电时间常数为R2C。
所以：
T=0.7（R1+2R2）C
根据电路图a，即T=0.7（R1+2R2）C1……………………………………….
（2）
（1）/
（2）得到计数N，N=Tw/T=1.1RCx/0.7（R1+2R2）C。
当Cx=1uF时，计数N为Cx以uF为单位的倍数。
而电路中出现的档位操作是用来调节单稳态电路出现高电平的时间，也是切换电容的单位的操作。
计数单元：
（双十进制BCD计数器）
4518双BCD码计数器（十进制）
显示电路：
（CD4511驱动共阴数码管）
4511真值表
7400与非门
三、方案实现与测试
4511BCD—7段锁存/译码/驱动器4518双BCD码计数器（十进制）
四、调试过程及测试结果:
由于对方案的理解不够深刻，使我们最后的设计不正确，改变思路、修改方案、仔细检查后最后终于能够显示正确结果，但由于误差及焊接电路问题较多，还是不够准确。
这也是我们以后应该注意的。
四、主要元件清单：
1
电阻
10K、5K、5.6K
各1个
2
电阻
10、1K
各2个
3
电容
1uF
各2个
4
电容
0.1uF、0.01uF、56uF
各1个
5
开关
1个
6
74LS00D
3个
7
4518
2个
8
4511
2个
9
阴极数码管
2个
10
待测电容
0.01uF、0.1uF、99uF、1uF
各1个
11
555
2个
五、课程设计总结：
通过这周对电容测量仪的设计，使我们了解很多芯片的功能及应用，更重要的是我们对芯片理解加深，丰富的了这方面的知识，课程设计是在模拟电路和数字电路理论基础上进行的一次综合性系统设计，通过设计和实践，培养了我们的综合运用知识、实践操作及解决实际问题的能力，使我们牢固掌握课程中学到的电子线路的工作原理、分析方法和设计方法，学会电路的一般设计方法和设计流程，并应用这些方法进行一个实际的电子线路的系统设计。
因种种原因调试不出正确结果，在不断的调整和修改后，终于有了正确的结果，在失败中也学到很多，这对我们以后学习中将会有很大的帮助，也会激励我们在困难面前勇敢向前。
六、参考文献：
[1].邱关源.《电路》第四版.高等教育出版社
[2].沙占友.《新编实用数字化测量技术》.国防工业出版社
[3].康华光.陈大钦.《电子技术基础－模拟部分》.高等教育出版社
[4].康华光.邹寿彬.《电子技术基础－数字部分》.高等教育出版社
[5].蒋焕文.孙续.《电子测量》.中国计量出版社
[6].杜虎林.《数字万用表实用测量技法与故障检修》.人民邮电出版社
[7].电子爱好者网
个人总结
通过这次课程设计，我对电子技术基础这门学科有了进一步的认识和感知。
以前只是单纯注重理论知识的积累，忽略了它的实践意义。
这次的课程设计，不仅使我温习了书本上的理论知识，而且使我学会了如何把它应用到具体实践当中，做到了理论与实践相结合。
课程设计完成之后，我进行了再思考，并重新将自己的设计审视了几遍，同时也和做同样设计的几个同学交流了一下。
在进行交流中，我又有些新的感悟。
一开始进行设计的时候，由于我自身的知识储备不高，基本上都是参照相关资料进行。
这样做一方面可以让我熟悉软件的操作环境，了解设计方法和步骤，更加深刻理解基本概念。
另一方面等到自己设计的时候，可以在原有基础上完全按照自己的思路独立进行，而且在解决遇到的问题时会更加引发自己的思考，虽说不上创新，但可能会有新意产生。
在这方面我自感做的不是很好，这就要求自己在今后的学习中要不断的扩充知识，同时还要加强自身探索能力的培养。
这正是以后最需要改进的地方。
这一点，我想同样适用于其它各门功课。
如果没有探索性，我们就会拘泥于现有的东西，永远不会推动科技的发展。
在这个设计过程中，探索性主要可以体现在下面几个方面。
一个是绘图所用的软件，我们使用Multisim11，因为这个软件有它很大的优势，在学习使用过程中我也深有体会，基本上能满足我在设计中的任何要求。
但是我们同样可以自己摸索，用其他差不多或者更好的软件。
还有设计时所采用的公式，每本资料基本都有较为成熟的公式让我们参考。
但它们不一定就是最好的，我们也可以到图书馆到网上去查阅更多的资料，找出其它公式，公式是否为最好无关紧要，能满足设计指标就好。
第三点，在整个设计过程中都会有很多的计算，如果靠笔算会很麻烦也不能保证准确性。
这个时候我们就可以把以前学的本领用出来了。
VC、Matlab都是很好的工具，利用它们编写一些小工具进行计算，大大方便了我们的设计，减少了设计中的机械性。
没有探索就没有创新，没有创新很可能就会被淘汰，在今后的学习和设计中，我也会更加注重这方面的锻炼和培养，希望会有所进步。
通过这周对电容测量仪的设计，使我们了解很多芯片的功能及应用，更重要的是我们对芯片理解加深，丰富的了这方面的知识，课程设计是在数字电路理论基础上进行的一次综合性系统设计，通过设计和实践，培养了我们的综合运用知识、实践操作及解决实际问题的能力，使我们牢固掌握课程中学到的电子线路的工作原理、分析方法和设计方法，学会电路的一般设计方法和设计流程，并应用这些方法进行一个实际的电子线路的系统设计。
因种种原因调试不出正确结果，在不断的调整和修改后，终于有了正确的结果，在失败中也学到很多，这对我们以后学习中将会有很大的帮助，通过本次课程设计，我初步学会了课程设计的基本方法，学会了怎样去借鉴别人的方法和经验。
虽然这次做的程序简单短小，功能不强，但是我还是有一种成功的喜悦，虽然在编译的时候会经常因为一些小错误而头疼心烦，但是最后都耐心的测试改正了，收获丰盛。
失败的次数越多积累的经验就越多，对人的考验意义也就更大，自己的能力也在这一次次的错误改正之中得到了提升。
这次的课程设计也让我认识到了自己在学习上和性格上的一些缺陷和不足。
在学习和生活中不够沉稳，有点浮躁，知识和经验都还很欠缺，在以后的学习和生活中都还要更加的努力。
最终感谢冯勇鑫老师对我们地细心指导！
杨启瑞
汽电1001班
03号
天津职业技术师范大学课程设计评审表
汽车与交通学院汽电1001班学生杨启瑞（03）
设计任务完成情况及指导教师评语
答辩情况
评定成绩：
指导教师签字：
日期：
教研室主任：
主任签字：
日期：
日期：
个人总结
两周的课程设计结束了，在这两周的时间里我们通过分组来设计并完成电路，整个过程中我们发现了很多自身存在的不足，在实践中不断修改更正，可以说是受益匪浅，在巩固课本知识的同时，理论与实际相结合，真正达到了实践的目的和意义。
在第一周的课程设计里，我们小组选择的是简易电容电路的测试。
这个电路相对于第一周我们焊接的电路来说要有一定的难度，不过通过第一个电路的焊接，我们都各自有了自己的工作方向，也有了一些经验，一些基础。
对于这个较有难度的电路，我们更加有了动力，刚开始的两天，主要是去图书馆借来一些有关的书籍，查阅一些有关这个电路的一些知识，我们三个人一起研究这个电路的原理，；利用的555多谐振荡器跟单稳态电路等等，虽然说之前我们学习过这些电路的原理，单感觉之前学过的东西印象非常浅，课上的理论知识还需要进一步的巩固才行，通过这个电路的学习，我们懂得了理论结合实践是多么的重要，后来通过老师指导，同学们之间的共同讨论，查阅书籍的参考，终于把这个电路的原理以及电路的设计方案搞懂，之后的任务就是利用multisim这个软件来做仿真测试，对于我本人来说，这个软件是我第一次接触，对于它的使用时非常的生疏的，于是跟老师与其他同学简单的学习了一下这个软件的运用，然后把我们的电路用这个软件做了一下仿真，没有问题，才开始着手去焊接电路，排线的时候还是遇到了一些困难，通过我们小组人员的商量与合作，把这个困难解决掉了，电路的焊接总体来说是比较顺利的，因为电路的焊接过程也是三个人这个团队一起合作的，所有一些困难就迎刃而解了，这让我深深的体会到了人多力量大的道理。
通过本次实习培养了我理论联系实际的能力，提高了我分析问题和解决问题的能力，增强了独立工作的能力。
使我收获颇多，具体如下：
第一、熟练了电烙铁的焊接技术，能够独立的完成简单电子产品的安装与焊接。
熟悉电子产品的安装工艺的生产流程，了解电子产品的焊接、调试与维修方法
第二、熟悉了仿真软件Multisim的使用，并且掌握了调试电路的方法。
第三、熟悉常用电子器件的类别、型号、规格、性能及其使用范围，能查找资料，查阅有关的电子器件图书等。
我们认为，在这学期的实验中，在收获知识的同时，还收获了阅历，收获了成熟，在此过程中，我们通过查找大量资料，请教老师，以及不懈的努力，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。
更重要的是，在实验课上，我们学会了很多学习的方法。
而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。
要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践
当然在这次实验中我们遇到了不少的问题，最终一一解决了遇到的问题。
在我们遇到不懂的问题时，利用网上和图书馆的资源，搜索查找得到需要的信息。
和队友之间相互讨论，明白了团队合作的重要性。
这次的制作也让我们感受到，我们在电子方面学到的只是很小的一部分知识，我们需要更多的时间来自主学习相关知识。
这次课程设计中，我非常感谢我们的冯老师，我们的成功与老师的指导是密不可分的，他不仅教我们理论课，实验课，还带我们课程设计，这样统一的一个老师让我们有了很大的方便。
是我们成功的关键。
我深深体会到知识的重要性，我所学的远远还不够，我要不断继续努力，为我以后的工作打下坚实的基础。
杨帅
汽电1001班
11号
天津职业技术师范大学课程设计评审表
汽车与交通学院学院汽电1001班学生杨帅（11）
设计任务完成情况及指导教师评语
答辩情况
评定成绩：
指导教师签字：
日期：
教研室主任：
主任签字：
日期：
日期：
个人总结
经过这两周的课程设计，我加深理解了关于数字电路的相关知识，同时也对设计中应用到的那些电子器件有了更好地认识和应用。
在电路的制作过程中，自己的动手能力提高了不少。
每次检查出错误并修改成功后，都会有一种很强烈的成就感，喜悦的心情不言而喻！
下面简要的说一下设计我们的过程吧！
经过一个星期的实习，过程曲折可谓一语难尽，在此期间我们也失落过，也曾一度激情高涨，从开始时满富盛情到最后汗水背后的复杂心情，点点滴滴无不令我回味无长。
我想说，设计确实有些辛苦，但苦中有乐，在如今单一的理论学习中，很少有能实践的机会，但我们可以，而且设计是一个团队的任务，一起的工作可以让我们有说有笑，相互帮助，配合默契，多少人间欢乐在这里洒下，大学里的一年相处还赶不上在这里来是十天的合作，我感觉同学们之间的感情更加近了；我想说，我确实很累，但当我看到我们的成果时，心中不免产生兴奋。
回顾起此次课程设计，至今我感慨颇多，的确，从查阅资料到电路设计，从理论学习到实践总结，在整整一个星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是的确可以学到很多很多的东西，不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，毕竟以前在这方面做的太少，难免会遇到过各种各样的问题，同时在分析测容原理与设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新温故。
一周的实训使我了解到了自己解决问题的能力，自己的性格之中还有哪些需要改进的地方，另外还培养了我们独立办事和团队协作的能力，做到二者的辩证统一。
在这次的课程设计中，我们不仅学到了许多知识，同时也发现了自己的很多不足。
最终我明白了一个道理：
专业知识的学习绝对不能仅限于课堂上的书本，课外之余要将理论附注于实践，这样才能真正做到学以致用，可以更好的掌握知识，同时更加强对专业知识的实际运用。
总之，这两周让自己学到了好多书本上学不到的东西，懂得了理论联系实际，实践验证理论的重要性，这也正是我们学校的教学宗旨“动手动脑，全面发展”，相信这条校训一定会在我们身上呈现出来的。
最后非常感谢冯老师在这次课程设计中，对我们的辛勤指导！
陈敏
汽电1001班
18号
天津职业技术师范大学课程设计评审表
汽车与交通学院学院汽电1001班学生陈敏（18）
设计任务完成情况及指导教师评语
答辩情况
评定成绩：
指导教师签字：
日期：
教研室主任：
主任签字：
日期：
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