《模擬電子技術(shù)》課程設計報告數(shù)字式電容測量儀的設計

1、模擬電子技術(shù)課程設計報告題目： 數(shù)字式電容測量儀的設計 班級： 09電子信息工程1班 學生姓名： 學號： 指導老師： 日期： 2011年6月17日 目 錄一、設計的任務與要求1二、方案的選擇1三、系統(tǒng)工作原理2四、實現(xiàn)中出現(xiàn)的問題5五、實驗數(shù)據(jù)及處理6六、收獲體會7七 、附錄7一、 設計的任務與要求：模擬電路課程設計是電子信息工程專業(yè)的一門實踐性要求很高的專業(yè)基礎課。因此要求學生必須熟練掌握模擬電子技術(shù)的基本原理，并且通過動手操作，達到深刻理解和掌握其原理和方法。為結(jié)合理論課程教學的需要，設置1周的課程設計。通過模擬電路課程設計的實踐訓練，掌握基本的模擬電路系統(tǒng)的設計方法，提高動手能力、培養(yǎng)獨

2、立分析問題和解決問題的能力。對本次課程設計，原則上指導老師只給出大致的設計要求，在設計思路上不框定和約束同學們的思維，所以同學們可以發(fā)揮自己的創(chuàng)造性，有所發(fā)揮，并力求設計方案凝練可行、思路獨特、效果良好。要求學生認真查閱資料、遵守課程設計時間安排、按時到實驗室完成作品制作、并認真書寫報告。報告中要求有完整的電路圖，詳細的電路元件列表，電路的工作原理與元器件說明，最后進行設計總結(jié)。報告格式要求按東莞理工學院城市學院課程設計報告要求。二、 方案的選擇：1數(shù)字電壓表的設計設計要求如下：（可采用集成電路mc14433或icl7107）（1）三位數(shù)碼管顯示，具有手動調(diào)零、手動換擋功能。（2）兼有測量電流

3、和電阻的功能。數(shù)字電壓表主要部分是a/d轉(zhuǎn)換器，若選用集成芯片mc14433作為a/d轉(zhuǎn)換，其顯示方法通常采用動態(tài)掃描（工作時四個數(shù)碼管輪流點亮，利用人眼的視覺殘留特性能夠得到整體效果，當掃描頻率過低時顯示的數(shù)碼會有閃爍感）方式，采用這種方式較為省電，但需要字形譯碼驅(qū)動電路和字位驅(qū)動電路?；鶞孰妷悍e分電路3位半a/d轉(zhuǎn)換電路字形譯碼驅(qū)動電路顯示電路vi字位驅(qū)動電路數(shù)字電壓表框圖（用mc14433）此種方案要求同學們適當考慮如何采取短路保護措施。并在實驗過程中切忌由于操作不慎，發(fā)生輸出短路，燒毀變壓器。2數(shù)字式電容測量儀的設計設計要求： (1) 被測電容的容量在0.01f至100f范圍內(nèi)(2)

4、設計兩個的測量量程。(3) 用3為數(shù)碼管顯示測量結(jié)果，測量誤差小于20%?？驁D中的外接電容是定時電路中的一部分。當外接電容的容量不同時，與定時電路所對應的時間也有所不同，即c=f(t)，而時間與脈沖數(shù)目成正比，脈沖數(shù)目可以通過計數(shù)譯碼獲得。定時電路多諧振蕩器計數(shù)器譯碼器數(shù)碼顯示器微分電路自動調(diào)零外接電容電容測量儀原理框圖3彩燈控制器的設計設計要求如下：(1) 用led設計安裝一塊88矩陣板及其驅(qū)動電路。(2) 用eprom存儲器存放待顯示的字符。(3) 字符替換用手動開關(guān)編碼控制。設計說明：彩燈是由發(fā)光二極管（led）構(gòu)成的88或1616矩陣板，當行、列有效時，其交叉點的led被點亮，當多個l

5、ed被點亮時即可形成一定的圖案或字符。改變點亮方式將產(chǎn)生不同的效果。舉例88矩陣板顯示“中”字圖樣以及對應的行譯碼器輸出和和列存儲器存儲代碼表。方案選擇：基于對數(shù)字電壓表和a/d轉(zhuǎn)換器的認識與濃厚的興趣，再加上以前學習學的不是很深入，因此，選擇數(shù)字電壓表的設計和制作。除此之外，該電路的調(diào)試相對來說有些難，這能鍛煉實驗者的耐心，細心等，又能加強對a/d轉(zhuǎn)換器進一步的認識，讓我們學到更多。因此，我選擇了方案二數(shù)字電壓表的設計。三、 系統(tǒng)工作原理1. 設計電路分析icl7107芯片集成度高,轉(zhuǎn)換精度高,抗干擾能力強,輸出積分電容cint可直接驅(qū)動發(fā)光數(shù)碼管,只需要很少的外部元件,就可以構(gòu)成數(shù)積分電容

6、取值用下式估算:字儀表模塊。. 傳統(tǒng)的數(shù)字顯示測量儀表以集成芯片(比如icl7107芯片)集成顯示為主,或者進行a/d轉(zhuǎn)換后,簡單地用單片機技術(shù)實現(xiàn)數(shù)字顯示, 辨認引腳：（1）芯片的第一腳，是正放芯片，面對型號字符，然后，在芯片的左下方為第一腳。也可以把芯片的缺口朝左放置，左下角也就是第一腳了。知道了第一腳之后，按照反時針方向去走，依次是第 2 至第 40 引腳。（1 腳與 40 腳遙遙相對）。（2）牢記關(guān)鍵點的電壓：芯片第一腳是供電，正確電壓是 dc5v 。第 36 腳是基準電壓，正確數(shù)值是 100mv，第 26 引腳是負電源引腳，正確電壓數(shù)值是負的，在 3v 至 5v 都認為正常，但是不能

7、是正電壓，也不能是零電壓。芯片第 31 引腳是信號輸入引腳，可以輸入 199.9mv 的電壓。在一開始，可以把它接地，造成“0”信號輸入，以方便測試。（3）.注意芯片 27,28,29 引腳的元件數(shù)值，它們是 0.22uf,47k,0.47uf 阻容網(wǎng)絡，這三個元件屬于芯片工作的積分網(wǎng)絡，不能使用磁片電容。芯片的 33 和 34 腳接的 104 電容也不能使用磁片電容。（4）注意接地引腳：芯片的電源地是 21 腳，模擬地是 32 腳，信號地是 30 腳，基準地是 35 腳，通常使用情況下，這 4 個引腳都接地，在一些有特殊要求的應用中（例如測量電阻或者比例測量），30 腳或 35 腳就可能不接

8、地而是按照需要接到其他電壓上。 本文不討論特殊要求應用。（5）.負電壓產(chǎn)生電路：負電壓電源可以從電路外部直接使用 7905 等芯片來提供，但是這要求供電需要正負電源，通常采用簡單方法，利用一個 +5v 供電就可以解決問題。比較常用的方法是利用 icl7660 或者 ne555 等電路來得到，這樣需要增加硬件成本。我們常用一只 npn 三極管，兩只電阻，一個電感來進行信號放大，把芯片 38 腳的振蕩信號串接一個 20k 56k 的電阻連接到三極管“b”極，在三極管“c”極串接一個電阻（為了保護）和一個電感（提高交流放大倍數(shù)），在正常工作時，三極管的“c”極電壓為 2.4v 2.8v 為最好。這樣

9、，在三極管的“c”極有放大的交流信號，把這個信號通過 2 只 4u7 電容和 2 支 1n4148 二極管，構(gòu)成倍壓整流電路，可以得到負電壓供給 icl7107 的 26 腳使用。這個電壓，最好是在-3.2v到-4.2v之間。icl7107是一塊應用非常廣泛的集成電路。它包含3 1/2位數(shù)字a/d轉(zhuǎn)換器，可直接驅(qū)動led數(shù)碼管，內(nèi)部設有參考電壓、獨立模擬開關(guān)、邏輯控制、顯示驅(qū)動、自動調(diào)零功能等。制作時，數(shù)字顯示用的數(shù)碼管為共陽型，2k可調(diào)電阻最好選用多圈電阻，分壓電阻選用誤差較小的金屬膜電阻，其它器件選用正品即可。該電路稍加改造，還可演變出很多電路，如數(shù)顯電流表、數(shù)顯溫度計等.實驗電路圖 2.

10、電路元器件資料（1）共陰極數(shù)碼管led顯示器有共陰極和共陽極兩種結(jié)構(gòu)，下面只介紹共陰極結(jié)構(gòu)。見圖3，在共陰極結(jié)構(gòu)中，各段發(fā)光二極管的陰極連在一起，將此公共點接地，某一段發(fā)光二極管的陰極為高電平時，該段發(fā)光。共陰極字段碼：led顯示09某個字符時，則要求在adp送固定的字段碼，如要使led顯示“0”,則要求a、b、c、d、f各引腳為高電平，g和dp為低電平，字段碼為“3fh”。dpgfedcba001111113fh共陰極字符09七段碼如下：字符：0123456789字段碼：3fh06h5bh4fh66h6dh7dh07h7fh6fh共陰極結(jié)構(gòu)：（2）電阻470k、1m、15k、100k 各一個

11、（3）電阻1k 2個；（4）電容0.22uf、0.047uf、104、 103 、100p 各一個（5）電位器10k 1個3.實驗操作（1）查閱資料設計電路圖，根據(jù)電路計算出電路所需的元器件量值。（2）根據(jù)電路在實驗室找出所需元器件。（3）按照設計的電路通過導線將各元器件連接好，完成電路的組裝。（4）對所連電路進行調(diào)試，直到電路能夠體現(xiàn)其功能。四、實驗中出現(xiàn)的問題1.對共陰極數(shù)碼管的顯示方面的知識掌握不夠，導致在設計時遇到許多原理上的難題。2.對元器件的識別方法還不夠熟悉，致使在尋找元器件這一方面浪費了大量的時間。3.對實驗室的一些儀器的使用方法還不夠熟悉，如電烙鐵等，致使在焊接電路時出現(xiàn)許多

12、不必要的麻煩。四、 實驗數(shù)據(jù)及處理數(shù)字式電容測量儀設計有多種不同的方法，因此可以根據(jù)不同的用途選擇不同的元器件組成不同的電路，很多新型的數(shù)字式電容設計采用集成芯片作為核心電路，再加上運算放大器等電路，集成度高，電路規(guī)模小，而有的數(shù)字式電容設計則結(jié)構(gòu)比較簡單，成本自然較低，但電壓不是很穩(wěn)定。本次課程設計的數(shù)字式電容表設計采用模塊化設計方案，通過對整個課設題目的分析理解，對題目劃分四個模塊，逐塊分析仿真，設計思路明確易懂，電路圖可讀性好，從器件選擇到設計整體都考慮器件的常見度。本次的設計不足之處在于設計多用到的是晶體管電路，對實物自作來說可能性價比不是很高。但總體看來本次電路都遵循性價比原則，各個

13、器件都比較常見，而且每個功能模塊都實現(xiàn)。同時按照輸入電阻的大小，結(jié)果的分辨率大小以及電壓的量程比對，任務結(jié)果基 本符合課設要求。六、收獲體會在實踐課中，我們學到了很多不會被寫入我們所學課程的教科書的東西。通過這次對數(shù)字式電容測量儀的設計學習，讓我了解了設計電路的程序，也讓我了解了數(shù)字式電容測量儀的原理和設計理念。但是在做數(shù)字式電容測量儀設計時，由于對數(shù)字式電容測量儀的原理和電路的不了解，在查閱資料和上網(wǎng)閱讀才對此設計了解了一些，但是總感覺還是沒有徹底懂得！思路還不是很清晰！在設計中，對芯片ic7107的掌握感覺很難，還需要繼續(xù)學習。在畫局部電路圖中遇到很多問題，通過老師的提示和講解才逐漸懂得如何應用。從這次的電子技術(shù)課程設計中，我學到很多東西，例如proteus的入門和簡單應用，還有一些電路原理方面的知識，豐富了我的知識面，對我以后的電子電路學習提供了幫助。同時通過這次課程設計，讓我認識到我的不足之處，我對本課程的知識沒有掌握好，對一些知識點還不了解，我的動手能力還有待提高，需