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1、 目 录 1 实习目的、内容和规定………………………………………………..……..1 2 设计原理及软件简介…………………………………………………………3 2.1 设计原理…………………………………………………………………….3 2.2 Multisim软件简介…………………………………………………………….3 3 设计环节和过程…………………………………………………………………4 3.1多谐振荡器电路………………….…........…………………………..……4 3.2单稳态触发器电路…………………...........………………………
2、…………….5 3.3计数和显示电路………………………………………………………………....….....7 3.4 总电路原理图……………………….................................……......8 4 设计的仿真和运行成果………………………………………………………9 4.1 电路的调试………………………………………………………………...9 4.2 成果及分析…………………………………………………………..…...10 5 结论...............................................
3、11 5.1实习过程中碰到的困难及处理措施……………………………….………11 5.2结论 …………………………………………… ……………...11 参照文献……………………………………………………………………….…12 附录………………………………………………………………………….……13 附录A 数字式电容测量仪电路图…………………………… …….....….......13 附录B 数字式电容测量仪元器件清单....…
4、………………………......….……14 1 实习目的、内容和规定 1.1 实习目的 本次实习的目的在于掌握数字电容测试仪的设计、组装与调试措施。在平常的电路工程或者是电路试验中，电容是一种最常见的元器件，实际应用中，对电容的电容值的精确度规定也是很高的。不过由于电容自身特性决定了电容和电阻的测量是不一样样的，电容的测量相对于电阻测量复杂，精确度不高。因此我们意在设计一种可以测量电容大小的电路，并且采用七段数码管直接在屏幕上显示电容的大小，以便在后来的试验中对电容的使用。 1.2 实习内容
5、 1.2.1设计阐明： 框图中的外接电容是定期电路中的一部分。当外接电容的容量不一样步，与定期电路所对应的时间也有所不一样，即C=f(t)，而时间与脉冲数目成正比，脉冲数目可以通过计数译码获得。 定期电路 多谐振荡器 计数器 译码器 数码显示屏 微分电路 自动调零 外接电容 图1 电容测量仪原理框图 1.2.2设计规定： 1.2.2.1基本部分 (1) 被测电容的容量在0.01μF至100μF范围内 (2) 设计两个的测量量程 (3) 用3为数码管显示测量成果，测量误差不不小于20% 1.2.2.2 发挥部分 (1) 至
6、少设计两个以上的测量量程，使被测电容的容量扩大到100PF至100μF范围内。 (2) 测量误差不不小于10%。 1.3实习规定 （1） 画出总体设计框图，以阐明数字式电容测量仪由哪些相对独立的功能模块构成，标出各个模块之间互相联络，时钟信号传播途径、方向和频率变化。并以文字对原理作辅助阐明。 （2） 设计各个功能模块的电路图，加上原理阐明。 （3） 选择合适的元器件，在仿真软件上连接验证、仿真、调试各个功能模块的电路。在连接验证时设计、选择合适的输入信号和输出方式，在充足电路对的性同步，输入信号和输出方式要便于电路的仿真、调试和故障排除。 （4） 在验证各个功能模块基础上，对
7、整个电路的元器件和连接，进行合理布局，进行整个数字钟电路的连接验证、仿真、调试。 （5） 自行接线验证、仿真、调试，并能检查和发现问题，根据原理、现象和仿真成果分析问题所在，加以处理。学生要处理的问题包括元器件选择、连接和整体设计引起的问题。 2 设计原理及软件简介 2.1 设计原理 定期电路 多谐振荡器 计数器 译码器 数码显示屏 微分电路 自动调零 外接电容 图2电容测量仪原理图图框图 多谐振荡器产生矩形脉冲波与定期电报和微分电路产生的信号相与后送入计数器，然后通过译码
8、器连接数码显示屏，对电容大小进行显示。 2.2 Multisim软件简介 Multisim是美国国家仪器（NI）有限企业推出的以Windows为基础的仿真工具，合用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包括了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。 工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕捉、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完毕从
9、理论到原理图捕捉与仿真再到原型设计和测试这样一种完整的综合设计流程。 3 设计环节和过程 3.1多谐振荡器电路 由555定期器构成的多谐振荡器来产生原则脉冲，电路和输出脉冲如图 图3 多谐振荡器电路图 图4 输出信号波形 在接通电源后，不需要外加触发信号，便能自动的产生矩形脉冲。此电路中用来产生时钟脉冲信号（如图所示）。周而复始，形成振荡。其振荡周期与电容充放电时间有关，充电时间为：T1=（R4+R5）Cln2,，放电时间为T2=R5Cln2,则时钟信号一种周期为T=T1+T2=(R4+2R5)Cln2。 通过上述分析可知，电容充电时，定期器输出u=1电
10、容放电时，u=0，电容不停地进行充、放电，输出端便获得矩形波。多谐振荡器无外部信号输入，却能输出矩形波，其实质是将直流形式的电能变为矩形波形式的电能。 3.2单稳态触发器电路 由555定期器构成的单稳态触发器。2端作为触发信号的输入端，由U1产生的时钟脉冲信号来提供。 图5 单稳态触发器电路图 图6 输出信号波形 单稳态触发器有稳态和暂稳态两个不一样的工作状态。当被测电容Cx接到电路中之后，只要按一下开关S，电源电压Vcc 经微分电路C1、R1和反向器，送给555定期器的低电平触发端2一种负脉冲信号使单稳态触发器由稳态变为暂稳态，其输出端3由低电平变为高电
11、平．该高电平控制与门使时钟脉冲信号通过，送入计数器计数．暂稳态的脉冲宽度为Tx=1.1RCx．然后单稳态电路又回到稳态。输出脉冲的宽度tw等于暂稳态的持续时间，而暂稳态的持续时间取决于外接电阻R和电容C的大小。即：tw=R2*C2*Ln2=1.1R2*C2。 3.3计数和显示电路 图7 计数和显示模块电路 计数电路采用74LS160作为计数器。74LS160是集成同步十进制计数器，该计数器具有同步预置、异步清零、计数和保持四种功能有进位信号输出端，可串接计数使用。 三位的显示控制模块由三个芯片级联构成。显示部分电路中显示屏用的是DCD-HE
12、X-BLUE显示屏。 3.4 总电路图 图8 总电路图 总电路图包括多谐振荡器，单稳态触发器，计数器，译码器等模块，可以成功仿真电容测量仪的功能。 4 仿真和运行成果 4.1 电路的调试 电路连接完毕后打开仿真开关，首先观测显示模块与否可以显示数值，若没有示数显示，则使用Multisim 13.0中的示波器逐一检查各个模块的信号输出波形，找出出现问题的模块根据设计原理判断是连接故障还是原理故障，并加以排除。 图9 示波器检测输出波形 若显示屏上显示数值，观测与否符合设计规定，若不符合设计规定，观测与否
13、是电容测量量程选择出现错误，变化电容测量量程选择开关重新进行仿真，观测成果。若量程开关选择对的，则可合适变化电路中原件的参数值，进行不停的调试，直抵到达预期的设计目的规定。 图10 量程选择开关 4.2 成果及分析 4.2.1小量程仿真成果 图11 小量程测量 电容大小在0.01uF~1uF时单刀双掷开关置于180KΩ，如图所示电容大小为0.13uF，成果显示为0.14uF，误差<5%，符合设计规定。 4.2.2 大量程仿真成果 图12 大量程测量 电容大小在1uF~100 uF时单刀双掷开关置于1.8KΩ，如图所示电容大小为73uF，成果显
14、示为72uF，误差<5%，符合设计规定 5 结论. 5.1 设计过程中碰到的困难及处理措施 在电路调试过程中发现多谐振荡器没有产生输出信号，示波器的输出信号一直显示低电平。将多谐振荡器电路单独建立一种设计图纸，逐一原件去查找出现故障原因，发现故障是由于有一根导线没有连接电源所致，及时对电路进行修改，完毕调试过程。 把所有模块所有连接起来后来，运行该数字电容测试仪时，显示屏上一开始一直显示的是111，每次测试的时候都是从111这个数值的基础上开始累加。后来通过我们对电路的研究，发现没有设计调零电路，因此我们在电路图上设计了一种自动调零电路，这样，从111开始计数的问题就处理了。
15、 5.2结论 在两个星期的电子技术应用实习之后，我对电子产品设计的一般措施和环节有了深入的理解，我不仅感到了自己的实际动手能力有所提高，更重要的是通过对设计过程的理解，深入激发了我对专业知识的爱好，并为后来可以结合实际存在的问题在专业领域内进行更深入的学习打下了基础。这次数字电容测试仪的设计使我把学到的由555定期器构成的多谐振荡器和单稳触发器，74LS160十进制加法器以及LED数码管都运用到了电路中，从而加深拉了我对这些知识的理解和运用，使我受益匪浅。通过这次实习，使我认识到了自己要学习的尚有诸多的。总之，很感谢学校给我们这次实习的机会。课程实习不仅锻炼了我们的动手能力还让我们对自
16、己所学的专业知识有了更深的理解。在此期间，在老师的身上我也学得到诸多实用的知识，在此表达对我们指导老师的感谢。尚有我们同组的协助过我的同学也表达感谢。 参照文献 [1]. 《模拟电子技术基础》 童诗白主编 高教出版社 [2]. 《数字电子技术基础》 阎石主编 高教出版社 [3]. 《电子技术基础试验－电子电路试验.设计.仿真》陈大钦主编华科出版社 [4]. 《电子技术基础试验与课程设计》 高吉祥主编 国防科技大学出版社 [5]. 《电子测试技术》 金唯香、谢玉梅主编 湖南大学出版社
17、 附录A 数字式电容测量仪电路图 附录B 数字式电容测量仪元器件清单 名称 型号 数量 计数器芯片 74LS160 3 显示屏 DCD_HEX_DIG_BLUE 3 555定期器 555_VIRTUAL 2 一般电容 0.01uF 2 一般电容 0.1uF 1 一般电容 1uF 1 一般电阻 1kΩ 1 一般电阻 1.8kΩ 1 一般电阻 5kΩ 1 一般电阻 10kΩ 1 一般电阻 12kΩ 1 一般电阻 180kΩ 1 单刀单掷开关 1 单刀双掷开关 1 双输入与门 74LS08 1 单输入非门 74LS04 1 稳压二极管 10BQ015 2
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