《模拟电子技术》课程设计报告数字式电容测量仪的设计.doc

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1、模拟电子技术课程设计报告题目： 数字式电容测量仪的设计 班级： 09电子信息工程1班 学生姓名： 学号： 指导老师： 日期： 2011年6月17日 目 录一、设计的任务与要求1二、方案的选择1三、系统工作原理2四、实现中出现的问题5五、实验数据及处理6六、收获体会7七 、附录7一、 设计的任务与要求：模拟电路课程设计是电子信息工程专业的一门实践性要求很高的专业基础课。因此要求学生必须熟练掌握模拟电子技术的基本原理，并且通过动手操作，达到深刻理解和掌握其原理和方法。为结合理论课程教学的需要，设置1周的课程设计。通过模拟电路课程设计的实践训练，掌握基本的模拟电路系统的设计方法，提高动手能力、培养独

2、立分析问题和解决问题的能力。对本次课程设计，原则上指导老师只给出大致的设计要求，在设计思路上不框定和约束同学们的思维，所以同学们可以发挥自己的创造性，有所发挥，并力求设计方案凝练可行、思路独特、效果良好。要求学生认真查阅资料、遵守课程设计时间安排、按时到实验室完成作品制作、并认真书写报告。报告中要求有完整的电路图，详细的电路元件列表，电路的工作原理与元器件说明，最后进行设计总结。报告格式要求按东莞理工学院城市学院课程设计报告要求。二、 方案的选择：1数字电压表的设计设计要求如下：（可采用集成电路MC14433或ICL7107）（1）三位数码管显示，具有手动调零、手动换挡功能。（2）兼有测量电流

3、和电阻的功能。数字电压表主要部分是A/D转换器，若选用集成芯片MC14433作为A/D转换，其显示方法通常采用动态扫描（工作时四个数码管轮流点亮，利用人眼的视觉残留特性能够得到整体效果，当扫描频率过低时显示的数码会有闪烁感）方式，采用这种方式较为省电，但需要字形译码驱动电路和字位驱动电路。基准电压积分电路3位半A/D转换电路字形译码驱动电路显示电路Vi字位驱动电路数字电压表框图（用MC14433）此种方案要求同学们适当考虑如何采取短路保护措施。并在实验过程中切忌由于操作不慎，发生输出短路，烧毁变压器。2数字式电容测量仪的设计设计要求： (1) 被测电容的容量在0.01F至100F范围内(2)

4、设计两个的测量量程。(3) 用3为数码管显示测量结果，测量误差小于20%。框图中的外接电容是定时电路中的一部分。当外接电容的容量不同时，与定时电路所对应的时间也有所不同，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。定时电路多谐振荡器计数器译码器数码显示器微分电路自动调零外接电容电容测量仪原理框图3彩灯控制器的设计设计要求如下：(1) 用LED设计安装一块88矩阵板及其驱动电路。(2) 用EPROM存储器存放待显示的字符。(3) 字符替换用手动开关编码控制。设计说明：彩灯是由发光二极管（LED）构成的88或1616矩阵板，当行、列有效时，其交叉点的LED被点亮，当多个L

5、ED被点亮时即可形成一定的图案或字符。改变点亮方式将产生不同的效果。举例88矩阵板显示“中”字图样以及对应的行译码器输出和和列存储器存储代码表。方案选择：基于对数字电压表和A/D转换器的认识与浓厚的兴趣，再加上以前学习学的不是很深入，因此，选择数字电压表的设计和制作。除此之外，该电路的调试相对来说有些难，这能锻炼实验者的耐心，细心等，又能加强对A/D转换器进一步的认识，让我们学到更多。因此，我选择了方案二数字电压表的设计。三、 系统工作原理1. 设计电路分析ICL7107芯片集成度高,转换精度高,抗干扰能力强,输出积分电容CINT可直接驱动发光数码管,只需要很少的外部元件,就可以构成数积分电容

6、取值用下式估算:字仪表模块。. 传统的数字显示测量仪表以集成芯片(比如ICL7107芯片)集成显示为主,或者进行A/D转换后,简单地用单片机技术实现数字显示, 辨认引脚：（1）芯片的第一脚，是正放芯片，面对型号字符，然后，在芯片的左下方为第一脚。也可以把芯片的缺口朝左放置，左下角也就是第一脚了。知道了第一脚之后，按照反时针方向去走，依次是第 2 至第 40 引脚。（1 脚与 40 脚遥遥相对）。（2）牢记关键点的电压：芯片第一脚是供电，正确电压是 DC5V 。第 36 脚是基准电压，正确数值是 100mV，第 26 引脚是负电源引脚，正确电压数值是负的，在 3V 至 5V 都认为正常，但是不能

7、是正电压，也不能是零电压。芯片第 31 引脚是信号输入引脚，可以输入 199.9mV 的电压。在一开始，可以把它接地，造成“0”信号输入，以方便测试。（3）.注意芯片 27,28,29 引脚的元件数值，它们是 0.22uF,47K,0.47uF 阻容网络，这三个元件属于芯片工作的积分网络，不能使用磁片电容。芯片的 33 和 34 脚接的 104 电容也不能使用磁片电容。（4）注意接地引脚：芯片的电源地是 21 脚，模拟地是 32 脚，信号地是 30 脚，基准地是 35 脚，通常使用情况下，这 4 个引脚都接地，在一些有特殊要求的应用中（例如测量电阻或者比例测量），30 脚或 35 脚就可能不接

8、地而是按照需要接到其他电压上。 本文不讨论特殊要求应用。（5）.负电压产生电路：负电压电源可以从电路外部直接使用 7905 等芯片来提供，但是这要求供电需要正负电源，通常采用简单方法，利用一个 +5V 供电就可以解决问题。比较常用的方法是利用 ICL7660 或者 NE555 等电路来得到，这样需要增加硬件成本。我们常用一只 NPN 三极管，两只电阻，一个电感来进行信号放大，把芯片 38 脚的振荡信号串接一个 20K 56K 的电阻连接到三极管“B”极，在三极管“C”极串接一个电阻（为了保护）和一个电感（提高交流放大倍数），在正常工作时，三极管的“C”极电压为 2.4V 2.8V 为最好。这样

9、，在三极管的“C”极有放大的交流信号，把这个信号通过 2 只 4u7 电容和 2 支 1N4148 二极管，构成倍压整流电路，可以得到负电压供给 ICL7107 的 26 脚使用。这个电压，最好是在-3.2v到-4.2v之间。ICL7107是一块应用非常广泛的集成电路。它包含3 1/2位数字A/D转换器，可直接驱动LED数码管，内部设有参考电压、独立模拟开关、逻辑控制、显示驱动、自动调零功能等。制作时，数字显示用的数码管为共阳型，2K可调电阻最好选用多圈电阻，分压电阻选用误差较小的金属膜电阻，其它器件选用正品即可。该电路稍加改造，还可演变出很多电路，如数显电流表、数显温度计等.实验电路图 2.

10、电路元器件资料（1）共阴极数码管LED显示器有共阴极和共阳极两种结构，下面只介绍共阴极结构。见图3，在共阴极结构中，各段发光二极管的阴极连在一起，将此公共点接地，某一段发光二极管的阴极为高电平时，该段发光。共阴极字段码：LED显示09某个字符时，则要求在adp送固定的字段码，如要使LED显示“0”,则要求a、b、c、d、f各引脚为高电平，g和dp为低电平，字段码为“3fh”。dpgfedcba001111113fh共阴极字符09七段码如下：字符：0123456789字段码：3fh06h5bh4fh66h6dh7dh07h7fh6fh共阴极结构：（2）电阻470K、1M、15K、100K 各一个

11、（3）电阻1K 2个；（4）电容0.22uF、0.047uF、104、 103 、100p 各一个（5）电位器10K 1个3.实验操作（1）查阅资料设计电路图，根据电路计算出电路所需的元器件量值。（2）根据电路在实验室找出所需元器件。（3）按照设计的电路通过导线将各元器件连接好，完成电路的组装。（4）对所连电路进行调试，直到电路能够体现其功能。四、实验中出现的问题1.对共阴极数码管的显示方面的知识掌握不够，导致在设计时遇到许多原理上的难题。2.对元器件的识别方法还不够熟悉，致使在寻找元器件这一方面浪费了大量的时间。3.对实验室的一些仪器的使用方法还不够熟悉，如电烙铁等，致使在焊接电路时出现许多

12、不必要的麻烦。四、 实验数据及处理数字式电容测量仪设计有多种不同的方法，因此可以根据不同的用途选择不同的元器件组成不同的电路，很多新型的数字式电容设计采用集成芯片作为核心电路，再加上运算放大器等电路，集成度高，电路规模小，而有的数字式电容设计则结构比较简单，成本自然较低，但电压不是很稳定。本次课程设计的数字式电容表设计采用模块化设计方案，通过对整个课设题目的分析理解，对题目划分四个模块，逐块分析仿真，设计思路明确易懂，电路图可读性好，从器件选择到设计整体都考虑器件的常见度。本次的设计不足之处在于设计多用到的是晶体管电路，对实物自作来说可能性价比不是很高。但总体看来本次电路都遵循性价比原则，各个

13、器件都比较常见，而且每个功能模块都实现。同时按照输入电阻的大小，结果的分辨率大小以及电压的量程比对，任务结果基 本符合课设要求。六、收获体会在实践课中，我们学到了很多不会被写入我们所学课程的教科书的东西。通过这次对数字式电容测量仪的设计学习，让我了解了设计电路的程序，也让我了解了数字式电容测量仪的原理和设计理念。但是在做数字式电容测量仪设计时，由于对数字式电容测量仪的原理和电路的不了解，在查阅资料和上网阅读才对此设计了解了一些，但是总感觉还是没有彻底懂得！思路还不是很清晰！在设计中，对芯片IC7107的掌握感觉很难，还需要继续学习。在画局部电路图中遇到很多问题，通过老师的提示和讲解才逐渐懂得如

14、何应用。从这次的电子技术课程设计中，我学到很多东西，例如proteus的入门和简单应用，还有一些电路原理方面的知识，丰富了我的知识面，对我以后的电子电路学习提供了帮助。同时通过这次课程设计，让我认识到我的不足之处，我对本课程的知识没有掌握好，对一些知识点还不了解，我的动手能力还有待提高，需要以后的练习，一步一个脚印。这次课程设计业增加了我对电子信息工程专业的兴趣，更加主动学习有关知识，我相信我可以学好它，以后能做的更好。同时，实践课对我们理论课的学习也很有帮助。我深知，如果我不花这么多的时间，我将不会做一份满意的课程设计。最后衷心感谢老师在课程设计中给我的指导。六、参考文献（1）.高吉祥电子技术基础 实验与课程设计电子工业出版社2002年2月（2）.黄永定电子线路试验与课程设计机械工业出版社2005年8月