数字式电阻电容测量仪设计实现实验报告
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电子电路综合实验
总结报告
题目:数字式电阻电容测量仪设计实现
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题目:数字式电阻电容测量仪设计实现
一、实验目的
1、熟悉振荡电路的设计
2、熟悉单稳态电路的设计
3、熟悉计数器的级联工作原理
4、集成芯片7400、7404的工作原理
5、熟悉数码管显示原理。
二、所用仪器
函数信号发生器、示波器、直流稳压源
三、总体框图设计
四、设计步骤
1、显示电路由数码管静态显示
数码管是由发光二极管组成的。在焊接前应该确定其极性是否与设计相符及检测其完好性。数码管按极性可分为共阳型和共阴型。按显示方式又可分动态显示和静态显示。数码管的极性确定可用5V稳压电源串联300欧姆电阻接触数码管管脚的方式。数码管管脚如下图所示。
2、译码器
4511译码器管脚图及功能表如下图所示。
译码器的主要作用是把输入信号转换成下一级芯片/电路可以处理的信号。
根据4511真值表,其主要功能是把二进制信号转换成相应十进制的显示信号。当LE=0,LT非=1,BL非=1时,转换信号。
3、计数器74HC160
计数器的主要作用是计算输入脉冲的个数。74HC160是边沿触发型。74HC160管脚如下图所示。A、B、C、D是置数输入。
参考电路图:
4.基准时钟信号为电路提供最小计时单位。此设计中,采用的是皮尔斯晶体振荡电路。皮尔斯电路结构如图所示。二极管用于垫的静电放电。7404是个大增益的放大器。反馈电阻R3大于1M欧。它使反相器在工作初期处于线形区。R2作为驱动电位调整之用,可以防止晶振被过分驱动而工作在高次谐波频率上。电容三点式电路的分压电容,接地点就是分压点。分压点为参考点,输入和输出是反相的,形成一个正反馈以保证电路持续振荡。
任选一初始时刻,记录下基准周期。稳定后记录下周期,据此计算单稳态阻容参数。
5.555管脚图及单稳态触发器
单稳态触发器的特点是电路有一个稳定状态和一个暂稳状态。在触发信号作用下,电路将由稳态翻转到暂稳态,暂稳态是一个不能长久保持的状态,由于电路中RC延时环节的作用,经过一段时间后,电路会自动返回到稳态,并在输出端获得一个脉冲宽度为w t的矩形波。在单稳态触发器中,输出的脉冲宽度w t,就是暂稳态的维持时间,其长短取决于555外接电阻电容值。
单稳态触发器脉冲宽度公式:
3
3
2
ln
ln RC
V
V
V
RC
t
CC
CC
CC
w
=
-
-
=
6. 负脉冲电路:由开关控制电容的充放电,从而产生尖峰负脉冲。
五、 理论计算
经仿真可知基准时钟信号(皮尔斯晶体振荡电路)周期为90ns ,则在测量10pF
时,应使为w t
=900ns,即计数显示10。根据单稳态触发器脉冲宽度计算公式:
上式可得:
R=82k Ω
六、 仿真
1.数码管显示电路
33
20
ln ln
RC V V V RC t CC
CC CC w =--=
2.皮尔斯晶体振荡电路
3.555单稳态触发电路
4.负脉冲电路
七、模块结果
八、调试电路
1.计数显示电路测试
加电前,测试焊接连接的正确及完好性。万用表二极管挡位。
函数信号发生器输出2~5Hz,送计数,显示数字变化。函数发生器输出12MHz,观察计数器反映是否正常。
2. 振荡器电路测试
经测试皮尔斯振荡器输出11.0589MHz。
在示波器上看波形,记录频率周期.
3.单稳态电路部分电路测试
实际555单稳态触发器输出波形。
记录下外接电阻值6.7MΩ,电容值:20nF和脉宽tw=144ms。
4. 负脉冲电路测试
实际负脉冲波形如图所示。
负脉冲输出波形
宽度:9ms、峰值:2.32v、下降时间:0ms、上升沿时间:14ms。
九、总结
通过本次实验熟悉了振荡电路的设计、单稳态电路的设计、计数器的级联工作原理、集成芯片7400、7404的工作原理以及数码管显示原理。掌握了电路焊接以及排查短路、断路、虚焊等现象的基本方法。更加娴熟的运用仿真软件以及实验仪器,动手操作能力有了很大提高。
十、误差分析
十一、误差分析555单稳触发器外接电阻:R=6.7MΩ; 外接电容:
C=20nF 测得脉冲宽度:tw=144ms;s理论根据脉冲宽度计算公式:tw理论值应为147.4ms;s经计算可得:误差ε
=[(147.4-144)/147.4]x100%=2.3%
附:
元器件清单:
元器件名称个数值
R118.45MΩ
R211MΩ
R31560Ω
R41500Ω
R5,R614300Ω
R711kΩ
C3,C4222pF
C1120nF
C210.01μF
741601
45111
40092
74041
40071
晶振111MHz
数码管2
按键开关2波形:
实验日志: