【正文】 總體電路設(shè)計(jì) 9 第 三章 總體 電路 設(shè)計(jì) 原理方框圖 量 程 、 符 號(hào) 及 小 數(shù) 點(diǎn)轉(zhuǎn) 換 電 路 基 準(zhǔn) 脈 沖 發(fā) 生 器負(fù) 脈 沖 形 成電 路測 量 及 電 容 脈 沖轉(zhuǎn) 換 電 路分 頻 電 路 及 清 零電 路譯 碼 顯 示 電 路閘 門 控 制電 路1 2 V 穩(wěn) 壓 電 源 圖 31 原理方框圖 此 電路由 譯碼 顯示電路、 電容 測量電路、量程轉(zhuǎn)換及符號(hào)控制電路、電源電路組成。能很好的滿足設(shè)計(jì)任務(wù)的要求。但結(jié)合任務(wù)書中的要求和自己實(shí)際情況 ，經(jīng)過反復(fù)思考和多次討論， 決定采用方案 六 ，因?yàn)樗奶攸c(diǎn) :測量方法和硬件電路比較簡單； 頻率穩(wěn)定加一個(gè) 1MHz的晶振就可以。 方案六 穩(wěn)頻誤差小，耗電量小 ，測量范圍寬，但要求頻率穩(wěn)定。 方案四 要求元件穩(wěn)定，輸出的非線性誤差大。方案二 元器件簡單，容易實(shí)現(xiàn)， 測大電容時(shí)誤差較大，測量范圍不夠?qū)?，顧也無法實(shí)現(xiàn)目標(biāo) 。 3. 顯示方式：七位 LED 數(shù)碼管顯示，五位 LED 顯示電容量，兩位 LED 顯示單位。 量程轉(zhuǎn)換及符號(hào)控制電路由時(shí)基電路 NE555接成單穩(wěn)電路和分頻計(jì)數(shù)電路 MC14017及周圍電路組成來控制量程和符號(hào) 。顯示電路由 MC14543 和 MC14553 數(shù)碼管及周圍電路組成，來顯示相應(yīng)電容的大小。缺點(diǎn)是運(yùn)算放大器電源電壓低，靈敏度受限制且輸出穩(wěn)定性將受信號(hào)源及放大器影響 6. 方案六 脈寬調(diào)制法 電路由顯示電路、測量電路、量程轉(zhuǎn)換及符號(hào)控制電路、電源電路組成。顯然，輸出電壓與電容極板間 成線性關(guān)系，這就從原理上保證了變極距型電容傳感器的線性。 Cx 是傳感器電容， C 是固定電容， u 是輸出電壓信號(hào)。 圖 24 調(diào)頻法測電容原理圖 5. 方案五 運(yùn)算放大器法 該電路的最大優(yōu)點(diǎn)是能夠克服變極距型電容傳感器的非線性及采用虛地法驅(qū)動(dòng)電纜屏蔽 ( 也稱不完善屏蔽法，這是運(yùn)算法屏蔽的一種，此外還有完善屏蔽法， 1 :1 中和屏蔽法等 ) ，解決了 1 :1 放大器難以實(shí)現(xiàn)的中和電路對寄生電容的跟蹤問題。對于電容量微小變化的測量，介紹了一種借助比較電容來測量 △ C 的方法。統(tǒng)的模擬測量方法電路環(huán)節(jié)多，容易受零漂溫漂的影響，尤其對小電容的測量，更難保證測量精度。其頻率誤差約為 %1%。 4. 方案四 調(diào)頻法測電容 調(diào)頻電路如圖 24 所示，它的優(yōu)點(diǎn)是：頻率輸出易得到數(shù)字量輸出，不需 A/D 轉(zhuǎn)化；靈敏度較高，可測量 級(jí)位移變化，能獲得伏特級(jí)直流電壓信號(hào)，直接與微 機(jī)匹配，抗干擾能力強(qiáng)，可長距離發(fā)送與接收。當(dāng)傳感器接有工作負(fù)載時(shí)， USC=E△ d/d 壓除與被測量變化 △ d 有關(guān)外，還與電橋 d 電源 電壓有關(guān)，要求電源電壓采取穩(wěn)幅和穩(wěn)頻措施。另外兩橋臂為次級(jí)線圈，使用元件少，橋路內(nèi)阻小，應(yīng)用較多。 圖 22 方案二的總體方框圖 3. 方案三 電橋法測電容 如圖 23 所示， C1 與 C2 以差 動(dòng)形式接入相鄰兩個(gè)橋臂，另兩個(gè)橋臂可以是電阻、電容或電感，也可以是變壓器的兩個(gè)次級(jí)線圈。然后根據(jù)所測頻率判斷是否轉(zhuǎn)換量程，或者是把數(shù)據(jù)處理后，把 R、 L、 C 的值送數(shù)碼管顯示相應(yīng)的參數(shù)值，利用編程實(shí)現(xiàn)量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換。 1. 方案一 微分法測電容 如果三角波輸入給以被測電容器作為微分電容的微分電路，在電路參數(shù)選擇適當(dāng)?shù)臈l件下，微分電路的輸出幅度與 Cx成正比，再經(jīng)峰值檢測電路或精密整流及濾波電路，可以得到與 Cx成正比的直流電壓 Ux ，然后再進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換送給數(shù)字顯示器，便可實(shí)現(xiàn)所要求的函數(shù)關(guān)系。 4. AC220V 供電 第二章 方案比較與論證 3 第二章 方案 比較與 論證 各方案 基本原理的 介紹 電容測量儀的基本原理是把容量轉(zhuǎn)換成其它形式的物理量，通過對其它物理量的測量，從而計(jì)算出電容的容量。 設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)與參數(shù) 1. 測量范圍：第一檔 0pF— 99999pF，第二檔 — ，第三檔— 2. 測量小電容時(shí)有校正電路。 5. 繪電路原理圖，列元件明細(xì)表，整理及分析有關(guān) 數(shù)據(jù)。 3. 工作原理、框圖及單元電路設(shè)計(jì)。 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 1. 方案比較及論證 查閱相關(guān)資料，找到設(shè)計(jì)電路的基本思路。因此，電容量的測量在日常使用中就不可避免 。小型電容測試儀還常用積分法或斜率法（含雙斜率）測試電容，原理是測試 RC 積分時(shí) 間或以恒流源對被測電容充電，用充電時(shí)間或充電終止電壓來計(jì)算被測電容的電容量，可以達(dá)到比較高的測試精度，因?yàn)闇y試電源本質(zhì)上為直流，該方法對測試電解電容非常合適。阻抗法相對于電橋法簡單的多，有的數(shù)字式萬用表配備有電容測試功能，其原理大都是以阻抗法實(shí)現(xiàn)的。 電容 測量 的技術(shù)發(fā)展 測量電容器的參數(shù)，最經(jīng)典的方法是采用電橋法， 80 年代問世了數(shù)字自動(dòng)電橋，電橋在內(nèi)部微機(jī)的 控制下自動(dòng)平衡，最終結(jié)果直讀得到，大大方便了使用，如今高壓西林電橋、高頻電橋等幾乎已經(jīng)被自動(dòng)化電橋所替代。如：多頻 HF2617 電容測量儀，它的可靠性穩(wěn)定性強(qiáng)，測量顯示直觀，適用性好。如：YD2612A/12B 電容測量儀，它有著良好的 測 試穩(wěn)定性，抗沖擊能力強(qiáng)。因此，電容量的測量在日常使用中就不可避免。此脈沖用來控制一個(gè)電子開關(guān)，讓固定頻率的脈沖通過電子開關(guān)送往顯示電路，由七個(gè)數(shù)碼管顯示出來。電路可分為四個(gè)部分，顯示電路、測量電路、量程轉(zhuǎn)換及符號(hào)控制電路、電源電路。本設(shè)計(jì)采用脈寬調(diào)制法，本電容表五位 LED 顯示容量，兩位 LED 顯示單位，分為三個(gè)量程：0pF— 99999PF、 — 、 — 。 電容測量儀在國內(nèi)外的發(fā)展水平越來越高， 目前，電容測量儀 的應(yīng)用現(xiàn)狀是：品種多樣，技術(shù)含量高。 數(shù)顯電容測試儀 摘 要 隨著科技的不斷發(fā)展，人類的不斷進(jìn)步， 電容器在電子線路中得到廣泛的應(yīng)用，它的容量大小對電路的性能有著重要的影響，因此測量電容的大小在生產(chǎn)和生活中起著至關(guān)重要的作用。本課題就是關(guān)于電容的測量并通過數(shù)字顯示出來。 電容的測量有多種方法，有電橋法、單片機(jī)法、容抗法、調(diào)頻法、運(yùn)算放大器法、脈寬調(diào)制法等。全數(shù)字電路，晶振穩(wěn)頻誤差小，耗電量小，制作費(fèi)用低。要用數(shù)字電路來測量電容的容量可以把容量轉(zhuǎn)換成相對應(yīng)的脈寬寬度，將電容接入一由 NE555 構(gòu)成的單 穩(wěn)電路，此電摘要 I 路的暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間即脈寬。 我們有理由相信，隨著科技的不斷發(fā)展，在電子技術(shù)領(lǐng)域里，電容量的測量儀器 —— 電容測量儀將得到越來越廣泛的應(yīng)用；電容測量儀也將向著更合理，更科學(xué)，更適用的方向不斷向前發(fā)展！ 關(guān)鍵詞 ： 譯碼 顯示 ， 計(jì)數(shù)測量 ， 脈寬調(diào)制法 ， 單穩(wěn)電路 Abstract II 目錄 摘要 ..................................................................................................................I ABSTRACT .................................................................................................... II 目錄 ................................................................................................................. III 第一章 緒論 ................................................................................................... 1 課題研究現(xiàn)狀 .......................................................................................... 1 電容 測量 的技術(shù)發(fā)展 ........................... 1 課題研究的 目的與意義 .......................... 2 課題主要設(shè)計(jì)內(nèi)容 .................................................................................. 2 課題指標(biāo)與參數(shù) ...................................................................................... 2 第二章 各設(shè)計(jì)方案的比較及論證 ............................................................... 3 各方案基本原理的介紹 .......................................................................... 4 方案比較及確定 ...................................................................................... 8 第三章 總體電路設(shè)計(jì) ................................................................................... 9 系統(tǒng)工作 原理 及 方框圖 .......................................................................... 9 容量測量 工作原理 ............................. 10 NE555 的介紹 ................................. 10 電源電路 ................................................................................................ 12 橋式整流電路的工作原理 ....................... 13 測量電路 ................................................................................................ 14 MC14060 的介紹 ............................... 15 MC14040 的介紹 ............................... 17 量程轉(zhuǎn)換 及 符號(hào)控制電路 .................................................................... 18 MC14017 的介紹 ............................... 19 計(jì)數(shù) 顯示電路 ........................................................................................ 21 目錄 IV 七段 LED 顯示及其工作原理 .................... 23 MC14543 的介紹 ............................... 24 采用脈寬調(diào)制法的 誤差分析 ................................................................ 26 使用方法與校正 .................................................................................... 27 元件的選擇 與制作 ................................................................................ 27 整體電路原理圖 .................................................................................... 28 第四章 PROTEL DXP 應(yīng)用 ......................................................................... 29 PROTEL DXP 的介 紹 ..............