电阻、电容综合参数测试仪

电子技术课程设计论文学校名称：青岛大学学院名称：自动化工程学院专业班级：电气3班学号：姓名：王少真2009年9月26日一、设计和实验题目电阻、电容综合参数测试仪二、内容摘要根据数字电子、模拟电子电路的设计、安装和调试方法，设计波形发生电路，数据选择电路，计数锁存电路，驱动译码显示电路四个单元模块。

其中以555定时器与RC相连构成多谐振荡器，产生三种不同频率的波形；以74LS90构成十进制计加法数器，用于计数脉冲的个数；以74LS194构成四位锁存器，通过锁存将计数值送至数码管显示；用CD4511构成数码管驱动译码电路，以驱动数码管显示；另外单刀双掷开关实现数据选择和译码显示功能，用手动控制。

根据各个不同功能的模块设计单元电路，在然后单元电路的基础上设计测量电阻、电容综合参数的测试仪，最后在计算机上用multisim模拟仿真，优化设计方案，再进行组装调试，测试相关性能指标，从而测出电阻电容的值。

三、设计任务及要求（1）设计一个能在一定范围内能测量电阻、电容参数的电路；（2）用数码管实时显示R或C的参数；（3）用中、小规模集成电路（双列直插式）组件和阻容元件实现所选定的电路；（4）在计算机上用multisim仿真优化；（5）在面包板上安装、调试；（6）写出设计总结报告。

四、主要技术指标（1）测量范围：R：10kΩ~1MΩ；C：10nF~1μF（2）测试精度：±10% ；（3）由数码管实时显示测试结果；（4）分别用两种指示灯指示测试元件类型。

五、使用的主要仪器和仪表1、仪器和器材1）计算机1台2）直流稳压电源1台3）示波器1台4）万用表1台5）函数信号发生器1台6）面包板1套7）剥线钳等工具1套2、器件清单1）集成芯片：LM324、555定时器、74LS90、74LS194、CD4511；2）共阴七段数码显示管（10脚）；3）6V稳压管、二极管；4）电位器：1k、10k、100k、1M；5）无极性电容：10nF、100nF；6）定值电阻器若干。

六、设计思路及原理电路1、设计思路利用多谐振荡器所产生的波形，可以把被测电阻和电容的大小转换成基准波的个数，即控制脉冲宽度Tx 严格与Rx 和Cx 成正比；根据公式： T=(R 1+2R 2)Cln2可知，当待测电阻Rx 比电阻R 1大的多而电容C 不变时，Rx 与周期T 成正比；当R 1和R 2都固定不变时，待测电容Cx 与周期也成正比。

故只要把此脉冲与频率固定不变的方波即基准脉冲相与，便可得到计数脉冲；设：T 0为基准脉冲的周期，即T 0=(R 5+2R 6)Cln2； T 1为测电阻Rx 脉冲的周期，即T 1=(R 1+2R x )Cln2； T 2为测电容Cx 脉冲的周期，即T 2=(R 3+2R 4)Cxln2；而，计数时间则由待测元件的脉冲控制，由于74LS194是上升沿有效的，故只计数在高电平时的半个周期内基准脉冲的个数；由多谐振荡器的占空比公式：q=2R2+R1R2+R1当R 1很小可忽略时，显然q 近似等于50％，因此每次计数都是计半个周期内基准脉冲的个数。

则，待测元件产生的脉冲与基准脉冲相与可得：T0T1=2N1或T0T2=2N2 其中，N1、N2都是计数脉冲的个数。

然后把计数脉冲送给计数器计数，然后经锁存电路、译码电路，最后驱动显示管显示。

合理设置基准脉冲的参数及单位，使数字显示器显示的数字N 便是Rx 和Cx 的大小。

2、系统框图3、单元电路的功能及指标1）波形发生电路由555定时器与RC 相连构成多谐振荡器，其功能是产生三种不同频率的波形，基本原理图及输出波形图为：多谐振荡器的电路图 多谐振荡器的输出波形图触发信号由电容器的充放电来提供。

所以，电容器上的电压信号应该在两个阈值之间按指数规律转换。

充电回路是RA 、RB 和C 。

此时相当输入是低电平，输出是高电平；当电容器充电达到2vcc/3时,即输入达到高电平时,电路的状态发生变化，输出变为低电平，电容器开始放电。

当电容器放电达到vcc/3时,电路的状态又开始变化，如此循环。

电容器之所以能够放电，是由于放电端7脚的作用，因7脚的状态与输出端一致，7脚为低电平电容器放电。

2）计数器电路用74LS90构成十进制计数器。

注意：清0方式及控制。

74LS90为中规模TTL 集成计数器，可实现二分频、五分频和十分频等功能，它由一个二进制计数器和一个五进制计数器构成。

其引脚排列图和功能表如下所示：C X R74LS90的功能表为了精确需显示每一位，因此需要4个十进制加法计数器，这里选用4片74LS90级联起来构成所需的计数器。

因为74LS90的异步清零端为高电平有效，因此，用控制脉冲的上升沿触发。

将74LS90的1号引脚clk1与12号引脚Q0相连，构成十进制计数器；11号引脚Q3作为进位信号接到高位的时钟信号端（即高位的14号引脚clk0）。

其电路图为：计数器的电路图3）锁存器电路用4个74LS194构成四位锁存器。

功能：锁存，送数。

若将计数器输出直接接译码显示，则显示器上的数字就会随计数器的状态不停的变化，只有在计数器停止计数时，显示器上的显示数字才能稳定显示最终测量结果，所以需要在计数和译码电路之间设置锁存电路。

锁存器选用4片4位锁存器74LS194，其工作状态也由控制器控制。

74LS194的引脚图锁存器的电路图4）驱动译码电路译码器选用4片CD4511，功能：驱动4个共阴七段数码显示。

特点：具有BCD 转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS 电路能提供较大的拉电流。

可直接驱动LED 显示器。

CD4511引脚图 LED 引脚图CD4511驱动译码电路图5）数据选择用单刀双掷开关手动控制，功能：通过接红绿灯来指示被测量是电容还是电阻。

4、参数计算 1）电阻参数计算根据公式：T0T1=2N1，T 0=(R 5+2R 6)Cln2，T 1=(R 1+2R x )Cln2； 有2R6+R52Rx+R1=2N1，令R 5=R 6=330Ω，则R 5+2R 6≈1k Ω，C=10nF ，R 1=100Ω大小可忽略不计；则有R x =N1*k Ω2）电容参数计算基于电阻参数的计算，根据公式：T0T2=2N2，T 2=(R 3+2R 4) Cxln2； 有2R6)C+(R52R4)Cx+(R3=2N2，令R 3=100Ω大小可忽略不计，R 4=10k Ω，即R 3+2R 4≈20 kΩ，C=10nF ；则有Cx=N2*nF此时，通过数码管显示的数值就是所测电阻或者电容的大小，单位分别是k Ω和nF 。

5、完整电路按照上述电路在面包板上安装、连线、调试，电源为+5V 直流电，注意共地线；数码管要接保护电阻，否则容易烧坏；每个集成块都有电源端和接地端；对于不用的引脚要做相应的处理；手动控制开关选择测试元件的类型；最下面3个多谐振荡器中，左边为测电阻脉冲发生器，中间为测电容脉冲发生器，右边的作为基准脉冲发生器；往上4个74LS90级联构成的四位十进制加法计数器；再往上是4个74LS194级联构成的四位锁存器；接下来是4个CD4511级联构成的数码管译码驱动电路，用于驱动数码管显示所测数据；最上面是4个共阴七段数码显示管，在驱动电路的作用下显示数值。

七、组装调试1、使用的主要仪器、仪表1）计算机，用于前期仿真，以优化设计方案；2）直流稳压电源，为电路供电；3）示波器，用于观察波形，读取周期和频率，检查电路故障；4）万用表，用于测量一般元件的参数，如电压、电流、电阻、电容等；2、调试电路的方法和技巧边安装边调试。

把一个总电路按框图上的功能分成若干单元电路，分别进行安装和调试，在完成各单元电路调试的基础上逐步扩大安装和调试的范围，最后完成整机调试。

调试时应注意做好调试记录，准确记录电路各部分的测试数据和波形，以便于分析和运行时参考和撰写设计报告。

（1）通电前检查电路安装完毕，首先直观检查电路各部分接线是否正确，检查电源、地线、信号线、元器件引脚之间有无短路，器件有无接错。

（2）通电检查接入电路所要求的电源电压，观察电路中各部分器件有无异常现象。

如果出现异常现象，则应立即关断电源，待排除故障后方可重新通电。

（3）单元电路调试在调试单元电路时应明确本部分的调试要求，按调试要求测试性能指标和观察波形。

调试顺序按信号的流向进行，这样可以把前面调试过的输出信号作为后一级的输入信号，为最后的整机联调创造条件。

（4）整机联调整机联调时应观察各单元电路连接后各级之间的信号关系，主要观察动态结果，检查电路的性能和参数，分析测量的数据和波形是否符合设计要求，对发现的故障和问题及时采取处理措施。

3、测试的数据和波形并与计算结果比较分析1）仿真测试数据：2）电路测试数据：4、调试中出现的故障、原因及排除方法1）电路不通，首先按照仿真电路图认真仔细检查电路，发现有多处接线错误，改正后重新测试，仍然不通，万用表测端点电压，发现某些引脚没有电压，重新检查线路或者更换元件，直至通为止。

2）没有输出波形，检查555定时器的连线，电源和共地以及电阻电容的选择或者更换555定时器。

3）数码管显示不全或不亮，检查数码管的连线，是否接有保护电阻，电源线和接地线是否接错，检查驱动电路是否有问题，将驱动电路所不用的引脚接地，防止干扰。

八、总结设计电路和方案的优缺点，指出课题的核心及实用价值，提出改进意见和展望。

优点：在误差允许的范围内基本上实现了电阻电容参数的测试，电路简单易懂，成本低功耗低，容易实现，所采用元器件的品种少、体积小且货源充足；便于生产、测试和维修。

缺点：误差有些偏大，不能测量太大或太小的电阻和电容，电路性能不稳定，且存在大量的干扰。

核心及实用价值：主要深化所学理论知识，培养综合运用能力，增强独立分析与解决问题的能力。

训练培养严肃认真的工作作风和科学态度，为以后从事电子电路设计和研制电子产品打下初步基础。

改进和展望：改变参数以提高精确度和测量范围，减少干扰。

九、所需元件1）集成芯片：555定时器3个74LS90 4个74LS194 4个CD4511；4个2）共阴七段数码显示管（10脚）4个3）单刀双掷开关1个4）定值电阻：100Ω2个330Ω 2个1k 4个10k 1个10k~500k不等（作为待测电阻）5）无极性电容：10nF 6个1、100nF各一个（作为待测电容）十、收获、体会通过此次实验综合运用所学各科知识，涉及数字电子电路、模拟电子电路、电路及电子线路实验等的相关知识，综合性较强，结合所学知识设计出满足特定要求的电路。

它不同于我们习惯的分析电路，即根据电路结构和参数分析得到电路所实现的功能。

设计性实验对于我们运用所学的知识要求较高，因此在准备实验的过程中就复习了所需的基础知识；设计性实验需要预先根据要求确定所用电路和器件，因此要熟悉掌握各种典型电路的设计、功能和各种元器件的原理、功能等等；然后依照电路图将各模块联系起来，注意连接过程中元件的排布和布线，尽量使之匀称、美观；最后计算参数，确定参数是要多方面考虑每一个参数的改变所造成的影响，要有整体把握、综合考虑的眼光。