数字电路课程设计报告

天津职业技术师范大学汽车与交通学院《电子技术》课程设计报告同组学生姓名（学号）：杨帅（11）杨启瑞（03）陈敏（18）班级：汽电1001 班任务分工：电路设计与仿真：杨帅杨启瑞陈敏电路焊接：杨帅杨启瑞陈敏电路调试：杨帅杨启瑞陈敏设计时间：2012年12 月31日——2013 年1月9日指导教师：冯勇鑫天津职业技术师范大学目录课程设计任务书 (3)第一周题目：简易电容测试电路一、题目：简易电容测试电路 (4)二、方案论证选择 (4)三、原理设计（或基本原理） (4)四、方案实现与测试（或调试） (4)五、单元电路设计及说明 (5)六、总体电路图 (7)七、调试过程及测试结果 (7)八、主要原件清单 (8)九、课程设计总结 (8)十、参考文献 (8)个人总结 (9)天津工程师范学院电子技术课程设计任务书汽车与交通系汽电1001 班学生杨帅杨启瑞陈敏课程设计课题：简易电容测试电路一、课程设计工作日自 2012 年 12月 31 日至 2013 年 1 月 9 日二、同组学生：杨帅（11）杨启瑞（03）陈敏（18）三、课程设计任务要求：（三选一，抽签）1、简易频率计能够测试10-99H Z方波信号（幅度为3-5V）的频率；要求测量值以2位8421BCD码形式输出；系统有复位键。

2、简易电容测试电路能够测0.01µF—99µF范围内的电容值，且可以换档操作。

用两个数码管作为显示元件，测试时，测试电容接至测试端自动显示出被测电容值，且响应时间不超过2秒。

3、红外线数字转速表采用红外发光二极管、光敏三极管作为速度检测、转换装置，给出测量脉冲。

两位数码管显示转速，每次测量后要有锁存和清零的功能。

设置超速和低速的指示。

四、设计报告内容要求：（每人1份）1、题目6、总体电路图2、主要技术指标7、调试过程及测试结果3、方案论证及选择8、主要元件清单4、系统组成框图9、总结5、单元电路设计及说明10、参考文献指导教师：冯勇鑫教研室主任：设计一设计题目：设计简易电容测试电路一、题目:简易电容测试电路要求：能够测0.01微法—99微法范围内的电容值，且可以换档操作。

用两个数码管作为显示原件。

测试时，测试电容接至测试端自动显示出被测电容值，且响应时间不超过2秒。

二、主要技术指标：（1）设计制作一个具有数字显示功能的电容测量仪。

（2）测量电容范围为0.01μF~99μF。

（3）设计电容数字测量仪的电路图。

（4）组装、调试电容数字测量仪单元电路和整机系统。

三、方案论证及选择（电路仿真部分）：数字式电容测量仪的方案分析方案一容抗法测量电容电路其设计思想是首先利用一定频率（例为400Hz）的正弦波信号将被测量电容量Cx变成容抗Xc，然后进行C / VCA转换，把Xc 转换成交流信号电压，再经过AC / DC转换期取出平均值电压V0，送至31/2位或41/2位A/D转换器。

由于平均值电压V0∝Cx，只要适当调节电路参数，即可直读电容量。

容抗法测电容的优点是能自动调零，缩短了测量时间。

优缺点：容抗法测电容的优点是能自动调零，缩短了测量时间。

但精度不高，分立元件太多。

方案二单片机法测电容其设计思想是利用对被测电容进行冲放电，通过施密特触发器输出相应的时间脉冲宽度，送入单片机处理，最后送出正确的显示信号给显示电路。

方案三电容、电阻和施密特触发器构成一个多谐振荡器。

在电源刚接通时，电容C上的电压为0，多谐振荡器输出Vo为高电平，Vo通过R对电容C充电。

当C上充得的电压Vc=Vt+时，施密特触发器翻转，Vo变成低电平，Vc又通过R放电，Vc下降，当Vc=Vt-时施密特触发器又翻转，输出Vo又变成高电平。

如此往复振荡产生一系列时间脉宽送入单片进行中央处理，最后送出显示信号通过LED显示。

本系统设计主要采用555集成定时器构成多谐振荡器、单稳态触发器等电路把被测电容的电容量转换成电压量，再把电压量通过译码器把电压量转换成数字量并显示，从而实现电容测量。

四、系统组成框图：它由测试电路和显示电路两部分组成。

在测试电路中，第一个555定时器做多谐振电路，它通过电容配合电阻冲放电产生一系方波脉冲。

第二个555定时器组成单稳态触发器，它利用被测电容Cx 的充放电过程去调制一个频率和占空比均固定的脉冲波形，使其占空比q 与C 成正比，显然经过衰减电路取出合适的脉宽的直流电压Vo 。

然后由MC14433通过A/D 转换，同时由MC1403提供合适的基准电压，再通过七段锁存译码驱动器CD4511译码和MC1413的达林顿反向驱动从LED 显示器上读出电容。

五、单元电路设计及说明：电容数字测量仪基本原理在数字电路中常使用矩形脉冲作为信号，进行信息传递，或作为时钟信号用来控制和驱动电路。

本实验是自激多谐振荡器，它是不需要外加信号触发的矩形波发生器。

另一类是他激多谐振荡器，有单稳态触发器，它需要在外加触发信号的作用下输出具有一定宽度的矩形脉冲波；有施密特触发器(整形电路)，它对外加输入的正弦波等波形进行整形，使电路输出矩形脉冲波。

单稳态电路 多谢振荡器译码数码管显示提供合适的基准电压在单稳态电路中，当它输出的的脉冲幅度一定时，其输出脉冲电压的平均值只与脉冲的频率或脉宽成正比。

如果将单稳态电路CP端输入的触发脉冲的频率固定，那么输出脉冲电压打的平均值就只与脉冲的宽度成正比了。

电容测量的基本原理是：把电容量通过电路转换成电压量，然后把电压量经模数转换器转换成数字量进行显示。

电容数字测量仪可由多种方法设计。

如由555集成定时器构成单稳态触发器、多谐振荡器等电路，单稳态触发器输出电压的脉宽为：Tw=RCln3≈1.1RC 式（1）这种电路产生的脉宽可以从几个微秒到数分钟，从式(1)可以看到，当R固定时，改变电容c则输出脉宽TW跟着改变，由Tw 的宽度可以求出电容的大小。

把单稳态触发器的输出电压V o取平均值，由于电容量的不同，Tw的宽度也不同，则Vo的平均值也不同，由Vo的平均值大小也就可以得到电容C的大小。

如果把这个Vo的平均值送到3 位A／D转换器，经显示器显示的数据就是电容量的大小。

由于单稳态触发器的输出脉冲宽度Tw与电容C成正比，还可利用数字频率计的知识，把此脉冲作闸门时间和标准脉冲相“与”，得到计数脉冲，该计数脉冲送计数-锁存-译码显示系统就可以得到电容量的数据。

4511BCD—7段锁存/译码/驱动器4518双BCD码计数器（十进制）六、总体电路图：七、调试过程及测试结果:由于对方案的理解不够深刻，使我们最后的设计不正确，改变思路、修改方案、仔细检查后最后终于能够显示正确结果，但由于误差及焊接电路问题较多，还是不够准确。

这也是我们以后应该注意的。

八、主要元件清单：1 电阻10K、5K、5.6K 各1个2 电阻10、1K 各2个3 电容1uF 各2个4 电容0.1uF、0.01uF、56uF 各1个5 开关1个6 74LS00D 3个7 4518 2个8 4511 2个9 阴极数码管2个10 待测电容0.01uF、0.1uF、99uF、1uF 各1个11 555 2个九、课程设计总结：通过这周对电容测量仪的设计，使我们了解很多芯片的功能及应用，更重要的是我们对芯片理解加深，丰富的了这方面的知识，课程设计是在模拟电路和数字电路理论基础上进行的一次综合性系统设计，通过设计和实践，培养了我们的综合运用知识、实践操作及解决实际问题的能力，使我们牢固掌握课程中学到的电子线路的工作原理、分析方法和设计方法，学会电路的一般设计方法和设计流程，并应用这些方法进行一个实际的电子线路的系统设计。

因种种原因调试不出正确结果，在不断的调整和修改后，终于有了正确的结果，在失败中也学到很多，这对我们以后学习中将会有很大的帮助，也会激励我们在困难面前勇敢向前。

十、参考文献：[1].邱关源.《电路》第四版.高等教育出版社[2].沙占友.《新编实用数字化测量技术》.国防工业出版社[3].康华光.陈大钦.《电子技术基础－模拟部分》.高等教育出版社[4].康华光.邹寿彬.《电子技术基础－数字部分》.高等教育出版社[5].蒋焕文.孙续 .《电子测量》.中国计量出版社[6].杜虎林.《数字万用表实用测量技法与故障检修》.人民邮电出版社[7].电子爱好者网个人总结汽车与交通学院汽电1001 王根雄26号经过两周的电子技术课程设计，我收获颇丰，真的学到了很多实用的东西，感觉这段时间是我这学期收获最大的时间，他让我懂得了如何把理论转化为实践，更懂得了克服困难的唯一方法就是迎难而上，坚持不懈。

在实训期间我积极查找资料.，尽力掌握和分析电路图.，查找元器件并分析其参数，确定其是否适用等。

实训马上就要结束了，而我的兴趣正浓，热情刚被点燃，这也许就是我最大的收获吧，也是这次实训的终极目标吧。

第一周，我们组的任务是简单电路的焊接。

拿到任务书后我们组各成员先认真分析了课程设计的题目要求，然后分工去查资料，我去图书馆找了电子类的好几册书，包括电路设计和元器件的，认真分析类似的电路图，又在网上查找了几个。

由于没有现成的类似设计方案，我们通过探讨，最终取得了一套方案，由于对课程设计比较生疏，虽然失败了，但它是我们在众多电路图的吸收和总结后得到的，最后在多次跟老师同学的探讨下，对方案进行了改进，最终出现了正确的效果。

第二周，我们做的是模拟、数字电路焊接。

用两个555电路分别作为电路的秒脉冲信号、单稳态触发器，两个4518BP实现对电路的计数功能，即定时器；两个4511BD实现对电路的控制功能，即控制器，从而控制数码显示管的数值显示。

控制器和定时器相互作用实现对信号的计数与控制，定时器的输出信号作为控制器的输入信号，对数值的显示进行更新和锁存。

经过两周的电子技术课程设计，我深深的懂得了知识改变命运，以崇尚科学为荣，以愚昧无知为耻！与此同时，作为二十一世纪的大学生，我们必须与时俱进，开拓创新，不断的深入学习和了解当今社会最前沿的科学技术。

在此要感谢我的指导老师，感谢老师给我这样的机会锻炼。

在整个设计过程中，我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。

而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中的探索的艰难和成功的喜悦。

虽然这个项目还不是很完善，但是在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富，使我终身受益。

天津职业技术师范大学课程设计评审表汽车与交通学院汽电1001 班学生王根雄设计任务完成情况及指导教师评语答辩情况评定成绩：指导教师签字：日期：教研室主任：主任签字：日期：日期：汽车与交通学院汽电1001班谢阳28号通过这次设计，我对模拟电路和数字电路设计中的逻辑关系等有了一定的认识，对以前学的模拟电路和数字电路又有了一定的新认识，温习了以前学的知识，但在设计的过程中，遇到了很多的问题，有些原理不能看懂，但是通过一些资料又重新的温习了一下模拟电路和数字电路部分的内容。