altiumdesigner15设计三位数字显示电容检验测试表.docx
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altiumdesigner15设计三位数字显示电容检验测试表
电路CAD课程设计
题 目:
三位数字显示电容测试表
学生姓名
专业
学号
班级
指导教师
成绩
工程技术学院
2016年1月
三位数字显示电容测试表
一、电路结构与功能分析
1、电路结构
该电容表电路由基准脉冲发生器、待测电容容量时间转换器、闸门控制器、译码器和显示器等部分组成。
其中,集成电路U2B、电阻R7~R9和电容C3构成基准脉冲发生器(实质上是一个无稳多谐振荡器);U2A、U1、R1~R6、按钮S1及C1构成待测电容容量时间转换器(实质上是一个单稳电路);U3构成译码器驱动器,它把U4送来的BCD码译成十进制数字笔段码,经R11~R17限流后直接驱动七段数码管。
2、功能分析
通过接插件P1外接待测电容,待测电容容量时间转换器把所测电容的容量转换成与其容量值成正比的单稳时间td。
基准脉冲发生器产生标准的周期计数脉冲。
闸门控制器的开通时间就是单稳时间td。
在d时间内,周期计数脉冲通过闸门送到后面计数器计数,译码器译码后驱动显示器显示数值。
计数脉冲的周期T乘以显示器显示的计数值N就是单稳时间td,由于td与被测电容的容量成正比,所以也就知道了被测电容的容量。
(1)基准脉冲发生器输出的脉冲信号周期T与R7~R9和C3有关,在C3固定的情况下通过量程开关S3对R7、R8、R9的不同选择,可得到周期为11µs、1.1ms和11ms的三个脉冲信号。
(2)对待测电容容量时间转换器按动一次S1,U1B的10脚就产生一个负向窄脉冲触发U2A,其5脚输出一次单高电平信号。
R3~R6和待测电容P1为单稳定时元件,单稳时间td=1.1·R·P1。
U4、U1C、C5、C6、R10构成闸门控制器和计数器,U4为CD4553,其12脚是计数脉冲输入端,10脚是计数使能端,低电位时CD4553执行计数,13脚是计数清零端,上升沿有效。
当按动一下S1后,U4的13脚得到一个上升脉冲,计数器清零同时U1C的4脚输出一个单稳低电平信号加到U4的10脚,于是U4对从其12脚输入的基准计数脉冲进行计数。
当单稳时间结束后,U4的10脚变为高电平,U4停止计数,最后U4通过分时传递方式把计数结果的个位、十位、百位由它的9脚、7脚、6脚和5脚循环输出对应的BCD码。
(3)译码器驱动器把U4送来的BCD码译成十进制数字笔段码,经R11~R17限流后直接驱动七段数码管。
集成电路CD4553的15脚、1脚、2脚为数字选择输出端,经R18~R20选择脉冲送到三极管T1~T3的基极使其轮流导通,这两部分电路配合就完成了三位十进制数字显示。
(4)C7的作用是当电源开启时在R10上产生一个上升脉冲,对计数器自动清零。
(5)在测试电容时,把计数结果乘以所用量程的倍率得到的数值就是被测电容的容量。
例如,当基准脉冲周期为1.1ms,定时电阻为10K时,量程倍率为0.1µF,若测一个标称容量为4.7µF的电容,按动一下S1后结果显示为49,该电容的容量就为49×0.1µF=4.9µF。
3、电路实用性
本电路(三位数显示电容测试表)采用四块集成电路,电路简洁、容易制作、数字显示直观、精度较高,测量范围可达1nF~104µF,且供电容易,具有较高的实用性。
附表列出了各挡量程的组成关系。
基准脉冲周期
定时电阻R
测量范围
倍率
11µs
10MΩ
1pF~999pF
×1pF
11µs
100KΩ
1nF~9.99nF
×0.1nF
11µs
10KΩ
10nF~999nF
×1nF
1.1ms
10KΩ
1µF~99.9µF
×0.1µF
11ms
1KΩ
100µF~9990µF
×10µF
2、电路原理图设计
1、设计说明
本电路通过接插件P1外接待测电容,将测量值通过数码管显示出来,其中通过两个单刀多掷开关,分别实现基准脉冲周期与定时电阻的选择,从而达到换挡以实现对不同范围的测量。
电源方面,选用PWR2.5外接电源,只需一根线接日常生活中常见的手机充电器即可,方便省心。
原理图中,左方为接入,中间是调档与转换电路,右边为译码显示部分。
2、原理图
3、网表文件
{COMPONENTPROTEL.PCB
{ENVIRONMENTPROTEL.SCH}
{DETAIL
{SUBCOMP
{IRAD0.2.PRTC1
{CN
1GND
2NetC1_2
}
}
{IRAD0.2.PRTC2
{CN
1NetC2_1
2GND
}
}
{IRAD0.2.PRTC3
{CN
1GND
2NetC3_2
}
}
{IRAD0.2.PRTC4
{CN
1GND
2NetC4_2
}
}
{IRAD0.2.PRTC5
{CN
1NetC5_1
2NetC5_2
}
}
{IRAD0.2.PRTC6
{CN
1VCC
2NetC6_2
}
}
{IRAD0.2.PRTC7
{CN
1NetC7_1
2NetC7_2
}
}
{I8SEG_LED.PRTDS1
{CN
1NetDS1_1
2NetDS1_2
3NetDS1_3
4NetDS1_4
5NetDS1_5
7NetDS1_7
8NetDS1_8
9NetDS1_9
10NetDS1_10
11NetDS1_11
12NetDS1_12
}
}
{IHDR-1X2.PRTP1
{CN
1NetP1_1
2GND
}
}
{ITO-216.PRTQ1
{CN
1GND
2NetQ1_2
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{ITO-216.PRTQ2
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{ITO-216.PRTQ3
{CN
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2NetQ3_2
3NetDS1_8
}
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{IAXIAL0.4.PRTR1
{CN
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{CN
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{CN
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{CN
1NetR7_1
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{CN
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1NetC5_1
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2NetDS1_11
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1NetR13_1
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{CN
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{IAXIAL0.4.PRTR20
{CN
1NetR20_1
2NetQ1_2
}
}
{Isw-pb.PRTS1
{CN
1GND
2NetR1_1
}
}
{Idpdt-6.PRTS2
{CN
1NetP1_1
2NetR6_2
3NetR5_2
4NetR4_2
5NetR3_2
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}
{Idpst-4.PRTS3
{CN
1NetC3_2
2NetR9_2
3NetR8_2
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}
{IN14A.PRTU1
{CN
1NetR1_1
2NetR1_1
3NetU1_3
4NetU1_4
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6NetC1_2
7GND
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10NetU1_10
11?
12?
13?
14VCC
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}
{IDIP-14.PRTU2
{CN
1NetP1_1
2NetP1_1
3NetC2_1
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14VCC
}
}
{IDIP-16.PRTU3
{CN
1NetU1_10
2NetU3_2
3NetU3_3
4NetU3_4
5NetU3_5
6GND
7GND
8GND
9NetR11_1
10NetR12_1
11NetR13_1
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15NetR16_1
16VCC
}
}
{IDIP-16.PRTU4
{CN
1NetR19_1
2NetR18_1
3NetC7_2
4NetC7_1
5NetU3_4
6NetU3_2
7NetU3_3
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9NetU3_5
10NetU1_10
11GND
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}
{IPWR2.5.PRTU5
{CN
1VCC
1AVCC
1BVCC
2GND
2AGND
2BGND
3GND
3AGND
3BGND
}
}
}
}
}
4、PCB(单面板)设计
1、设计流程
(1)绘制原理图,对于个别找不到的元件,自己绘制元件相应的图形模块与封装。
(2)生成网表文件,与原理图进行对照检查。
若有误,则更正原理图并重新生成网表文件。
(3)新建PCB文件并加载网表文件。
(4)根据具体情况,设置合适的电气边界与物理边界。
(5)放置定位孔。
(6)对元件进行布局,注重布局规范,将元件功能模块进行放置,大致依原理图进行摆放即能得到较好结果。
(7)设置焊盘与布线规则。
(8)进行自动布线。
(9)若布线无法布通,则调整元件布局并重新布线,可先对各个模块某些较为复杂的局部手动布线并锁定,再将各个模块元件之间线布好,最后全局布线直至布线成功为止。
(10)手动布线调整,对已成功布线结果进行调整,使其更为美观大方,并符合布线规则。
(11)对PCB板进行加泪滴、敷铜。
(12)生成3D图形进行浏览。
根据3D实物图观察是否有考虑不周之处并进行调整。
(13)将PCB板与原理图进行网络连接对照检查。
若有误,则进行更正并重新执行上述步骤。
2、设计规则
(1)绘制原理图时,依信号左入右出进行绘制。
(2)经多次布局调整,确定物理边界(位于机械层4,打印效果为黑色,实为深黄色。
)为4500mil×2400mil,与电气边界相隔50mil,边界线宽均为20mil。
(3)定位孔距电气边界100mil,孔径100mil。
(4)布局时,根据个功能模块,以信号流向依次进行布局,输入信号与电源均从左下角输入,右下脚为输出(显示)部分。
换挡电路模块设置为左上,中间为转换模块,输出译码电路位于右上。
(5)设置焊盘大小为62mil×62mil,钻孔32ml,且改为仅位于底层。
(6)布线参数设置:
安全距离设置为10mil,信号线宽20mil,电源线与地线宽40mil,并且只允许底层布线。
(7)布线调整时,根据信号流向,对夹角为直角或锐角的布线,均调整为钝角。
(8)泪滴设置均采用默认设置。
(9)敷铜时,在底层采用实心填充模式敷铜,并使敷铜与地线相连接,且去除死铜。
3、
BottomLayer版图
4、TopOverLay版图
5、
3D效果图
顶层
底层
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- altiumdesigner15 设计 三位 数字 显示 电容 检验 测试