/*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/*目录一、电路结构与功能分析.................................. 1 1、 电路结构 ......................................... 1 2、 功能分析 ......................................... 1 3、 电路实用性 ....................................... 2二、 电路原理图设计 ..................................... 2 1、 设计说明 ......................................... 2 2、 原理图............................................ 3三、 网表文件 ........................................... 3 四、 PCB（单面板）设计 .................................. 61、 设计流程 ......................................... 6 2、 设计规则 ......................................... 6 3、 Bottom Layer 版图 ................................. 8 4、 Top OverLay 版图 .................................. 8 5、 3D 效果图 ......................................... 9/*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11µs10MΩ1pF~999pF×1pF11µs100KΩ1nF~9.99nF×0.1nF11µs10KΩ10nF~999nF×1nF1.1ms10KΩ1µF~99.9µF×0.1µF11ms1KΩ100µF~9990µF×10µF二、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、原理图三、网表文件{COMPONENT PROTEL.PCB {ENVIRONMENTPROTEL.SCH} {DETAIL {SUBCOMP {I RAD0.2.PRT C1 {CN 1 GND 2 NetC1_2 } } {I RAD0.2.PRT C2 {CN 1 NetC2_1 2 GND } } {I RAD0.2.PRT C3 {CN 1 GND 2 NetC3_2 }} {I RAD0.2.PRT C4{CN 1 GND 2 NetC4_2 } } {I RAD0.2.PRT C5 {CN 1 NetC5_1 2 NetC5_2 } } {I RAD0.2.PRT C6 {CN 1 VCC 2 NetC6_2 } } {I RAD0.2.PRT C7 {CN 1 NetC7_12 NetC7_2 } } {I 8SEG_LED.PRT DS1 {CN 1 NetDS1_1 2 NetDS1_2 3 NetDS1_3 4 NetDS1_4 5 NetDS1_5 7 NetDS1_7 8 NetDS1_8 9 NetDS1_9 10 NetDS1_10 11 NetDS1_11 12 NetDS1_12 } } {I HDR-1X2.PRT P1 {CN 1 NetP1_1 2 GND/*} } {I TO-216.PRT Q1{CN 1 GND 2 NetQ1_2 3 NetDS1_12 } } {I TO-216.PRT Q2 {CN 1 GND 2 NetQ2_2 3 NetDS1_9 } } {I TO-216.PRT Q3 {CN 1 GND 2 NetQ3_2 3 NetDS1_8 } } {I AXIAL0.4.PRT R1 {CN 1 NetR1_1 2 VCC } } {I AXIAL0.4.PRT R2 {CN 1 NetC1_2 2 NetR1_1 } } {I AXIAL0.4.PRT R3 {CN 1 VCC 2 NetR3_2 } } {I AXIAL0.4.PRT R4 {CN 1 VCC2 NetR4_2 } } {I AXIAL0.4.PRT R5 {CN 1 VCC 2 NetR5_2 } } {I AXIAL0.4.PRT R6 {CN 1 VCC 2 NetR6_2 } } {I AXIAL0.4.PRT R7 {CN 1 NetR7_1 2 NetR7_2 } } {I AXIAL0.4.PRT R8 {CN 1 NetR7_1 2 NetR8_2 } } {I AXIAL0.4.PRT R9 {CN 1 NetR7_1 2 NetR9_2 } } {I AXIAL0.4.PRT R10 {CN 1 NetC5_1 2 GND } } {I AXIAL0.4.PRT R11 {CN 1 NetR11_1 2 NetDS1_11 }} {I AXIAL0.4.PRT R12{CN 1 NetR12_1 2 NetDS1_7 } } {I AXIAL0.4.PRT R13 {CN 1 NetR13_1 2 NetDS1_4 } } {I AXIAL0.4.PRT R14 {CN 1 NetR14_1 2 NetDS1_2 } } {I AXIAL0.4.PRT R15 {CN 1 NetR15_1 2 NetDS1_1 } } {I AXIAL0.4.PRT R16 {CN 1 NetR16_1 2 NetDS1_10 } } {I AXIAL0.4.PRT R17 {CN 1 NetR17_1 2 NetDS1_5 } } {I AXIAL0.4.PRT R18 {CN 1 NetR18_1 2 NetQ3_2 } } {I AXIAL0.4.PRT R19/*{CN 1 NetR19_1 2 NetQ2_2 } } {I AXIAL0.4.PRT R20 {CN 1 NetR20_1 2 NetQ1_2 } } {I sw-pb.PRT S1 {CN 1 GND 2 NetR1_1 } } {I dpdt-6.PRT S2 {CN 1 NetP1_1 2 NetR6_2 3 NetR5_2 4 NetR4_2 5 NetR3_2 } } {I dpst-4.PRT S3 {CN 1 NetC3_2 2 NetR9_2 3 NetR8_2 4 NetR7_2 } } {I N14A.PRT U1 {CN 1 NetR1_1 2 NetR1_1 3 NetU1_3 4 NetU1_4 5 NetU1_3 6 NetC1_27 GND 8 NetC5_2 9 NetC5_2 10 NetU1_10 11 ? 12 ? 13 ? 14 VCC } } {I DIP-14.PRT U2 {CN 1 NetP1_1 2 NetP1_1 3 NetC2_1 4 VCC 5 NetC5_2 6 NetU1_4 7 GND 8 NetC3_2 9 NetR7_1 10 VCC 11 NetC4_2 12 NetC3_2 13 NetU2_13 14 VCC } } {I DIP-16.PRT U3 {CN 1 NetU1_10 2 NetU3_2 3 NetU3_3 4 NetU3_4 5 NetU3_5 6 GND 7 GND 8 GND 9 NetR11_1 10 NetR12_1 11 NetR13_1 12 NetR14_113 NetR15_1 14 NetR17_1 15 NetR16_1 16 VCC } } {I DIP-16.PRT U4 {CN 1 NetR19_1 2 NetR18_1 3 NetC7_2 4 NetC7_1 5 NetU3_4 6 NetU3_2 7 NetU3_3 8 GND 9 NetU3_5 10 NetU1_10 11 GND 12 NetR7_1 13 NetC6_2 14 NetU4_14 15 NetR20_1 16 VCC } } {I PWR2.5.PRT U5 {CN 1 VCC 1A VCC 1B VCC 2 GND 2A GND 2B GND 3 GND 3A GND 3B GND } } } } }/*四、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。