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1、数字式电容数字式电容和测量仪和测量仪孙志鹏、梁竣泓概要 电容在电子线路中有着广泛的应用，它的容值大小对电路性能有重要影响，本课题就是用数字显示的方式对电容进行测量。利用单稳态触发器产生脉冲宽度TW与电容C成正比的特点，将被测电容C转换为宽度为TW的脉冲然后将其作为闸门信号控制标准脉冲信号的个数并送到锁存译码显示电路中则可得到电容值。当被测电容值超出量程时数码管呈灭零状态，报警二极管发光。一、方案设计与选择1测脉宽法测脉宽法 测脉宽法的基本原理如图所示，利用单稳或电容充放电规律等，将电容容量变换成与其正比的脉冲宽度，即Tx与Cx成正比。2测频法测频法 测频法的基本工作原理是：将上图中的门控信号作
2、为标准门控信号，将待测电容作为时钟脉冲发生器的一部分，在一定条件下，发生器的输出频率与电容值是线性关系，只要标准门控信号参数合适，测出时钟脉冲发生器的频率就可测出电容值。3测压法测压法测压法的基本原理是：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显示。典型测压法设计方案如图所示。本设计选择了测脉宽法，用闸门信号来控制时钟信号产生的CP脉冲个数，使其来反映被测电容Cx的数值。用测脉宽法得到的数值比较容易通过数码管来显示，可省去数码转换而且误差相对比较小。二、电路的设计与分析二、电路的设计与分析1时钟脉冲发生电路时钟脉冲发生电路 首先，我们先来介绍一下555定时器。1地 G
3、ND 2触发 3输出 4复位 5控制电压 6门限(阈门）7放电 8电源电压Vcc 图为由555定时器构成的多谐振荡器。电源接通后，VCC通过电阻R1、R2向电容充电，当 Vc=2/3VCC时，因为2端与6端相连，则有Vc=V6，使比较器C1输出翻转，输出电压V0=0。同时，放电管T导通，电容C通过R2放电；当电容电压下降至1/3VCC时，比较器C2工作，输出电压V0变成高电平，C放电终止，VCC通过电阻R1，R2又开始充电；周而复始，形成振荡。其振荡周期与电容充放电时间有关。充电时间：放电时间：周 期：2闸门信号产生电路闸门信号产生电路 图为由555定时器构成的单稳态触发器。2端作为触发信号的
4、输入端，由U1产生的时钟脉冲信号来提供。它有稳态和暂稳态两个不同的工作状态。在外界脉冲作用下，能从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持一段时间后，再自动返回到稳态。这段时间称为暂稳态时间取决于外界R、C的值。3计数脉冲的产生电路计数脉冲的产生电路 调节R1、R2、R3的值使其满足：把由U1产生的时钟脉冲信号与U2产生的门控信号相与，就能得到与成正比的计数脉冲。4 4计数电路计数电路计数电路计数电路74LS160是同步四位十进制加法计数器，功能表如图所示：个位的EP和ET端都接高电平，十位的EP和ET端均接个位的进位端RCO。两个计数器的CLK信号均由计数脉冲提供，MR和LOAD均接闸门信号，D3、D
5、2、D1、D0均低电平。当闸门信号到来时，计数器开始工作。每来一个时钟信号个位开始计数，当到9是进位信号为1，十位开始工作计一次数，直到闸门信号变为0时停止计数。时钟CP和四个数据输入端P0P3清零/MR使能CEP，CET置数PE数据输出端Q0Q3以及进位输出TC 5锁存器锁存器1复位11锁存控制端10GND20VCCD1-D8输入Q1-Q8输出74LS273在电路设计中需要锁存2个4位二进制数,由于 74LS273是八D触发器，能同时锁住8位数,所以选择使用74LS273。它具有异步控制端的功能。由于74LS273是在上升沿触发,要想在闸门信号从1变为0的时候锁存,就必须把闸门信号通过一个反
6、相器后作为CLK信号。其MR端接高电平。被锁存信号由D0到D7输入，输出结果由QO到Q7引出。6译码器译码器74LS48P0、P1、P2、P3为计数器输入端Q0、Q1、Q2、Q3为数据输出端MR清除端CPu加计数端CPD减计数端PL置数端TPU非同步进位输出 端此电路中译码器选用集成电路74LS48。它是BCD七段字型译码，具有灭零输入端的功能。74LS48的引脚图如下图8-a所示。使用时3、5端都接高电平，4端是灭零输入端，当4为高电平时74LS48控制的显示管呈暗状态，不显示数。ABC端接输入信号，abcdefg输出端用来驱动显示器 7显示器显示器电路中显示器用的是共阴极显示器。器原理图如图所示，公共端接地，当输入端为高电平的时候，二极管亮，显示相应的数字。二、总原理图二、总原理图三、课设过程三、课设过程1、软件仿真：（1）计数器接线错误，导致不出结果，经过检查，解决问题。（2）报警二极管不亮，经检查，计数器进位端接错。2、面包板仿真：（1）无结果，线路接错。（2）二极管常亮，线路接错。3、电路焊接：（3）示数不稳定，接滤波电容。