1、 電子技術 課程設計報告報告題目： 作者所在系部： 作者所在專業： 作者所在班級： 作 者 姓 名 ： 作 者 學 號 ： 指導教師姓名： 完 成 時 間 ： 內 容 摘 要 電容已經成為電路設計組成的常用原器件之一，有它不可取代的地位，而最常用的是電解電容，它在使用一段時間之后將會產生偏差，為了能得到它得正確電容值，在使用時往往要測量一下其電容值。為了更加快捷方便的得到電容的容值，因此就用到了電容測量儀 。本課題要設計的是數字式電容測量儀，使其電容值以十進制的數在LED數碼管上顯示出來。從而可以直接的看出電容值，相對比較直觀，而且誤差相對較小。設計的電容測量儀的測量范圍是10uF990Uf，

2、顯示的數值N是0099，數字顯示器所顯示的數字N與被測電容量CX的函數關系是 N=Cx/(10F)。當被測電容值超出量程時數碼管呈滅零狀態，報警二極管發光。該電容測量儀將在電容測量方面顯示出它獨特的優越性。關鍵字：測脈法 脈沖 數顯 電容 一、概述通過555使被測電容Cx產生一個CP脈沖（閘門信號），使閘門信號控制另一個555，使其產生與Cx相對應的一系列CP脈沖。通過計數器來測CP脈沖的個數，然后鎖存器74LS273八D觸發器鎖存其數據，通過74LS48譯碼器翻譯，使七段數碼管顯示其數值N(N=Cx/10uf)。用兩只LED數碼管構成數字顯示器。數碼管用來顯示后兩位，均用十進制數表示，即數字

3、顯示器可顯示出的最大數字和最小數字分別為99和0。在正常工作條件下，測量電路接上CX后數字顯示器便可自動顯示出數字，即不需要測試者進行清零、啟動之類的操作，便可正常顯示。響應時間Tx不超過2s，即接上CX后，在2s之內，顯示器所顯示的數字N符合上述函數關系。Cx的測量范圍為10uF990uF,當Cx超出量程時七段數碼管呈滅零狀態，報警二機極管發光，表示超量程。測量電路應有被測電容器的兩個插孔，并標上符號“+”和“-”?！?”端電位瞬時值不低于“-”端電位的瞬時值，而且它們之間的開路電壓值最大不超過5.5V。二、方案設計與論證數字式電容測量儀的作用是以十進制數碼的方式來顯示被測電容的值，從而判斷

4、電容器質量的優劣及電容參數。由給出的設計指標，它的設計要點可分為兩部分：一部分是LED顯示，另一部分就是要將CX值進行轉換，使數碼顯示與CX符合N=Cx/(10F)的函數關系。能滿足上述設計功能可以實施的方案很多，現提出下面三種參考方案。1測脈寬法測脈寬法的基本原理如圖1所示，利用單穩或電容充放電規律等，將電容容量變換成與其正比的脈沖寬度，即Tx與Cx成正比。只要把此脈沖寬度Tx和標準脈沖信號相與，便可得到與Tx成正比的計數脈沖fx，如果時鐘脈沖的頻率等參數合適，便可實現題中所要求的函數關系，因此本課題選擇了測脈寬法來測量電容值。圖2-1 測脈寬法的原理框圖2測頻法測頻法的基本工作原理是：將圖

5、1中的門控信號作為標準門控信號，將待測電容作為時鐘脈沖發生器的一部分，在一定條件下，發生器的輸出頻率與電容值是線性關系，只要標準門控信號參數合適，測出時鐘脈沖發生器的頻率就可測出電容值。3測壓法測壓法的基本原理是：把電容量通過電路轉換成電壓量，然后把電壓量經模數轉換器轉換成數字量顯示。典型測壓法設計方案如圖2所示。圖2-2測壓的原理框圖本設計選擇了測脈寬法，用閘門信號來控制時鐘信號產生的CP脈沖個數，使其來反映被測電容Cx的數值。用測脈寬法得到的數值比較容易通過數碼管來顯示，可省去數碼轉換而且誤差相對比較小。三.單元電路設計與分析1.脈沖電路發生電路在數字電路中常常需要精確的秒脈沖信號來對檢測

6、的信號進行采樣取值。實際中多采用高頻振蕩器產生高頻信號，然后經過多級分頻電路得到。多諧振蕩器電路圖如圖3-1所示。電源接通后，VCC通過電阻R1、R2向電容C沖電。電容上的電壓按指數規律上升，當VC上升至2/3VCC時，因VC與值輸入端相連，有VC=V6，是比較器C1輸出翻轉，輸出電壓V0=0，同時，放電管T導通，電容C通過R2放電；當電容電壓VC下降至1/3VCC時，比較器C2工作，輸出電壓V0變成高電平，C放電終止，VCC通過電阻R1，R2又開始充電；周而復始，形成振蕩。其振蕩周期與放點的時間有關 。圖 3-1 多諧振蕩器電路2. 電容計數電路設計 本課程設計的定時器運用555定時器設計。

7、555定時器是一種應用極為廣泛的中規模集成電路。555定時器運用時靈活、方便，具有可構成單穩態觸發器，多諧振蕩器和施密特觸發器的功能，而且可承受較大的負載電流等諸多好處。由555構成的電容計數電路如圖3-2所示。圖3-2 電容計數電路3計數器計數器選用集成電路74LS160和74LS161組合設計成一個一百進制的計數器，如圖3-3所示。74S160和74LS161是同步四位十、十六進制加法計數器,它們具有同步清零、異步清零的功能。74LS160的引腳圖如圖3-4示，74LS16的引腳圖如圖3-5示。圖3-3一百進制的計數器圖3-4 74LS160示意圖圖3-5 74LS161示意圖4鎖存器鎖存

8、器選用集成電路74LS273。74LS273是八D觸發器，具有異步控制端的功能。74LS273的引腳圖如下圖所示：圖3-6 74LS273示意圖5譯碼器譯碼器選用集成電路74LS48。74LS48可以將BCD七段字型進行譯碼，具有滅零輸入端的功能。74LS48的引腳圖如圖3-6所示，邏輯功能如圖3-8 所示。圖3-7 74LS273示意圖圖3-8 74L48邏輯功能示意圖當Cx超出量程時七段數碼管呈滅零狀態，報警二機極管發光，表示超量程。此時用7474D觸發器構成，電路圖如3-9所示。圖3-9 7474D觸發器6.顯示器設計電路 為了能以十進制數碼直觀地顯示數字 系統的運行數據，目前廣泛使用了

9、七字符顯示器，或稱做七段數碼管。這種字符顯示器由七段可發光的線段拼合而成。常見的七段字符顯示器有半導體數碼管和液晶顯示器兩種。本實驗用半導體數碼管所構成的七段LED數碼管-BCD管，如圖3-9所示。圖3-10 BCD數碼管四、總原理圖及元器件清單1總原理圖圖4-1 總原理圖2. 元器件清單元件序號l Quantity Description Reference_ID Package 1 1uF C1 0603 2 10nF C2,C3 0603 1 LED D11 30K R1 RES180 1 300 R2 RES180 1 3.84K R4 RES180 1 1K R5,R6, R17,R18 RES180 2 555 U1,U2 DIL