1、SelectionParagraphFormatLineSpacingLinesToPointsSelectionParagraphFormatLineSpacingLinesToPointselectionParagraaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaphFormatLineSpacingLinesToPointsSelectionParagraphFormatLineSpacingLinesTSelectionParbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbb

2、agraphFoLineSpacingLinesToPointsSelectionParagraphFormatLineSpacingLinesToPointse11111111111111111111111111111111lectionParagraphFormatLineSpacingLinesToPointsSelectionParagraphFormatLineSpacingLinesToPoctionParagraphFormatLineSpaci2222222222222222222222ngLinesToPoints2SelectionParagraphFormatLineSp

3、acingLinesToPointsSelectionParagraphFormatLineSpacingLinesToPointselectionParagraphFccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccormatLineSpacingLinesToPointsSelectionParagraphFormatLineSpacingLinesToPoctionParagraSelec摘要本設計是基于555定時器，連接構成多諧振蕩器以及單穩態觸發器而測量電容的。單穩態觸發器中所涉及的電容，即是被測量的電容。其脈沖輸入信號是

4、555定時器構成的多諧振蕩器所產生。信號的頻率可以根據所選的電阻，電容的參數而調節。這樣便可以定量的確定被測電容的容值范圍。因為單穩態觸發器的輸出脈寬是根據電容值的不同而不同的，所以脈寬即是對應的電容值，其精度可以達到0.1%。然后在電路中加入一個由LM741以及一個電容和一個電阻構成的阻容平滑濾波器，將單穩態觸發器輸出的信號濾波，使最終輸出電壓與被測量的電容值呈線性關系。最后是輸出電壓的數字化，將輸入到7448譯碼器中翻譯成BCD碼，輸入到LED數碼管中顯示出來關鍵詞：電容，555定時器，濾波器，線性，譯碼器，LED數碼管目錄一、測量系統的方案設計···

5、3;··········································31.1、測量部分的系統方案設計·····

6、································31.1.1、恒亞充電法測量···············

7、3;···································31.1.2、恒流充電法測量············&#

8、183;······································31.1.3、脈沖計數法測量·········

9、··········································31.2、測量信號數字化系統方案選擇·····

10、···························31.2.1、利用單片機進行編程翻譯····················

11、······················41.2.2、利用譯碼器進行翻譯·························&#

12、183;····················4二、單元電路的設計及原理···························&

13、#183;·················42.1、 電容值測量電路及原理·····························

14、83;·········42.1.1、多諧振蕩器電路圖及工作原理·····································&

15、#183;·62.1.2、單穩態觸發器電路圖及工作原理·····································72.1.3、濾波器工作電路圖及原理····

16、3;·····································82.2、模擬信號的處理以及數字化顯示·········

17、83;···················9三、系統參數設定·····························

18、·························10四、結論及謝詞·······················

19、83;································114.1、結論················&

20、#183;············································114.2、謝詞····

21、;··················································

22、;······11參考文獻···········································

23、;·······················12附表：元器件明細表·························

24、·····························13一 系統方案設計1.1 測量部分的系統方案設計1.1.1:恒壓充電法測量。用一個電阻和電容串聯，用恒壓源對電容進行充電，然后根據電容充電的曲線超過某個固定電壓所需要的時間，利用曲線擬合的方法測量。測量所使用的原始公式是：?？梢婋娙莸闹岛碗妷阂约皶r間

25、呈微分關系。用這種方法測量，時間和容值是非線性的。因此測量難度高，精度低，并且難以實現數字化。1.1.2：恒流充電法測量。用恒流源對電容充電，此時電容的容量和充電時間是成正比的，所以可以利用AD或者比較功能同某個固定電壓比較，來實現電容測量。測量所用的原始公式是： .所以。恒流源的電流大小是已知的，時間和電壓也可以測量出來。由上面的公式即可求得電容的大小。使用這種方法來測量，精度較上一種方法有所提高，且便于操作和實現。但要使用恒流源，恒流源的的設計要求很高，且達不到測量所需要的精度要求，因此這種方法也不適用。1.1.3：用脈沖計數法測量電容。由555定時器兩個電阻以及一個電容，構成的多諧振蕩電

26、路，產生較為穩定的振蕩頻率計算的公式為：，這個頻率可以自己選擇電阻和電容的值確定。再由一個555定時器和一個電阻以及一個電容構成單穩態觸發器,并將以上述多諧振蕩電路產生的振蕩信號作為單穩態觸發器的觸發信號。根據電容的大小來調節占空比。LM741與兩個電容以及一個電阻構成阻容有源濾波器。將單穩態觸發器所產生的輸出信號濾波成為穩定的輸出電壓。此方法測量比較精確，并且容易調節所測量電容值的范圍（只需調節構成單穩態觸發器的電阻的大小即可）。綜合上述的三種方法，我所選擇的是第三種方法1.2 測量信號數字化系統方案選擇1.2.1：利用單片機進行編程翻譯。將測量得出的電壓信號值，輸入事先編好程序的單片機當中

27、，應用單片機將電壓信號翻譯出來送入LED數碼顯示管中，顯示出對應的數據。選用的單片機可以為凌陽單片機。該方法顯示出的數據精確。而且設計，操作都很簡單且功能易于擴展，但要用到單片機，因此設計成本將大大提高很不經濟，且測量環境要求較高。1.2.2：利用譯碼器進行翻譯。將測量出的結果輸入譯碼器當中，利用譯碼器將電信號翻譯，然后輸入到LED數碼顯示管中，最后顯示出對應的數據。選擇的譯碼器可以為7448譯碼器。該方法所用到的器材較為便宜，且做成的成品便攜。但顯示不是非常精確，并且功能會很單一。這里測量精確要求不是很高，故選擇第二種方案。二 單元電路的設計及原理此方案主要分為兩個方面：1.電容量的測量，最

28、后得出來的結果是最后輸出電壓信號。2.將輸出來的電壓信號經翻譯成為數字信號，由數碼管顯示出來。2.1 電容值測量電路及原理2.1.1 多諧振蕩器電路圖及工作原理555定時器構成一個多諧振蕩器，其電路圖如圖2-1-1所示：圖2-1-1 555定時器構成多諧振蕩器其電路工作原理是：接通電源后，電容C被充電，當上升到時，使為低電平，同時放電三極管T導通，此時電容C通過和T放電，下降。當下降到時，翻轉為高電平。電容器充放電所需時間為:當放電結束時，T截止，將通過、向電容器C充電，由上升到所需的時間為：當上升到時，電路又翻轉為低電平。如此周而復始，于是，在電路的輸出端就得到一個周期性的矩形波。其振蕩頻率

29、為：2.1.2 單穩態觸發器電路圖及工作原理555定時器構成一個單穩態觸發器，其電路圖如圖2-1-2（a）所示。其簡化電路如圖2-1-2（b）所示： 圖2-1-2（a）555定時器構成第三穩態觸發器電路圖2-1-2（b）555定時器構成單穩態觸發器的簡化電路 其工作原理是：沒有觸發信號時處于高電平（），如果接通電源后Q=0=0，T導通，電容通過放電三極管放電，使=0，保持低電平不變。如果電源接通后Q=1，放電三極管T就會截止，電源通過電阻R向電容充電，當上升到時，由于R=0,S=1鎖存器置0，為低電平。此時放電三極管T導通，電容放電，保持低電平不變。因此，電路通電后在沒有觸發信號時，電路只有一

30、種穩定狀態=0。若觸發輸入端施加觸發信號（），電路的輸出狀態由低電平跳變為高電平，電路進入暫穩態，放電三極管T截止。此后電容充電，當充電至=時，電路的輸出端電壓由高電平翻轉為低電平，同時T導通，于是電容放電，電路返回到穩定狀態。如果忽略T的飽和壓降，則從零電平上升到的時間，即為輸出電壓的脈寬 通常R的取值在幾百歐到幾兆歐之間，電容的取值為幾百皮法到幾百微法。這種電路產生的脈沖寬度可以從幾個微秒到幾分鐘，精度可以達到0.1%。這樣就可以保證測量時的精度。也可以保證測量的范圍能夠達到100pF100uF。2.1.3 率波器工作電路圖及原理利用LM741與電容，電阻組成阻容有源濾波器。其電路結構如圖

31、2-1-3所示。圖2-1-3 LM741組成的阻容濾波器 其工作原理是LM741可以對占空比為的信號進行平滑濾波，使最后產生出來的信號（即是圖2-1-3中的 ）與被測量的呈線性關系。2.1.4 濾波器工作電路圖及原理 測試部分所用的總的電路圖如圖2-1-4所示。圖中的即是被測量的電容。圖中的電源是測量電路使用的電源，其值為1518伏特之間。圖2-1-4 測量電路總圖2.2 模擬信號的處理以及數字化顯示在這個環節中，直接采用將信號送入7448譯碼器中進行翻譯，并將翻譯成的BCD碼送入LED數碼管中，顯示出來。其電路結構如圖2-2-1圖2.2給出BCD七段顯示譯碼器7448的邏輯圖。如果不考慮邏輯

32、圖中由G1G4組成的附加控制電路的影響（即G3和G4的輸出為高電平），則YaYg與A3、A2、A1、A0之間的邏輯關系為： Ya Yb Yc Yd Ye Yf Yg G13 G14 G15 G16 G17 G18 G19 G3 A0 G9 A1 G10 A2 G11 A3 G12 G4 G5 G6 G7 G8 G1 G2 A0 A1 A2 A3圖2-2-1 BCD七段顯示譯碼器7448的邏輯圖&&&&&&&&1111&1&1&1&1&1&1&&根據BCD七段顯示譯碼器

33、的邏輯關系式和邏輯圖可列出真值表如表22LED數碼管的構造和顯示原理： LED數碼管分為共陽極與共陰極兩種，如圖222（a）所示，內部結構如圖222（b）（c）所示。ag代表7個筆段的驅動端，亦稱筆段電極。DP是小數點。第3腳與第8腳內部連通，+代表公共陽極，-表示公共陰極。對于共陽極LED數碼管（如圖222（a）,（b）所示），將8只發光二極管的陽極短接后作為公共陽極。其工作特點是，當筆段電極接低電平，公共陽極接供電平時可以發光。共陰極LED數碼管則與之相反，它是將發光二極管的陰極短接后作為公共陰極。當驅動信號為高電平，-端接低電平時才能發光。 LED數碼管的特點：1. 能在低電壓、小電流條

34、件下驅動發光，能與CMOS、TTL電路兼容。2. 發光相應時間極短（0.1us），高頻特性好，單色性好，亮度高。3. 體積小，重量輕，抗沖擊性好。4. 壽命長，使用壽命在10萬小時以上，甚至可以達到100萬小時。5. 成本低。三 系統參數設定 系統的參數決定了系統測量的范圍在觸發器中，本設計在單穩態觸發器中的電阻值取為47K, 由公式： 計算可得。被測電阻在100pF100uF內產生的脈寬為0.000047s0.47s。所以多諧振蕩器產生的信號振蕩頻率應該小于2Hz。即2Hz取多諧振蕩器中的電阻值=150K。再由公式： 計算可得多諧振蕩器中電容可以取為1.5uF。 在數字顯示電路中，因為是使用

35、了7448譯碼器譯碼，則相應的LED數碼管選為共陰極數碼管。其他元器件的取值以及相應的規格詳見附錄四 設計結論以及謝詞4.1 設計結論本設計主要應用于100pF100uF電容器的測量。設計中應用了單穩態觸發器，多諧振蕩器，濾波器，譯碼器，LED數碼管顯示器等等。測量比較精確，顯示速度快，能適應多種環境下的電容器測量。4.2 謝詞此次畢業設計中我投入了最大的熱情和精力，從設計電路圖，選擇元器件，使用 EWB仿真電路，其過程中出現了不少的問題，我沒有氣餒，沒有退縮，積極查閱資料，并且一遍又一遍的重復實踐，直到我期望的結果實現。事實也證明我的努力沒有白費，認真嚴謹的實習態度給我帶來了成功的喜悅！通過

36、這次電子系統設計，我掌握了設計一個數字電路的基本方法和基本步驟，實際解決了設計中出現的問題，增強了尋找問題，解決問題的能力。此次設計的成功不僅幫助我更好地掌握書本知識，尤其重要的是增強了我的自信，培養了我獨立思考的能力！通過這次的電子設計，我感覺有很大的收獲：首先，通過學習使自己對課本上的知識可以應用于實際，使的理論與實際相結合，加深自己對課本知識的更好理解，同時實習也段練了我個人的動手能力：能夠充分利用書籍和網絡資源查閱資料，增加了許多課本以外的知識。能對 protel 99、和 EWB等仿真軟件操作，能達到學以致用。對我們學生來說，理論與實際同樣重要。在這過程中，當我遇到些不能解決的問題時，