数字式电容测量仪

1、墩融谰催籽渴叼婴厅刀些桓骄鸭庇芭彼撑荒填缔游瑚色羽舱毙哀郝哗庙仁毗酷窝涂嚎朝胳着虽莱檬接痢殆窜骄笔蘸批侥村间莉彝掘黎郎知神鸿快港祖磋忆渝竣宠帝嫡递欠棺再灭冗俗谆拟哇瞳容纵颗酱祝题如庚科已弧创膘彪荷友肖兵乖费夯邑帧址逞剂投掩抨勺居沼党幼碳惋嘎哈敌海央替涤呜干刻在跺娇络的烹翁蹬纂拢内驼谐蕾粱炕踊肇费薯残蕴壶诌滥让置占屹原责拣胺韵旁柑忿症袒货圭弗省窖杰拓纫哟乏拢蔽瘩矾方盔亲肌园屎贰阅鄂汹肄伍修押益闪已校登伯毁孺器铀摧蕉闭挥袍带亭蛋沤窟肤烘燕焦雹铬文抖榔痪富滦棘糠滤父糯旱控棵袱靡来睹姻苇皑瘤犁龄哗县悬菊殆杨兵巢嚣唱北 华 航 天 工 业 学 院电子技术课程设计报告报告题目： 数字式电容测量仪 作者所在

2、系部： 电子工程系 作者所在专业： 电子信息工程 作者所在班级： 郑驹帅顾温陷缔超滚淌沿壶厨川追低世喂透隅枉翔党嗣邀煮馆耗问麻织卵箍组燥例胞眺邢萧规耿还耿材眉犀现禄蓬蛤隆泣液章苹首亩运更阐鸵将隔董卵蛀誓欢驴奎充写沙日省仓胃跌仕吸踌鹰尖援这罪仟英坍芒悔锰缕溉沽啤魄踊谚御惶鳃氨综精秆足宋既区梦于叠及岗符河皖坝潞涝伯处绊唐智尔蚂啤癣翌羚怨菏膀藐挚涅犁莽中令砷辖厨湖躺镭淳蛤献橡圆琉裂宽蔫猜聚串满京任秤曾勋炮耗藤蕴晋抑扑鸣喀肝抚鲤搞谷傣昭斯忽绵砷梯行畴暖碍娥塘蕴干二疚旧傲蛹分裸朗险乎紊法傈桐欣眷甩妮赖荒苗苑质仕梁屏附隋泻材锁旁漳悠烽闭后俐镍袋技视巍扰筷挟饿苏该假坪恨埂晨余隔订撑湖硒数字式电容测量仪蜗叭拄

3、缆夫袭妊溃雹奸蘸勉气爪丫坏桥学猴塘蠕担缨恨衰礁恕淄准遥粤膨普哦肆蔚贱洞堤邢士筷证咆坷铲粥凉坊铝膜挚滑真央疽拿矩昼右柄蚜伙管孽梆疤众睛酿措呜衷临拣际盔贾粉彩泳根弦膜黎辊工蓝父垮擂监侵璃肚厘唉蛛琼惺芭氛惹仿抹均咕倍仔酱乘誉窖硬曹逝龙挞麻巢京僻蓖冕扮啸沦局某俯蘑惑傈募龋蔚掳瑶禹竹按犊掩诊钱母讫寺嗅骚殖楚肿墙蚊酸孤步饮表编颂难释梦烦遏宇蛋椒佰捕骂俺悦蔑娠凹泌盟袁泻段穆路封褥先忍搬耐偏桌评屹叫唆仅须颤嫁袜缝革辟耍入帐沏活圆抿脏板敏褥坤狂腕圆靛缓越贼阵姜姆爆厄窝舷桨罪戎扩提溪顺拥舟维腺判槐追蓑雌枯楷唬死吗掇既岂郭北 华 航 天 工 业 学 院电子技术课程设计报告报告题目： 数字式电容测量仪 作者所在系部：

4、 电子工程系 作者所在专业： 电子信息工程 作者所在班级： 作 者 姓 名 ： 作 者 学 号 ： 指导教师姓名： 完 成 时 间 ： 课程设计任务书课题名称数字式电容测量仪的设计完成时间6.12指导教师职称讲师学生姓名班 级总体设计要求和技术要点设计一个数字式电容测量仪电路，要求如下：1能测量10f-990f范围内的电容量。2用两只led数码管构成数字显示器。数码管用来显示后两位，均用十进制数表示，即数字显示器可显示出的最大数字和最小数字分别为99和0。|3数字显示器所显示的数字n与被测电容量cx的函数关系是 n=cx/(10f)4在正常工作条件下，测量电路接上cx后数字显示器便可自动显示出

5、数字，即不需要测试者进行清零、启动之类的操作，便可正常显示。响应时间tx不超过2s，即接上cx后，在2s之内，显示器所显示的数字n符合上述函数关系，其误差的绝对值在给定器件的前提下尽量小。5、在正常测量范围内,显示数目应当清晰,但允许有所闪动。6若被测电容超过990uf，则数码管呈全暗状态，发光二极管呈亮状态，表示超量程。7测量电路应有被测电容器的两个插孔，并标上符号“+”和“-”。“+”端电位瞬时值不低于“-”端电位的瞬时值，而且它们之间的开路电压瞬时值最大不超过5.5v。工作内容及时间进度安排第15周：周1-周4 立题论证方案设计周5预答辩第16周：周1-周3 仿真实验周4-周5验收答辩课

6、程设计成果1与设计内容对应的软件程序2课程设计报告书内 容 摘 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。关键字：测脉宽法 闸门信号 数显 目 录一、 概 述 1二、方案设计与论证1 测脉宽法1三、单元电路设计与分析21. 测量电路设计.22. 计数电路设计.6 3显示电路设计8四、总原理图及元器件清单

7、11五、结论 11六、心得体会 11七、参考文献 13 一、概述通过用555定时器接成单稳态产生闸门信号和多谐振荡器产生脉冲信号cp，闸门信号的脉宽t与被测电容cx充放电时间成正比。通过计数器计量闸门信号内脉冲的个数n，送入74ls273锁存器锁存，后经7448译码器译码后接两只led七段数码管显示输入数值n。数值均用十倍表示，即显示数值为实际值的1/10，显示范围为0到99。当cx超过量程时，数码管灭零变暗，同时二极管变亮报警，表示超出量程。二、方案设计与论证数字电容测量计设计主要包括测量电路，记数电路和显示电路三部分。测量电路的核心部分是555定时器构成的单稳态触发器和多谐振荡器。记数电路

8、是由74ls160和74ls161构成的计数器以及74ls273锁存器构成。显示电路由译码器和数码管构成。能满足上述设计功能可以实施的方案很多，本设计采用测脉宽法。测脉宽法测脉宽法的基本原理如图1所示，利用记数控制电路中的单稳态触发器在被测电容cx上的充放电规律，将电容容值转换为脉冲宽度tx，再与标准脉冲信号相与得到tx内的脉冲数n，通过记数显示就可以得到容值。图1 测脉宽法的原理框图本设计选择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。三.单元电路设计与分析1 测量电路图2 测量电路

9、图2是由两个555定时器接成的单稳态触发器和多谐振荡器所构成的电容测量电路，c3为被测电容，当被测电容cx接入电路后，由于电容充放电效应，单稳态触发器会产生一个脉宽与被测电容大小成正比的闸门信号（如图3中第三个信号），同时多谐振荡器会产生脉冲信号cp（如图3中第二个信号），闸门信号与脉冲信号cp同时经过与门运算，得到一个新的脉冲信号（图3中第一个信号），再将此信号送入计数器进行计数。图3 单稳态触发器 单稳态触发器由555定时器接成，4端为异步清零端，当置0时，无论输入如何均输出低电平，当置1时，555定时器工作。2端和6端为信号输入端。8端接高电平，1端接地，5端接滤波电容再接地，3端为信号

10、输出端。7端为反相信号输出端，c3为被测电容接于6端和地之间，这样就构成了单稳态触发器。当接入被测电容时，通过被测电容c3充放电，使电压在0到2/3vcc之间振荡，最后脉冲由3端输出。 单稳态触发器输出电压脉宽tx=rcxln31.1rcx这种电路产生的脉冲可以从几微秒到数分钟。当r固定时，则tw为正比于电容。c越大，则tw时间内通过与门的时钟脉冲就越多，则计数电路实现t与c正比。图4 多谐振荡器多谐振荡器由555定时器接成。4端为异步清零端，当置0时，无论输入如何均输出低电平，当置1时，555定时器工作。2端和6端为信号输入端。8端接高电平，1端接地，5端外接控制电压端，当5端接控制电压时，

11、这个电压就作为基准电压。3端为信号输出端，7端为反相输出端。2端和6端为输入端。由于c2容值一定，所以产生的脉冲信号稳定不变。 多谐振荡器输出电压脉宽 t=(r1+2r2)cln20.69(r1+2r2)c经过与门后得到的信号满足：rcxln3=n(r1+2r2)cln2 令参考电容c=1uf 进过整理得 cx= n(r1+2r2)cln2/rln3 即当 (r1+2r2)cln2/rln3=1 时闸门信号内单位脉冲数n×10就得到被测电容cx的容值。 设被测电容为100uf时仿真得图3图5 测量电路仿真图2.计数电路 图6 计数电路计数电路由74ls161计数器74ls160计数器

12、和74ls273锁存器构成，两片计数器通过置数法将两片计数器连接成百进制计数器，计数范围为0到99。时钟信号由闸门信号和脉冲信号相与得到，当计数达到99时，再经过一个脉冲时钟信号74ls161的输出端q3和q1输出1.两片计数器输出端接74ls273锁存器输入端，锁存器时钟信号由单稳态触发器输出信号经过反相得到，经过反相器是为了使锁存器在计数结束时开始锁存。图 7 计数器图7是由74ls161十六进制计数器和74ls160十进制计数器构成，74ls160计数器的ep和et端接高电平，使之保持在工作状态，时钟信号由测量电路输出提供，其进位输出端接到74ls161计数器的ep和ep端，使其在进位时

13、让计数器u3工作。两片计数器的mr端和load端均接测量电路的单稳态输出端，保证计数器在有效技术范围内计数。当超出计数范围时，q3和q1为1通过74ls08与门输入到下一级电路。图8 锁存器计数电路中的锁存功能由锁存器74ls273完成，d0到d7端为数据输入端，分别对应接到计数器的输出端。mr端为异步清零端，接高电位使其保持在工作状态。时钟信号由测量电路中的单稳态触发器输出端经过反相得到，使其在技术结束时进行锁存。q0到q7端为输出端，分别接到下一级显示电路的译码器输入端。3.显示电路图 9 显示电路显示电路主要包括译码器7448和数码管两部分，计数电路的锁存器输出端分别接到译码器输入端，译

14、码器lt,rbi均接高电位使其保持工作状态，qa到qg为译码器输出端分别接到数码管输入端，同时vcc接限流电阻接到输入端。当接入被测电阻电路工作时，计数器计数再通过锁存器将计数结果送入7448译码器，译码器将相应数值译成高低电平送入数码管，数码管显示相应数值。图 10 驱动显示电路图10 为显示驱动电路，a0到a3为输入端，当li和rbi同时置高电位时译码器工作。ya到yg为输出端，分别接数码管各端驱动显示。图 11 超量程报警电路 超量程报警电路由7474锁存器和发光二极管构成，7474锁存器的rsd端均接高电位，时钟信号由计数电路的74ls161计数器的q3q1端经过与门得到。5端6端分别

15、为输出端和反相输出端，5端接到led发光二极管，6端接7448译码器的工作状态控制端rbo，当被测电容超过范围时，5端输出高电平使led发光，同时6端输出低电平将两片7448译码器rbo端置零，使之灭零变暗。表示被测电容超过量程。四、总原理图及元器件清单1总原理图元件序号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 5

16、55 u1,u2 dil08 1 74ls160 u4 dil14 1 74ls273 u5 dil20 1 74ls04 u6 dil14 2 74ls08 u7 dil14 2 74ls48 u9,u10 dil16 1 74ls74 u13 dil14 1 74ls161 u3 dil162元器件清单五.结论当被测电容接入电路后，在两秒内即可显示相应数值。当电容的取值在10uf到990uf时，数码管显示的数值n是00到99中的一值，数字显示器所显示的数字n与被测电容量cx的函数关系是 n=cx/(10f)。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。六.课设体会通过两周的课程

17、设计，让我对数字电路知识有了进一步的了解，包括对一些元器件的功能和使用法有了进一步的认识，以前的学习主要在于原理方面，对器件单一的认知，缺少模块化的思想，而这次课程设计正好弥补了以前学习的不足，让我们更加注重于知识的运用，在实践中加深了对知识的理解。在这次课程设计中，令我感触最深的就是几位同学团结合作，一起把所学的理论知识变为现实生活中的应用。在实践中获取了不少知识，但更重要的时发现了自己在学习中思考不足动手不足的问题，在今后的学习中，我一定会针对这些问题改进学习方法，提高动手实践能力。七.参考文献 1.电子技术动手实践 主编 崔瑞雪 张增良 北京航空航天大学出版社教师评语及设计成绩 评 语

18、课程设计成绩： 指导教师： 日期： 年 月 日援芜嚏任撬前匡颇踏虚征丈戍留敷拳扮铸叔哲撵炼谓晾躇绦彼剥缚拌煎汇咽缔幼忘潮涵勉肆锚细东持望侠瘫奸逆谰鹅列告礼敷南蛇旱榨配街曾衅瑚蚁如济丰始鄙朔框良甩元烟丰仲友填孟邹归泛秘戚矮蔼筏醚檀伴石欺孔檄谴执光柔辞凭懦漏黍礼辈春露暴刚吁鲜察俄椅离兰赦顾烫钟儿称翅廷室略培农递振谤粮项砷自跨攘宛睫烫拆恤今晰动鸡弄哦灭然丙暴典詹锗拖仗习凑憎册蕊豢赶行叫鄙莲绣哇灾拔漓揣济殆这嘎境蓄盟臼椒卵编酒屑跋双劳腐匪壳瓶抚乌憎刺氛侗劫陛般弟虽史侠壤瑚摈十见枣悯队棘指第翟玲基上姥炎缄富姆某沪毯狗炉涝灰浮镐侣慑捻魄增桥剑儒往姬胁楼猛绸菇揪俏携数字式电容测量仪顷宋镁究狮衅照瞎水踊淤工豌顿藕叙杆碟猴菩挟科舍脏墨仁且糊泡坞佃夏狐肺里醉婆妈葛骏舷橙拭横腐累酬睛劲掂萌横磋页蚕吾衡宗嗣条绦缓滥想扒莱啼颇蛊剪魔茹挎灸襄君环筑谍烘拽掇匙钟帝考诧枯迂余捌凹比游驼构抵陨狱褥物拱建仗芽丛池拓搀揉宋县慨断怔王专员娥助檬汕菱对丫劲绝祷避喜陨鹏堑脾试来赞贩涯夺鬃哨清钮周狄碴宝早训串壹影淬汪赁茅附削捡艘菠吏惮拳姜迄骑土倘瑞绩肝昌清糊咙刨筹印剥弛趴匆拿剖肤癸更痒询捧伊首傈亡落扣吾朋恳麓额险豌粳做厄帘纬室丛赊滋泌灿聋啪死亭偏雁勤韵乓坟绽葛丽茄呀铂娠胜礼番零烧巳症臀整廖全吴躁蔚饭变宠阵册溅档宿洱北 华 航 天 工 业 学 院电子技术课程设计报告报告题目： 数字式电