電容課程設(shè)計(jì)

1、 電子技術(shù) 課程設(shè)計(jì)報(bào)告報(bào)告題目： 作者所在系部： 作者所在專業(yè)： 作者所在班級(jí)： 作 者 姓 名 ： 作 者 學(xué) 號(hào) ： 指導(dǎo)教師姓名： 完 成 時(shí) 間 ： 內(nèi) 容 摘 要 電容已經(jīng)成為電路設(shè)計(jì)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(shí)間之后將會(huì)產(chǎn)生偏差，為了能得到它得正確電容值，在使用時(shí)往往要測(cè)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(cè)量儀 。本課題要設(shè)計(jì)的是數(shù)字式電容測(cè)量儀，使其電容值以十進(jìn)制的數(shù)在LED數(shù)碼管上顯示出來。從而可以直接的看出電容值，相對(duì)比較直觀，而且誤差相對(duì)較小。設(shè)計(jì)的電容測(cè)量儀的測(cè)量范圍是10uF990Uf，

2、顯示的數(shù)值N是0099，數(shù)字顯示器所顯示的數(shù)字N與被測(cè)電容量CX的函數(shù)關(guān)系是 N=Cx/(10F)。當(dāng)被測(cè)電容值超出量程時(shí)數(shù)碼管呈滅零狀態(tài)，報(bào)警二極管發(fā)光。該電容測(cè)量儀將在電容測(cè)量方面顯示出它獨(dú)特的優(yōu)越性。關(guān)鍵字：測(cè)脈法 脈沖 數(shù)顯 電容 一、概述通過555使被測(cè)電容Cx產(chǎn)生一個(gè)CP脈沖（閘門信號(hào)），使閘門信號(hào)控制另一個(gè)555，使其產(chǎn)生與Cx相對(duì)應(yīng)的一系列CP脈沖。通過計(jì)數(shù)器來測(cè)CP脈沖的個(gè)數(shù)，然后鎖存器74LS273八D觸發(fā)器鎖存其數(shù)據(jù)，通過74LS48譯碼器翻譯，使七段數(shù)碼管顯示其數(shù)值N(N=Cx/10uf)。用兩只LED數(shù)碼管構(gòu)成數(shù)字顯示器。數(shù)碼管用來顯示后兩位，均用十進(jìn)制數(shù)表示，即數(shù)字

3、顯示器可顯示出的最大數(shù)字和最小數(shù)字分別為99和0。在正常工作條件下，測(cè)量電路接上CX后數(shù)字顯示器便可自動(dòng)顯示出數(shù)字，即不需要測(cè)試者進(jìn)行清零、啟動(dòng)之類的操作，便可正常顯示。響應(yīng)時(shí)間Tx不超過2s，即接上CX后，在2s之內(nèi)，顯示器所顯示的數(shù)字N符合上述函數(shù)關(guān)系。Cx的測(cè)量范圍為10uF990uF,當(dāng)Cx超出量程時(shí)七段數(shù)碼管呈滅零狀態(tài)，報(bào)警二機(jī)極管發(fā)光，表示超量程。測(cè)量電路應(yīng)有被測(cè)電容器的兩個(gè)插孔，并標(biāo)上符號(hào)“+”和“-”?！?”端電位瞬時(shí)值不低于“-”端電位的瞬時(shí)值，而且它們之間的開路電壓值最大不超過5.5V。二、方案設(shè)計(jì)與論證數(shù)字式電容測(cè)量儀的作用是以十進(jìn)制數(shù)碼的方式來顯示被測(cè)電容的值，從而判斷

4、電容器質(zhì)量的優(yōu)劣及電容參數(shù)。由給出的設(shè)計(jì)指標(biāo)，它的設(shè)計(jì)要點(diǎn)可分為兩部分：一部分是LED顯示，另一部分就是要將CX值進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使數(shù)碼顯示與CX符合N=Cx/(10F)的函數(shù)關(guān)系。能滿足上述設(shè)計(jì)功能可以實(shí)施的方案很多，現(xiàn)提出下面三種參考方案。1測(cè)脈寬法測(cè)脈寬法的基本原理如圖1所示，利用單穩(wěn)或電容充放電規(guī)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(biāo)準(zhǔn)脈沖信號(hào)相與，便可得到與Tx成正比的計(jì)數(shù)脈沖fx，如果時(shí)鐘脈沖的頻率等參數(shù)合適，便可實(shí)現(xiàn)題中所要求的函數(shù)關(guān)系，因此本課題選擇了測(cè)脈寬法來測(cè)量電容值。圖2-1 測(cè)脈寬法的原理框圖2測(cè)頻法測(cè)頻法的基本工作原理是：將圖

5、1中的門控信號(hào)作為標(biāo)準(zhǔn)門控信號(hào)，將待測(cè)電容作為時(shí)鐘脈沖發(fā)生器的一部分，在一定條件下，發(fā)生器的輸出頻率與電容值是線性關(guān)系，只要標(biāo)準(zhǔn)門控信號(hào)參數(shù)合適，測(cè)出時(shí)鐘脈沖發(fā)生器的頻率就可測(cè)出電容值。3測(cè)壓法測(cè)壓法的基本原理是：把電容量通過電路轉(zhuǎn)換成電壓量，然后把電壓量經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量顯示。典型測(cè)壓法設(shè)計(jì)方案如圖2所示。圖2-2測(cè)壓的原理框圖本設(shè)計(jì)選擇了測(cè)脈寬法，用閘門信號(hào)來控制時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生的CP脈沖個(gè)數(shù)，使其來反映被測(cè)電容Cx的數(shù)值。用測(cè)脈寬法得到的數(shù)值比較容易通過數(shù)碼管來顯示，可省去數(shù)碼轉(zhuǎn)換而且誤差相對(duì)比較小。三.單元電路設(shè)計(jì)與分析1.脈沖電路發(fā)生電路在數(shù)字電路中常常需要精確的秒脈沖信號(hào)來對(duì)檢測(cè)

6、的信號(hào)進(jìn)行采樣取值。實(shí)際中多采用高頻振蕩器產(chǎn)生高頻信號(hào)，然后經(jīng)過多級(jí)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(shù)規(guī)律上升，當(dāng)VC上升至2/3VCC時(shí)，因VC與值輸入端相連，有VC=V6，是比較器C1輸出翻轉(zhuǎn)，輸出電壓V0=0，同時(shí)，放電管T導(dǎo)通，電容C通過R2放電；當(dāng)電容電壓VC下降至1/3VCC時(shí)，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(fù)始，形成振蕩。其振蕩周期與放點(diǎn)的時(shí)間有關(guān) 。圖 3-1 多諧振蕩器電路2. 電容計(jì)數(shù)電路設(shè)計(jì) 本課程設(shè)計(jì)的定時(shí)器運(yùn)用555定時(shí)器設(shè)計(jì)。

7、555定時(shí)器是一種應(yīng)用極為廣泛的中規(guī)模集成電路。555定時(shí)器運(yùn)用時(shí)靈活、方便，具有可構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，多諧振蕩器和施密特觸發(fā)器的功能，而且可承受較大的負(fù)載電流等諸多好處。由555構(gòu)成的電容計(jì)數(shù)電路如圖3-2所示。圖3-2 電容計(jì)數(shù)電路3計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器選用集成電路74LS160和74LS161組合設(shè)計(jì)成一個(gè)一百進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，如圖3-3所示。74S160和74LS161是同步四位十、十六進(jìn)制加法計(jì)數(shù)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(jìn)制的計(jì)數(shù)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(fā)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(jìn)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(dāng)Cx超出量程時(shí)七段數(shù)碼管呈滅零狀態(tài)，報(bào)警二機(jī)極管發(fā)光，表示超量程。此時(shí)用7474D觸發(fā)器構(gòu)成，電路圖如3-9所示。圖3-9 7474D觸發(fā)器6.顯示器設(shè)計(jì)電路 為了能以十進(jìn)制數(shù)碼直觀地顯示數(shù)字 系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，目前廣泛使用了

9、七字符顯示器，或稱做七段數(shù)碼管。這種字符顯示器由七段可發(fā)光的線段拼合而成。常見的七段字符顯示器有半導(dǎo)體數(shù)碼管和液晶顯示器兩種。本實(shí)驗(yàn)用半導(dǎo)體數(shù)碼管所構(gòu)成的七段LED數(shù)碼管-BCD管，如圖3-9所示。圖3-10 BCD數(shù)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(hào)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