數(shù)字電容測(cè)試儀

1、數(shù)字式電容測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)一、總體方案的選擇數(shù)字式電容測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)可以有占空比可調(diào)的方波發(fā)生器產(chǎn)生基準(zhǔn)方波信號(hào)，頻率為10KHz，再通過555定時(shí)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)電路。通過計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)顯示電路顯示當(dāng)前電容容量。所設(shè)計(jì)的電容測(cè)量范圍（1uF999uF）。誤差2%左右。.擬定系統(tǒng)方案框圖（1）方案一：純硬件電路方波發(fā)生電路與門電路計(jì)數(shù)電路單穩(wěn)態(tài)電路譯碼顯示電路方波發(fā)生電路與門電路計(jì)數(shù)電路單穩(wěn)態(tài)電路譯碼顯示電路圖1純硬件構(gòu)成系統(tǒng)框圖（2）方案二：運(yùn)用單片機(jī)程序編程設(shè)計(jì)電路圖2含單片機(jī)程序設(shè)計(jì)電路圖2含單片機(jī)程序設(shè)計(jì)電路.方案的分析和比較基于方案一較方案2只用到簡(jiǎn)單硬件，不需要編程，且大部分設(shè)計(jì)知識(shí)已經(jīng)掌握，所

2、需的有設(shè)計(jì)到出圖的時(shí)間比較少。所以選擇方案一，簡(jiǎn)單，易行，節(jié)省時(shí)間。二、單元電路的設(shè)計(jì)1.時(shí)基電路時(shí)基電路是由占空比可調(diào)的555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器，其基本工作原理如下：由于電路中二極管D1,D2的單向?qū)щ娦?，使電容器的充放電分開，改變電阻大小，就可調(diào)節(jié)多諧振蕩器的占空比。圖中Vcc通過R4、D2向電容C3充電，充電時(shí)間為t0.7RC3式（1）-ph4電氣工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告電氣工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告用用555定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器如圖5所示。式（2）式（3）式（4）VCC555VIRTUAL圖3占空比可調(diào)的方波發(fā)生器式（2）式（3）式（4）VCC555VIRTUAL圖3占空比可調(diào)的方波發(fā)生

3、器電容器C3通過D1,R5及555中的三極管T放電，放電時(shí)間為tx0.7RC因而，振蕩頻率為pl511.43f=氏t+1(R4+R5)Cphpl3電路輸出的占空比為R4q(%)=x100%R4+R5圖4方波發(fā)生器的工作波形本次試驗(yàn)需要產(chǎn)生8.9KHz的頻率，通過公式計(jì)算R4=3.2KQ,R5=10KQ,C3=0.01uf此時(shí)f=10.8KHz,通過模擬產(chǎn)生的基準(zhǔn)頻率為8.9KHz,滿足誤差要求。電氣工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告電氣工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告圖5單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器VCC5V圖5單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器VCC5V若沒有觸發(fā)信號(hào)這該電路電路通電后只有一種穩(wěn)定狀態(tài)out=0。若觸發(fā)輸入端施加觸發(fā)信號(hào)(TRIVcc/3

4、),電路的輸出狀態(tài)由低電平跳變到高電平，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，放電三極管T截止。此后電容C2充電，當(dāng)C2充電至Vc=2Vcc/3時(shí)，電路的輸出電壓由高電平翻轉(zhuǎn)為低電平，電路回到穩(wěn)定狀態(tài)。脈寬tw為t1.1RC式(5)32t1.1RC式(5)32單穩(wěn)態(tài)電路的工作波形如圖6所示。圖6工作波形3.閘門電路將方波發(fā)生電路，單穩(wěn)態(tài)電路通過與門構(gòu)成定時(shí)電路。如圖7所示。5V將方波發(fā)生電路，單穩(wěn)態(tài)電路通過與門構(gòu)成定時(shí)電路。如圖7所示。5V圖7閘門電路1BH620.01口F閘門電路的波形如圖8所示。1SC1QC-處QCS：-U-1QU-15：3C53m6而Tme恂1SC1QC-處QCS：-U-1QU-15：3C53

5、m6而Tme恂圖8工作波形3.計(jì)數(shù)電路計(jì)數(shù)電路用74LS192,它是同步十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，具有雙時(shí)鐘輸入，并具有請(qǐng)出和置數(shù)等功能。由三個(gè)74LS192可構(gòu)成100進(jìn)制計(jì)數(shù)器。如圖9所示。ABCDQAQBQCQDLOAD-BOCLR-COUPDOWNABCDQAQBQCQDLOAD-BOCLR-COUPDOWN丁丁丁7七124.譯碼顯示電路譯碼顯示電路是由74LS48D驅(qū)動(dòng)七段顯示電路，顯示電路選擇共陰極電路，因?yàn)?4LS48D輸出為低電平。如圖10所示。7126354ABCD7126354圖7126354ABCD7126354圖10譯碼顯示電路7126354電氣工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告電氣工程學(xué)院

6、課程設(shè)計(jì)報(bào)告圖圖12仿真結(jié)果圖三、總電路圖VCC5V圖11總電路圖表1元器件明細(xì)表七段數(shù)字顯示器X3555定時(shí)器x2導(dǎo)線若干譯碼器74LS48x3二極管1BH62x2開關(guān)若干十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS192x3電阻若干與門74F08x1電容若干四、仿真與調(diào)試(1)C2為測(cè)試電容，現(xiàn)取一個(gè)C2為10uF,經(jīng)過仿真得出的結(jié)果如圖12所示。電氣工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告電氣工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告=71263547126354111195174LS48DFGU12iABCDT7126354=71263547126354111195174LS48DFGU12iABCDT71263547126354取C2為57uF，經(jīng)

7、過仿真得出的結(jié)果如圖13所示。回3TBTDEff111195174LS48DOGU22iRTbTTR7126354圖13仿真結(jié)果圖取C2為129uF,經(jīng)過仿真得出的結(jié)果如圖14所示。圖14仿真結(jié)果圖取C2為387uF，經(jīng)過仿真得出的結(jié)果如圖15所示。圖15圖15仿真結(jié)果圖本次課程設(shè)計(jì)先后經(jīng)歷了上網(wǎng)查詢資料，到自己翻書設(shè)計(jì)。從不了解測(cè)量電容容量的原理，到理解原理。從模仿網(wǎng)上設(shè)計(jì)圖，到自行設(shè)計(jì)，發(fā)覺自己的設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單，簡(jiǎn)潔，易行，優(yōu)于網(wǎng)上找到的一些資料。在使用軟件（MULTISIM肪真過程中，掌握了一些片子的模擬仿真接法，曾經(jīng)一度為了一個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器不能正常顯示而心灰意冷，后來發(fā)現(xiàn)自己的七段數(shù)字顯示器選錯(cuò)了，錯(cuò)選了共陽極數(shù)字顯示器，應(yīng)該選擇共陰極數(shù)碼顯示器，因?yàn)?4LS48D的輸出時(shí)低電平。在實(shí)際接線的過程中發(fā)