《數(shù)字式電容測量儀》PPT課件.ppt

1、數(shù)字式電容和測量儀,孫志鵬、梁竣泓,概要,電容在電子線路中有著廣泛的應(yīng)用，它的容值大小對電路性能有重要影響，本課題就是用數(shù)字顯示的方式對電容進行測量。 利用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器產(chǎn)生脈沖寬度TW與電容C成正比的特點，將被測電容C轉(zhuǎn)換為寬度為TW的脈沖然后將其作為閘門信號控制標準脈沖信號的個數(shù)并送到鎖存譯碼顯示電路中則可得到電容值。當被測電容值超出量程時數(shù)碼管呈滅零狀態(tài)，報警二極管發(fā)光。,一、方案設(shè)計與選擇,1測脈寬法 測脈寬法的基本原理如圖所示，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。,2測頻法 測頻法的基本工作原理是：將上圖中的門控信號作為標準門控信號，將待

2、測電容作為時鐘脈沖發(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，只要標準門控信號參數(shù)合適，測出時鐘脈沖發(fā)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(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。典型測壓法設(shè)計方案如圖所示。,本設(shè)計選擇了測脈寬法，用閘門信號來控制時鐘信號產(chǎn)生的CP脈沖個數(shù)，使其來反映被測電容Cx的數(shù)值。用測脈寬法得到的數(shù)值比較容易通過數(shù)碼管來顯示，可省去數(shù)碼轉(zhuǎn)換而且誤差相對比較小。,二、電路的設(shè)計與分析,1時鐘脈沖發(fā)生電路 首先，我們先來介紹一下555定時器。,1地 GND,2觸發(fā),3輸出,4復(fù)位,5控制電壓,6門限(

3、閾門）,7放電,8電源電壓Vcc,圖為由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器。電源接通后，VCC通過電阻R1、R2向電容充電，當 Vc =2/3VCC時，因為2端與6端相連，則有Vc=V6，使比較器C1輸出翻轉(zhuǎn)，輸出電壓V0=0。同時，放電管T導(dǎo)通，電容C通過R2放電；當電容電壓下降至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(fù)始，形成振蕩。其振蕩周期與電容充放電時間有關(guān)。,充電時間：,放電時間：,周 期：,2閘門信號產(chǎn)生電路,圖為由555定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。2端作為觸發(fā)信號的輸入端，由U1產(chǎn)生的時鐘脈沖信號來提供。它有穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)

4、態(tài)兩個不同的工作狀態(tài)。在外界脈沖作用下，能從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)，在暫穩(wěn)態(tài)維持一段時間后，再自動返回到穩(wěn)態(tài)。這段時間稱為暫穩(wěn)態(tài)時間取決于外界R、C的值。,3計數(shù)脈沖的產(chǎn)生電路,調(diào)節(jié)R1、R2、R3的值使其滿足 ：,把由U1產(chǎn)生的時鐘脈沖信號與U2產(chǎn)生的門控信號相與，就能得到與成正比的計數(shù)脈沖。,4計數(shù)電路,74LS160是同步四位十進制加法計數(shù)器，功能表如圖所示：,個位的EP和ET端都接高電平，十位的EP和ET端均接個位的進位端RCO。兩個計數(shù)器的CLK信號均由計數(shù)脈沖提供，MR和LOAD均接閘門信號，D3、D2、D1、D0均低電平。當閘門信號到來時，計數(shù)器開始工作。每來一個時鐘信號個位開始計數(shù)，

5、當?shù)?是進位信號為1，十位開始工作計一次數(shù)，直到閘門信號變?yōu)?時停止計數(shù)。,時鐘CP和四個數(shù)據(jù)輸入端P0P3清零/MR使能CEP，CET置數(shù)PE數(shù)據(jù)輸出端Q0Q3以及進位輸出TC,5鎖存器,1復(fù)位 11鎖存控制端 10GND 20VCC D1-D8輸入 Q1-Q8輸出,74LS273,在電路設(shè)計中需要鎖存2個4位二進制數(shù),由于 74LS273是八D觸發(fā)器，能同時鎖住8位數(shù),所以選擇使用74LS273。它具有異步控制端的功能。由于74LS273是在上升沿觸發(fā),要想在閘門信號從1變?yōu)?的時候鎖存,就必須把閘門信號通過一個反相器后作為CLK信號。其MR端接高電平。被鎖存信號由D0到D7輸入，輸出結(jié)果

6、由QO到Q7引出。,6譯碼器,74LS48,P0、P1、P2、P3為計數(shù)器輸入端,Q0、Q1、Q2、Q3為數(shù)據(jù)輸出端,MR清除端,CPu加計數(shù)端,CPD減計數(shù)端,PL置數(shù)端,TPU非同步進位輸出 端,此電路中譯碼器選用集成電路74LS48。它是BCD七段字型譯碼，具有滅零輸入端的功能。74LS48的引腳圖如下圖8-a所示。使用時3、5端都接高電平，4端是滅零輸入端，當4為高電平時74LS48控制的顯示管呈暗狀態(tài)，不顯示數(shù)。ABC端接輸入信號，abcdefg輸出端用來驅(qū)動顯示器,7顯示器,電路中顯示器用的是共陰極顯示器。器原理圖如圖所示，公共端接地，當輸入端為高電平的時候，二極管亮，顯示相應(yīng)的數(shù)字。,二、總原理圖,三、課設(shè)過程,1、軟件仿真： （1）計數(shù)器接線錯誤，導(dǎo)致不出結(jié)果，