1、數字式電容和測量儀,孫志鵬、梁竣泓,概要,電容在電子線路中有著廣泛的應用，它的容值大小對電路性能有重要影響，本課題就是用數字顯示的方式對電容進行測量。 利用單穩態觸發器產生脈沖寬度TW與電容C成正比的特點，將被測電容C轉換為寬度為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碼管呈滅零狀態，報警二極管發光。,一、方案設計與選擇,1測脈寬法 測脈寬法的基本原理如圖所示，利用單穩或電容充放電規律等，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生器的一部分，在一定條件下，發生器的輸出頻率與電容值是線性關系，只要標準門控信號參數合適，測出時鐘脈沖發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換成電壓量，然后把電壓量經模數轉換器轉換成數字量顯示。典型測壓法設計方案如圖所示。,本設計選擇了測脈寬法，用閘門信號來控制時鐘信號產生的CP脈沖個數，使其來反映被測電容Cx的數值。用測脈寬法得到的數值比較容易通過數碼管來顯示，可省去數碼轉換而且誤差相對比較小。,二、電路的設計與分析,1時鐘脈沖發生電路 首先，我們先來介紹一下555定時器。,1地 GND,2觸發,3輸出,4復位,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，輸出電壓V0=0。同時，放電管T導通，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；周而復始，形成振蕩。其振蕩周期與電容充放電時間有關。,充電時間：,放電時間：,周 期：,2閘門信號產生電路,圖為由555定時器構成的單穩態觸發器。2端作為觸發信號的輸入端，由U1產生的時鐘脈沖信號來提供。它有穩態和暫穩

4、態兩個不同的工作狀態。在外界脈沖作用下，能從穩態翻轉到暫穩態，在暫穩態維持一段時間后，再自動返回到穩態。這段時間稱為暫穩態時間取決于外界R、C的值。,3計數脈沖的產生電路,調節R1、R2、R3的值使其滿足 ：,把由U1產生的時鐘脈沖信號與U2產生的門控信號相與，就能得到與成正比的計數脈沖。,4計數電路,74LS160是同步四位十進制加法計數器，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。兩個計數器的CLK信號均由計數脈沖提供，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，計數器開始工作。每來一個時鐘信號個位開始計數，

5、當到9是進位信號為1，十位開始工作計一次數，直到閘門信號變為0時停止計數。,時鐘CP和四個數據輸入端P0P3清零/MR使能CEP，CET置數PE數據輸出端Q0Q3以及進位輸出TC,5鎖存器,1復位 11鎖存控制端 10GND 20VCC D1-D8輸入 Q1-Q8輸出,74LS273,在電路設計中需要鎖存2個4位二進制數,由于 74LS273是八D觸發器，能同時鎖住8位數,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,要想在閘門信號從1變為0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，輸出結果

6、由QO到Q7引出。,6譯碼器,74LS48,P0、P1、P2、P3為計數器輸入端,Q0、Q1、Q2、Q3為數據輸出端,MR清除端,CPu加計數端,CPD減計數端,PL置數端,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，不顯示數。ABC端接輸入信號，abcdefg輸出端用來驅動顯示器,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，顯示相應的數字。,二、總原理圖,三、課設過程,1、軟件仿真： （1）計數器接線錯誤，導致不出結果，