数电论文-__简易数显式电容计的设计

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1、本文档系作者精心整理编辑，实用价值高。编号本科生课程设计报告题目：简易数显式电容计的设计学院专业学号学生姓名指导教师二〇一〇年七月简易数显式电容计的设计本文档系作者精心整理编辑，如有需要，可查看作者文库其他文档。本文档系作者精心整理编辑，实用价值高。一：设计任务和要求1..测量范围为1—999nF。2.用三位LED数码管显示测量结果。3..具有超量程指示。4.能自动地进行连续测量。测量周期为4秒，测量结果保持2秒左右。二：简易数显式电容计的组成和工作原理振荡器计数器显示译码电路超量程指示电路控制电路C—T转换电路1

2、-1简易数显式电容计的组成框图数显式电容计具有测量速度快，读书方便等优点，正在逐步取代传统的电容测试方法。简易数显式电容计的框图如图1-1所示，它由C—T转换电路，振荡器，控制电路，译码显示电路和超量程指示电路等六部分组成。1．C—T转换电路的作用是把被测电容的电容量Cx转换成脉冲信号，使脉冲信号的宽度Tx正比于Cx。单稳态触发器有定时时间正比于定时电容Ｃ的关系，因此可以用单稳态触发器实现此功能。2．.振荡器产生矩形脉冲,让计数器在C－T转换期间计数。如果Cx大，则Tx大，那么在Tx期间计数器计的脉冲数就多，而计到

3、的脉冲数多，代表Cx就大。只要调整好振荡器的振荡频率，就可以使计数器计到的脉冲数（用十进制表示）就是被测电容的nF数。3．计数器是三位十进制计数器。4．显示译码电路是把计数器计到的脉冲数用十进制数字显示出来。5．超量程指示电路的作用是当计数器计到的脉冲数超过999时，产生一个指示信号，即代表被测电容的电容量超过了999nF,此时显示器的读书已不是Cx的值。6．控制电路的作用是用来产生控制各部分电路正常工作的时序信号。如果用下降沿触发单稳态电路，用上升沿使计数清零和超量程指示电路复位，测量过程的时序图如下1-2所示。

4、本文档系作者精心整理编辑，如有需要，可查看作者文库其他文档。本文档系作者精心整理编辑，实用价值高。图1-2数字式电容计测量过程时序图7．设计时采用CMOS集成电路，电源电压用+5V。三：单元电路的设计1．C—T转换电路的设计在单稳态触发器中，定时时间与电容成正比，例如，在用555定时器构成的单稳态触发器中，有tw=1.1RC式中R和C为定时电阻，电容。因此，在这里C—T转换电路采用单稳态触发器。用555定时器构成的单稳态电路如图1—3所示，波形见图1—4。图中Tx=1.1RCx。本文档系作者精心整理编辑，如有需要，

5、可查看作者文库其他文档。本文档系作者精心整理编辑，实用价值高。图1—3Ｃ—Ｔ转换电路　　　　　　　　　　　　图１－４　C—T转换波形图在电路中加入了由Cr和Rr组成的微分电路，这样单稳态电路只要靠输入V11的下降沿触发，定时时间与V11的低电平宽度无关。考虑到定时精度和测量速度，设定测量范围内Tx的时间为0.1ms~0.1s,，即取R=91KΩ。2．多谐振荡器的设计多谐振荡器也用555定时器构成，电路如图1—5所示。图1-5多谐振荡器多谐振荡器的振荡周期为：T=0.7(R1+R2)C,在Tx内计数器计到的脉冲数N=

6、Tx/T，即有：N=1.1RCx/T根据设计要求，N就是被测电容Cx的nF数，则有T=1.1*91*103*10-9≈10-4s也就是说振荡器的振荡频率约为10KHz。根据振荡器周期的计算公式，先取C=0.01uF。那么R1+2R2=14.3KΩ，取R1=6.8KΩ，则R2应为3.75KΩ。可以用4.7KΩ的电位器作为R2来调整电容计的测量精度。3．计数电路的设计本文档系作者精心整理编辑，如有需要，可查看作者文库其他文档。本文档系作者精心整理编辑，实用价值高。（1）计数器的选用计数器采用ＭＣ１４５５３。ＭＣ１４５５

7、３是三位BCD加法计数器，集成电路的引脚排列图如图1—7所示。图1-6MC14553引脚图（2）MC14553功能说明MC14553逻辑结构示意图如图1-7所示。MC14553集成电路由三个同步级联的下降沿触发的BCD计数器，三个锁存器以及分配锁存器的多路传输器组成。此外，还有时钟输入端的整形电路，分配多路传输器的时序扫描电路和振荡器电路，以及用显示控制的数据选择输出，，组成。本文档系作者精心整理编辑，如有需要，可查看作者文库其他文档。本文档系作者精心整理编辑，实用价值高。图1-7MC14553逻辑结构示意图图1-

8、7中，振荡器提供多路数据选择器的低频扫描时钟脉冲，振荡器的振荡频率取决于连接在引出端③和④之间的外接电容C1的大小，若需外部时钟，也可以从引出端④处引入。振荡器产生的扫描时钟信号与三个位选择输出信号的时序关系见图1-8所示。在复位端“R”上施加“1”电平时，复位信号同时作用于BCD计数器，振荡器和多路扫描电路，使得扫描电路处在初始状态，扫描振荡器禁止振荡，同