數(shù)字式電容測(cè)量?jī)x課件

數(shù)字式電容——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(duì)電路性能有重要影響，本課題就是用數(shù)字顯示的方式對(duì)電容進(jìn)行測(cè)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(diǎn)，將被測(cè)電容C轉(zhuǎn)換為寬度為TW的脈沖然后將其作為閘門信號(hào)控制標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號(hào)的個(gè)數(shù)并送到鎖存譯碼顯示電路中則可得到電容值。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。一、方案設(shè)計(jì)與選擇1．測(cè)脈寬法測(cè)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。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)方案如圖所示。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。二、電路的設(shè)計(jì)與分析1．時(shí)鐘脈沖發(fā)生電路首先，我們先來介紹一下555定時(shí)器。

圖為由555定時(shí)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(dāng)Vc=2/3VCC時(shí)，因?yàn)?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(shí)，放電管T導(dǎo)通，電容C通過R2放電；當(dāng)電容電壓下降至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。其振蕩周期與電容充放電時(shí)間有關(guān)。充電時(shí)間：放電時(shí)間：周期：2．閘門信號(hào)產(chǎn)生電路圖為由555定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。2端作為觸發(fā)信號(hào)的輸入端，由U1產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖信號(hào)來提供。它有穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)兩個(gè)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(shí)間后，再自動(dòng)返回到穩(wěn)態(tài)。這段時(shí)間稱為暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間取決于外界R、C的值。3．計(jì)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(shí)鐘脈沖信號(hào)與U2產(chǎn)生的門控信號(hào)相與，就能得到與成正比的計(jì)數(shù)脈沖。時(shí)鐘CP和四個(gè)數(shù)據(jù)輸入端P0~P3

清零/MR

使能CEP，CET

置數(shù)PE

數(shù)據(jù)輸出端Q0~Q3

以及進(jìn)位輸出TC5．鎖存器1復(fù)位11鎖存控制端10GND20VCCD1-D8輸入Q1-Q8輸出74LS273在電路設(shè)計(jì)中需要鎖存2個(gè)4位二進(jìn)制數(shù),由于74LS273是八D觸發(fā)器，能同時(shí)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(hào)從1變?yōu)?的時(shí)候鎖存,就必須把閘門信號(hào)通過一個(gè)反相器后作為CLK信號(hào)。其MR端接高電平。被鎖存信號(hào)由D0到D7輸入，輸出結(jié)果由QO到Q7引出。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(shí)3、5端都接高電平，4端是滅零輸入端，當(dāng)4為高電平時(shí)74LS48控制的顯示管呈暗狀態(tài)，不顯示數(shù)。ABC端接輸入信號(hào)，abcdefg輸出端用來驅(qū)動(dòng)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(dāng)輸入端為高電平的時(shí)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(jì)數(shù)器接線錯(cuò)誤，導(dǎo)致不出結(jié)果，經(jīng)過檢查，解決問題。（2）報(bào)警二極管不亮，經(jīng)檢查，計(jì)數(shù)