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文檔簡(jiǎn)介
1、數(shù)字式電容和測(cè)量?jī)x,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。,2測(cè)頻法 測(cè)頻法的基本工作原理是:將上圖中的門控信號(hào)作為標(biāo)準(zhǔn)門控信號(hào),將待
2、測(cè)電容作為時(shí)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(biāo)準(zhǔn)門控信號(hào)參數(shù)合適,測(cè)出時(shí)鐘脈沖發(fā)生器的頻率就可測(cè)出電容值。,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。,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(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)
4、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。,4計(jì)數(shù)電路,74LS160是同步四位十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器,功能表如圖所示:,個(gè)位的EP和ET端都接高電平,十位的EP和ET端均接個(gè)位的進(jìn)位端RCO。兩個(gè)計(jì)數(shù)器的CLK信號(hào)均由計(jì)數(shù)脈沖提供,MR和LOAD均接閘門信號(hào),D3、D2、D1、D0均低電平。當(dāng)閘門信號(hào)到來時(shí),計(jì)數(shù)器開始工作。每來一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)個(gè)位開始計(jì)數(shù),
5、當(dāng)?shù)?是進(jìn)位信號(hào)為1,十位開始工作計(jì)一次數(shù),直到閘門信號(hào)變?yōu)?時(shí)停止計(jì)數(shù)。,時(shí)鐘CP和四個(gè)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(jìn)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(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
6、由QO到Q7引出。,6譯碼器,74LS48,P0、P1、P2、P3為計(jì)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(jì)數(shù)端,CPD減計(jì)數(shù)端,PL置數(shù)端,TPU非同步進(jìn)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(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,
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