数字式电容测量仪

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1、北华航天工业学院《电子技术》课程设计报告报告题目：数字式电容测量仪作者所在系部：电子工程系作者所在专业：电子信息工程作者所在班级：作者姓名：作者学号：指导教师姓名：完成时间：课程设计任务书课题名称数字式电容测量仪的设计完成时间6.12指导教师职称讲师学生姓名班级总体设计要求和技术要点设计一个数字式电容测量仪电路，要求如下：1．能测量10μF-990μF范围内的电容量。2．用两只LED数码管构成数字显示器。数码管用来显示后两位，均用十进制数表示，即数字显示器可显示出的最大数字和最小数字分别为99和0。

2、3．数字显示器所显示的数字N与被测

3、电容量CX的函数关系是N=Cx/(10μF)4．在正常工作条件下，测量电路接上CX后数字显示器便可自动显示出数字，即不需要测试者进行清零、启动之类的操作，便可正常显示。响应时间Tx不超过2s，即接上CX后，在2s之内，显示器所显示的数字N符合上述函数关系，其误差的绝对值在给定器件的前提下尽量小。5、在正常测量范围内,显示数目应当清晰,但允许有所闪动。6．若被测电容超过990uF，则数码管呈全暗状态，发光二极管呈亮状态，表示超量程。7．测量电路应有被测电容器的两个插孔，并标上符号“+”和“-”。“+”端电位瞬时值不低于“-”端电位的瞬时

4、值，而且它们之间的开路电压瞬时值最大不超过5.5V。工作内容及时间进度安排第15周：周1---周4立题论证方案设计周5预答辩第16周：周1---周3仿真实验周4---周5验收答辩课程设计成果1．与设计内容对应的软件程序2．课程设计报告书内容摘要电容在电子线路中有着广泛的应用，它的容值大小对电路性能有重要影响，本课题就是用数字显示的方式对电容进行测量。利用单稳态触发器产生脉冲宽度TW与电容C成正比的特点，将被测电容C转换为宽度为TW的脉冲然后将其作为闸门信号控制标准脉冲信号的个数并送到锁存译码显示电路中则可得到电容值。当被测电容值超出量

5、程时数码管呈灭零状态，报警二极管发光。关键字：测脉宽法闸门信号数显目录一、概述………………………………………………………………1二、方案设计与论证………………………………………………………………1测脉宽法……………………………………………………………………1三、单元电路设计与分析…………………………………………………………21.测量电路设计……………………………………………………………..22.计数电路设计……………………………………………………….63显示电路设计……………………………………………………………8四、总原理图及元器件清

6、单……………………………………………………11五、结论…………………………………………………………………………11六、心得体会……………………………………………………………………11七、参考文献……………………………………………………………………13一、概述通过用555定时器接成单稳态产生闸门信号和多谐振荡器产生脉冲信号CP，闸门信号的脉宽T与被测电容CX充放电时间成正比。通过计数器计量闸门信号内脉冲的个数N，送入74LS273锁存器锁存，后经7448译码器译码后接两只LED七段数码管显示输入数值N。数值均用十倍表示，即显示数值为实际

7、值的1/10，显示范围为0到99。当CX超过量程时，数码管灭零变暗，同时二极管变亮报警，表示超出量程。二、方案设计与论证数字电容测量计设计主要包括测量电路，记数电路和显示电路三部分。测量电路的核心部分是555定时器构成的单稳态触发器和多谐振荡器。记数电路是由74LS160和74LS161构成的计数器以及74LS273锁存器构成。显示电路由译码器和数码管构成。能满足上述设计功能可以实施的方案很多，本设计采用测脉宽法。测脉宽法测脉宽法的基本原理如图1所示，利用记数控制电路中的单稳态触发器在被测电容CX上的充放电规律，将电容容值转换为脉冲宽

8、度TX，再与标准脉冲信号相与得到TX内的脉冲数N，通过记数显示就可以得到容值。图1测脉宽法的原理框图本设计选择用闸门信号来控制时钟信号产生的CP脉冲个数，使其来反映被测电容Cx的数值。用测脉宽法得到的数值比较容易通过数码管来显示，可省去数码转换而且误差相对比较小。三.单元电路设计与分析1．测量电路图2测量电路图2是由两个555定时器接成的单稳态触发器和多谐振荡器所构成的电容测量电路，C3为被测电容，当被测电容CX接入电路后，由于电容充放电效应，单稳态触发器会产生一个脉宽与被测电容大小成正比的闸门信号（如图3中第三个信号），同时多谐振荡

9、器会产生脉冲信号CP（如图3中第二个信号），闸门信号与脉冲信号CP同时经过与门运算，得到一个新的脉冲信号（图3中第一个信号），再将此信号送入计数器进行计数。图3单稳态触发器单稳态触发器由555定时器接成，4端为异步清零端