《数字电容测量仪》word版

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1、-16-电子设计竞赛（论文）电子设计竞赛（论文）电子设计竞赛(论文)参赛题目：数字电容测量仪（I题）参赛队员：指导教师：20年3月24日16-16-电子设计竞赛（论文）电子设计竞赛（论文）摘要数字电容测量仪是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器。现在常用的测量方法是电容表法和充放电法。本设计使用两个555定时器，其中一个555定时器搭建为多谐振荡器，通过电容充放电产生固定周期的脉波，作为计数波；同时另一个555定时器搭建成单稳态触发器电路，多谐输出作为单稳输入，输出外加反相器作为控制脉波；在固定周期内采用74290对

2、计数波计数，并使用74273锁存数据，将数据在LED上显示出来，采用直流稳压为系统提供+5V和+12V的电压。设计中使用开关转换来达到两个大量程测量电容，能够测量1nF~1000uF的电容值；并且系统具有单位显示功能。关键词：555定时器，多谐振荡器，单稳态触发器，锁存器16-16-电子设计竞赛（论文）电子设计竞赛（论文）目录1系统设计41.1设计要求41.2总体设计方案41.2.1设计思路41.2.2系统方案论证与选择41.1.3总体框图52单元电路的设计62.1直流稳压电源设计62.1.1整流电路采用直流稳压电源设计思路62.1.2直

3、流稳压电源的原理框图分析62.1.3直流稳压电源特点62.2产生波形设计方案72.2.1由555定时器搭建多谐振荡器72.2.2由555定时器搭建单稳态触发器82.3计数加锁存电路102.4显示部分设计方案103总体电路图及仿真结果123.1该方案的总体电路图如下：123.2仿真结果如下图134结束语14附录15附录Ⅰ器件清单15附录Ⅱ参考文献15附录Ⅲ实物连线图1616-16-电子设计竞赛（论文）电子设计竞赛（论文）1系统设计1.1设计要求本次设计任务基本要求设计制作一个数字电容测量仪，能够测试的电容量在100nF至100uF范围内，并

4、且至少设计两个以上的测量量程，用三位数码管显示，自由发挥部分为电容量在10nF至1000μF范围内，量程分为5档显示，还要求有单位显示，可以通过开关转换实现频率计的功能。1.2总体设计方案1.2.1设计思路题目要求设计一个数字电容测量仪。设计中采用两个555定时器分别构建单稳态和多谐触发器用于产生计数脉波和控制计数脉波，其中待测电容在单稳态电路中，在单稳电路中用单刀双掷开关连接不同阻值电阻来达到更大范围的测量，当单稳态产生的波形为高电平时计多谐产生的脉波个数即为电容数值。计数部分74290构建的三个十进制计数器，采用7448驱动BS201

5、半导体数码管显示，增加的单位显示部分是该方案更加完善。1.2.2系统方案论证与选择方案一容抗法测量电容电路其设计思想是首先利用一定频率（例为400Hz）的正弦波信号将被测量电容量Cx变成容抗Xc，然后进行C/VCA转换，把Xc转换成交流信号电压，再经过AC/DC转换期取出平均值电压V0，送至31/2位或41/2位A/D转换器。由于平均值电压V0∝Cx，只要适当调节电路参数，即可直读电容量。优缺点：容抗法测电容的优点是能自动调零，缩短了测量时间。但精度不高，分立元件太多方案二利用充放电法测量电容其设计思想是利用对被测电容进行冲放电，将脉波输

6、入计数器通过计数，最后送出正确的显示信号给显示电路。其原理流程方框图1如下：由555构成一个多谐振荡器。在电源刚接通时，电容C上的电压为0，多谐振荡器输出Vo为高电平，Vo通过R对电容C充电。由555构成的单稳态触发器外加一反向器作为控制计数脉波，将所计下的数送给74290计数，然后通过74273锁存送给显示管显示。综上所述，选择第二种方案进行设计。16-16-电子设计竞赛（论文）电子设计竞赛（论文）1.1.3总体框图74290构成的计数器多谐触发器电路单稳态触发器电路7448驱动显示单位7448驱动显示数值图1系统组成框图16-16-电

7、子设计竞赛（论文）电子设计竞赛（论文）2单元电路的设计2.1直流稳压电源设计2.1.1整流电路采用直流稳压电源设计思路（1）电网供电电压为交流220V（有效值），50Hz，要获得低压直流输出，首先须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要的交流电压。（2）降压后的交流电压，通过整流电路变成单向的直流电，但其幅值变化大。（3）脉动大的直流电压须经过滤波电路变成平滑的，脉动小的直流电，即将交流成分滤掉，保留其直流成分。（4）滤波后的直流电压再通过稳压电路，便可得到基本上不受外界影响的稳定的直流电压输出，供给负载。2.1.2直流稳压电源的原理框图

8、分析~220V变压电路整流电路滤波电路稳压电路接负载图2直流稳压电源框图采用电源变压器将电网220V，50Hz交流电降压后送整流电路，整流桥选用的二极管需要考虑允许承受的电压和电流值。滤波器常