数字电容测量仪

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1、数字电容测量仪数字电容测量仪一．实验目的：1：掌握译码显示的设计与应用2：掌握数字电容测量仪的方法3：学习自动量程的设计方法4：学习使用555定时器及多谐振荡器二：设计内容及要求：1：被测电容范围为100pF到1uF2：把电容量通过电路转换为电压量进行测量3：设计石英晶体振荡器及分频系统4：可控制的计数、锁存、译码、显示系统。发挥部分举例：1：测量电容范围为1uF到1000uF2：石英晶体振荡器3：）多谐振荡器三：使用仪器及元器件：74LS04（1片），74LS90（4片），NE555（2片），74LS00（2片），74LS373（2片），74LS47（3片），8段共阳数码管（3个），电平开关

2、（1个），电阻若干，电容若干。四：实验原理1，总原理图：18数字电容测量仪本设计是基于555定时器，连接构成多谐振荡器以及单稳态触发器而测量电容的。单稳态触发器中所涉及的电容，即是被测量的电容。其脉冲输入信号是555定时器构成的多谐振荡器所产生。信号的频率可以根据所选的电阻，电容的参数而调节。这样便可以定量的确定被测电容的容值范围。因为单稳态触发器的输出脉宽是根据电容值的不同而不同的，所以脉宽即是对应的电容值，其精确度可以达到0.1%。最后是输出电压的数字化，将输入到47译码器中翻译成BCD码，输入到LED数码管中显示出来。18数字电容测量仪利用单稳态触发器或电容器充放电规律等，可以把被测电容

3、的大小转换成脉冲的宽窄，即控制脉冲宽度Tx严格与Cx成正比．只要把此脉冲与频率固定不变的方波即时钟脉冲相与，便可得到计数脉冲，把计数脉冲送给计数器计数，然后再送给显示器显示．如果时钟脉冲的频率等参数合适，数字显示器显示的数字N便是Cx的大小。之所以选择该方案是考虑到这个方案不仅设计比较容易实现，而且必要时还可以扩展量程，更重要的是该方案设计出来的数字测试仪测量的结果比较精确。2．单稳态控制电路控制器的主要功能是根据被测电容Cx的容量大小形成与其成正比的控制脉冲宽度Tx．图2所示为单稳态控制电路的原理图．该电路的工作原理如下：18数字电容测量仪单稳态控制电路原理图当被测电容Cx接到电路中之后，只

4、要按一下开关S，电源电压Vcc经微分电路、和反向器，送给555定时器的低电平触发端2一个负脉冲信号使单稳态触发器由稳态变为暂稳态，其输出端3由低电平变为高电平．该高电平控制与门使时钟脉冲信号通过，送入计数器计数．暂稳态的脉冲宽度为Tx=1.1RCx．然后单稳态电路又回到稳态，其输出端3变为低电平，从而封锁与门，停止计数。可见，控制脉冲宽度Tx与RCx成正比．如果R固定不变，则计数时钟脉冲的个数将与Cx的容量值成正比，可以达到测量电容的要求。时钟脉冲发生器这里选用由555定时器构成的多谐振荡器来实现时钟产生功能。电路原理图及其输出波形如图3所示。18数字电容测量仪但、其波形如图所示：18数字电容

5、测量仪振荡波形的周期为：其中，占空比为：因为时钟周期是在忽略了555定时器6脚的输入电流条件下得到的，而实际上6脚有10的电流流入．因此，为了减小该电流的影响，应使流过的电流最小值大于10。又因为要求Cx=999时，Tx=2s，所以需要时钟脉冲发生器在2s内产生999脉冲．即时钟脉冲周期应为T=2ms．即：如果选择占空比q=0.6，即q==0.6由此可求得：取=0.1，则：=11.43K=-5.713K．取标称值：=5.6K，=12K．最后还要根据所选电阻、的阻值，校算流过、的最小电流是否大于10uA．从图可以看出，当上电压达到时，流过、的电流最小，为:18数字电容测量仪=95uA振荡周期：4

6、．计数和显示电路由于计数器的计数范围为1—999，因此需要采用3个二——十进制加法计数器．这里选用3片74LS47级联起来构成所需的计数器．74LS47是BCD-7段数码管译码器驱动器，74LS47的功能用于将BCD码转化成数码块中的数字，通过它来进行解码，可以直接把数字转换为数码管的数字，从而简化了程序，节约了单片机的IO开销。译码器的逻辑功能是将每个输入的二进制代码译成对应的输出的高、低电平信号。常用的译码器电路有二进制译码器、二--十进制译码器和显示译码器。译码为编码的逆过程。它将编码时赋予代码的含义“翻译”过来。实现译码的逻辑电路成为译码器。译码器输出与输入代码有唯一的对应关系。74L

7、S47是输出低电平有效的七段字形译码器，它在这里与数码管配合使用，表2.1列出了74LS47的真值表，表示出了它与数码管之间的关系。18数字电容测量仪5地址锁存器芯片74LS37374ls373是常用的地址锁存器芯片，它实质是一个是带三态缓冲输出的8D触发器，在单片机系统中为了扩展外部存储器，通常需要一块74ls373芯片，锁存端LE由高变低时，输出端8位信息被锁存，直到LE端再次有效。当三态门使