电容课程设计Word文件下载.docx
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内容摘要
电容已经成为电路设计组成的常用原器件之一，有它不可取代的地位，而最常用的是电解电容，它在使用一段时间之后将会产生偏差，为了能得到它得正确电容值，在使用时往往要测量一下其电容值。
为了更加快捷方便的得到电容的容值，因此就用到了电容测量仪。
本课题要设计的是数字式电容测量仪，使其电容值以十进制的数在LED数码管上显示出来。
从而可以直接的看出电容值，相对比较直观，而且误差相对较小。
设计的电容测量仪的测量范围是10uF~990Uf，显示的数值N是00~99，数字显示器所显示的数字N与被测电容量CX的函数关系是N=Cx/（10μF）。
当被测电容值超出量程时数码管呈灭零状态，报警二极管发光。
该电容测量仪将在电容测量方面显示出它独特的优越性。
关键字：
测脉法脉冲数显电容
一、概述
通过555使被测电容Cx产生一个CP脉冲（闸门信号），使闸门信号控制另一个555，使其产生与Cx相对应的一系列CP脉冲。
通过计数器来测CP脉冲的个数，然后锁存器74LS273八D触发器锁存其数据，通过74LS48译码器翻译，使七段数码管显示其数值N（N=Cx/10uf）。
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。
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。
Cx的测量范围为10uF~990uF,当Cx超出量程时七段数码管呈灭零状态，报警二机极管发光，表示超量程。
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“-”端电位的瞬时值，而且它们之间的开路电压值最大不超过5.5V。
二、方案设计与论证
数字式电容测量仪的作用是以十进制数码的方式来显示被测电容的值，从而判断电容器质量的优劣及电容参数。
由给出的设计指标，它的设计要点可分为两部分：
一部分是LED显示，另一部分就是要将CX值进行转换，使数码显示与CX符合N=Cx/（10μF）的函数关系。
能满足上述设计功能可以实施的方案很多，现提出下面三种参考方案。
1．测脉宽法
测脉宽法的基本原理如图1所示，利用单稳或电容充放电规律等，将电容容量变换成与其正比的脉冲宽度，即Tx与Cx成正比。
只要把此脉冲宽度Tx和标准脉冲信号相与，便可得到与Tx成正比的计数脉冲fx，如果时钟脉冲的频率等参数合适，便可实现题中所要求的函数关系，因此本课题选择了测脉宽法来测量电容值。
图2-1测脉宽法的原理框图
2．测频法
测频法的基本工作原理是：
将图1中的门控信号作为标准门控信号，将待测电容作为时钟脉冲发生器的一部分，在一定条件下，发生器的输出频率与电容值是线性关系，只要标准门控信号参数合适，测出时钟脉冲发生器的频率就可测出电容值。
3．测压法
测压法的基本原理是：
把电容量通过电路转换成电压量，然后把电压量经模数转换器转换成数字量显示。
典型测压法设计方案如图2所示。
图2-2测压的原理框图
本设计选择了测脉宽法，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.脉冲电路发生电路
在数字电路中常常需要精确的秒脉冲信号来对检测的信号进行采样取值。
实际中多采用高频振荡器产生高频信号，然后经过多级分频电路得到。
多谐振荡器电路图如图3-1所示。
电源接通后，VCC通过电阻R1、R2向电容C冲电。
电容上的电压按指数规律上升，当VC上升至2/3VCC时，因VC与值输入端⑥相连，有VC=V6，是比较器C1输出翻转，输出电压V0=0，同时，放电管T导通，电容C通过R2放电；
当电容电压VC下降至1/3VCC时，比较器C2工作，输出电压V0变成高电平，C放电终止，VCC通过电阻R1，R2又开始充电；
周而复始，形成振荡。
其振荡周期与放点的时间有关。
图3-1多谐振荡器电路
2.电容计数电路设计
本课程设计的定时器运用555定时器设计。
555定时器是一种应用极为广泛的中规模集成电路。
555定时器运用时灵活、方便，具有可构成单稳态触发器，多谐振荡器和施密特触发器的功能，而且可承受较大的负载电流等诸多好处。
由555构成的电容计数电路如图3-2所示。
图3-2电容计数电路
3．计数器
计数器选用集成电路74LS160和74LS161组合设计成一个一百进制的计数器，如图3-3所示。
74S160和74LS161是同步四位十、十六进制加法计数器,它们具有同步清零、异步清零的功能。
74LS160的引脚图如图3-4示，74LS16的引脚图如图3-5示。
图3-3一百进制的计数器
图3-474LS160示意图
图3-574LS161示意图
4．锁存器
锁存器选用集成电路74LS273。
74LS273是八D触发器，具有异步控制端的功能。
74LS273的引脚图如下图所示：
图3-674LS273示意图
5．译码器
译码器选用集成电路74LS48。
74LS48可以将BCD七段字型进行译码，具有灭零输入端的功能。
74LS48的引脚图如图3-6所示，逻辑功能如图3-8所示。
图3-774LS273示意图
图3-874L48逻辑功能示意图
当Cx超出量程时七段数码管呈灭零状态，报警二机极管发光，表示超量程。
此时用7474D触发器构成，电路图如3-9所示。
图3-97474D触发器
6.显示器设计电路
为了能以十进制数码直观地显示数字系统的运行数据，目前广泛使用了七字符显示器，或称做七段数码管。
这种字符显示器由七段可发光的线段拼合而成。
常见的七段字符显示器有半导体数码管和液晶显示器两种。
本实验用半导体数码管所构成的七段LED数码管-BCD管，如图3-9所示。
图3-10BCD数码管
四、总原理图及元器件清单
1．总原理图
图4-1总原理图
2.元器件清单
元件序号
●QuantityDescriptionReference_IDPackage
11uFC10603
210nFC2,C30603
1LEDD1
130KΩR1RES180
1300ΩR2RES180
13.84ΩKR4RES180
11KΩR5,R6,…R17,R18RES180
2555U1,U2DIL08
174LS160U4DIL14
174LS161U4DIL14
174LS273U5DIL20
174LS04U6DIL14
274LS08U7DIL14
274LS48U9,U10DIL16
174LS74U13DIL14
表4-1元器件清单
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