数电课设电容测试仪Word格式.docx
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如果设计不成功或达不到要求，本次课程设计也会使我们明白实践与理论的结合需要多加练习，从而认识到自己的缺乏，在以后的学习中加强实践。
总之，这次课程设计会帮我们提高很多。
2.设计方案及论证
2.1设计方案
像测量R一样，测量电容C的最典型的方法是电桥法，如图1所示。
只是电容C要用交流电桥测量。
电桥的平衡条件为
通过调节阻抗Z1、Z2使电桥平衡，这时电表读数为零。
根据平衡条件以及一些的电路参数就可以求出被测参数。
用这种测量方法，参数的值还可以通过联立方程求解，调节电阻值一般只能手动，电桥的平衡判别亦难用简单电路实现。
这样，电桥法不易实现自动测量。
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进展显示。
可由555集成定时器构成单稳态触发器、多谐振荡器等电路，当稳态触发器输出电压的脉宽为：
tw=RCln3≈1.1RC。
从式可以看到，当R固定时，改变电容C那么输出脉宽tW跟着改变，由tW的宽度就可求出电容的大小。
把单稳态触发器的输出电压V0取平均值，由于电容量的不同，tW的宽度也不同，那么V0的平均值也不同，由V0的平均值大小可得到电容C的大小。
如果把平均值送到位A/D转换器，经显示器显示的数据就是电容量的大小。
标准频率的产生，用555多谐振荡器产生一定周期的矩形脉冲作为计数器的CP脉冲。
用单稳态触发器电路把待测电容C转换成宽度为tw的矩形脉冲，用这个宽度的矩形脉冲作为闸门信号控制计数器计数，合理处理计数局部电路，把此脉冲作闸门时间和标准频率脉冲相"
与〞
2.2方案论证
由于方案一电路参数不易计算，判别较难，方案二电路形式复杂不易实现，方案四是在方案三的根底上加以改良使测量更加方便，所以选择方案四。
3.单元电路设计、参数计算
3.1标准频率产生模块
将555定时器与几个阻、容元件如图连接，便构成无稳态多谐振荡模式555多谐振荡器开场工作，输出周期为T=0.7〔
+2
〕C的方波信号。
将多谐振荡器输出的脉冲送往74LS160开场计数，同时将输出信号结至单稳态电路输入端，触发单稳态电路进展定时功能。
当接通电源Ucc后，电容
上的初始电压为0V，比拟器
、
输出为1和0，使Uo=1，放电管T截止，电源通过
向
充电。
Uc上升至2Ucc/3时，RS触发器被复位，使Uo=0，T导通，电容
通过
到地放电，Uc开场下降，当Uc降到Ucc/3时，输出Uo又翻回到1状态，放电管T截止，电容
又开场充电。
如此周而复始，就可在3脚输出矩形波信号。
电容
上的充电时间T1和放电时间T2分别为：
T1=0.7（
+
）C1，T2=0.7
，输出矩形波的周期为：
T=T1+T2=0.7（R1+2R2）C1，振荡频率：
f=1/T=1.44/[（
）
]，占空比：
q=（
）/（
）。
=1k、
=5k、
=1nF，这样取值的目的是为了方便计算。
3.2矩形脉冲产生模块
由555定时器构成的单稳态触发器的输出脉宽tW与电容C成正比。
用这个宽度的矩形脉冲作为闸门信号控制计数器计数，合理处理计数系统电路，可以使计数器的计数值即为被测电容的容值。
555单稳态触发器的工作原理为：
接通电源瞬间，Uc=0V,输出Uo=1,放电三极管T截止。
Ucc通过R给C充电。
当Uc上升到2Ucc/3时，比拟器C1输出变为低电平，此时根本RS触发器置0，输出Uo=0。
同时，放电三极管T导通，电容C放电，电路处于稳态，稳态时Ui=1。
当输入负脉冲后，触发器发生旋转，使Uo=1，电路进入暂稳态。
由于Uo=1，三极管T截止，电源Ucc可通过R给C充电。
当电容C充电至Uc=2Ucc/3时，电路又发生反转，输出Uo=0，T导通，电容C放电，电路自动恢复至稳态。
暂稳态时间由RC电路参数决定，输出脉冲宽度Tw=1.1RC。
R取值分别为7MK和7K从而保证待测电容的围从皮法到微法。
单刀双掷开关可以用来选择量程。
参数的选择：
因为测试电容的原理是:
闸门信号Tw=1.1RCx，而振荡器输出周期为T=0.7〔R1+2R2〕C的基准脉冲，我们设置电路使0.7〔R1+2R2〕
*N=1.1RCx，等式两边同时约去N和Cx，那么在闸门信号闸门有N个基准脉冲，电容值就为N（Cx）。
因为此次课程设计的要求为100pF-1uF，多谐电路中
的取值分别为1k、5k、1nF。
只需要将R的值设置为7Mk、7k两个量程即可进展100pF-10uF的量程测试。
3.3计数器模块
本设计中的74LS390芯片是用于计数的，因最终结果要显示四位，故要用两74LS390芯片来实现。
由于74LS390为双二-五-十进制计数器，为使她能够对四位十进制数进展计数，需将其拓展，即级联。
74LS390得级联方式很多，本设计中，我们使用低位片的进位，作为高位片的触发脉冲来实现。
即低位片每向高位进为一次，高位计数一次。
由此可实现10000进制计数。
3.4锁存—译码—显示模块
由于555单稳态触发器输出的负脉冲时间非常短，我们几乎从显示器上无法确定单稳态负脉冲的到来，因此我们用了一个74LS273做成的锁存器。
当555单稳态输出负脉冲时，我们将此信号经过一个非门，去控制74LS273的CP脉冲，在555输出正脉冲时锁存器不输出数据，只有555单稳态触发器输出负脉冲时，控制74LS273的CP脉冲输出当前的数据
由74LS273构成的锁存电路对计数值进展锁存。
74LS273工作原理是：
MR为高电平，当CLK输入为上升沿时对输入信号进展锁存，锁存后输出不再随输入信号变动，直至下一个上升沿到来。
这里的CLK输入由单稳态输出接反相器得到。
当单稳态输出为低电平时，表示定时完毕，同时锁存电路对计数值进展锁存，以正确显示电容值。
译码输出局部采用显示译码器CD4511和４个共阴数码管进展显示。
4.系统原理综述
使用了两个555，一个用来产生单脉冲，一个是多谐振荡，能产生多谐振荡的555电路，输入到74LS160计数器，74LS160计数后，计数结果送至74LS73进展锁存，经CD4511译码后最后通过数码显示管显示出来，数码管显示的数字即为电容值。
具体实现为：
555产生单脉冲，其时间Tw为一个时间长度，即为脉冲宽度。
然后多谐振荡产生连续的方波，其时间长度远小于单脉冲，即其脉冲宽度远小于单脉冲，单脉冲的脉冲宽度是多频的整数倍。
相与后输出的脉冲个数就是Tw时间脉冲的个数。
电容通过555转化为Tw时间连续脉冲的个数，而输出的就是Tw时间连续脉冲的个数N的值。
根据555的性质由相关0.7〔R1+2R2〕
*N=1.1RCx公式知，要测电容就必须知道和R的值，为方便计算其中R1+2R2总取值为11k，由于本次课设的测量围是100pF~1uF，所以R的取值为7Mk和7k便于换挡。
最后将数值N用数码管进展显示出来。
总的来说，本设计的根本思路就是利用555，将电容的模拟信号转为数字信号，再用计数器进展计数，最后通过译码管和数码管译码、驱动、显示出来。
5.芯片介绍
5.1555定时器
555定时器的功能主要由两个比拟器决定。
两个比拟器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。
在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，那么电压比拟器A1的反相输入端的电压为2VCC/3，A2的同相输入端的电压为VCC/3。
假设触发输入端TR的电压小于VCC/3，那么比拟器A2的输出为1，可使RS触发器置1，使输出端OUT=1。
如果阈值输入端TH的电压大于2VCC/3，同时TR端的电压大于VCC/3，那么A1的输出为1，A2的输出为0，可将RS触发器置0，使输出为0电平。
555引脚图介绍如下:
1地GND2触发3输出4复位5控制电压6门限（阈值〕7放电8电源Vcc
5.274ls390计数器
5.374ls273锁存器
5.4CD4511译码器
BI：
4脚是消隐输入控制端，当BI=0时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭〔消隐〕状态，不显示数字。
LT：
3脚是测试输入端，当BI=1，LT=0时，译码输出全为1，不管输入DCBA状态如何，七段均发亮，显示"
8〞。
它主要用来检测数码管是否损坏。
LE：
锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出。
LE=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE=0时的数值。
A1、A2、A3、A4、为8421BCD码输入端。
a、b、c、d、e、f、g：
为译码输出端，输出为高电平1有效。
CD4511的部有上拉电阻，在输入端与数码管笔段端接上限流电阻就可工作。
6.实物展示
7.心得与体会
本次课程设计期间还进展了一些考试，加上本设计需要寻找大量的资料，时间其实还是比拟紧迫的。
这次设计是我们小组三个人，思路很不一致，各有各的想法，于是我们决定一起讨论方案得到认可后便开场各自的准备。
首先在网上搜集了各种方案，经过仔细比拟再结合平时在课堂上学的知识最终确定了自己的方案。
相对来说，我们组抽到的这个题的涵盖面很广，不仅有数电方面的知识还包括模电、电路等，因题目只给出了最后需要到达的效果及要求，因而可供思考的余地很宽，这也给了我们充分的发挥空间。
通过这次课程设计，我们深刻的认识到知识间的融会贯穿很重要，学习知识就是为了使用，学得好不算什么，更重要的是要学以致用，将平时所学应用到日常生活中去，才是我们所要到达的目标。
今年的课程设计给的题目都是经常使用的，平常都有所接触。
就拿我们这组的题目来说，其实它的本质就是设计一个数字式的欧姆表。
不管是单独的一个欧姆表还是万用表的其中一个功能，这都是我们经常使用的。
这些我们都会使用，但其部构造，设计原理，设计理念等恐怕还真没几个人留意过。
通过这次做课程设计，不仅加深了对这种测量仪器的了解，使得以后使用起来更加得心应手，也教给了我们一些根本的设计方法及要领，这无疑对我们以后是有很大帮助的。
参考文献
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[3].国丽，电子技术实验指导书，中国科技大学,2005.5
[4].金唯香，玉梅．电子测试技术[M].：
大学，2021.4
[5].毛期俭，维玉，罗一静，梁燕.数字电路与逻辑设计实验及应用[M].：
人民邮电，2006.7
附录一
总原理图
附录二
元件清单
元件代号
元件参数
元件数量
R1
2k
1
R2
4k
R3,R6
1k
2
R4
10M
R5
10k
R7
3k
Rn
200
29
C1,C2
1nF
C3,C5
10nF
C6
220uF
C7
10uF
U1,U10,U12
555定时器
3
U2,U3
74LS390
U4
74LS74
U5
74LS11
U6-U9
CD4511
4
U11
74LS04
D1
LED-YELLOW
SW1
SW-SPDT
SW2
SWITCH
——
单个数码管
导线
假设干
升级会员 