数字电路课程设计报告_简易数字电容测试仪(原创)
简易数字电容测量仪
电子技术课程设计报告——简易数字电容测量仪的设计作品40% 报告20%答辩20%平时20%总分100%设计题目：简易数字电容测量仪班级学号：学生姓名：目录一、预备知识.................. 错误！未定义书签。
二、课程设计题目：简易数字电容测量仪的设计错误！未定义书签。
三、课程设计目的及基本要求.... 错误！未定义书签。
四、设计内容提要及说明........ 错误！未定义书签。
4.1设计内容...................................... 错误！未定义书签。
4.2设计说明...................................... 错误！未定义书签。
五、原理图及原理说明 ...................... 错误！未定义书签。
5.1功能模块电路原理图................... 错误！未定义书签。
5.2模块工作原理说明 ...................... 错误！未定义书签。
六、调试...........................................................................错误！未定义书签。
七、设计中涉及的实验仪器和工具.. 错误！未定义书签。
八、课程设计心得体会 ...................... 错误！未定义书签。
九、参考文献 ...................................... 错误！未定义书签。
一、预备知识关于数字式简易数字电容测试仪的设计，我们提出了三种设计方法和思路。
在具体操作中，经过对资料的收集、分析，研究与对比，最终选择了简单易懂，而且精度较高的方法，即门控法。
本方法的基本理论是单稳态触发器电路的输出脉宽wt与电容C成正比，再通过一系列的控制，计数，锁存，显示电路实现了对电容的一般测试与数字显示。
在本次数电课程设计的同时，对于中大规模集成电路从认识到分析、再到整体框图设计、单元模块设计、最终到电路的模拟和实际电路的成形有了一定的认识，同时使我们在电子设计方面有了一定的实际动手能力，也为这次数电课程设计打下了坚实的基础。
数字电容测量仪-课程设计
数字电容测量仪-课程设计电气与自动化工程学院课程设计评分表课程设计题目：班级：学号：姓名：得分项目评分比例课程设计出勤10%课程设计态度20%课程设计报告40%课程设计答辩30%100课程设计总成绩指导老师：年月日课程设计答辩记录学院专业班级答辩人课程设计题目记录内容说明：主要记录答辩时所提的问题及答辩人对所提问题的回答数字电容测量仪的设计一．设计目的（1）了解常用数字集成电路的使用。
（2）了解电容测量仪的工作原理。
（3）掌握利用数字式集成电路设计电容测量仪的原理和Multisim调试的方法。
二．设计思路本设计中用555振荡器产生一定周期的矩形脉冲作为计数器的CP脉冲也就是标准频率。
同时把待测电容C转换成宽度为tw的矩形脉冲，转换的原理是单稳态触发器的输出脉宽tw与电容C成正比。
把此脉冲作为闸门时间和标准频率脉冲相“与”，得到计数脉冲，该计数脉冲送计数—译码显示系统就可以得到电容量的数据。
外部旋钮控制量程的选择。
用计数器控制电路控制总量程。
三．设计框图多谐振计数译数码图1 数字电容测量仪原理图四．设计过程（1）多谐振荡器电路的设计振荡器是数字电容测量仪的核心，振荡器的稳定性以及其所产生的基准频率的稳定性决定了数字电容测量仪的精确度。
在要求不高的情况下可以选用555构成的多谐振荡器如果图2所示。
555组成多谐振荡器的工作原理如下：接通电源Vcc后，Vcc经电阻R1和R2对电容C充电，其电压UC由0按指数规律上升。
当UC ≥2/3VCC时，电压比较器C1和C2的输出分别为UC1=0、UC2=1，基本RS触发器被置0，Q=0、Q’=1,输出U0跃到低点平UoL。
与此同时，放电管V导通，电容C经电阻R2和放电管V放电，电路进入暂稳态。
随着电容C放电，Uc下降到Uc≤1/3Vcc时，则电压比较器C1和C2的输出为Uc1=1、Uc2=0，基本RS触发器被置1，Q=1，Q’=0，输出U0由低点平UoL跃到高电平UoH。
简易数字电容测试仪的设计
电平跳变为高电平 ， 电路进入暂稳态 ， 放 电三极管Ｔ 截止。 此后 电容 ｃ 充电， 当 充 电至 ＝ ＿ 时， 电路的输出端 电压 由高 电平翻 转为低 电平 ， 同时Ｔ 导通 ， 于是电容 ｃ 放 电， 电路返回到稳定状态 。
２
２
如 果 忽 略Ｔ的饱 和压 降 ， 则 从 零 电平上 升 到 ＿ 的 时 间 ， 即
２系统概述
２ ． １ 测 量 系统构 成 该系统主要 由标准脉冲发生器 、 单稳态触发器、 测量控制 电路 、 计数器 、 译码器和显示器等部分组成。 其原理 图如（ 图１ ） 所示。 ２ ． ２系统 的 总体 方 案设 计 利用 ＮＥ ５ ５ ５ 电路 的多 谐 振 荡器 或 单 稳 态 电路 来 测量 。 本 方 案 采 用 单 稳 态 触 发 器 或 电容器充放 电规律 等， 可 以 把 被 测 电 容 的大小转换成脉 冲的宽 窄 ， 即控 制 脉冲宽 度Ｔｘ严格 Ｃ Ｘ成 正 比。 只要 把 图 １ 数 字 电容 测 试 仪 的原 理 框 图 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 Ｃ Ｘ的大 小 。 简易 数 字 式 电 容测试仪主要分为 六大 板 块 ： 由５ ５ ５ 定 时器 构成 的多 谐 振
为输 出电压 的脉宽 ｔ 。
Ｔｗ ＝ＲＣｘ ｌ ｎ ３ １ ． １ ＲＣｘ
３ ． ２计数 、 译 码 和 显示 电路 （ １ ） 计 数器 。 计数器主要用来对时钟进行计数并送入显示 电路 显示 。 ４ ５ １ ８ ： ￣ ： ｇ Ｔ ． Ｂ Ｃ Ｄ 码同步十进制计数器 ， 每个计数器包含两个时 钟输入端 ： Ｃ Ｐ 和Ｅ Ｎ。 Ｃ Ｐ 用于上升沿触 发， 要求Ｅ Ｎ＝１ ； Ｅ Ｎ用于下降 沿触发 ， 要求 Ｃ Ｐ ＝Ｏ 。 Ｃ Ｒ是异步复位 端 ， 高 电平有效 ， 正常计 数时 Ｃ Ｒ＝ Ｏ 。 这里 ， 我们要测量的 电容范围是０ ￣ Ｊ ９ ９ ９ ｐ Ｆ， 需要三位十进 制 计数 器 进 行 级联 。 其级联 的方 法 是将 低 位 的Ｑ ３ 端 接高 位 的Ｅ Ｎ端 ， 高 位 计 数器 的 Ｃ Ｐ 端接地。 其 输 出 端Ｑ３ Ｑ ２ Ｑ１ Ｑ Ｏ 输出８ ４ ２ １ Ｂ Ｃ Ｄ 码， 接 显 示译码器 的代码 输入端 。 电路 图比较简单 ， 在这里就不再赘述 了。 （ ２ ） 译码 器 电路 。 译 码 显 示 电路 的 设计 比较 简 单 ， 选 用４ ５ １ １ ， 该 译 码器 为Ｂ Ｃ Ｄ一七段 锁存 ／译 码 ／驱 动 器 ， 其 数据 输 入端 接计 数器 Ｑ３ Ｑ ２ Ｑ１ Ｑ Ｏ 端输出的Ｂ Ｃ Ｄ 码， 译码器 的输 出端接共 阴极七段半导体 数码 显 示 器 。
数电课程设计电容测试仪报告书
一、摘要电容器在电子线路中得到广泛的应用，它的容量大小对电路的性能有重要的影响，此次我的课程设计就是用数字显示方式对电容进行测量。
数字化测量仪器较模拟仪器具有使用方便，测量精确等优点。
本次课程设计是针对数字式电阻测试仪的设计，介绍了数字式电阻测试仪的设计方案及其基本原理，并着重介绍了数字式电容测试仪各单元电路的设计思路，原理及整体电路的的工作原理，控制器件的工作情况。
大多数电容可以用万用表电阻档测量其充放电情况，以判断其好坏和估测其大小。
但是对于容量较小的电容，其充放电电流很小，万用表表针几乎看不出摆动，所以无法检测。
小容量电容表可以解决这个问题。
电路采用了两个555时基电路，分别构成时钟电路和测量电路，构成级数、锁存、译码、显示电路，显示电容的值。
555构成多谐振荡器和单稳态触发器，由被测电容控制单稳态触发器的高电平时间，进而控制计数时间。
二、设计思路本设计中用555振荡器产生一定周期的矩形脉冲作为计数器的CP脉冲也就是标准频率。
同时把待测电容C转换成宽度为tw的矩形脉冲，转换的原理是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值。
或者把此脉冲作为闸门时间和标准频率脉冲相“与”，得到计数脉冲，该计数脉冲送计数—锁存—译码显示系统就可以得到电容量的数据。
外部旋钮控制量程的选择，用计数器控制电路控制总量程。
想要实现待测电容的数字式测量，最主要的是将待测电容相关的模拟信号转换为数字信号。
我们利用的是555单稳态触发器来实现这点。
知道555单稳态触发器能实现数模转换后，最关键的就是将待测电阻容值的模拟信号以何种方式输入到555单稳态触发器中。
根据测量原理的不同，其输入方法有很多，如直接法、电桥法和充放电法。
各种办法都有相应的优缺点，例如充放电法及直接法均需求得被测样两端的电压与通过被测样的电流，利用欧姆定律从而得出被测的电容，电桥法那么是利用电桥两端电位的平衡来得出被测样的电容。
简易数字电容测量仪
电子技术课程设计报告——简易数字电容测量仪的设计设计题目：简易数字电容测量仪班级学号：学生：目录一、预备知识.................... 错误!未定义书签。
二、课程设计题目：简易数字电容测量仪的设计错误!未定义书签。
三、课程设计目的及基本要求...... 错误!未定义书签。
四、设计容提要及说明............ 错误!未定义书签。
4.1设计容 ........................................... 错误!未定义书签。
4.2设计说明........................................ 错误!未定义书签。
五、原理图及原理说明 ........................ 错误!未定义书签。
5.1功能模块电路原理图..................... 错误!未定义书签。
5.2模块工作原理说明 ........................ 错误!未定义书签。
六、调试...........................................................................错误!未定义书签。
七、设计中涉及的实验仪器和工具.... 错误!未定义书签。
八、课程设计心得体会 ........................ 错误!未定义书签。
九、参考文献 ........................................ 错误!未定义书签。
一、预备知识关于数字式简易数字电容测试仪的设计，我们提出了三种设计方法和思路。
在具体操作中，经过对资料的收集、分析，研究与对比，最终选择了简单易懂，而且精度较高的方法，即门控法。
本方法的基本理论是单稳态触发器电路的输出脉宽wt与电容C成正比，再通过一系列的控制，计数，锁存，显示电路实现了对电容的一般测试与数字显示。
在本次数电课程设计的同时，对于规模集成电路从认识到分析、再到整体框图设计、单元模块设计、最终到电路的模拟和实际电路的成形有了一定的认识，同时使我们在电子设计方面有了一定的实际动手能力，也为这次数电课程设计打下了坚实的基础。
数字式电容测量仪的设计课程设计-数字电容测试仪的设计
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：2011年6月1日_____________课程设计任务书电容具有隔直流同交流的能力，在电子电路中是十分重要的元件，电容的容值在电路设计中是一重要因素。
由于在使用一段时间后，电容容值与出厂是所标注的值有所偏差，这就需要设计仪器去测量电容容值。
传统的测量方法都采用交流电桥法和谐振法，通常采用刻度读数，此方法不够直观。
本课题主要介绍了数字电容测量仪的原理和设计思想。
它由测试电路和显示电路两部分组成。
在测试电路中555 定时器做多谐振荡器，它通过电容配合电阻充放电产生一系列的方波脉冲，通过计数器记数算出电容的值，最后通过数码管显示被测电容的容值。
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C X的函数关系满足关系N=Cx心0卩F）。
当被测电容值超出990uf 时，数码管呈全暗状态，发光二极管呈两状态，表示超出量程。
该电容测量仪相对比较直观，且误差较小，将在电容测量方面显示出它读数方便，精确的优越性。
关键字：测脉法脉冲数显电容目录、概述,,,J J J J JJ J J J J J J J 1、方案设计与论证,,,,,,,, J J J J J JJ J J J J J 21 ．测脉宽法,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 12 ．测频法,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 23 ．测压法,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 2三、单元电路设计与分析,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 3 1．时钟脉冲发生电路,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,3 2．闸门信号产生电路,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 3 3．计数脉冲fX 产生电路,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 44．计数电路,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ■ •y i l ] a i_i 55 ．锁存器,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 5 6．译码器,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 6四、总原理图及元器件清单,,,,,,,,,,,,,,,,,,, , 6五、结论,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,—口V LJ J J J J J J J J J J J J J J J J6六、心得体会,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,1—* 1 J 1 1 JJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJ6七、参考文献,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 6一、概述本方案通过555定时器够成的单稳态触发器使被测电容Cx产生一个CP脉冲(闸门信号)，使闸门信号控制另一个由555定时器构成的多谐振荡器，使其产生与Cx 相对应的一系列CP 脉冲。
简易数字式电容测试仪的设计
目录一. 设计要求 (2)二. 方案选择及电路的工作原理 (2)三. 单元电路设计计算与元器件的选择 (2)四. 设计的具体实现 (3)1. 系统概述 (3)2. 单元电路设计、仿真与分析 (6)a. 单稳态触发器 (6)b. 多谐振荡器 (8)c. 计数器 (9)3．电路的安装与调试 (10)五．心得体会及建议 (11)六．附录 (12)七．参考文献 (15)简易数字式电容测试仪设计报告一. 设计要求设计和实现一个简易数字式电容测试仪――电容表。
（1）．被测电容范围：1000PF(1nF)~10uF(10000nF)；（2）．测试误差<10%；（3）．电容值至少用两位数码管显示。
二. 方案选择及电路的工作原理方案一：首先555多谐振荡电路提供单位标准脉冲(周期T0)，同时给555单稳态电路提供激励。
待测电容接入单稳态电路，由于电路输出信号周期Tw与电容的值Cx成正比，通过计算使得T0正好为Cx = 1000pF时输出周期Tw0。
然后在计数模块中，将Tw信号接入清零端，将T0接入同步信号输入端。
再在寄存器模块中，将Tw信号接入置数端，将计数器的数据接入寄存器。
最后对寄存器的数据进行译码后传入数码管。
方案二：首先取一个555多谐振荡电路提供单位标准脉冲，我们称其输出为UNIT_OUT。
再取一个作为帧率控制的单稳态触发器将UNIT_OUT信号作为输入，其输出为一个单稳态时间为1s的周期信号，称为CON_OUT。
此时我们将这两个输出取或运算后输入另一个用于测量电容的单稳态电路。
如此设置后，仅当UNIT_OUT，CON_OUT均为低电平时，才会触发此电路产生单稳态，其输出称为CX_OUT。
这时我们将UNIT_OUT接入40110计数端，用CON_OUT和UNIT_OUT来控制40110的计数使能和复位端。
这样设置就能让电路实现电路自动计数，并且支持热插拔的功能。
方案选择：方案一的电路在上电后只对电容进行一次测量。
数字电路课程设计报告_简易数字电容测试仪+原创
数电课程设计报告题目简易数字式电容测试仪简易数字电容C测量仪前言电子制作中需要用到各种各样的电容器，它们在电路中分别起着不同的作用。
和电阻器相似，通常简称其为电容，用字母C表示。
顾名思义，电容器就是“储存电荷的容器”。
尽管电容器品种繁多，但它们的基本结构和原理是相同的。
两片相距很近的金属中间被某物质（固体、气体或液体）所隔开，就构成了电容器。
两片金属称为的极板，中间的物质叫做介质。
电容器也分为容量固定的和容量可变的。
但常见的是固定容量的电容，最多见的是电解电容和瓷片电容。
不同的电容器储存电荷的能力也不相同。
规定把电容器外加1伏特直流电压时所储存的电荷量称为该电容器的电容量。
电容的基本单位为法拉（F）。
但实际上，法拉是一个很不常用的单位，因为电容器的容量往往比1法拉小得多，常用微法（μF）、纳法（nF）、皮法（pF）（皮法又称微微法）等，它们的关系是：1法拉（F）= 1000000微法（μF）1微法（μF）= 1000纳法（nF）= 1000000皮法（pF）。
电容器在电子线路中得到广泛的使用，它的容量大小对电路的性能有重要的影响，本课题就是用数字显示方式对电容进行测量。
本设计报告共分三章。
第一章介绍系统设计；第二章介绍主要电路及其分析；第三章为总结部分。
摘要：由于单稳态触发器的输出脉宽t W和电容C成正比，把电容C转换成宽度为t W的矩形脉冲，然后将其作为闸门信号控制计数器计标准频率脉冲的个数，并送锁存--译码--显示系统就可以得到电容量的数据。
关键词：闸门信号标准频率脉冲目录第一章系统设计 (2)一、设计目的 (2)二、设计内容要求 (2)三、设计技术指标 (2)四、方案比较 (2)五、方案论证 (3)1、总体思路 (3)2、设计方案 (3)第二章主要电路设计和说明 (4)一、芯片简介 (4)1、555定时器 (4)2、单稳态触发器74121 (4)3、4位二进制加法计数器47161 (5)4、4位集成寄存器74 LSl75芯片 (6)5、七段译码器74LS47-BCD 芯片 (7)二、总电路图及分析 (7)1、总图 (7)2、参数选择及仪表调试 (9)3、产品使用说明 (9)4、以测待测电容Cx 的电容量为例说明电路工作过程及测容原理 (9)三、各单元电路的设计和分析 (9)1、基准脉冲发生器 (9)2、启动脉冲发生器 (10)3、Cx 转化为Tw 宽度的矩形脉冲 (10)4、计数器 (10)5、寄存—译码—显示系统 (10)第三章 总结 .............................................................................................. 11 参考文献 .................................................................................................... 11 附 录 .. (11)附录1 元器件清单 ................................................................................ 11 附录2 用集成元件代分立元件电路 ........................................................... 12 评 语 (13)第一章 系统设计一、设计目的1 掌握电容数字测量仪的设计、组装和调试方法。
数电课设电容测试仪
目录摘要 (1)1.绪论 (2)1.1设计的目的和意义 (2)2. 设计方案及论证 (3)2.1设计方案 (3)2.2方案论证 (5)3. 单元电路设计、参数计算 (5)3.2矩形脉冲产生模块 (6)3.3计数器模块 (7)3.4锁存—译码—显示模块 (8)4. 系统原理综述 (10)5. 芯片介绍 (11)5.1 555定时器 (11)5.2 74ls390计数器 (11)5.3 74ls273锁存器 (12)5.4 CD4511译码器 (13)6. 实物展示 (14)7.心得与体会 (16)参考文献 (17)附录一 (18)附录二 (19)摘要设计共有三大组成部分：一是方案比较，概括讲解了不同测量电路的设计思想和优缺点；二是所采取方案各单元所用器件的性能和在电路中的功能，以及仿真结果。
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进行锁存，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。
由于单稳态触发器的输出脉宽tW与电容C成正比，把电容C转换成宽度为tW的矩形脉冲，然后将其作为闸门信号控制计数器计标准频率脉冲的个数，并送锁存--译码--显示系统就可以得到电容量的数据。
在报告中给出了原理图的仿真和实物的焊接图，实际调试的测量图也给与展示。
关键词：闸门信号标准频率脉冲1.绪论数电课程设计是作为数字电子技术基础的重要组成部分，目的是使学生进一步理解课程内容，基本掌握数字电子线路设计和调试的方法，增加模拟电路应用知识，培养学生实际动手能力以及分析、解决问题的能力。
按照本学科教学培养计划要求，在学完专业基础课电路与电子技术后，应安排课程设计教学实践项目，其目的是使学生更好地巩固和加深对专业基础知识的理解，学会设计中、小型电子线路的方法，独立完成调试过程，增强学生理论联系实际的能力，提高学生电路分析和设计能力。
数字电容测试仪课程设计报告
课程设计任务书学生姓杨坚专业班级：电信1006名：指导教师：工作单位：信息工程学院题目：电容测试仪初始条件：具备电子电路的基础知识和设计能力；具备查阅资料的基本方法；熟悉常用的电子器件；熟悉电子设计常用软件的使用；要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、设计电容数字测试电路；2、测量电容范围：100pf ～1μ f；3、数码管显示电容值；4、掌握数字电路的设计及调试方法；5、撰写符合学校要求的课程设计说明书。
时间安排：时间一周，其中2 天原理设计，3 天电路调试指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日目录1 绪论......................................................................... 错误! 未定义书签。
选题背景................................................................. 错误!未定义书签。
设计要求................................................................. 错误!未定义书签。
2 系统概述..................................................................... 错误! 未定义书签。
方案的选择及可行性分析 ................................................... 错误!未定义书签。
方案论证................................................................. 错误!未定义书签。
设计思路 ............................................................ 错误!未定义书签。
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数电课程设计报告题目简易数字式电容测试仪简易数字电容C测量仪前言电子制作中需要用到各种各样的电容器，它们在电路中分别起着不同的作用。
与电阻器相似，通常简称其为电容，用字母C表示。
顾名思义，电容器就是“储存电荷的容器”。
尽管电容器品种繁多，但它们的基本结构和原理是相同的。
两片相距很近的金属中间被某物质（固体、气体或液体）所隔开，就构成了电容器。
两片金属称为的极板，中间的物质叫做介质。
电容器也分为容量固定的与容量可变的。
但常见的是固定容量的电容，最多见的是电解电容和瓷片电容。
不同的电容器储存电荷的能力也不相同。
规定把电容器外加1伏特直流电压时所储存的电荷量称为该电容器的电容量。
电容的基本单位为法拉（F）。
但实际上，法拉是一个很不常用的单位，因为电容器的容量往往比1法拉小得多，常用微法（μF）、纳法（nF）、皮法（pF）（皮法又称微微法）等，它们的关系是：1法拉（F）= 1000000微法（μF）1微法（μF）= 1000纳法（nF）= 1000000皮法（pF）。
电容器在电子线路中得到广泛的应用，它的容量大小对电路的性能有重要的影响，本课题就是用数字显示方式对电容进行测量。
本设计报告共分三章。
第一章介绍系统设计；第二章介绍主要电路及其分析；第三章为总结部分。
摘要：由于单稳态触发器的输出脉宽t与电容C成正比，把电容C转换成宽度为t W的矩W形脉冲，然后将其作为闸门信号控制计数器计标准频率脉冲的个数，并送锁存--译码--显示系统就可以得到电容量的数据。
关键词：闸门信号标准频率脉冲目录第一章系统设计 (2)一、设计目的 (2)二、设计内容要求 (2)三、设计技术指标 (2)四、方案比较 (2)五、方案论证 (3)1、总体思路 (3)2、设计方案 (3)第二章主要电路设计与说明 (4)一、芯片简介 (4)1、555定时器 (4)2、单稳态触发器74121 (4)3、4位二进制加法计数器47161 (5)4、4位集成寄存器74 LSl75芯片 (6)5、七段译码器74LS47-BCD 芯片 (7)二、总电路图及分析 (7)1、总图 (7)2、参数选择及仪表调试 (9)3、产品使用说明 (9)4、以测待测电容Cx的电容量为例说明电路工作过程及测容原理 (9)三、各单元电路的设计与分析 (9)1、基准脉冲发生器 (9)2、启动脉冲发生器 (10)3、Cx转化为Tw宽度的矩形脉冲 (10)4、计数器 (10)5、寄存—译码—显示系统 (10)第三章总结 (11)参考文献 (11)附录 (11)附录1 元器件清单 (11)附录2 用集成元件代分立元件电路 (12)评语 (13)第一章 系统设计一、设计目的1 掌握电容数字测量仪的设计、组装与调试方法。
2 熟悉相应的中大规模集成电路的使用方法，并掌握其工作原理。
二、设计内容要求1 设计电容数字测量仪电路。
2 组装、调试电容数字测量仪单元电路和整机系统。
3 画出电容数字测量仪的电路图，写出设计报告。
三、设计技术指标1 测量电容容量范围为100pF~100μF 。
2 应设计3个以上的测量量程。
3 用四位数码管显示测量结果。
4 用红、绿色发光二极管表示单位。
四、方案比较目前，测量电子元件集中参数R 、L 、C 的仪表种类较多，方法也各不相同，这些方法都有其优缺点。
方案一：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12()()12n x j j n x Z Z eZ Z eϕϕϕϕ⋅+⋅+⋅⋅=⋅⋅图1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已知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。
方案二：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行显示。
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 则输出脉宽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，则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。
方案三：用阻抗法测R 、L 、C 有两种实现方法：用恒流源供电，然后测元件电压；用恒压源供电，然后测元件电流。
由于很难实现理想的恒流源和恒压源，所以它们适用的测量范围很窄。
方案四：万用（Q ）表是用谐振法来测量C 值如图2。
它可以在工作频率上进行测量，使测量的条件更接近使用情况。
但是，这种测量方法要求频率连续可调，直至谐振。
因此它对振荡器的要求较高，另外，和电桥法一样，调节和平衡判别很难实现智能化。
图2方案五：标准频率比较法。
很多仪表都是把较难测量的物理量转变成精度较高且较容易测量的物理量。
基于此思想，我们把电容C转换成频率信号f, 转换的原理是555震荡器的震荡周期T=0.639(Ra+Rb)C, 周期T与电容的电容量C成正比，通过闸门控制电路控制计数器，对闸门内的脉冲进行计数，并由LED数码管显示出电容量。
其原理框图如图3图3方案六：相对于方案五，我们把电容C转换成宽度为Tw的矩形脉冲，然后将其作为闸门信号控制计数器计数，计数后再运算求出C的值，并送显示，转换的原理是由于单稳态触发器的输出脉宽t W与电容C成正比，可利用数字频率计的知识，把此脉冲作闸门时间和标准频率脉冲相“与”，得到计数脉冲，该计数脉冲送计数-锁存-译码显示系统就可以得到电容量的数据。
其实，这种转换就是把模拟量近似地转化为数字量，频率f是数字电路很容易处理的数字量，这种数字化处理一方面便于使仪表实现智能化，另一方面也避免了由指针读数引起的误差。
因此本次设计我们采用此方案。
五、方案论证（一）设计思路本设计中用555震荡器产生一定周期的矩形脉冲作为计数器的CP脉冲，也就是标准频率。
同时把待测电容C转换成宽度为tw的矩形脉冲，转换的原理是单稳态触发器的输出脉宽t W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。
或者把此脉冲作闸门时间和标准频率脉冲相“与”，得到计数脉冲，该计数脉冲送计数-锁存-译码显示系统就可以得到电容量的数据。
外部旋纽控制量程的选择，用计数器控制电路控制总量程，如果超过电容计量程，则报警并清零。
（二）设计方案该方案的总体方框图如图4所示。
第二章主要电路设计与说明一、芯片简介1、555定时器如图5为555等效功能框图中包含两个COMS电压比较器A和B，一个RS触发器，一个反相器，一个P沟道MOS场效应管构成的放电开关SW，三个阻值相等的分压电阻网络，以及输出缓冲级。
三个电阻组成的分压网络为上比较器A和下比较器B分别提供2Vcc/3和1Vcc/3的偏置电压。
图5 555等效功能框图定时器的功能主要取决于比较器,比较器A、B的输出控制着RS触发器和三级管sw的状态,4号管脚(Rd)为复位端.当Rd=0时,输出Uo=0,sw管饱和导通.此时其他输入端状态对电路清0状态无影响。
正常工作时，应将Rd接高电平。
像上面所说的那样, 当控制电压输入端5脚悬空时，比较器A、B的基准电压分别为2Ucc/3，和Ucc/3。
如果5脚ui外接固定电压，则比较器A、B的基准电压为Ui和Ui/2。
由图5可知，若5脚悬空，当ui6<2Ucc/3，ui2<Ucc/3时，比较器A、B分别输出高电平和低电平，即R=1，S=0，使基本RS触发器置1，放电三极管截止，输出u0=1。
当ui6<2Ucc/3，ui2>3Ucc时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出高电平，即R=1，S=1。
RS触发器维持原状态，使u0输出保持不变。
当ui6>2Ucc/3，ui2<Ucc/3，比较器C1、C2均输出低电平，即R=0，S=0。
这种情况对于基本RS触发器属于禁止状态。
综上分析，可得555定时器功能表如表1所示。
表1 555定时功能表输入输出Rd Ui6 Ui2 U0 T状态0 x x 0 导通1 >2Ucc/3 >Ucc/3 0 导通1 <2Ucc/3 >Ucc/3 不变不变1 <2Ucc/3 <Ucc/3 1 截止2、单稳态触发器74121图6 74121的逻辑图及管脚图如图6为TTL集成器件单稳态触发器74121的逻辑图及管脚图。
74121由触发信号控制电路、微分型单稳态触发器、输出缓冲电路三部分组成。
将具有迟滞特性的非门G6与G 5门合起来看成是一个与或非门，它与G7门及外接电阻R ext(或R int）、电容C ext即组成微分型单稳态触发器，其电路工作原理与单稳态触发器基本相同。
电路只有一个稳态Q=0,Q=1。
当图中a点有正脉冲触发时，电路进入暂稳Q=1,Q=0。
Q为低电平后使触发信号控制电路中RS触发器的G2门输出低电平，将G4门封锁，这样即使有触发信号输入，在a 点也不会产生微分型单稳态触发器的触发信号，只有等电路返回稳态后，电路才会在输入触发信号作用下被再次触发，根据上述分析，电路属于不可重复触发单稳态触发器。
①.触发方式。
74121集成单稳态触发器有3个触发输入端，由触发信号控制电路分析可知在下述情况下，电路可由稳态翻转到暂稳态。
其功能表如表2所示。
表2 74121功能表·若B为高电平，A1、A2中的一个为高电平，输入中有一个或两个产生由1到0的负跳变。
·若A1、A2两个输入中有一个或两个为低电平，B发生由0到1的正跳变。
②定时。
单稳态电路的定时取决于定时电阻和定时电容的数值。
74121的定时电容连接在芯片的10、11引脚之间。
若输出脉宽较宽，而采用电解电容时，电容C的正极连接在C ext输出端（10脚）。
对于定时电阻，使用者可以有两种选择：·采用内部定时电阻（2 kΩ），此时将9号引脚（R int）接至电源V CC（14脚）。
·采用外接定时电阻（阻值在1.4～40kΩ之间），此时9脚应悬空，电阻接在11、14脚之间。
74121的输出脉冲宽度t W≈0.7RC。
通常R的数值取在2～30kΩ之间，C 的数值取在10pF～10μF之间，得到的取值范围可达到20ns～200ms。
该式中的R可以是外接电阻R ext，也可以是芯片内部电阻R int(约2kΩ)，如希望得到较宽的输出脉冲，一般使用外接电阻。