简易数字电容表设计杨辉

电子技术课程设计

题目: 简易数字电容表设计

学生姓名杨辉

专业自动化（工程方向）

学号_ 2227

班级2009级1 班

指导教师黄华

成绩_

工程技术学院

2011年12月

目录

摘要 (3)

1设计目的 (3)

2设计要求 (3)

3仪器与器件 (4)

4 方案论证 (5)

2.1 方案一 (5)

2.2 方案二 (8)

2.3 最终方案 (10)

5 原器件选择 (10)

6 单元电路设计 (15)

7 仿真调试结果 (17)

8 实物系统调试与测试 (20)

9 设计总结…………………………………………………………………………‥21

10 收获与体会 (21)

附录…………………………………………………………………………………‥22 参考文献……………………………………………………………………………‥22

简易数字电容表的设计与制作

杨辉

西南大学工程技术学院，重庆 400715

摘要

下面所设计的是一种精度较高，操作简便的电容测量仪。此电容表设计是基于待测脉冲TW与待测电容C成正比用于控制清零和显示，标准脉冲用于计数并送锁存--译码--显示系统就可以得到电容量的数据。

一、设计目的

1、运用已基本掌握的具有不同功能的单元电路的设计、安装和调试方法，在单

元电路设计的基础上，设计出具有各种不同用途和一定工程意义的电子装置。

2、深化所学理论知识，培养综合运用能力，增强独立分析与解决问题的能力。

3、训练培养严肃认真的工作作风和科学态度，为以后从事电子电路设计和研制

电子产品打下初步基础。

二、设计要求

（1）利用给定的元器件设计一个能测量并显示电容容值大小的数字电容表；（2）用3位数码管显示；

10pF，误差小于10% 。

（3）测量范围100pF—5

（4）在计算机上用仿真软件仿真优化。

（5）在万能板(孔孔板)上安装、调试。

（6）写出设计总结报告。

三、仪器与器件

1 仪器

（1）直流稳压电源 1台

（2）示波器 1台

（3）万用表 1台

（4）计算机 1台

2 可选择的器件

1)MC14553 (或4518) 计数 1块（或3块）

2)CD4511 译码 1块

3)LED 3块

4)四2输入与非门CD4093 1块

5)NE555定时器(或NE556) 2块(或1块)

6)二极管、三极管若干

7)电位器、电阻器、电容器若干

四、方案论证

方案一：

本方案可分为三大部分：㈠：产生脉冲部分；㈡：计数部分；㈢：显示部分；

整体框图：

㈠：产生脉冲部分

使用两片NE555产生标准脉冲和待测脉冲,根据参考NE555的资料说明设计了如下图的电路：

1、标准脉冲产生电路图：

相应产生标准脉冲图像：

注：电压调档为5V，扫描周期1ms。

2、待测脉冲产生电路图：

相应产生待测脉冲图像：

注：电压调档为5V，扫描周期1ms。

㈡：计数部分

计数部分选用三片CD4518来实现计数功能。同时还需要考虑对MR清零处理，这也是部分的关键之一。

根据参考CD4518的资料说明以及查阅相关图书电路设计了如右图的电路用来实现计数功能：

设计对MR的清零处理时花费较长的时间，实现清零最终目的其实就是要在一个待测周期开始计数前产生一个短时间的高电平来实现清零，然后一直为低电位直到下一个周期脉冲开始为止的脉冲输入信号。如下图：

为了实现上图所示的脉冲信号，我们采用了RC微分电路来实现，即将待测脉冲信号通过RC微分电路后即可形成。具体电路及清零脉冲输出波形如下：

注：电压调档为5V，扫描周期1ms。

㈢：显示部分

显示部分我们采用了三片CD4511分别驱动三个七段数码管，这样做的优点就是数码管不存在分时点亮的问题，缺点是实际线路变得比较复杂。与此同时，还有一个非常重要的难题就是控制如何控制LED的显示。我们通过查阅阅读相关资料，总结出只要控制CD4511的LE端的输入脉冲可以解决这个问题。这个脉冲信号的图像如下：

接下来就要考虑如何产生这个脉冲信号，我们用的是RC微分电路结合CD4093与非门来实现。具体分析是：将待测脉冲输入信号通过一个与非门的两个输入端，相当于通过了一个非门，这样实现了高低电位的反转。之后将通过非门后的脉冲信号接入到RC微分电路中，获得上升沿脉冲，最后将其接到另一个与非门中就得到了需要的脉冲信号。

具体电路图如下：

相应产生脉冲信号波形如下：

完成了以上三部分的设计，方案一就基本成型。

方案二：

本方案也可分为三大部分：㈠：产生脉冲部分；㈡：计数部分；㈢：显示部分；㈠：产生脉冲部分

采用集成度相对较高点的NE556,NE556实质上是两片NE555的集合，因此，在原理上并没有太多差异，只是接口标号不同而已。这里就不再赘言。

㈡：计数部分：

计数部分采用一片MC14553来完成。区别于用CD4511，MC14553使用更加方便，功能也有所增加。不过，想要实现对MR的清零处理也要相应的改变。

具体电路图如下：

㈢：显示部分

为了配合MC14553，我们采用了一片CD4511和三个七段数码管以及MC14553的三个数码管点亮使能位集合起来来完成。这种方法最显著的特点就是数码管的分时点亮，需要考虑点亮时间间隔，以保证人眼能准确读取数值。

具体电路图如下

以上就是方案二。