数字电路课程设计报告 (简易电容测试电路)

天津职业技术师范大学汽车与交通学院

《电子技术》

课程设计报告

同组学生姓名（学号）：杨帅（11）杨启瑞（03）陈敏（18）班级：汽电1001 班

任务分工：电路设计与仿真：杨帅杨启瑞陈敏

电路焊接：杨帅杨启瑞陈敏

电路调试：杨帅杨启瑞陈敏

设计时间：2012年12 月31日——2013 年1月9日指导教师：冯勇鑫

目录

课程设计任务书 (3)

第一周题目：简易电容测试电路

一、题目：简易电容测试电路 (4)

二、方案论证选择 (4)

三、原理设计（或基本原理） (4)

四、方案实现与测试（或调试） (4)

五、单元电路设计及说明 (5)

六、总体电路图 (7)

七、调试过程及测试结果 (7)

八、主要原件清单 (8)

九、课程设计总结 (8)

十、参考文献 (8)

个人总结 (9)

电子技术课程设计任务书

汽车与交通学院汽电1001 班学生杨帅杨启瑞陈敏

课程设计课题：简易电容测试电路

一、课程设计工作日自 2012 年 12月 31 日至 2013 年 1 月 9 日

二、同组学生：杨帅（11）杨启瑞（03）陈敏（18）

三、课程设计任务要求：

（三选一，抽签）

1、简易频率计

能够测试10-99H Z方波信号（幅度为3-5V）的频率；要求测量值以2位8421BCD码形式输出；系统有复位键。

2、简易电容测试电路

能够测0.01µF—99µF范围内的电容值，且可以换档操作。用两个数码管作为显示元件，测试时，测试电容接至测试端自动显示出被测电容值，且响应时间不超过2秒。

3、红外线数字转速表

采用红外发光二极管、光敏三极管作为速度检测、转换装置，给出测量脉冲。两位数码管显示转速，每次测量后要有锁存和清零的功能。设置超速和低速的指示。

四、设计报告内容要求：（每组1份）

1、题目6、总体电路图

2、主要技术指标7、调试过程及测试结果

3、方案论证及选择8、主要元件清单

4、系统组成框图9、总结

5、单元电路设计及说明10、参考文献

指导教师：冯勇鑫教研室主任：

译码数码管

显示

单稳态电路

多谐振荡器提供合适的基准电压

设计题目：设计简易电容测试电路

一、题目:简易电容测试电路

要求：能够测0.01微法—99微法范围内的电容值，且可以换档操作。用两个数码管作为显示原件。测试时，测试电容接至测试端自动显示出被测电容值，且响应时间不超过2秒。

二、主要技术指标：

（1）设计制作一个具有数字显示功能的电容测量仪。

（2）测量电容范围为0.01μF~99μF。

（3）设计电容数字测量仪的电路图。

（4）组装、调试电容数字测量仪单元电路和整机系统。

三、方案论证及选择（电路仿真部分）：

一、方案论证选择

数字式电容测量仪的方案分析

方案: 电容、电阻和施密特触发器构成一个多谐振荡器。在电源刚接通时，电容C上的电压为0，多谐振荡器输出Vo为高电平，Vo通过R对电容C充电。当C上充得的电压Vc=Vt+时，施密特触发器翻转，Vo变成低电平，Vc又通过R放电，Vc下降，当Vc=Vt-时施密特触发器又翻转，输出Vo又变成高电平。如此往复振荡产生一系列时间脉宽送入单片进行中央处理，最后送出显示信号通过LED显示。

本系统设计主要采用555集成定时器构成多谐振荡器、单稳态触发器等电路把被测电容的电容量转换成电压量，再把电压量通过译码器把电压量转换成数字量并显示，从而实现电容测量。

二、原理设计

系统组成框图：

它由测试电路和显示电路两部分组成。在测试电路中，第一个555定时器做多谐振电路，它通过电容配合电阻冲放电产生一系方波脉冲。第二个555定时器组成单稳态触发器，它利用被测电容Cx的充放电过程去调制一个频率和占空比均固定的脉冲波形，使其占空比q与C 成正比，显然经过衰减电路取出合适的脉宽的直流电压Vo。然后通过七段锁存译码驱动器CD4511译码和驱动电路从LED显示器上读出电容。

电容数字测量仪基本原理:

在单稳态电路中，当它输出的的脉冲幅度一定时，其输出脉冲电压的平均值只与脉冲的频率或脉宽成正比。如果将单稳态电路CP端输入的触发脉冲的频率固定，那么输出脉冲电压打的平均值就只与脉冲的宽度成正比了。

电容测量的基本原理是：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进行显示。电容数字测量仪可由多种方法设计。如由555集成定时器构成单稳态触发器、多谐振荡器等电路

闸门电路：NE555构成的单稳态电路（触发时间为一秒）

上图是人工启动单稳，定时电阻定时电容位置分别为图中的Rt和Ct，也就是电路的结构特点是：“RT-6.2-CT”。

以下为555芯片内部电路图以及单稳态电路工作波形（图中电容C即为测试电容Cx）

t

v I

t

v C

2V CC /3

t

v o

当忽略T的饱和压降，则Vc从零电平上升到2Vcc/3的时间，即为输出电压V0的脉宽Tw

RC

RC

V

V

V

RC

t

CC

CC

CC

W

1.1

3

ln

3

2

ln=

=

-

-

=

这种电路产生的脉宽可以从几个微秒到数分钟，从式(1)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 的宽度可以求出电容的大小。把单稳态触发器的输出电压V o取平均值，由于电容量的不同，Tw的宽度也不同，则Vo的平均值也不同，由Vo