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1、课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 指导教师： 工作单位： 信息工程学院 题 目: 数 字 电 容 测 试 仪 初始条件：NE555 74LS90 74LS47 74LS00 74LS273 LED数码管要求完成的主要任务:1设计一个能测量电容范围在1nF100nF、1F100F之间的电容测试仪。2用数码管显示。3测量精度要求为10%（准确值以万用表的测量值为准）。时间安排：序号阶段内容所需时间1选题、原理方案设计2天2电路原理图、电路的仿真、实物制作3天3撰写报告1天4答辩1天合计7天指导教师签名： 2012年 6月7日系主任（或责任教师）签名： 2012年 6月 7 日目 录摘 要iii
2、Abstactiii1引言12设计方案22.1设计方案论证与选择22.2设计思路22.3设计框图23、核心元器件介绍43.1 NE555的介绍43.2 74LS90的介绍53.3 74LS273的介绍53.4 74LS47的介绍64单元电路的设计84.1波形产生电路的设计84.1.1由555定时器搭建多谐振荡器84.1.2由555定时器搭建单稳态触发器104.2计数加锁存电路的设计114.3显示电路的设计125总体电路图及仿真结果125.1总体电路图135.2仿真结果136组装调试过程146.1时基电路的调试156.2脉冲形成电路的调试156.3信号的检测判断156.4实验结果15总 结16参
3、考文献17附件1：元件清单18附件2：实物图19附件3：本科生课程设计成绩评定表20摘 要数字电容测量仪是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器。现在常用的测量方法是电容表法和充放电法。本设计使用两个555定时器，其中一个555定时器搭建为多谐振荡器，通过电容充放电产生固定周期的脉波，作为计数波；同时另一个555定时器搭建成单稳态触发器电路，多谐输出作为单稳输入，输出外加反相器作为控制脉波；在固定周期内采用7490对计数波计数，并使用74273锁存数据，将数据在LED上显示出来。设计中使用开关转换来达到两个大量程测量电容，能够测量1nF100uF的电容值。关键词：555定时
4、器 多谐振荡器 单稳态触发器 锁存器AbstactDigital Capacitor Tester is an essential measuring instrument in the field of scientific research and production like computer,communication equipment,audio video and so on.Nowadays,the frequently-used measuring method includes capacitance metre and charging-discharging.This
5、 design uses two 555 timer.One forms multivibrator and produces the pulse of the fixed period though the charging and discharging of a capacitor as counting wave.The other forms monostable trigger,whose input is the output of the multivibrator,as controlling wave though an inverter.7490 counts the n
6、umber of wave,then 74273 saves the data and sents it to the led display.The design uses a switch in order to measure two ranges,one is 1nF1000nF and the other is 1F1000F.Key words: 555-timer multivibrator monostable trigger latch1引言电容元件广泛应用于各种电子产品和电路中，具有十分广泛的应用。电容的容值参数是设计中应考虑的重要参数。常见的电容分为有极电容和无极电容。电
7、容的容值与电容的直对面积、形状、电解质等有关系。目前的电容体积小，用常规方法难以精确测出。为解决该问题。我们设计了简易数字式电容测试仪。该设计将电容的测量转化为频带宽度的测量，具有便携、易操作、高精度等特点。限于作者水平，本文难免出现缺陷和错误，我们热忱欢迎广大读者朋友提出宝贵意见和建议。2设计方案2.1设计方案论证与选择方案一 容抗法测量电容电路其设计思想是首先利用一定频率（例为400Hz）的正弦波信号将被测量电容量Cx变成容抗Xc，然后进行C / VCA转换，把Xc转换成交流信号电压，再经过AC / DC转换期取出平均值电压V0，送至31/2位或41/2位A/D转换器。由于平均值电压V0C
8、x，只要适当调节电路参数，即可直读电容量。优缺点：容抗法测电容的优点是能自动调零，缩短了测量时间。但精度不高，分立元件太多。方案二 利用充放电法测量电容其设计思想是利用对被测电容进行冲放电，将脉波输入计数器通过计数，最后送出正确的显示信号给显示电路。其原理流程方框图1如下：由555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。由555构成的单稳态触发器外加一反向器作为控制计数脉波，将所计下的数送给74290计数，然后通过74273锁存送给显示管显示。综上所述，第二中方案电路简单，测量精度高，应选择第二种方案进行设计。2.2设计思路题
9、目要求设计一个数字电容测量仪。设计中采用两个555定时器分别构建单稳态和多谐触发器用于产生计数脉波和控制计数脉波，其中待测电容在单稳态电路中，在单稳电路中用单刀双掷开关连接不同阻值电阻来达到更大范围的测量，当单稳态产生的波形为高电平时计多谐产生的脉波个数即为电容数值。计数部分74290构建的三个十进制计数器，采用7447驱动BS201半导体数码管显示。2.3设计框图74290构成的计数器多谐触发器电路单稳态触发器电路7447驱动显示数值图1 系统组成框图3、核心元器件介绍3.1 NE555的介绍555集成电路开始是作定时器应用的，所以叫做555定时器或555时基电路。但后来经过开发，它除了作定
10、时延时控制外，还可用于调光、调温、调压、调速等多种控制及计量检测。此外，还可以组成脉冲震荡、单稳、双稳和脉冲调制电路，用于交流信号源、电源变换、频率变换、脉冲调制等。它由于工作可靠、使用方便、价格低廉，目前被用于各种电子产品中，555集成电路内部有几十个元器件，有分压器、比较器、基本R-S触发器、放电管以及缓冲器等，电路比较复杂，是模拟电路和数字电路的混合体。图3 555引脚图图2 555集成电路内部结构图管脚介绍：555集成电路是8脚封装，双列直插型，如图（A）所示，按输入输出的排列可看成如图（B）所示。其中6脚称阈值端（TH），是上比较器的输入；2脚称触发端，是下比较器的输入；3脚是输出端
11、（VO），它有0和1两种状态，由输入端所加电平决定；7脚是放电端（DIS），它是内部放电管的输出，有悬空和接地两种状态，也是由输入端的状态决定；4脚是复位端（MR），加上低电平时可使输出为低电平；5脚是控制电压端（VC），可用它改变上下触发电平值；8脚是电源端，1脚是接地端。3.2 74LS90的介绍74LS90是二，五，十进制异步计数器。异步计数器如果设定初态，在每个脉冲的作用下是按顺序变化的（态序）。二进制计数器的每一状态相当一最小项，当最后一个脉冲到来后，电路返回原状态。图5 74LS90内部结构图表1 74LS90功能表图4 74LS90引脚图3.3 74LS273的介绍74LS273
12、是带有清除端的8D触发器，只有在清除端保持高电平时，才有锁存功能，锁存控制端为11脚CLK，采用上升沿触发。本实验它用于将来自前面74LS90芯片频率扩展的信号保存下来，并传输到74LS47芯片作为译码器的译码信号。表2 74LS273功能表图6 74LS273引脚图3.4 74LS47的介绍图8 74LS47与数码管的连接图7 74LS47引脚图译码器输出与输入代码有唯一的对应关系。74LS47是输出低电平有效的阴极七段字形译码器。在74LS47七个输出端中， LT、RBI和BIRBO接高电平， OA、OB、OC、OD、OE、OF、OG接入数码管。(1) ：试灯输入，是为了检查数码管各段是否
13、能正常发光而设置的。当=0时，无论输入A3 ，A2 ，A1 ，A0为何种状态，译码器输出均为低电平，若驱动的数码管正常，是显示8。 (2)：灭灯输入，控制多位数码显示的灭灯，=0时，不论和输入A3 ，A2 ，A1，A0为何种状态，译码器输出均为低电平，使共阴极数码管熄灭。 (3)：灭零输入，它是为使不希望显示的0熄灭而设定的。当对每一位A3= A2 =A1 =A0=0时，本应显示0，但是在=0作用下，使译码器输出全为低电平。其结果和加入灭灯信号的结果一样，将0熄灭。 表3 74LS47功能表(4)：灭零输出，它和灭灯输入共用一端，两者配合使用，可以实现多位数码显示的灭零控制。4单元电路的设计4
14、.1波形产生电路的设计4.1.1由555定时器搭建多谐振荡器 其产生的波形一方面用于计数，另一方面作为单稳态电路的输入。电路如图2所示：图9 多谐振荡器电路其工作原理如下：图10 多谐振荡器波形 多谐振荡器只有两个暂稳态。假设当电源接通后，电路处于某一暂稳态，电容C上电压UC略低于1/3VCC，Uo输出高电平，V1截止，电源VCC通过R1、R2 给电容C充电。随着充电的进行UC逐渐增高，但只要1/3VCCUCUC1/3VCC，Uo就一直保持低电平不变，这就是第二个暂稳态。当UC下降到略微低于1/3VCC时，RS触发器置 1，电路输出又变为Uo=1，V1截止，电容C再次充电，又重复上述过程，电路输出便得到周期性的矩形脉冲。其工作波形如图3所示。4.1.2由555定时器搭建单稳态触发器所产生波形用于控制计数。其电路图如图4：图11 单稳态触发电路电路如图4所示，由555定时器组成的单稳触发
