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1、数字电容表设计学生：XX 指导教师：XX内容摘要：新时代,科学技术不断的腾飞中。电子仪器数不胜数,层层不出，同时，各种电子产品也不断更新完善。给人类带来了无穷的利益。大电容测量仪亦也是如此,品种种类繁多,功能强大完善.而以下所设计的是一种精度比较高，操作非常简便的电容测量仪。并且此电容表设计是基于单稳态触发器的输出脉宽tw与电容C成正比，是把电容C转换变成宽度为tw的矩形脉冲，接着将其作为闸门信号控制计数器计标准频率脉冲的个数，最后送锁存-译码-显示系统就可以得到电容量的数据关键词：大电容测量仪 电容表 矩形脉冲 digital capacitance table designAbstract
2、:The new age, the rapid development of science and technology continuously. Counting the electronic instrument, layer upon layer out, at the same time, various kinds of electronic products is also constantly updated perfect. Brought infinite interests. Large capacitance measuring instrument is also
3、is such, breed varieties, powerful perfect. And the design is a kind of precision is higher, the operation is very simple capacitance measuring instrument. And the capacitance table design is based on a single state trigger the output pulse width tw and capacitance c is proportional to the capacitan
4、ce C conversion is become the rectangular pulse width for tw, then as a gate signal control counter plan the number of standard frequency pulse, eventually give latch-decoding-show that the system can get electric capacity data Keywords: large capacitance measuring instrument capacitance table recta
5、ngular pulse.目 录前言11 设计内容及要求12 系统所需元器件13 方案论证13.1 方案一23.1.1 产生脉冲部分23.1.1.1 标准脉冲产生电路图23.1.1.2 产生标准脉冲图像23.1.1.3 待测脉冲产生电路图23.1.1.4 产生待测脉冲图像33.1.2 计数部分33.1.3 显示部分43.2 方案二53.2.1 产生脉冲部分53.2.2 计数部分63.2.3 显示部分63.3 最终方案64 数字电容表各模块电路设计及说明74.1 NE55574.2 CD451874.3 CD451184.4 CD409394.5 脉冲发生电路设计94.6 电容计数电路设计114
6、.7 显示电路设计115 数字电容工作原理及设计电路135.1 工作原理135.2 电路图136 protues仿真测试146.1 第一档位读写需乘以10146.2 第二档位读写需乘以100157 系统调试与测试167.1 调试与测试167.2 调试中出现的故障、原因及排除方法。188 结束语189 参考文献2121数字电容表设计前言 当代大学生在即将步入社会时，在校的毕业设计可以说是综合性较强的设计制作项目，相当于一项小型科研，它综合了我们整个大学阶段所学的知识，也需要较为扎实的理论知识等，同时也使理论知识在实践中得到了应用和巩固，也得到了进一步的更新。电子技术的飞速发展，新型简易数字电容表
7、不断出现，使数字电容表有了日新月异的发展。近年来，数字电容表在工业生产，家用电器，安全保卫以及人们的日常生活中使用越来越广泛。1 设计内容及要求l 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；l 用3位数码管显示；l 测量范围100pF105pF，误差小于10% 。l 在计算机上用multisim仿真优化。l 在万能板(孔孔板)上安装、调试。2 系统所需元器件n CD4511 三块n CD4093 一块n NE555 两块n 共阴数码管 3个n 10K滑动变阻器1个n 电阻：470两个、10一个、250一个n 电容：0.1uF四个、100pF两个、1M三个、6.5M一个n C
8、D4518 三块3 方案论证 3.1 方案一 本方案可分为三大部分：产生脉冲部分；：计数部分；：显示部分；3.1.1 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：3.1.1.1 标准脉冲产生电路图图3.1.1.1-1 标准脉冲电路图3.1.1.2 产生标准脉冲图像图3.1.1.2-1 标准脉冲图像3.1.1.3 待测脉冲产生电路图 图3.1.1.3-1 待测脉冲产生电路图3.1.1.4 产生待测脉冲图像图3.1.1.4-1 待测脉冲图像参考公式：计算高电位时间公式：t1=0.693(R1+R2)C1;计算低电位时间公式：t2=0.693
9、R2C1;计数脉冲周期公式：T=t1+t2；通过这三个公式，改变电容电阻的值即可改变波形大小及占空比。3.1.2 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： 图3.1.2-1 MR脉冲清零图像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
10、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：图3.1.2 -2 RC微分电路3.1.3 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。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
11、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：图3.1.3-1 脉冲信号电路图产生脉冲信号波形如下：图3.1.3-2 脉冲信号波形3.2 方案二本方案也可分为三大部分：产生脉冲部分；：计数部分；：显示部分；3.2.1 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。3.2.2 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
12、相应的改变。3.2.3 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。具体电路图如下图3.2.3-1 显示部分电路图3.3 最终方案 经过反复实践检验，我最终选择第一种方案作为最终方案。理由有如下几点：方案一相对于方案二虽然结构较复杂，元器件使用比较多。但实现起来方便，也便于控制调整。对于二个核心问题：1、MR清零；2、LE显示；我们发现用第一套方案能较为简单快速实现，这也是选择这套方案的主要 原因。对于数码管显示而言，第
13、二套方案种的分时点亮还存在点亮间隔过程导致读书不完整的结果。而第一套方案数码管是一直点亮， 不存在这样的问题。4 数字电容表各模块电路设计及说明4.1 NE555图4.1-1 电路图NE555只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久。它的操作电源电压范围极大，可与TTL，CMOS等逻辑电路配合，也就是它的输出准位及输入触发准位，均能与这些逻辑系列的高、低态组合。.其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。静态电流 最大值 VCC = 5 V, RL = =6mA VCC =15 V, RL
14、 = =15mA4.2 CD4518图4.2-1 电路图CD4518CD4518，该IC是一种同步加计数器，在一个封装中含有两个可互换二/十进制计数器，其功能引脚分别为17和915。该计数器是单路系列脉冲输入（1脚或2脚；9脚或10脚），4路BCD码信号输出（3脚6脚；11脚14脚）。CD4518有两个时钟输入端CP和EN，若用时钟上升沿触发，信号由CP输入，此时EN端应接高电平“1”，若用时钟下降沿触发，信号由EN端输入，此时CP端应接低电平“0”，不仅如此，清零（又称复位）端Cr也应保持低电平“0”，只有满足了这些条件时，电路才会处于计数状态，若不满足则IC不工作。另外，该CD4518无进位功能的引脚电路在第十个脉冲作用下，会自动复位，同时，第6脚或第14脚将输出下降沿的脉冲，利用该脉冲和EN端功能，就可作为计数的电路进位脉冲和进位功能端供多位数显用。4.3 CD4511图4.3-1 电路图CD4511CD4511是一个用于驱动共阴极LED显示器的译码器，具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉
