數(shù)字電容表畢業(yè)設(shè)計

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計</b></p><p>　　課 題 名 稱 數(shù)字電容表</p><p>　　學(xué) 生 姓 名 </p><p>　　學(xué) 號 </

2、p><p>　　院(系)、專業(yè) 電子信息工程 </p><p>　　指 導(dǎo) 教 師 </p><p>　　職 稱 高級實驗師 </p><p><b>

3、;　　摘 要</b></p><p>　　隨著社會進(jìn)步，科技不斷發(fā)展，電子技術(shù)領(lǐng)域的成就日新月異，電子設(shè)備中廣泛應(yīng)用不可或缺的電容器至關(guān)重要，其容量影響著電路的性能。因此不可避免遇到電容量測量問題。設(shè)計可靠，安全，便捷的電容測試儀具有極大的現(xiàn)實必要性。</p><p>　　該設(shè)計是利用單穩(wěn)態(tài)電路以及電容充放電電路等把被測電容器的大小轉(zhuǎn)換成脈沖的寬窄，本設(shè)計中采用普通的

4、CMOS反向器CC40106構(gòu)成低頻方波發(fā)生器，將此方波發(fā)生器產(chǎn)生的方波與標(biāo)準(zhǔn)脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的方波進(jìn)行比較，利用與門電路輸入計數(shù)器然后經(jīng)過譯碼器，最后通過顯示器顯示，從而達(dá)到將電容C進(jìn)行測量的目的。</p><p>　　本設(shè)計采用通用集成電路制作，所以價格便宜，調(diào)試簡單，實現(xiàn)方便。</p><p>　　關(guān) 鍵 詞：多諧振蕩器、555集成電路、數(shù)碼管</p><p>

5、<b>　　Abstract</b></p><p>　　With the continuous development of science and technology, human progress in the field of electronic technology development is rapid, However capacitors in electronic c

6、ircuits were widely used, its capacity size of the circuit performance plays an important role. Therefore, the capacitance measurements in the day-to-day use will be unavoidable. </p><p>　　The design is to u

7、se single state circuit and capacitance charging and discharging circuit measured by the size of the capacitor convert pulse width of , This design USES ordinary CMOS reverse device CC40106 constitute a low frequency squ

8、are wave generator, Will this square wave generator of square wave produced with the standard pulse generator of square wave produced the comparison, The use and the input counter and then after gate decoder, finally thr

9、ough the display shows, so as to achieve t</p><p>　　This design USES the general integrated circuit production, so cheap, debugging simple, realize the convenient. </p><p>　　Key words: Multivibr

10、ator, 555 integrated circuits, digital control </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　引言1</b></p><p><b>　　第1章 緒論2</b></p><p>　　第1.1節(jié)

11、 研究課題的可行性3</p><p>　　第1.2節(jié) 研究課題的意義4</p><p>　　第1.3節(jié) 課題的研究的幾種方案5</p><p>　　第2章 總體系統(tǒng)設(shè)計概述9</p><p>　　第2.1節(jié) 電路的整體結(jié)構(gòu)框圖14</p><p>　　第2.2節(jié) 單元電路設(shè)計15</p>

12、;<p>　　第2.3節(jié) 原件清單表20</p><p>　　第3章 總結(jié)與技術(shù)展望21</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)23</b></p><p><b>　　致 謝24</b></p><p><b>　　引言</b></p>

13、<p>　　現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，對工況參數(shù)的實時監(jiān)測已顯得越來越重要了，參數(shù)監(jiān)測分電量和非電量兩大類。對于非電量參數(shù)的測量，測量的成功與否決定于傳感器的質(zhì)量和對感應(yīng)信號的提取。在各類非電量傳感器中，電容傳感器可以說是用得最普遍的一種了，在工業(yè)現(xiàn)場它作為流量、壓力、位移、液位、速度、加速度等物理量的傳感元件，應(yīng)用已相當(dāng)廣泛。在煤炭行業(yè)，電容傳感器在生產(chǎn)開采、安全監(jiān)測及選煤自動化方面已大量應(yīng)用，正確及時取得電容傳感器的信號對監(jiān)測監(jiān)控有

14、著重要的意義。</p><p>　　電容傳感器主體由兩個極板組成，結(jié)構(gòu)簡單，可組成平板、曲面、圓筒等多種形式，極板一般由金屬做成，能經(jīng)受很大的溫度變化及輻射等惡劣環(huán)境條件。</p><p>　　電容傳感器由于受幾何尺寸的限制，其容量都是很小的，一般僅幾個pF到幾十pF。因C太小，故容抗很大，為高阻抗元件；由于電容小，需要作用的能量也小，可動的質(zhì)量也小，因而它的固有頻率很高，可以保證有良好的

15、動態(tài)特性。傳感器的視在功率P=U20ωC，C很小，P也很小，這使它易受到外界的干擾，所以信號的提取比較困難。同時由于電容小，分布電容和寄生電容對靈敏度和測量精度都產(chǎn)生影響。</p><p>　　傳統(tǒng)的測量方法采用模擬電路測量手段，主要有電橋電路（普通交流電橋、變壓器電橋、雙T二極管電橋）；脈沖寬度調(diào)制電路；調(diào)頻電路等等。模擬測量方法電路環(huán)節(jié)多，容易受零漂溫漂的影響，尤其對小電容的測量，更難保證測量精度。</

16、p><p>　　數(shù)字化測量電容傳感器容量，可使信號在傳感器就地轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后，進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，轉(zhuǎn)換電路簡單性能穩(wěn)定。比較電容法檢測ΔCx，克服了導(dǎo)線電容分布電容等受環(huán)境變化而造成的影響，使檢測信號真實可靠，系統(tǒng)抗干擾能力大為增強(qiáng)。兩種方法在電容式煤粉倉粉位傳感器的具體檢測應(yīng)用中，取得了滿意的效果。</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p>

17、<p>　　第1.1節(jié) 課題研究的可行性</p><p>　　電容器是一種能儲存電荷的容器．它是由兩片靠得較近的金屬片，中間再隔以絕緣物質(zhì)而組成的．按絕緣材料不同，可制成各種各樣的電容器.如：云母．瓷介．紙介，電解電容器等．在構(gòu)造上，又分為固定電容器和可變電容器．電容器對直流電阻力無窮大，即電容器具有隔直流作用.電容器對交流電的阻力受交流電頻率影響，即相同容量的電容器對不同頻率的交流電呈現(xiàn)不同的容抗.

18、為開么會出現(xiàn)這些現(xiàn)象呢\'這是因為電容器是依靠它的充放電功能來工作的，如圖1，電源開關(guān)s未合上時．電容器的兩片金屬板和其它普通金屬板—樣是不帶電的。當(dāng)開關(guān)S合上時，如圖2所示，電容器正極板上的自由電子便被電源所吸引，并推送到負(fù)極板上面。由于電容器兩極板之間隔有絕緣材料，所以從正極板跑過來的自由電子便在負(fù)極板上面堆積起來．正極板便因電子減少而帶上正電，負(fù)極板便因電子逐漸增加而帶上負(fù)電。電容器兩個極板之間便有了電位差，當(dāng)這個電位差與

19、電源電壓相等時，電容器的充電就停上了．此時若將電源切斷，電容器仍能保持充電電壓。對已充電的電容器，如果我們用導(dǎo)線將兩個極板連接起來，由于兩極板間存在的電位差，電子便會通過導(dǎo)線，回到正極板上，直至兩極板間的電位差為零．電容器又恢</p><p>　　電子制作中需要用到各種各樣的電容器，它們在電路中分別起著不同的作用。與電阻器相似，通常簡稱其為電容，用字母C表示。顧名思義，電容器就是“儲存電荷的容器”。盡管電容器品種

20、繁多，但它們的基本結(jié)構(gòu)和原理是相同的。兩片相距很近的金屬中間被某物質(zhì)（固體、氣體或液體）所隔開，就構(gòu)成了電容器。兩片金屬稱為的極板，中間的物質(zhì)叫做介質(zhì)。電容器也分為容量固定的與容量可變的。但常見的是固定容量的電容，最多見的是電解電容和瓷片電容。 </p><p>　　不同的電容器儲存電荷的能力也不相同。規(guī)定把電容器外加1伏特直流電壓時所儲存的電荷量稱為該電容器的電容量。電容的基本單位為法拉（F）。但實際上，法拉是

21、一個很不常用的單位，因為電容器的容量往往比1法拉小得多，常用微法（μF）、納法（nF）、皮法（pF）（皮法又稱微微法）等，它們的關(guān)系是：1法拉（F）= 1000000微法（μF） 1微法（μF）= 1000納法（nF）= 1000000皮法（pF） </p><p>　　在電子線路中，電容用來通過交流而阻隔直流，也用來存儲和釋放電荷以充當(dāng)濾波器，平滑輸出脈動信號。小容量的電容，通常在高頻電路中使用，如收音機(jī)、發(fā)射

22、機(jī)和振蕩器中。大容量的電容往往是作濾波和存儲電荷用。而且還有一個特點，一般1μF以上的電容均為電解電容，而1μF以下的電容多為瓷片電容，當(dāng)然也有其他的，比如獨石電容、滌綸電容、小容量的云母電容等。電解電容有個鋁殼，里面充滿了電解質(zhì)，并引出兩個電極，作為正（+）、負(fù)（-）極，與其它電容器不同，它們在電路中的極性不能接錯，而其他電容則沒有極性。 </p><p>　　把電容器的兩個電極分別接在電源的正、負(fù)極上，過一會

23、兒即使把電源斷開，兩個引腳間仍然會有殘留電壓（學(xué)了以后的教程，可以用萬用表觀察），我們說電容器儲存了電荷。電容器極板間建立起電壓，積蓄起電能，這個過程稱為電容器的充電。充好電的電容器兩端有一定的電壓。電容器儲存的電荷向電路釋放的過程，稱為電容器的放電。 </p><p>　　舉一個現(xiàn)實生活中的例子，我們看到市售的整流電源在拔下插頭后，上面的發(fā)光二極管還會繼續(xù)亮一會兒，然后逐漸熄滅，就是因為里面的電容事先存儲了電能

24、，然后釋放。當(dāng)然這個電容原本是用作濾波的。至于電容濾波，不知你有沒有用整流電源聽隨身聽的經(jīng)歷，一般低質(zhì)的電源由于廠家出于節(jié)約成本考慮使用了較小容量的濾波電容，造成耳機(jī)中有嗡嗡聲。這時可以在電源兩端并接上一個較大容量的電解電容（1000μF，注意正極接正極），一般可以改善效果。發(fā)燒友制作HiFi音響，都要用至少1萬微法以上的電容器來濾波，濾波電容越大，輸出的電壓波形越接近直流，而且大電容的儲能作用，使得突發(fā)的大信號到來時，電路有足夠的能量

25、轉(zhuǎn)換為強(qiáng)勁有力的音頻輸出。這時，大電容的作用有點像水庫，使得原來洶涌的水流平滑地輸出，并可以保證下游大量用水時的供應(yīng)。 </p><p>　　電子電路中，只有在電容器充電過程中，才有電流流過，充電過程結(jié)束后，電容器是不能通過直流電的，在電路中起著“隔直流”的作用。電路中，電容器常被用作耦合、旁路、濾波等，都是利用它“通交流，隔直流”的特性。那么交流電為什么能夠通過電容器呢？我們先來看看交流電的特點。交流電不僅方向

26、往復(fù)交變，它的大小也在按規(guī)律變化。電容器接在交流電源上，電容器連續(xù)地充電、放電，電路中就會流過與交流電變化規(guī)律一致的充電電流和放電電流。 </p><p>　　電容器的選用涉及到很多問題。首先是耐壓的問題。加在一個電容器的兩端的電壓超過了它的額定電壓，電容器就會被擊穿損壞。一般電解電容的耐壓分檔為6.3V，10V，16V，25V，50V等。 </p><p>　　第1.2節(jié) 課題研究的背

27、景</p><p>　　目前電容量的測量儀器——電容測量儀的應(yīng)用越來越廣泛，電容測量儀在國內(nèi)外的發(fā)展水平越來越高，而目前，電容測量儀的應(yīng)用現(xiàn)狀是：品種多樣，技術(shù)含量高。有的具有良好的測試穩(wěn)定性，抗沖擊能力強(qiáng)如：YD2612A/12B；如：多頻HF2613電容測量儀，它的最高頻率1MHz，適用小電容，晶體管結(jié)電容的測量，能自行診斷故障功能。等等，很多很多品種多樣，功能齊全的電容測量儀都涌現(xiàn)出來。</p>

28、<p>　　隨著科技的不斷發(fā)展，在電子技術(shù)領(lǐng)域里，電容量的測量儀器——電容測量儀將得到越來越廣泛的應(yīng)用；電容測量儀也將向著更合理，更科學(xué)，更適用的方向不斷向前發(fā)展！</p><p>　　我們不僅需要了解各類電容器的性能指標(biāo)和一般特性，而且還必須了解在給定用途下各種元件的優(yōu)缺點，以及機(jī)械或環(huán)境的限制條件等。這里將對電容器的主要參數(shù)及其應(yīng)用做簡單說明。 </p><p>　?。?

29、）標(biāo)稱電容量（ C R ）。電容器產(chǎn)品標(biāo)出的電容量值。云母和陶瓷介質(zhì)電容器的電容量較低（大約在 5000pF 以下）；紙、塑料和一些陶瓷介質(zhì)形式的電容器居中（大約在 0.005uF~1.0uF ）；通常電解電容器的容量較大。這是一個粗略的分類法。 </p><p>　　（2）類別溫度范圍。電容器設(shè)計所確定的能連續(xù)工作的環(huán)境溫度范圍。該范圍取決于它相應(yīng)類別的溫度極限值，如上限類別溫度、下限類別溫度、額定溫度（可以連

30、續(xù)施加額定電壓的最高環(huán)境溫度）等。 </p><p>　?。?）額定電壓（ U R ）。在下限類別溫度和額定溫度之間的任一溫度下，可以連續(xù)施加在電容器上的最大直流電壓或最大交流電壓的有效值或脈沖電壓的峰值。電容器應(yīng)用在高電壓場和時，必須注意電暈的影響。電暈是由于在介質(zhì) / 電極層之間存在空隙而產(chǎn)生的，它除了可以產(chǎn)生損壞設(shè)備的寄生信號外，還會導(dǎo)致電容器介質(zhì)擊穿。在交流或脈動條件下，電暈特別容易發(fā)生。對于所有的電容器

31、，在使用中應(yīng)保證直流電壓與交流峰值電壓之和不得超過電容器的額定電壓。 </p><p>　　（4）損耗角正切（ tg δ ）。在規(guī)定頻率的正弦電壓下，電容器的損耗功率除以電容器的無功功率為損耗角正切。在實際應(yīng)用中，電容器并不是一個純電容，其內(nèi)部還有等效電阻，它的簡化等效電路如附圖所示。對于電子設(shè)備來說，要求 R S 愈小愈好，也就是說要求損耗功率小，其與電容的功率的夾角要小。 </p><p&

32、gt;　　（5）電容器的溫度特性。通常是以 20 ℃基準(zhǔn)溫度的電容量與有關(guān)溫度的電容量的百分比表示。 </p><p>　　（6） 使用壽命。電容器的使用壽命隨溫度的增加而減小。主要原因是溫度加速化學(xué)反應(yīng)而使介質(zhì)隨時間退化。 </p><p>　?。?） 絕緣電阻。由于溫升引起電子活動增加，因此溫度升高將使絕緣電阻降低。 </p><p>　　電容器包括固定電容器和

33、可變電容器兩大類。其中固定電容器又可根據(jù)其介質(zhì)材料分為云母電容器、陶瓷電容器、紙 / 塑料薄膜電容器、 </p><p>　　第1.3節(jié) 課題的研究方案</p><p>　　1.3.1 選擇總體方案</p><p>　　方案Ⅰ：如果三角波輸入給以被測電容器作為微分電容的微分電路，在電路參數(shù)選擇適當(dāng)?shù)臈l件下，微分電路的輸出幅度與Cx成正比，再經(jīng)峰值檢測電路或精密整流

34、及濾波電路，可以得到與Cx成正比的直流電壓Ux ，然后再進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換送給數(shù)字顯示器，便可實現(xiàn)所要求的函數(shù)關(guān)系。（電路如圖1—1所示）</p><p><b>　　設(shè)三角波函數(shù)式為</b></p><p>　　UI=Kｔ　　　　（0 ≤ｔ<ｔ1） (3-1)</p><p>　　UI=－Kｔ　

35、　　（ｔ１≤ｔ<ｔ2） (3-2)</p><p><b>　　因為　</b></p><p>　　所以　 （0 ≤ｔ<ｔ1） (3-3)</p><p>　?。ǎ簦薄埽?lt;ｔ2） (3-4)<

36、;/p><p>　　圖1—1方案Ⅰ電容測量框圖</p><p>　　方案Ⅱ：用下圖的框圖代替A/D轉(zhuǎn)換器，可得到第二種方案。圖中壓控振蕩器輸出矩形波，它的頻率fx與Ux 成正比，而Ux與被測電容Cx成正比，因而fx與Cx成正比。在計數(shù)控制時間Tc等參數(shù)合適的條件下，數(shù)碼管顯示器的數(shù)字N與Cx的大小可符合題中所要求的函數(shù)關(guān)系。（電路如圖1—2所示）</p><p>　　圖

37、1—2方案Ⅱ電容測量框圖</p><p>　　方案Ⅲ：如圖所示，利用單穩(wěn)態(tài)電路或電容充放電電路等可以把被測電容器的大小轉(zhuǎn)換成脈沖的寬窄，即脈沖的寬度Tx與Cx成正比，只要把此脈沖與頻率固定的方波（標(biāo)準(zhǔn)脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖）相與，便得到計數(shù)脈沖，將它送給計數(shù)器，鎖存器，譯碼器和數(shù)字顯示器。如果標(biāo)準(zhǔn)脈沖的頻率等參數(shù)選擇合適，便可實現(xiàn)題中要求的函數(shù)關(guān)系式。（電路如圖1—3示）</p><p>　

38、　圖1—3方案Ⅲ電容測量框圖</p><p>　　1.3.2 方案比較，做出初步選擇</p><p>　　方案Ⅰ采用了A/D轉(zhuǎn)換器，價格比較昂貴；方案Ⅱ比較復(fù)雜，安裝調(diào)試?yán)щy；方案Ⅲ電路簡單，采用之</p><p>　　1.3.3 可行性分析</p><p>　　經(jīng)分析可知上圖確實可行，其電容數(shù)字顯示測量電路的詳細(xì)框圖如下：（圖1—4）&

39、lt;/p><p>　　圖1—4 電容數(shù)字顯示測量電路的詳細(xì)框圖</p><p>　　這個電路圖是測量部分的詳細(xì)框圖，我做一個簡單的介紹。首先是單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器部分，單穩(wěn)態(tài)電路只有一個穩(wěn)定狀態(tài)。在外界觸發(fā)脈沖的作用下，電路從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)刀暫態(tài)，在暫態(tài)維持一段時間之后，又返回穩(wěn)態(tài)，并在輸出端產(chǎn)生一個矩形脈沖，這個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器采用集成5G7555定時器其工作原理后面有詳細(xì)介紹。低頻方波工作原理下面也會有詳

40、細(xì)介紹。</p><p>　　其次關(guān)于超量程判斷我要做一個詳細(xì)介紹，關(guān)于超量程是指C超過1uF或C被短路時的判斷，</p><p><b>　　其具體電路圖如下：</b></p><p>　　關(guān)于計數(shù)器部分，我采用的是74LS160,由74LS160的邏輯圖可知，將衰減后的標(biāo)準(zhǔn)脈沖發(fā)生器的輸出信號接到1CP端，而將詳細(xì)框圖中e點的計數(shù)器控制信號

41、接至1EN端，從而省去詳細(xì)框圖中標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號發(fā)生器與計數(shù)器之間的與門。</p><p>　　74LS160的邏輯圖如下：</p><p>　　關(guān)于譯碼部分，我采用的是七段顯示譯碼器（74LS48）因為計算機(jī)輸出的是BCD碼，要想在數(shù)碼管上顯示十進(jìn)制數(shù)，就必須先把BCD碼轉(zhuǎn)換成7段字型數(shù)碼管所要求的代碼。我們把能將計算機(jī)輸出的BCD碼換成7段字型代碼，并使數(shù)碼管顯示出十進(jìn)制數(shù)的電路成為“七段

42、字型譯碼器”。</p><p>　　關(guān)于清零單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器：</p><p>　　計數(shù)器74LS160所需的清零信號波形的脈沖寬度tw的要求是：</p><p>　　(1)tw應(yīng)比74LS160清零端的延遲時間大的多，以保證能夠有效清零。</p><p>　　(2)tw應(yīng)比時鐘周期Tcp小的多，以免引起不該有的誤差</p><

43、;p>　　顯示器我采用的是共陽極七段顯示器</p><p>　　第2.2節(jié) 系統(tǒng)電路總體圖</p><p>　　U1部分是多諧振蕩器，用于產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)計數(shù)脈沖；U2部分是單穩(wěn)態(tài)電路，計數(shù)產(chǎn)生計數(shù)閘門開啟時間。（圖2—12）（圖2—13）所示</p><p>　　圖2—12 測試電容電路</p><p>　　圖2—13 計數(shù)及七段譯碼顯示電路

44、</p><p>　　如上圖所示HC160起到一個計數(shù)作用，HC47是將得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行譯碼，最后通過共陽極七段譯碼顯示器顯示出來。</p><p>　　關(guān)于各個元件的功能我做一個簡單的介紹，首先是HC160如圖所示將閘門開啟時間與標(biāo)準(zhǔn)脈沖通過一個與門電路連到計數(shù)器的CP端口，+5V的電源接到CTp端口</p><p>　　關(guān)于譯碼器HC47它右邊與顯示器相連，與計數(shù)

45、器相連的部分，我做一個詳細(xì)的介紹，HC160的Q1,Q2,Q3,Q4,分別與HC47的A0,A1,A2,A3相連，HC160的LD端接+5V電源，END端口接地，CTt端接FBI端口，以上是計數(shù)器，譯碼器，顯示器這些元件的端口連接情況。</p><p>　　HC47要驅(qū)動這樣一個七段譯碼顯示器它的輸出端必須高，這樣才能點亮對應(yīng)的筆畫。因為七段顯示譯碼器輸出高電平才有有效，才能驅(qū)動共陽極顯示器。如顯示電路的框圖所示

46、：</p><p>　　可以看出160主要起一個技術(shù)作用，而47起到一個譯碼以及驅(qū)動顯示器的作用。</p><p><b>　　三端集成穩(wěn)壓器：</b></p><p>　　圖2—14 三端集成穩(wěn)壓器</p><p>　　集成穩(wěn)壓器是通用模擬集成電路的一個分支,它是指輸入電壓或負(fù)載發(fā)生變化時,能使輸出電壓保持不變的集成電

47、路。三端集成穩(wěn)壓器因它具有成本低、體積小、簡便可靠、性能指標(biāo)高等優(yōu)點而廣泛應(yīng)用于電子設(shè)備的電源電路。其組成見圖2—14</p><p>　　第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計的概述</p><p>　　第2.1節(jié) 單元電路設(shè)計</p><p>　　2.2.1 低頻方波發(fā)生器</p><p>　　采用普通的CMOS反向器CC40106構(gòu)成，如圖所示。低頻

48、方波發(fā)生器的振蕩周期應(yīng)選在1s左右。利用公式 R=R1=R2， T=1.8RC=1s左右估算各參數(shù)值。經(jīng)計算得C=0.15uF，R1=R2=3.6 K? （如圖2—1示）</p><p>　　圖2—1低頻方波發(fā)生器框圖</p><p>　　2.2.2 標(biāo)準(zhǔn)脈沖發(fā)生器</p><p>　　采用LM324集成運放，如圖所示，此圖中用R3和Rp串聯(lián)作為Ro外，R1、R

49、2 和R應(yīng)滿足對稱平衡條件，即R1∥ R2 =R ，R4和R5起衰減作用，經(jīng)粗略計算得R1=R2=16.5K? R3+ R4 =8.28 K? R4 =2 K? R5=1 K? （如圖2—2所示）</p><p>　　圖2—2標(biāo)準(zhǔn)脈沖發(fā)生器框圖</p><p>　　2.2.3 單穩(wěn)態(tài)電路</p><p>　　單穩(wěn)態(tài)電路只有一個穩(wěn)定狀態(tài)。在外界觸發(fā)脈沖的作用

50、下，電路從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫態(tài)，在暫態(tài)維持一段時間之后，又返回穩(wěn)態(tài)，并在輸出端產(chǎn)生一個矩形脈沖, 采用集成5G7555定時器，如圖（2—3）R=1K?，C=0.01µF</p><p>　　圖2—3單穩(wěn)態(tài)電路框圖 </p><p>　　2.2.3.1 555定時器的工作原理</p><p>　　555定時器原理圖及引線排列如圖1 所示

51、。其功能見表1。定時器內(nèi)部由比較器、分壓電路、RS 觸發(fā)器及放電三極管等組成。分壓電路由三個5K 的電阻構(gòu)成，分別給1 A 和2 A 提供參考電平2/3 DD U 和1/3 DD U 。1 A 和2 A 的輸出端控制RS觸發(fā)器狀態(tài)和放電管開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)輸入信號自6 腳輸入大于2/3 DD U 時，觸發(fā)器復(fù)位，3 腳輸出為低電平，放電管T 導(dǎo)通；當(dāng)輸入信號自2 腳輸入并低于1/3 DD U時，觸發(fā)器置位，3 腳輸出高電平，放電管截止。4 腳

52、是復(fù)位端，當(dāng)4 腳接入低電平時，則o U =0；正常工作時4 接為高電平。5 腳為控制端，平時輸入2/3 DD U作為比較器的參考電平，當(dāng)5 腳外接一個輸入電壓，即改變了比較器的參考電平，從而實現(xiàn)對輸出的另一種控制。如果不在5 腳外加電壓通常接0.01μF 電容到地，起濾波作用，以消除外來的干擾，確保參考電平的穩(wěn)定。</p><p>　　555 定時器的內(nèi)部框圖及引腳排列如圖（2—4）所示</p>

53、<p>　　圖2—4 555 定時器的內(nèi)部框圖及引腳排列圖</p><p>　　555 定時器的功能見表2.1</p><p>　　表2.1 555 定時器的功能表</p><p>　　2.2.4 計數(shù)器</p><p>　　計數(shù)器的最大容量為1000，千位，百位，十位，個位各用一個BCD碼計數(shù)器，高位可選用一個D觸發(fā)器，選用74

54、LS160為該電路的千位，百位，十位，個位BCD碼計數(shù)器。邏輯圖如下：</p><p>　　圖2—5 74LS160邏輯圖</p><p>　　由74LS160的邏輯圖可知，將衰減后的標(biāo)準(zhǔn)脈沖發(fā)生器的輸出信號接到1CP</p><p>　　端，而將詳細(xì)框圖中e點的計數(shù)器控制信號接至1EN端，從而省去詳細(xì)框圖中標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號發(fā)生器與計數(shù)器之間的與門。</p>

55、;<p>　?。?）若從1EN端輸入計數(shù)脈沖，則74LS160的觸發(fā)器由計數(shù)脈沖的下降沿觸發(fā)。而當(dāng)個位計數(shù)器為1001狀態(tài)時，它的1Q4 =1，若再來一個計數(shù)脈沖，則1 Q4由1變?yōu)?，即出現(xiàn)下降沿，因此1Q4 和2EN相連便可實現(xiàn)級聯(lián)。同理，可將2Q4作為十位計數(shù)器的進(jìn)位輸出端。</p><p>　?。?）高位觸發(fā)器的接法。根據(jù)設(shè)計要求，若十位計數(shù)器的2Q4 端在計數(shù)時間內(nèi)出現(xiàn)下降沿，高位觸發(fā)器的

56、3Q1 端應(yīng)當(dāng)由0狀態(tài)變?yōu)?狀態(tài)。在3Q1 =1以后，若2Q4再出現(xiàn)下降沿，3Q1 應(yīng)保持狀態(tài)不變，直至清零信號到來為止。選用D觸發(fā)器CT74LS74作為高位觸發(fā)器，它是由上升沿觸發(fā)的，因此2Q4必須經(jīng)過反向后才能接到D觸發(fā)器的時鐘輸入端。如圖2—6所示觸發(fā)器的輸入端接詳細(xì)框圖中的e端，為了使計數(shù)器脈沖波形好，反向器采用了施密特反向器。</p><p>　　圖2—6 觸發(fā)器的輸入端接詳細(xì)框圖</p>

57、<p>　　2.2.5 七段顯示譯碼器/驅(qū)動器</p><p>　　2.2.5.1七段顯示譯碼器</p><p>　　分段式數(shù)碼由分布在同一平面上若干段發(fā)光的筆畫組成，如半導(dǎo)體顯示器。半導(dǎo)體數(shù)碼管——BS201A半導(dǎo)體數(shù)碼管是分段式半導(dǎo)體顯示器件，其基本結(jié)構(gòu)是PN結(jié)，即用發(fā)光二極管（LED）組成字型來來顯示數(shù)字。這種數(shù)碼管的每個線段都是一個發(fā)光二極管，因此也稱LED數(shù)碼管或LE

58、D七段顯示器。 BCD---七段顯示譯碼器（74LS48）因為計算機(jī)輸出的是BCD碼，要想在數(shù)碼管上顯示十進(jìn)制數(shù)，就必須先把BCD碼轉(zhuǎn)換成 7 段字型數(shù)碼管所要求的代碼。我們把能夠?qū)⒂嬎銠C(jī)輸出的BCD碼換成 7 段字型代碼，并使數(shù)碼管顯示出十進(jìn)制數(shù)的電路稱為“七段字型譯碼器”。 1）輸入：8421BCD碼，用A3 A2 A1 A0表示（4位）。 2）輸出：七段顯示，用Ya ~ Yg 表示（7位） 3）邏輯符號：(如圖

59、2—7所示)</p><p><b>　　圖2—7</b></p><p>　　七段顯示譯碼器在數(shù)字測量儀表和各種數(shù)字系統(tǒng)中，都需要將數(shù)字量直觀地顯示出來，一方面供人們直接讀取測量和運算的結(jié)果；另一方 面用于監(jiān)視數(shù)字系統(tǒng)的工作情況。因此，數(shù)字顯示電路是許多數(shù)字設(shè)備不可缺少的部分。數(shù)字顯示電路通常由譯碼器、驅(qū)動 器和顯示器等部分組成，如圖2—8 所示。下面對顯示器和譯碼

60、驅(qū)動器分別進(jìn)行介紹。</p><p>　　圖2—8 數(shù)字顯示電路組成框圖</p><p>　　數(shù)碼顯示器是用來顯示數(shù)字、文字或符號的器件，現(xiàn)在已有多種不同類型的產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于各種數(shù)字設(shè)備中，目前數(shù)碼顯示器件正朝著小型、低功耗、平面化方向發(fā)展。 數(shù)碼的顯示方式一般有三種：第一種是字形重疊式，它是將不同字符的電極重疊起來，要顯示某字符，只須使相應(yīng)的電極發(fā) 亮即可，如輝光放電管、邊

61、光顯示管等。第二種是分段式，數(shù)碼是由分布在同一平面上若干段發(fā)光的筆劃組成，如熒光數(shù)碼管等。第三種是點陣式，它由一些按一定規(guī)律排列的可發(fā)光的點陣所組成，利用光點的不同組合便可顯示不同的數(shù)碼，如場致發(fā)光記分牌。 數(shù)字顯示方式目前以分段式應(yīng)用最普遍，圖2—9表示七段式數(shù)字顯示器利用不同發(fā)光段組合方式，顯示0～15等阿拉伯?dāng)?shù)字。在實際應(yīng)用中，10～15并不采用，而是用2位數(shù)字顯示器進(jìn)行顯示</p><p>　　

62、圖2—9 七段數(shù)字顯示器發(fā)光段組合圖</p><p>　　按發(fā)光物質(zhì)不同，數(shù)碼顯示器可分為下列幾類： （1）半導(dǎo)體顯示器，亦稱發(fā)光二極管顯示器； （2）熒光數(shù)字顯示器，如熒光數(shù)碼管、場致發(fā)光數(shù)字板等；（3）液體數(shù)字顯示器，如液晶顯示器、電泳顯示器等；（4）氣體放電顯示器，如輝光數(shù)碼管、等離子體顯示板等。 如前所述，分段式數(shù)碼管是利用不同發(fā)光段組合的方式顯示不同數(shù)碼的。因此，為了使數(shù)碼管能將數(shù)碼所

63、代表的數(shù)顯示出來， 必須將數(shù)碼經(jīng)譯碼器譯出，然后經(jīng)驅(qū)動器點亮對應(yīng)的段。例如，對于8421碼的0011狀態(tài)，對應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)為3，則譯碼驅(qū)動器應(yīng)使 a、b、c、d、g各段點亮。即對應(yīng)于某一組數(shù)碼，譯碼器應(yīng)有確定的幾個輸出端有信號輸出，這是分段式數(shù)碼管電路的主要特點.</p><p>　　74LS48七段顯示譯碼器: 74LS48七段顯示譯碼器輸出高電平有效，用以驅(qū)動共陽極顯示器。該集成顯示譯碼器設(shè)有多個輔助控

64、制端，以增強(qiáng)器件的功能。 74LS48的功能表如表2.2所示，它有3個輔助控制端LT、RBI、BI/RBO,現(xiàn)簡要說明如下： 滅燈輸入BI/RBO BI/RBO是特殊控制端，有時作為輸入，有時作為輸出。當(dāng)BI/RBO作輸入使用且BI＝0時，無論其它輸入端是什么電平，所有各段輸入a～g均為0，所以字形熄滅。 試燈輸入LT 當(dāng)LT＝0時，BI/RBO是輸出端，且RBO＝1，此時無論其它輸入端是什么狀態(tài)，所有各段輸出a～

65、g均為1,顯示字形8。該輸入端常用于檢查74LS48本身及顯示器的好壞。 74LS48功能見表2.2 </p><p>　　表2.2 74LS48功能表</p><p>　　動態(tài)滅零輸入RBI當(dāng)LT＝1，RBI＝0且輸入代碼DCBA＝0000時，各段輸出a～g均為低電平，與BCD碼相應(yīng)的字形熄滅，故稱“滅零”。利用LT=1與RBI=0可以

66、實現(xiàn)某一位的“消隱”。此時BI/RBO是輸出端，且RBO=0。 動態(tài)滅零輸出RBOBI/RBO作為輸出使用時，受控于LT和RBI。當(dāng)LT＝1且RBI＝0，輸入代碼DCBA=0000時，RBO=0；若LT=0或者LT＝1且RBI＝1，則RBO=1。該端主要用于顯示多位數(shù)字時，多個譯碼器之間的連接。 從功能表還可看出，對輸入代碼0000，譯碼條件是：LT和RBI同時等于1，而對其它輸入代碼則僅要求LT＝1，這時候，譯碼器

67、各段a～g輸出的電平是由輸入BCD碼決定的，并且滿足顯示字形的要求。</p><p>　　BCD-七段顯示譯碼器/驅(qū)動器CT74LS47的作用是將BCD計數(shù)器的輸出譯成LED數(shù)碼管所需的七段輸入形式。</p><p>　　2.2.6 超量程判斷及顯示電路</p><p>　　所謂超量程是指Cx超過1µF或Cx被短路量程判斷及顯示電路如圖2—12所示<

68、;/p><p><b>　　圖2—10</b></p><p>　　2.2.7 清零單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器: 計數(shù)器74LS160所需的清零信號波形的脈沖寬度tw的要求是：</p><p>　　(1)tw應(yīng)比74LS160清零端的延遲時間大的多，以保證能夠有效清零。</p><p>　　(2)tw應(yīng)比時鐘周期Tcp小的多，以免引起不

69、該有的誤差。</p><p>　　(3)經(jīng)計算其所需脈沖寬度tw=30µS，由于對tw的要求不高，可選用單穩(wěn)態(tài)電路如下圖所示，輸出脈沖按下，試估算：tw=0.7RC，把tw=30µs帶入，得RC=42.8µs。因此，取C=1000pF，R=43 K?，R’為限流保護(hù)電阻，它的阻值可在10~100 K?范圍內(nèi)選擇。</p><p><b>　　圖2—1

70、1</b></p><p>　　第2.3節(jié) 元器件清單</p><p>　　HC160 三片 HC47 三片</p><p>　　CC40106 一片 CT74LS47 四片</p><p>　　CC4049 一片 LM324

71、 一片</p><p>　　CT74LS11 一片 74LS48 一片</p><p>　　5G7555 一片 共陽極七段顯示器 四片</p><p>　　74LS160 一片 二極管、電阻、電容、導(dǎo)線若干</p><p>　　第三章 總結(jié)與體會</p

72、><p>　　由于受客觀條件的影響，本次畢業(yè)設(shè)計只能單純以書面的形式進(jìn)行，這使得實踐性大大打了折扣。但這并不會影響畢業(yè)設(shè)計的順利完成，畢竟現(xiàn)階段還是以理論知識的學(xué)習(xí)為主，適量的實驗為輔。通過本次畢業(yè)設(shè)計我發(fā)現(xiàn)了自己理論知識的不足，通過查閱大量的圖書資料以及網(wǎng)絡(luò)上的資料，通過請教同學(xué)和老師，還是學(xué)到了許多全新的知識，無論是在對具體的元器件的認(rèn)識上還是對整體電路的把握上都有了不小的進(jìn)步！對本專業(yè)有了一個最初步的認(rèn)識。&l

73、t;/p><p>　　由于我們所學(xué)的專業(yè)是涉及到電學(xué)的，而且基本的電學(xué)知識已經(jīng)和即將成為人們必備的技能之一，學(xué)好電學(xué)的意義已勿用多言。本次畢業(yè)設(shè)計將會在很大程度上促進(jìn)畢業(yè)后在社會中的學(xué)習(xí)，學(xué)為所用、團(tuán)隊合作的意識也將會更加突出。本學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計是我們學(xué)以致用的開始和純理論向?qū)嵺`轉(zhuǎn)型的開端?？偠灾?，本次畢業(yè)設(shè)計給了我很大的啟發(fā)和幫助。在為期一個月的課程設(shè)計中，通過查閱大量的圖書資料，咨詢指導(dǎo)老師和周圍的同學(xué)，最終我得

74、到了比較滿意的設(shè)計結(jié)果。通過本次畢業(yè)設(shè)計，我受益匪淺。首先，我對個元器件的原理及性能有了更深入的理解和認(rèn)識，較好的掌握了電容數(shù)字測量儀的設(shè)計、組裝與調(diào)試方法，熟悉了相應(yīng)的中大規(guī)模集成電路的方法，進(jìn)一步掌握了其工作原理。其次，我對本專業(yè)的專業(yè)知識有了更清楚的認(rèn)識，更加明確了本專業(yè)的研究方向，對以后的學(xué)習(xí)研究將會有很大的幫助。最后，通過親自實踐，培養(yǎng)了我獨立思考的能力及思維的靈活性和縝密性，鍛煉了自己綜合運用的能力?？偠灾@次畢業(yè)設(shè)計無

75、論在理論還是實踐方面都給了我極大的經(jīng)驗和啟發(fā)。</p><p>　　在此次畢業(yè)設(shè)計中使我身有體會，理論和實際有著很大的區(qū)別主要表現(xiàn)在以下幾點：</p><p>　?。?）對于電容的測量要用電路來實現(xiàn)剛開始設(shè)計的時候想想應(yīng)該是很容易的一件事，但在從著手設(shè)計以后覺得自己專業(yè)知識不夠扎實、對于電路的功能、以及各電路之間的相互作用不是很清楚，使在設(shè)計過程中遇到了些困難。</p>&l

76、t;p>　　（2）由于平時很少自己親手參與像這樣實際性的設(shè)計，使得在整個設(shè)計過程中遇到了很多的麻煩，在論文的排版方面、篆寫論文的書面表達(dá)、目錄的編寫等等都感到很陌生，總是改好了前面后面就要改，改好了后面前面也要改，也就是沒有什么一體化的設(shè)計思路，最后也只得是勉強(qiáng)的搞好初稿。</p><p>　　（3）現(xiàn)在測量電容的方法一般是采用高技術(shù)的程序編寫來實現(xiàn)，在此次畢業(yè)設(shè)計查資料的時候也看到過關(guān)于此類方法來實現(xiàn)的設(shè)

77、計，深感自己知識的嚴(yán)重缺乏，在以后社會上的學(xué)習(xí)中一定要多參與像本次畢業(yè)設(shè)計一樣的設(shè)計實例，爭取把自己學(xué)習(xí)的理論知識和實際結(jié)合起來，并為自己所用。</p><p><b>　　技術(shù)展望</b></p><p>　　隨著集成電路技術(shù)和數(shù)字電路技術(shù)的飛速發(fā)展，電容測量技術(shù)也得到了很好的發(fā)展。由于傳統(tǒng)的檢測電路已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代測量的需要，研制更高精度和快響應(yīng)速度的檢測電路成為

78、必要。同時，隨著測控系統(tǒng)自動化、智能化的發(fā)展，要求數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)的準(zhǔn)確度更高，可靠性更強(qiáng)，并具有一定的自校驗、自補(bǔ)償功能。傳統(tǒng)測控方式已不能滿足這些要求。近幾年來，伴隨著單片機(jī)以及ARM嵌入式處理器的發(fā)展而產(chǎn)生功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以準(zhǔn)確及時地獲得并處理信息，提高了收集環(huán)境信息的有效性和速度。智能化、數(shù)字化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)已成為當(dāng)今科技界研究的熱門話題。</p><p>　　目前，國內(nèi)外在電容檢測方面的研究重點

79、是：</p><p>　　(1)電容檢測電路的抗干擾和抗雜散電容的研究。</p><p>　　(2)提高測量電路的測量精度，盡量滿足工業(yè)檢測和控制的需要。</p><p>　　(3)進(jìn)一步使測量系統(tǒng)朝著智能式，便攜式，模塊化發(fā)展。</p><p>　　電容測量會隨著測量技術(shù)的發(fā)展朝著精密化、高速化、自動化、集成化、智能化、經(jīng)濟(jì)化、非接觸化和多

80、功能化發(fā)展。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 童詩白. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M]. 第2版，北京：高等教育出版社, 1986. 24~27</p><p>　　[2]唐競新.數(shù)字電子電路[M].第1版.北京：清華大學(xué)出版社，2003 </p><p>　　[3]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)

81、[M].數(shù)字部分.第4版.北京：高等教育出版社,1998</p><p>　　[4]電子工程手冊編委會等.中外集成電路簡明速查手冊[M]---TTL,CMOS.北京：</p><p>　　電子工業(yè)出版社,1991</p><p>　　[5]楊長春.論數(shù)字技術(shù)[J].《電子報》合訂本.成都：四川科學(xué)技術(shù)出版社，2002.12</p><p>　

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84、3] 董明磊，趙春宇，陳大躍.數(shù)字式微電容測量系統(tǒng)及其應(yīng)用[J].電子測量與技術(shù)，2007,10：127~130.</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　在次次畢業(yè)設(shè)計中，通過自己親手參與畢業(yè)課題的設(shè)計和畢業(yè)論文的編寫，深深的感受到自己專業(yè)知識的不足。</p><p>　　在這里我首先要感謝的是我的指導(dǎo)老師xx老師，從寫

85、開體報告到畢業(yè)論文的完成xx老師都給于了我最優(yōu)秀的指導(dǎo)，在xx老師的幫助下使我漸漸的了解課題研究的基本原理，進(jìn)而開始查找關(guān)于本課題的資料。在查資料的過程中也學(xué)到了很多的知識，熟悉了我們經(jīng)常用到的電路（了解它們的功能，知道它們的原理），學(xué)會用這些電路的合理連接來實現(xiàn)不同的電路功能。</p><p>　　在畢業(yè)論文的編寫過程中也得到廣大同學(xué)的幫助，在各自查找自己課題資料的時候，同學(xué)們也幫助我留意了我課題的資料，使我有