三位數(shù)字電容表

摘要：21世紀(jì)數(shù)字電路的發(fā)展速度十分迅速，尤其是IC電路的發(fā)展更是如此。IC芯片功能的發(fā)展是越來(lái)越完善，電路越來(lái)越簡(jiǎn)單化。這也證明了我國(guó)在不斷的發(fā)展為數(shù)字化的國(guó)家，但技術(shù)卻比以前大有提高，芯片的成本理所當(dāng)然要比以前低。而我們用數(shù)字芯片構(gòu)成的電路要比分立元件構(gòu)成的電路大大地降低成本，且相對(duì)來(lái)說(shuō)更是要比分立元件構(gòu)成的電路好調(diào)試、容易實(shí)現(xiàn)多種功能。

本課題是《三位數(shù)字電容表》，主要考慮到它的可靠性高，實(shí)用性強(qiáng)等特點(diǎn)。同時(shí)電容測(cè)試儀也是教育事業(yè)的教學(xué)必備工具。電容測(cè)試儀測(cè)試容量準(zhǔn)確，極易使用，可對(duì)電解電容的質(zhì)量進(jìn)行篩選。從而我們?cè)谧鰧?duì)講機(jī)的組裝、收音機(jī)的組裝還有本次的課設(shè)計(jì)都會(huì)用到電容測(cè)試儀，而本課題正是因?yàn)闉榱颂岣呓虒W(xué)的質(zhì)量和為那些愛(ài)好電子制作的朋友們而設(shè)計(jì)的。在電子行業(yè)中這是經(jīng)常使用的測(cè)量?jī)x器，尤其是我們?cè)陔娮又谱髦懈侨绱恕１菊n題主要是應(yīng)用數(shù)字IC芯片搭接，它的主要功能是測(cè)量電解電容的容量，用數(shù)字電路搭接可達(dá)到生動(dòng)直觀的效果。

關(guān)鍵詞：測(cè)試儀；單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器；多諧振蕩器

作者簡(jiǎn)介：王德余，哈爾濱學(xué)院理學(xué)院06屆電子信息工程一班。

[中圖分類號(hào)]：TQ573+.6[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]：A

[文章編號(hào)]：1002-2139(2011)-20-0246-02

1、技術(shù)指標(biāo)

1.1、要求能有三位數(shù)字顯示，量程為50～999uF。

1.2、測(cè)量時(shí)間≤2S。

1.3、電解電容測(cè)量值的精度為±30％。

2、系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

2.1、系統(tǒng)電路的工作原理

系統(tǒng)電路的工作原理是簡(jiǎn)易電容測(cè)試儀的原理，它是由時(shí)鐘脈沖振蕩電路﹑控制電路﹑閘門電路、計(jì)數(shù)電路﹑鎖存電路、譯碼驅(qū)動(dòng)電路、數(shù)碼顯示電路七部分組成。而時(shí)鐘脈沖振蕩電路實(shí)質(zhì)就是多諧振蕩器，控制電路主要是由微分電路和單穩(wěn)太觸發(fā)器構(gòu)成。

當(dāng)接通5V直流電源時(shí)，時(shí)鐘脈沖振蕩電路產(chǎn)生2ms的矩形脈沖，在微動(dòng)開(kāi)關(guān)S沒(méi)有按下時(shí)，控制電路的輸出信號(hào)為低電平（即穩(wěn)定狀態(tài)），經(jīng)過(guò)U3非門變?yōu)楦唠娖剑瑢?duì)計(jì)數(shù)電路進(jìn)行清零工作，同時(shí)譯碼驅(qū)動(dòng)電路的鎖存功能無(wú)效，此時(shí)顯示電路顯示為0字型。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器只有一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)和一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，而暫穩(wěn)態(tài)的時(shí)間主要由R2和被測(cè)電容即T=R1·（時(shí)間常數(shù)）決定的，如果將其中的電阻R2固定不變，則輸出的暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間與被測(cè)電容成正比。當(dāng)瞬間按下微動(dòng)開(kāi)關(guān)S時(shí)，這時(shí)使微分電路瞬間產(chǎn)生一個(gè)正的尖峰脈沖，然后經(jīng)過(guò)U3非門變?yōu)樨?fù)的尖峰脈沖，為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的②腳提供一個(gè)負(fù)的觸發(fā)脈沖，這時(shí)單穩(wěn)態(tài)電路的③腳輸出高電平，而此時(shí)的信號(hào)就稱為控制信號(hào)，就將其U4的閘門打開(kāi)，使時(shí)鐘振蕩電路產(chǎn)生周期為2ms的矩形脈沖通過(guò)閘門電路，作為74ls90的脈沖信號(hào)，同時(shí)單穩(wěn)態(tài)電路的③腳輸出的高電平經(jīng)過(guò)U3非門變?yōu)榈碗娖剑藭r(shí)的74LS90芯片的清零端R均無(wú)效，而74LS75的鎖存端LE也均無(wú)效

2.2、控制電路

當(dāng)被測(cè)電容接到電路中之后，只要按一下微動(dòng)開(kāi)關(guān)S，電源電壓VDD經(jīng)微分電路C1﹑R2和反相器送給555定時(shí)器的觸發(fā)端②一個(gè)負(fù)脈沖信號(hào)，使單穩(wěn)態(tài)電路由穩(wěn)態(tài)變?yōu)闀悍€(wěn)態(tài)，其輸出端③由低電平變?yōu)楦唠娖健Ｔ摳唠娖娇刂崎l門電路使時(shí)鐘脈沖信號(hào)通過(guò)，送入計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。暫穩(wěn)態(tài)的時(shí)間，然后單穩(wěn)態(tài)電路又回到暫穩(wěn)態(tài)，其輸出端③變?yōu)榈碗娖剑瑥亩怄i閘門、停止計(jì)數(shù)。可見(jiàn)，控制脈沖寬度與成正比，如果R1固定不變，則計(jì)數(shù)時(shí)鐘脈沖的個(gè)數(shù)將與的容量值成正比。因此，可以達(dá)到測(cè)電容量的要求。單穩(wěn)態(tài)控制電路的工作波形

2.3、單穩(wěn)態(tài)控制電路工作原理

2.3.1、沒(méi)有出發(fā)信號(hào)時(shí)電路工作在穩(wěn)態(tài)：

無(wú)觸發(fā)信號(hào)即為高點(diǎn)平時(shí)，電路工作在穩(wěn)定狀態(tài)——=0，=1，為低電平，飽和導(dǎo)通。若接通電源后，，555定時(shí)器基本RS觸發(fā)器是處于0狀態(tài)，即=0，=1、、飽和導(dǎo)通，則這種狀態(tài)將保持不變。

若接通電源后，，555定時(shí)器基本RS觸發(fā)器是處于1狀態(tài)，即=1，=0、、截止，則這種狀態(tài)是不穩(wěn)定的，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間之后，電路會(huì)自動(dòng)地返回到穩(wěn)定狀態(tài)。因?yàn)榻刂梗娫碫DD會(huì)通過(guò)R1對(duì)進(jìn)行充電，將漸漸升高，到上升到2VDD/3時(shí)，比較器A1輸出0，將基本RS出發(fā)器復(fù)位到0狀態(tài)，=0、=1、、飽和導(dǎo)通，電容通過(guò)迅速放電，使，即電路返回到穩(wěn)定。

2.3.2、暫穩(wěn)態(tài)的維持時(shí)間

在暫穩(wěn)態(tài)期間，電路中有一個(gè)定時(shí)電容充電的漸變過(guò)程，充電回路地，時(shí)間常數(shù)為。電容上電壓上升到2VDD/3以前，顯然電路將保持暫穩(wěn)態(tài)不變。

控制電路元器件參數(shù)計(jì)算

題目要求的變化范圍是50～999uF，又由，而且要求測(cè)量的時(shí)間小于2S(即)，也就是最大時(shí)（999）不超過(guò)2S。2.3.3、計(jì)數(shù)電路

1、計(jì)數(shù)的特點(diǎn)：在數(shù)字電路中，把記憶輸入CP脈沖個(gè)數(shù)的操作叫做計(jì)數(shù)，能實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)操作的電子電路稱為計(jì)數(shù)器。它的主要特點(diǎn)是：

（1）一般地說(shuō)，這種計(jì)數(shù)器除了輸入計(jì)數(shù)脈沖CP信號(hào)之外，很少有另外的輸入信號(hào)，其輸出通常也都是現(xiàn)態(tài)的函數(shù)，是一種Moore型的時(shí)序電路，而輸入計(jì)數(shù)脈沖CP是當(dāng)做觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)對(duì)待的。

（2）從電路組成看，其主要組成單元是時(shí)鐘觸發(fā)器。

2.3.3、計(jì)數(shù)電路的工作原理：計(jì)數(shù)電路主要是統(tǒng)計(jì)由時(shí)鐘脈沖振蕩電路產(chǎn)生周期為2ms的矩形脈沖個(gè)數(shù)。反映被測(cè)電容的容值大小，如果計(jì)數(shù)電路統(tǒng)計(jì)的脈沖個(gè)數(shù)越多，則被測(cè)電容的容量就越大，反之，計(jì)數(shù)電路統(tǒng)計(jì)的脈沖個(gè)數(shù)越少，則被測(cè)電容的容量就越小。由于此電路主要由74LS90芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

74LS90是一種典型的集成異步計(jì)數(shù)器，可實(shí)現(xiàn)二—五—十進(jìn)制計(jì)數(shù)。

功能：

（1）異步清零。當(dāng)S9A*S9B=0時(shí)，如果R0A*ROB=1，則計(jì)數(shù)器清零，與輸入CP脈沖無(wú)關(guān)，因此74LS90具有異步清零。

（2）異步置9.S9A*S9B=1時(shí)，計(jì)數(shù)器置9，與CP無(wú)關(guān)，也是異步進(jìn)行的，并且它的優(yōu)先級(jí)別高于清零端。

（3）異步計(jì)數(shù)。當(dāng)S9A*S9B=0時(shí)，計(jì)數(shù)器進(jìn)行異步計(jì)數(shù)，有4鐘基本情況。

2.3.4、顯示譯碼器

74LS48用于驅(qū)動(dòng)共陰極的LED 顯示器。

1、LT是式燈輸入端，當(dāng)LT=0，IB\\YBR=1時(shí)，不論其他輸入是什么狀態(tài)，a~g七段全亮；

2、IB是燈輸入端，當(dāng)IB=0，不論其他輸入狀態(tài)如何，a~g均為零，數(shù)碼管熄滅；

3、IBR是動(dòng)態(tài)滅零輸入端，當(dāng)LT=1，IBR=0時(shí)如果A3A2A1A0=0000時(shí)，a~g均為各段熄滅；

4、YBR是動(dòng)態(tài)滅零輸出端，他與滅燈輸入IB共用一個(gè)引出端。當(dāng)IB=0或IBR=0且LT=1，A3A2A1A0=0000時(shí)，輸出才為0。

3、整機(jī)電路的安裝與調(diào)試

3.1、整機(jī)電路的安裝

組裝電路的步驟：

1、分析電路圖。把電路圖分析透徹，為下一步工作做準(zhǔn)備。

2、合理布局。電路圖分析過(guò)后，把電路分成模塊式進(jìn)行布局。

3、電路連線。電路按事先安排好的布局開(kāi)始連線，連線一定要有耐心，保證電路連接正確，以便連完后查找。

4、調(diào)試電路。電路連接完后，按指標(biāo)要求調(diào)試電路。

3.2、整機(jī)電路的調(diào)試

電路調(diào)試要求掌握常用儀器設(shè)備的使用方法和一般的實(shí)驗(yàn)測(cè)試技能，調(diào)試中，要求理論和實(shí)際相結(jié)合，既要掌握書本知識(shí)，又要有科學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法，才能順利地進(jìn)行調(diào)試工作。按整機(jī)電路圖在面包板上搭接電路，檢查無(wú)誤后即可通電調(diào)試，計(jì)數(shù)、譯碼、顯示電路只要連接正確，都能正常工作，不用調(diào)試，主要調(diào)試時(shí)鐘脈沖發(fā)電路和控制電路。首先調(diào)試時(shí)鐘脈沖發(fā)生電路，使之振蕩頻率符合要求，用頻率計(jì)檢測(cè)電路的輸出，最好用示波器監(jiān)測(cè)波形，調(diào)整R4電位器，使輸出頻率約為500HZ，占空比約為0.6。

調(diào)試控制電路，將一個(gè)100的標(biāo)準(zhǔn)電容接到測(cè)試端(即IC1的⑥腳和①腳之間)，按一下微動(dòng)開(kāi)關(guān)S，使單穩(wěn)態(tài)電路產(chǎn)生一個(gè)控制脈沖，其脈沖寬度TW=1.1R1，它控制閘門使時(shí)鐘脈沖通過(guò)并開(kāi)始計(jì)數(shù)。如果顯示器顯示的數(shù)字不是100，則說(shuō)明時(shí)鐘脈沖的頻率仍不符合要求，可調(diào)節(jié)R4在做上述實(shí)驗(yàn)，經(jīng)多次調(diào)整直到符合要求為止。

參考文獻(xiàn)：

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[2]《典型電子電路160例》吳云編著，化學(xué)工業(yè)出版社。

[3]《數(shù)碼顯示譯碼器的研究》洪國(guó)瑞，技術(shù)物理教學(xué)雜志編輯部。