数字电容测量仪 课程设计.docVIP

※※※※※※※※※ ※※※※※※※※※ ※※ ※※ ※※ ※※※※※※※※※ 2012级电子科学与技术专业 数字电子技术课程设计 数字电子技术课程设计报告书 课题名称 数字电容测量仪的设计 姓 名 吴亚香 学 号 1212501-35 学院 通信与电子工程学院 专 业 电子科学与技术 指导教师 张学军 2014年 一、设计任务及要求： 设计任务： 设计一个数字电容测量仪。 要 求: (1) 被测电容的容量在0.01μF至100μF范围内。 (2) 设计测量量程。 (3) 用3 位数码管显示测量结果，测量误差小于5%。 (4) 采用Multisim11进行仿真，验证和完善设计方案。 指导教师签名： 2014年 月 日 二、指导教师评语： 指导教师签名： 2014年 月 日 三、成绩 验收盖章 2014年 月 日 数字电容测量仪的设计 1设计目的 （1）掌握multisim12仿真软件的应用技巧。 （2）掌握电容数字测量仪的设计组装与调试方法。 （3）熟悉相应的中大规模集成电路的使用方法，并掌握其工作原理。 2设计思路 本设计中用555振荡器产生一定周期的矩形脉冲作为计数器的CP脉冲也就是标准频率。同时把待测电容C转换成宽度为tw的矩形脉冲，转换的原理是单稳态触发器的输出脉宽tw与电容C成正比。把此脉冲作为闸门时间和标准频率脉冲相“与”，得到计数脉冲，该计数脉冲送计数—译码显示系统就可以得到电容量的数据。外部旋钮控制量程的选择。用计数器控制电路控制总量程。。 3设计过程 3.1设计框图 多谐振荡器 多谐振荡器 计数器 数码显示器 脉冲形成电路 微分电路 外接电容 自动调零 图1 数字电容测量仪原理图 3.2多谐振荡器电路的设计 振荡器是数字电容测量仪的核心，振荡器的稳定度以及其所产生的基准频率的稳定度决定了数字电容测量仪的准确度，通常选用石英晶振构成振荡电路。在要求不高的情况下可以选用555构成的多谐振荡器如果图2所示。 555组成多谐振荡器的工作原理如下： 接通电源Vcc后，Vcc经电阻R1和R2对电容C充电，其电压UC由0按指数规律上升。当UC≥2/3VCC时，电压比较器C1和C2的输出分别为UC1=0、UC2=1，基本RS触发器被置0，Q=0、Q’=1,输出U0跃到低点平UoL。与此同时，放电管V导通，电容C经电阻R2和放电管V放电，电路进入暂稳态。随着电容C放电，Uc下降到Uc≤1/3Vcc时，则电压比较器C1和C2的输出为Uc1=1、Uc2=0，基本RS 触 发器被置1，Q=1，Q’=0，输出U0 由低点平UoL跃到高电平UoH。同时，因Q’=0，放电管V截止，电源Vcc又经过电阻R1和R2对电容C充电。电路又返回前一个暂稳态。因此，电容C上的电压Uc将在2/3Vcc和1/3Vcc之间来回充电和放电，从而使电路产生了振荡，输出矩形脉冲，作为基准信号频率。555组成多谐振荡器输出波形如图3。 图2 555组成多谐振荡器 图3多谐振荡电路及输出波形 3.3 单稳态触发器电路的设计 单稳态触发器所产生波形用于控制计数，由555定时器组成的单稳触发器，它既为下级的多谐触发器提供输入脉冲，又为后面计数器开始计数提供信号脉冲。 单稳态触发器的工作特特性具有如下特点： 第一，它有稳态和暂稳态两个不同的工作状态； 第二， 在外界触发脉冲作用下，能从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持一段时间后，再自动回到稳态； 第三，暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，与触发脉冲的宽度和幅度无关。 在图4所示的单稳态触发器，在电容测试中用作测量控制的，接通开关S2，单稳态电路产生一个控制脉冲，输出脉冲的宽度等于暂稳台的持续时间，即Tw=1.1RCx?（3－5），它控制与门脉冲使得时钟脉冲通过开始计时，使得显示的数字为被测电容容值大小的R倍。 图4 单稳态触发器电路原理图 3.4 计数电路的设计 74LS160D是集成同步十进制计数器，该计数器具有同步预置、异步清零、计数和保持四种功能有进位信号输出端，可串接计数使用。 图5 计数电路原理图 3.5 总体电路图 图6 总体电路图 4系统调试与仿真结果 4.1系统调试 1uF-100uF档位电路图调试：我们将开关S1打到R=1kΩ调试 1uF-100uF档位，显示的数字为被测电