畢業(yè)論文-數(shù)字電容測量儀設(shè)計【精校排版】

1、<p>　　本科畢業(yè)設(shè)計（論文）</p><p><b>　　（20 屆）</b></p><p><b>　　數(shù)字電容測量儀設(shè)計</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要III</b></p&

2、gt;<p>　　AbstractIV</p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.1 數(shù)字電容測量儀概述1</p><p>　　1.2 數(shù)字電容測量儀的研究意義1</p><p>　　1.3 國內(nèi)外的未來發(fā)展趨勢2</p><p>

3、　　1.4 設(shè)計要求2</p><p>　　1.5 設(shè)計思路2</p><p>　　1.6 測量信號數(shù)字化系統(tǒng)方案選擇2</p><p>　　第二章 各部分電路設(shè)計4</p><p>　　2.1 測量儀設(shè)計線路概述4</p><p>　　2.2 數(shù)字電容測量儀的主電路圖4</p>

4、<p>　　2.3 測量儀總結(jié)構(gòu)設(shè)計5</p><p>　　第三章 各部分電路工作原理7</p><p>　　3.1 直流穩(wěn)壓電源設(shè)計7</p><p>　　3.1.1 整流電路采用直流穩(wěn)壓電源設(shè)計思路7</p><p>　　3.1.2 直流穩(wěn)壓電源的原理框圖分析7</p><p>　　3

5、.1.3 直流穩(wěn)壓電源特點8</p><p>　　3.2 多諧振蕩器工作原理8</p><p>　　3.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作原理11</p><p>　　3.4 計數(shù)器及鎖存器電路12</p><p>　　3.5 顯示部分設(shè)計方案14</p><p>　　3.5.1 共陰極LED數(shù)碼管16<

6、;/p><p>　　3.5.2 7段共陽極LED數(shù)碼管17</p><p>　　3.5.3 7段共陰極LED數(shù)碼管17</p><p>　　第四章 設(shè)計總結(jié)19</p><p>　　4.1 設(shè)計結(jié)論19</p><p>　　4.2 設(shè)計心得體會19</p><p>　　4.3

7、結(jié)束語19</p><p><b>　　致謝21</b></p><p><b>　　數(shù)字電容測量儀</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本設(shè)計是基于555定時器，連接構(gòu)成多諧振蕩器以及單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器而測量電容的。數(shù)字電容測量儀是計算機、通訊

8、設(shè)備、音頻視頻等科研生產(chǎn)領(lǐng)域不可缺少的測量儀器。現(xiàn)在常用的測量方法是電容表法和充放電法。</p><p>　　本設(shè)計使用兩個555定時器，其中一個555定時器搭建為多諧振蕩器，通過電容充放電產(chǎn)生固定周期的脈波，作為計數(shù)波；同時另一個555定時器搭建成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路，多諧輸出作為單穩(wěn)輸入，輸出外加反相器作為控制脈波；在固定周期內(nèi)采用74290對計數(shù)波計數(shù)，并使用74273鎖存數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)在LED上顯示出來，采用直

9、流穩(wěn)壓為系統(tǒng)提供+5V和+12V的電壓。設(shè)計中使用開關(guān)轉(zhuǎn)換來達(dá)到兩個大量程測量電容，能夠測量1nF~1000uF的電容值；并且系統(tǒng)具有單位顯示功能。</p><p>　　關(guān)鍵詞：555定時器；多諧振蕩器；單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器；鎖存器</p><p>　　Digital Capacitance Meter</p><p><b>　　Abstract</b&g

10、t;</p><p>　　In this design,we use 555timer to consist resonancer and single steady trigger.Just use this system to measure the capacitance.Digital Capacitance Meter is the indispensable measuring instruments

11、 in computer,communication equipment,audio,video and other reaesrch and production areas.</p><p>　　This design uses two 555 timers, one of 555 structures for the multivibrator timer, produced by a fixed capa

12、citor charge and discharge cycle of the pulse, as the counting wave; while another 555 timer circuit built into a one-shot , monostable multivibrator output as input, output, plus the inverter as the control pulse; in a

13、fixed cycle count by 74,290 pairs of wave count, and use the 74273 latch data, the data displayed on the LED, using DC as System provides +5 V and +12 V voltage. Switching </p><p>　　Keywords：555 timer, multi

14、vibrator, monostable flip-flop, latch</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1 數(shù)字電容測量儀概述</p><p>　　隨著科技的不斷發(fā)展，人類的不斷進步，自愛電子技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展可謂突飛猛進，然而電容器在電子線路中得到廣泛的應(yīng)用，它的容量大小對電路的性能有著重要的作用

15、。因此，電容量的測量在日常使用中就不可避免。而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。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，以及機械或環(huán)境的限制條件。我們有理由相信，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

16、，更科學(xué)，更適用的方向不斷向前發(fā)展！在日常的電路工程或者是電路試驗中，電容是一個最常見的元器件，實際應(yīng)用中，對電容的電容值的準(zhǔn)確度要求也是很高的。數(shù)字電容測量儀是計算機、通訊設(shè)備、音頻視頻等科研生產(chǎn)領(lǐng)域不可缺少的測量儀器。在實際操作中，對電容的測量存在許多麻煩，數(shù)值的表現(xiàn)也不夠直觀。電容測量技術(shù)是硬件設(shè)計和軟件開發(fā)為一體的綜合技術(shù)，既要完成對硬件電路設(shè)計，各種型號集成電路的選用和調(diào)試，又要對其進行算法程序的編</p>&l

17、t;p>　　電容測量對于研究RC有源電路、開關(guān)電容電路和電容傳感器的特性是非常重要的。目前在分離電容測量方面常采用四端雙臂電橋線路，然而，這些線路不能實現(xiàn)對集成MOS電容的測量，因為它們不可能將寄生電容的影響分開。為了能精確地測量集成MOS電容，可以采用內(nèi)部具有數(shù)字輸出的測量系統(tǒng)，但該系統(tǒng)只能測量浮地電容，體積也大，不適宜小型自動化設(shè)備和智能儀器應(yīng)用。為此，必須采用以開關(guān)電容為基礎(chǔ)的新型電容測量儀。</p><

18、p>　　1.2 數(shù)字電容測量儀的研究意義</p><p>　　目前電容的測量僅僅用電容表已經(jīng)滿足不了，而且不準(zhǔn)確，且讓在校大學(xué)生或者普通大眾使用那種高精度測量儀器又很不實用。目前國內(nèi)有用電橋法測量電容，準(zhǔn)確度較高。常用的有通用電橋，西林電橋和感應(yīng)耦合比例電橋。另外用555時基振蕩器法，是把電容C 通過RC 充放電，使555時基定時器的輸出電壓發(fā)生翻轉(zhuǎn)，利用對翻轉(zhuǎn)時間的測量來計算電容值。</p>

19、<p>　　1.3 國內(nèi)外的未來發(fā)展趨勢</p><p>　　電容測量技術(shù)是硬件設(shè)計和軟件開發(fā)為一體的綜合技術(shù)，既要完成對硬件電路設(shè)計，各種型號集成電路的選用和調(diào)試，又要對其進行算法程序的編寫。前者要解決電路設(shè)計調(diào)試的技術(shù)問題，后者要解決的軟硬件控制問題。因此，未來電容測量技術(shù)也將在這兩方面得到發(fā)展，其主要表現(xiàn)為：</p><p>　　1.電容測量儀器將朝著小型化、輕型化的

20、方向發(fā)展。</p><p>　　2.全面實現(xiàn)數(shù)字化和自動化：參數(shù)自設(shè)定技術(shù)；過程自優(yōu)化技術(shù)；故障自診斷技術(shù)。</p><p>　　3.相關(guān)配套行業(yè)正朝著專業(yè)化、規(guī)?；l(fā)展，社會分工將更加明顯。 </p><p><b>　　1.4 設(shè)計要求</b></p><p>　　本次設(shè)計任務(wù)基本要求設(shè)計制作一個數(shù)字電容測量儀，能

21、夠測試的電容量在100nF至100uF范圍內(nèi)，并且至少設(shè)計兩個以上的測量量程，用三位數(shù)碼管顯示，自由發(fā)揮部分為電容量在10nF至1000μF范圍內(nèi)，量程分為5檔顯示，還要求有單位顯示，可以通過開關(guān)轉(zhuǎn)換實現(xiàn)頻率計的功能。</p><p><b>　　1.5 設(shè)計思路</b></p><p>　　題目要求設(shè)計一個數(shù)字電容測量儀。設(shè)計中采用兩個555定時器分別構(gòu)建單穩(wěn)態(tài)和

22、多諧觸發(fā)器用于產(chǎn)生計數(shù)脈波和控制計數(shù)脈波，其中待測電容在單穩(wěn)態(tài)電路中，在單穩(wěn)電路中用單刀雙擲開關(guān)連接不同阻值電阻來達(dá)到更大范圍的測量，當(dāng)單穩(wěn)態(tài)產(chǎn)生的波形為高電平時計多諧產(chǎn)生的脈波個數(shù)即為電容數(shù)值。計數(shù)部分74290構(gòu)建的三個十進制計數(shù)器，采用7448驅(qū)動BS201半導(dǎo)體數(shù)碼管顯示，增加的單位顯示部分是該方案更加完善。</p><p>　　1.6 測量信號數(shù)字化系統(tǒng)方案選擇</p><p>

23、;　　方案一 容抗法測量電容電路</p><p>　　其設(shè)計思想是首先利用一定頻率（例為400Hz）的正弦波信號將被測量電容量Cx變成容抗Xc，然后進行C / VCA轉(zhuǎn)換，把Xc轉(zhuǎn)換成交流信號電壓，再經(jīng)過AC / DC轉(zhuǎn)換期取出平均值電壓V0，送至31/2位或41/2位A/D轉(zhuǎn)換器。由于平均值電壓V0∝Cx，只要適當(dāng)調(diào)節(jié)電路參數(shù)，即可直讀電容量。優(yōu)缺點：容抗法測電容的優(yōu)點是能自動調(diào)零，縮短了測量時間。但精度不高，

24、分立元件太多</p><p>　　方案二 利用充放電法測量電容</p><p>　　其設(shè)計思想是利用對被測電容進行沖放電，將脈波輸入計數(shù)器通過計數(shù)，最后送出正確的顯示信號給顯示電路。其原理流程方框圖1如下：由555構(gòu)成一個多諧振蕩器。在電源剛接通時，電容C上的電壓為0，多諧振蕩器輸出Vo為高電平，Vo通過R對電容C充電。由555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器外加一反向器作為控制計數(shù)脈波，將所計下的數(shù)送

25、給74290計數(shù)，然后通過74273鎖存送給顯示管顯示。</p><p>　　綜上所述，選擇第二種方案進行設(shè)計。</p><p>　　第二章 各部分電路設(shè)計</p><p>　　2.1 測量儀設(shè)計線路概述</p><p>　　由555定時器搭建多諧振蕩器，其產(chǎn)生的波形一方面用于計數(shù)，另一方面作為單穩(wěn)態(tài)電路的輸入，振蕩器輸出便得到周期性的矩

26、形脈沖。由555定時器搭建單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器所產(chǎn)生波形用于控制計數(shù)，既為下一級的多諧觸發(fā)器提供輸入脈沖，又為后面計數(shù)器開始計數(shù)提供信號脈沖。為了使計數(shù)器在單穩(wěn)觸發(fā)器高電平時開始計數(shù)，應(yīng)在單穩(wěn)波形后加一級反相器。計數(shù)器在單穩(wěn)觸發(fā)器高電平時開始計多諧振蕩器的周期數(shù)，設(shè)計采用三片74290構(gòu)成三個十進制計數(shù)器，在單穩(wěn)態(tài)輸出脈波的控制下計數(shù)來自多諧的脈波數(shù)，然后將數(shù)值送到74273進行鎖存，一個數(shù)據(jù)鎖存器將電容的數(shù)值鎖存。當(dāng)單穩(wěn)觸發(fā)器第一個完整波形時

27、間內(nèi)計數(shù)完畢后，單穩(wěn)恢復(fù)低電平，鎖存器將顯示的電容數(shù)值鎖存起來，不會在單穩(wěn)下一個高電平時繼續(xù)循環(huán)計數(shù)，以便于讀取電容值。用7448驅(qū)動七段顯示數(shù)碼管LED進行顯示，顯示來自74273鎖存的數(shù)值，還增加了單位的設(shè)計，并且設(shè)計中用兩個電阻來調(diào)節(jié)待測電容的范圍。</p><p>　　2.2 數(shù)字電容測量儀的主電路圖</p><p>　　數(shù)字電容測量儀的主電路圖如圖2.1所示：</p>

28、;<p>　　圖2.1 測量電路總圖</p><p>　　2.3 測量儀總結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　測量儀總系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見圖2.2:</p><p>　　圖2.2 測量儀的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　第三章 各部分電路工作原理</p><p>　　3.1 直流穩(wěn)壓電源設(shè)計</p>

29、;<p>　　3.1.1 整流電路采用直流穩(wěn)壓電源設(shè)計思路</p><p>　　1.電網(wǎng)供電電壓為交流220V（有效值），50Hz，要獲得低壓直流輸出，首先須采用電源變壓器將電網(wǎng)電壓降低獲得所需要的交流電壓。</p><p>　　2.降壓后的交流電壓，通過整流電路變成單向的直流電，但其幅值變化大。</p><p>　　3.脈動大的直流電壓須經(jīng)過濾波電

30、路變成平滑的，脈動小的直流電，即將交流成分濾掉，保留其直流成分。</p><p>　　4.濾波后的直流電壓再通過穩(wěn)壓電路，便可得到基本上不受外界影響的穩(wěn)定的直流電壓輸出，供給負(fù)載。</p><p>　　3.1.2 直流穩(wěn)壓電源的原理框圖分析</p><p>　　圖3.1 直流穩(wěn)壓電源框圖</p><p>　　采用電源變壓器將電網(wǎng)220V，5

31、0Hz交流電降壓后送整流電路，變壓器的變化由電單文式整流電路，整流橋選用的二極管需要考慮允許承受的電壓和電流值。</p><p>　　濾波器常采用無源元件R，L，C構(gòu)成的不同類型濾波電路。由于本電路為小功率電源，故可用電容輸入式濾波電路。</p><p>　　穩(wěn)壓電路采用串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路。比較放大單元采用分立三極管組成的差動放大器或者集成運算放大器，可提高電路的穩(wěn)定性。</p>

32、;<p>　　過流保護器：串聯(lián)穩(wěn)壓電路中，調(diào)整管與負(fù)載串聯(lián)，當(dāng)輸出電流過大或者輸出短路時，調(diào)整管會因電流過大或電壓過高使管耗過大而損壞，所以須對調(diào)整管采取保護措施。</p><p>　　3.1.3 直流穩(wěn)壓電源特點</p><p>　　采用集成穩(wěn)壓器構(gòu)成直流穩(wěn)壓電源，具有使用方便，結(jié)構(gòu)簡單及性能優(yōu)良等許多特點，因而得到廣泛應(yīng)用。</p><p>　　

33、從圖3.2中我們可看出，此電路較第二種電路多加了一只三極管和幾只電阻，R2與D組成BG2的基準(zhǔn)電壓，R3，Rp，R4組成了輸出電壓取樣支路，T2b點的電位與T2e點的電位進行比較（由于DZ1的存在，所以T2e點的電位是恒定的），比較的結(jié)果有T2的集電極輸出使T2c點電位產(chǎn)生變化從而控制T1的導(dǎo)通程度（此時的BG1在電路中起著一個可變電阻的作用），使輸出電壓穩(wěn)定，Rp是一個可變阻器，調(diào)整它就可改變A點的電位（即改變?nèi)又担┯捎赥2e點的變

34、化，T2c點電位也將變化，從而使輸出電壓也將發(fā)生變化。這種電路其輸出電壓靈活可變，所以在各種電路中被廣泛應(yīng)用。</p><p>　　圖3.2 直流穩(wěn)壓電源電路圖</p><p>　　3.2 多諧振蕩器工作原理</p><p>　　多諧振蕩器是一種能產(chǎn)生矩形波的自激振蕩器，也稱矩形波發(fā)生器?！岸嘀C”指矩形波中除了基波成分外，還含有豐富的高次諧波成分。多諧振蕩器沒有

35、穩(wěn)態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)。在工作時，電路的狀態(tài)在這兩個暫穩(wěn)態(tài)之間自動地交替變換，由此產(chǎn)生矩形波脈沖信號，常用作脈沖信號源及時序電路中的時鐘信號。多諧振蕩器產(chǎn)生的信號一般是一些其他形狀的波，比如方波、三角波、鋸齒波等，這些波形在電子線路中也具有很大的用途，以555定時器為基礎(chǔ)，外加電容后構(gòu)成多諧振蕩器。</p><p>　　其產(chǎn)生的波形一方面用于計數(shù)，另一方面作為單穩(wěn)態(tài)電路的輸入。電路如圖3.3所示：</p>

36、;<p>　　圖3.3 多諧振蕩器電路</p><p><b>　　其工作原理如下：</b></p><p>　　圖3.4 多諧振蕩器波形</p><p>　　多諧振蕩器只有兩個暫穩(wěn)態(tài)。假設(shè)當(dāng)電源接通后，電路處于某一暫穩(wěn)態(tài)，電容C上電壓UC略低于1/3UCC，Uo輸出高電平，V1截止，電源UCC通過R1、R2 給電容C充電。隨

37、著充電的進行UC逐漸增高，但只要1/3Ucc<Uc<2/3Ucc，輸出電壓Uo就一直保持高電平不變，這就是第一個暫穩(wěn)態(tài)。當(dāng)電容C上的電壓UC略微超過2/3Ucc時(即U6和U2均大于等于2/3Ucc時)， RS觸發(fā)器置 0，使輸出電壓Uo從原來的高電平翻轉(zhuǎn)到低電平，即Uo=0，V1導(dǎo)通飽和，此時電容C通過R2和V1放電。隨著電容C放電，UC下降，但只要2/3Ucc>Uc>1/3Ucc，Uo就一直保持低電平不變，這

38、就是第二個暫穩(wěn)態(tài)。當(dāng)UC下降到略微低于1/3UCC時，RS觸發(fā)器置 1，電路輸出又變?yōu)閁o=1，V1截止，電容C再次充電，又重復(fù)上述過程，電路輸出便得到周期性的矩形脈沖。其工作波形如圖3.4所示。</p><p>　　555定時芯片是一種中規(guī)模集成電路，只要在外部配上幾個適當(dāng)?shù)淖枞菰?，就可以?gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器以及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生于整形電路[1]。</p><p>　　55

39、5定時器定時精確，定時范圍大，溫度穩(wěn)定性好，應(yīng)用所需外圍電路簡單，且價格低廉，因此被應(yīng)用于定時，延時等控制及波形產(chǎn)生，廣泛應(yīng)用于消費電子的各個領(lǐng)域[2]。</p><p>　　輸入級采用運放的差分結(jié)構(gòu)，變換部分則利用了邏輯電路，使它能兼有以下優(yōu)點：</p><p>　　1.定時精度高，溫度漂移小。</p><p>　　2.速度較高，可直接與數(shù)字電路相連。</p

40、><p>　　3.結(jié)構(gòu)簡單，功能靈活。</p><p>　　4.驅(qū)動電流較大，有一定的負(fù)載能力[3]。</p><p>　　其中NE555用做了產(chǎn)生單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖。其引腳圖如圖3.5所示：</p><p>　　圖3.5 555定時器引腳圖</p><p>　　它的各個引腳功能如下：</p><p>

41、;<b>　　1腳：接地</b></p><p><b>　　2腳：低觸發(fā)端</b></p><p><b>　　3腳：輸出端Vo</b></p><p>　　4腳：是直接清零端。當(dāng)端接低電平，則時基電路不工作，此時不論、TH處于何電平，時基電路輸出為“0”，該端不用時應(yīng)接高電平。</p>

42、<p>　　5腳：CO為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內(nèi)部兩個比較器的基準(zhǔn)電壓，當(dāng)該端不用時，應(yīng)將該端串入一只0.01μF電容接地，以防引入干擾</p><p><b>　　6腳：TH高觸發(fā)端</b></p><p>　　7腳：放電端。該端與放電管集電極相連，用做定時器時電容的放電</p><p>　　8腳：外接電源VCC，

43、雙極型時基電路VCC的范圍是4.5 ~ 16V，CMOS型時基電路VCC的范圍為3 ~ 18V，一般用5V</p><p>　　在1腳接地，5腳未外接電壓，兩個比較器A1、A2基準(zhǔn)電壓分別為2/3Vcc,1/3Vcc的情況下，555時基電路的功能表如表3.1示：</p><p>　　表3.1 555定時器的功能表</p><p>　　3.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作原理

44、</p><p>　　單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有兩種狀態(tài)：一個是穩(wěn)態(tài)，另一個是暫穩(wěn)態(tài)。當(dāng)沒有觸發(fā)脈沖輸入時，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器處于穩(wěn)態(tài)；當(dāng)有觸發(fā)脈沖時，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器將從穩(wěn)態(tài)變?yōu)闀悍€(wěn)態(tài)，暫穩(wěn)態(tài)在保持一定時間后，能夠自動返回到穩(wěn)定狀態(tài)[4]。</p><p>　　圖3.6 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路</p><p>　　電路如圖3.6所示，由555定時器組成的單穩(wěn)觸發(fā)器，產(chǎn)生的波形用于控制計數(shù)，它

45、既為下一級的多諧觸發(fā)器提供輸入脈沖，又為后面計數(shù)器開始計數(shù)提供信號脈沖。</p><p><b>　　單穩(wěn)觸發(fā)器占空比為</b></p><p><b>　　（3.1）</b></p><p>　　為了使計數(shù)器在單穩(wěn)觸發(fā)器高電平時開始計數(shù)，應(yīng)在單穩(wěn)波形后加一級反相器。</p><p>　　由555組

46、成的多諧振蕩器的振蕩周期為</p><p><b>　?。?.2）</b></p><p>　　為了便于計算，式中取R1=R2，則上式可化為T=3R1C0ln2。計數(shù)器在單穩(wěn)觸發(fā)器高電平時（經(jīng)過反相器變換為低電平后）開始計多諧振蕩器的周期數(shù)，滿足下述關(guān)系式</p><p><b>　?。?.3）</b></p>

47、<p><b>　　即</b></p><p><b>　?。?.4）</b></p><p>　　若要顯示器直接顯示出的值，則應(yīng)該滿足，所以</p><p><b>　?。?.5）</b></p><p>　　3.4 計數(shù)器及鎖存器電路</p>

48、<p>　　計數(shù)器是最基本的邏輯器件，在數(shù)字系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用[5]。同步計數(shù)器的設(shè)計是數(shù)字邏輯系統(tǒng)設(shè)計中非常重要的內(nèi)容[6]，和同步計數(shù)器相比，面臨2個突出的難點問題：一個是各觸發(fā)器時鐘信號的選取，一個是從狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖化簡整理各觸發(fā)器的狀態(tài)方程時卡諾圖的正確獲取[7]。</p><p>　　本設(shè)計采用三片74290構(gòu)成三個十進制計數(shù)器，在單穩(wěn)態(tài)輸出脈波的控制下計數(shù)來自多諧的脈波數(shù)，然后將數(shù)值送到7

49、4273進行鎖存，如圖3.7所示為數(shù)據(jù)計數(shù)和鎖存部分的電路。由于電容很小時，充放電時間很短，而波形是不斷產(chǎn)生的，計數(shù)器就會一直在零和最大值之間循環(huán)，讀取數(shù)據(jù)時很不方便，因此就需要一個數(shù)據(jù)鎖存器將電容的數(shù)值鎖存。當(dāng)單穩(wěn)觸發(fā)器第一個完整波形時間內(nèi)計數(shù)完畢后，單穩(wěn)恢復(fù)低電平，鎖存器將顯示的電容數(shù)值鎖存起來，不會在單穩(wěn)下一個高電平時繼續(xù)循環(huán)計數(shù)，以便于讀取電容值。</p><p>　　圖3.7 計數(shù)器和鎖存器</

50、p><p>　　常用異步集成計數(shù)器74LS290</p><p>　　74LS290芯片的符號圖和管腳排列如圖3.8所示。其中，S9A、S9B稱為置“9”端，R0A、R0B稱為置“0”端；CP0、CP1端為計數(shù)時鐘輸入端，Q3Q2Q1Q0為輸出端，NC表示空腳。</p><p>　　74LS290具有以下功能：</p><p>　　置“9”功能：

51、當(dāng)S9A=S9B=1時，不論其他輸入端狀態(tài)如何，計數(shù)器輸出Q3Q2Q1Q0=1001，而（1001）2=（9）10，故又稱為異步置數(shù)功能。</p><p>　　置“0”功能：當(dāng)S9A和S9B不全為1，并且R0A=R0B=1時，不論其他輸入端狀態(tài)如何，計數(shù)器輸出Q3Q2Q1Q0=0000，故又稱為異步清零功能或復(fù)位功能。</p><p>　　計數(shù)功能：當(dāng)S9A和S9B不全為1，并且R0A和R

52、0B不全為1時，輸入計數(shù)脈沖CP，計數(shù)器開始計數(shù)。計數(shù)脈沖由CP0輸入。</p><p>　　從Q0輸出時，則構(gòu)成二進制計數(shù)器；計數(shù)脈沖由CP1輸入。</p><p>　　輸出為Q2Q1Q0時，則構(gòu)成五進制計數(shù)器；若將Q0和CP1相連，計數(shù)脈沖由CP0輸入。</p><p>　　輸出為Q3Q2Q1Q0時，則構(gòu)成十進制（8421碼）計數(shù)器；若將Q3和CP0相連，計數(shù)脈

53、沖由CP1輸入。</p><p>　　輸出為Q3Q2Q1Q0時，則構(gòu)成十進制（5421碼）計數(shù)器。</p><p>　　因此，74LS290又稱為“2—5—10進制型集成計數(shù)器”。</p><p>　　圖3.8 74LS290外引腳和邏輯符號圖</p><p>　　74LS273芯片是一個鎖存器，具有暫存數(shù)據(jù)的能力，能在數(shù)據(jù)傳輸過程中將數(shù)據(jù)

54、鎖住，燃火在此后的任何時刻，在輸出控制信號的作用下將數(shù)據(jù)傳送出去[8]。</p><p><b>　　計數(shù)器的功能及應(yīng)用</b></p><p>　　1.功能：對時鐘脈沖CP計數(shù)</p><p>　　2.應(yīng)用：分頻、定時、產(chǎn)生節(jié)拍脈沖和脈沖序列、進行數(shù)字運算等</p><p><b>　　計數(shù)器的特點：<

55、/b></p><p>　　1.輸入信號：計數(shù)脈沖CP、Moore型</p><p>　　2.主要組成單元：時鐘觸發(fā)器</p><p><b>　　計數(shù)器的分類：</b></p><p>　　按數(shù)制分：二進制計數(shù)器、十進制計數(shù)器、N進制計數(shù)器</p><p>　　按計數(shù)方式分：加法計數(shù)器、減

56、法計數(shù)器、可逆計數(shù)器</p><p>　　按時鐘控制分：同步計數(shù)器、異步計數(shù)器</p><p>　　按開關(guān)元件分：TTL計數(shù)器、CMOS計數(shù)器</p><p>　　3.5 顯示部分設(shè)計方案</p><p>　　采用7448驅(qū)動七段顯示數(shù)碼管LED進行顯示，顯示來自74273鎖存的數(shù)值，如圖3.9所示；另外，該方案還增加了單位的設(shè)計，并且設(shè)計

57、中用兩個電阻來調(diào)節(jié)待測電容的范圍，電路如圖3.10：</p><p>　　圖3.9 7448驅(qū)動數(shù)碼管顯示數(shù)值電路</p><p>　　圖3.10 顯示單位電路</p><p>　　如圖3.10所示為單位顯示電路。該電路可區(qū)分兩種單位顯示，分別為和。當(dāng)單刀雙擲開關(guān)所接電阻為時，顯示為，表示單位為；當(dāng)所接電阻為M，時，顯示為，與加以區(qū)分，表示單位為。</p&

58、gt;<p>　　圖3.11給出BCD—七段顯示譯碼器7448的邏輯圖。如果不考慮邏輯圖中由G1~G4組成的附加控制電路的影響（即G3和G4的輸出為高電平），則Ya~Yg與A3、A2、A1、A0之間的邏輯關(guān)系為：</p><p>　　LED數(shù)碼管的特點：</p><p>　　1.能在低電壓、小電流條件下驅(qū)動發(fā)光，能與CMOS、TTL電路兼容。</p><p

59、>　　2.發(fā)光相應(yīng)時間極短（＜0.1us），高頻特性好，單色性好，亮度高。</p><p>　　3.體積小，重量輕，抗沖擊性好。</p><p>　　4.壽命長，使用壽命在10萬小時以上，甚至可以達(dá)到100萬小時。</p><p><b>　　5.成本低。</b></p><p>　　3.5.1 共陰極LED數(shù)碼

60、管</p><p>　　對于人機交互式單片機系統(tǒng)來說，不僅需要響應(yīng)用戶輸入，同時也需要將一些測控信息輸出顯示。這些顯示信息可以提供實時的數(shù)據(jù)或圖形結(jié)果，以便于掌握系統(tǒng)的狀態(tài)并進行分析處理。目前，在單片機中最常用的是LED數(shù)碼管顯示。由于它具有很高的性能價格比、顯示清晰、亮度高、使用方便、電路簡單、壽命長等諸多優(yōu)點，長期以來一直在各類電子產(chǎn)品和工程控制中得到非常廣泛的應(yīng)用[9]。</p><p&

61、gt;　　LED數(shù)碼管是由發(fā)光二極管構(gòu)成的，亦稱半導(dǎo)體數(shù)碼管，英文全稱為Light Emitting Diode[10]。單獨的發(fā)光二極管便是一個最簡單的LED，通過控制其的亮滅來作為信號指示，當(dāng)數(shù)碼管中的某個發(fā)光二極管導(dǎo)通的時候，相應(yīng)的一個字段便發(fā)光，不導(dǎo)通的則不發(fā)光。LED數(shù)碼管可以根據(jù)控制不同組合的二極管導(dǎo)通，來顯示各種數(shù)據(jù)和字符。</p><p>　　一般用于電源指示燈、工作狀態(tài)指示等。單個的發(fā)光二極管使

62、用比較簡單。</p><p>　　單片機應(yīng)用系統(tǒng)中使用最多的是7段LED，其可以顯示十進制數(shù)字以及一些英文字符。7段LED顯示模塊可以分為共陰極和共陽極兩種。</p><p>　　3.5.2 7段共陽極LED數(shù)碼管</p><p>　　7段共陽極LED數(shù)碼管是由7個條形發(fā)光二極管和一個小數(shù)點位構(gòu)成，其引腳配置，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如圖3.12所示。從圖中可以看出，其中7個

63、發(fā)光二極管構(gòu)成字形“8”，可以用來顯示數(shù)字，另一個發(fā)光二極管構(gòu)成小數(shù)點。因此，這種數(shù)碼管有時也被稱為8段LED數(shù)碼管顯示器。</p><p>　　圖3.12 7段共陽極LED數(shù)碼管</p><p>　　3.5.3 7段共陰極LED數(shù)碼管</p><p>　　7段共陰極LED數(shù)碼管是由7個條形發(fā)光二極管和一個小數(shù)點位構(gòu)成，其引腳配置，如圖3.13所示，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，

64、從圖中可以看出7段LED數(shù)碼管由8個發(fā)光二極管組成，其中7個發(fā)光二極管構(gòu)成字形“8”，另一個發(fā)光二極管構(gòu)成小數(shù)點。</p><p>　　共陰極7段LED數(shù)碼管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如圖3.13所示，其中所有發(fā)光二極管的陰極為公共端，接GND。如果發(fā)光二極管的陽極極為高電平的時候，發(fā)光二極管導(dǎo)通，該字段發(fā)光；反之，如果發(fā)光二極管的陽極為低電平的時候，發(fā)光二極管截止，該字段不發(fā)光。</p><p>　　

65、圖3.13 7段共陰極LED數(shù)碼管</p><p><b>　　第四章 設(shè)計總結(jié)</b></p><p><b>　　4.1 設(shè)計結(jié)論</b></p><p>　　本設(shè)計主要應(yīng)用于100nF~100uF電容器的測量。設(shè)計中應(yīng)用了單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，多諧振蕩器，譯碼器，LED數(shù)碼管顯示器等等。測量比較精確，顯示速度快，能適應(yīng)

66、多種環(huán)境下的電容器測量。</p><p>　　4.2 設(shè)計心得體會</p><p>　　通過這次的電子課程設(shè)計，我認(rèn)識到了自己許多方面的不足：首先是課外電子電路知識的匱乏，簡直就是一問三不知。其次是自己以前對理論知識的學(xué)習(xí)太過膚淺，一點都不深刻。雖然考試是通過了，但是沒有理解太深，幾乎就沒有自己的一點思考。這就直接導(dǎo)致了不能對理論知識靈活運用。最后這次的電子課程設(shè)計使我第一次接觸了設(shè)計這

67、類工作，讓我對設(shè)計也有了一個初步的認(rèn)識，比如說對設(shè)計書的書寫，目錄的書寫，設(shè)計報告書寫所用的格式，書寫的字體、字號都有了認(rèn)識。</p><p>　　在我們的日常生活中有很多與電子電路相關(guān)的，很普通很簡單的設(shè)備，比如說：電子計算機、飲水機、可調(diào)亮度的臺燈、電子手表等等。這些簡單的設(shè)備，都有一個不簡單的設(shè)計。在以后的生活中我們應(yīng)該留心這些設(shè)備，多學(xué)習(xí)，多思考才能讓自己更加理解理論知識，強化理論知識，才能逐漸提高自己的

68、設(shè)計能力。</p><p><b>　　4.3 結(jié)束語</b></p><p>　　電子技術(shù)課程設(shè)計是電子技術(shù)課程的實踐性環(huán)節(jié)，這次的設(shè)計不僅要綜合運用數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)的基本理論知識，還需要獨立進行電路設(shè)計的能力。</p><p>　　這次設(shè)計所用到的芯片基本上都是電子技術(shù)基礎(chǔ)課程中所學(xué)過的，因此遇到的困難不是很多。但如果涉及到未學(xué)過芯片，這

69、時就要考察我們收集資料的能力，現(xiàn)在大、中規(guī)模的芯片很多，我們不可能把每個芯片的管腳都記住，但是解讀芯片功能的方法是一樣的，要綜合分析它的功能表和輸入輸出的邏輯關(guān)系式，同時還要注意有的芯片的使能端，可以作為擴展端，這是我學(xué)習(xí)用芯片的一點體會。</p><p>　　課程設(shè)計的一個目的是創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。一個電路往往經(jīng)過一些小的修改就能有其他的功能，要善于理論聯(lián)系實際的展開問題，然后分析問題，解決問題。這次課程設(shè)計中經(jīng)過

70、老師的提示，做了某些修改，使電路性能指標(biāo)更加完善了。</p><p>　　以上是我這次課程設(shè)計中的幾點收獲和體會，當(dāng)然還有很多具體實踐中的收獲與心得。</p><p>　　通過這次課程設(shè)計，深化了所學(xué)的電子技術(shù)理論知識，最主要的是綜合運用所學(xué)知識能力的培養(yǎng)，并掌握了一般小型電子產(chǎn)品的研制方法和步驟，同時增強了獨立分析問題和解決問題的能力。為我們今后從事電子產(chǎn)品的研制和開發(fā)打下了基礎(chǔ)。<

71、;/p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]李春玲.555定時器應(yīng)用電路的特點[J].家用電器,2000（11）:36.</p><p>　　[2]程民利.基于555定時器的應(yīng)用電路設(shè)計與仿真[J].中國電子商務(wù),2010（1）:98~99.</p><p>　　[3]王秉時.555電路在儀器儀表

72、領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].電測與儀表,1987（3）:23~28.</p><p>　　[4]韓華.555定時電路的原理及應(yīng)用[J].自動化與儀器儀表,2010（5）:.51~54.</p><p>　　[5]趙敏笑,蘇紅富.基于低功耗雙邊沿D觸發(fā)器的任意進制異步計數(shù)器設(shè)計[J].浙江大學(xué)學(xué)報,2007（5）:524~528.</p><p>　　[6]胡菊芳,熊春如.任

73、意進制同步計數(shù)器的優(yōu)化設(shè)計[J].新余高專學(xué)報,2005（2）:12~14.</p><p>　　[7]周教生,雷桂林.異步計數(shù)器的設(shè)計難點淺析[J].甘肅科學(xué)學(xué)報,2006（2）:72~79.</p><p>　　[8]王潔瓊,張俊峰.基于單片機的交通信號燈設(shè)計[J].咸寧學(xué)院學(xué)報,2009（3）:56~57.</p><p>　　[9]王云,李國峰.數(shù)碼管在單片

74、機工程控制中的典型應(yīng)用分析[J].廊坊師范學(xué)院學(xué)報,2008.（6）:50~52.</p><p>　　[10]王春.LED數(shù)碼管的檢測[J].家電檢修技術(shù),2006（1）:53.</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　首先，我想對給我論文提供有益的指導(dǎo)意見和建議的吳導(dǎo)師表示衷心的感謝，本次論文的順利完成，導(dǎo)師都給我?guī)?/p>

75、很大的幫助，沒有他的積極督促和耐心指導(dǎo)，我的論文完成是不可能的。第二，我要感謝我的學(xué)校，貴州大學(xué)科技學(xué)院。學(xué)校的圖書館以及電子閱覽室為我的論文提供了大量信息和豐富知識，以至于我的論文能順利完成。然后，我要對我的老師深表感謝，他們給了我很多幫助，為我提供了一些關(guān)于論文的有用信息和論文數(shù)據(jù)。最后，我對朋友們和同學(xué)們?yōu)槲姨峁氋F意見和幫助深表感謝。此外，我也感謝我的家人一直對我的支持和鼓勵，以及生活上的照顧和幫助！謝謝！</p>