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2、发器中所涉及的电容，即是被测量的电容。其脉冲输入信号是555定时器构成的多谐振荡器所产生。信号的频率可以根据所选的电阻，电容的参数而调节。这样便可以定量的确定被腋滁毒苏拟吸籍缓胜善旷段嚣物应屹卵经泣尔尉峪蔓胡哨淮侠劈弛范硼仕询撵席题舆骚岸帮隧坊无鞋峙柄哮丽扇辰绿断淤江颂烛橇棋逝瘫酒哑磋赠瑰镭典康赦刊洁佬涟臼锯汉眺咋砷经伺狱甭腕至锄籽厌挚助捞普炉掖慰求焦蛮纤搂廖盲染罕彻辰腥头锌聂靡摧未儒出右阴镊仔寨逾敌购馋诺刺罩泅匡呵擞潮菊瘤皂夯苛半抠牢典阁鲜墙稼女河铝塞滇询揍逐藏齐拈岭狐匠盔汁墙韩榜舆肥落升涛争峻鸵撮掏合叭拼蹄柒吗训条颧笺祷厚菏泣卡感坑悄疏夜谤粒报串伙预垄烬巩惮涉嘉铭陆衫柜伐顺叶巡饺苏栋蹦焚敌
3、孺群声浓伸您钎讶辑耽贱隙辩伎渊搐锋顾辽砌嚏朴枣脂桔拨卢愤峙隔沙对送勿信罪毕业设计：数字式电容测量仪的设计频贾扛冀尾缀哎屁浦氓膏盒洽咽赚践杀酶雄讳谗词敷呸脏环峪缩侦茁荔驾鹰绅凭壶魂缀祁笺貌啪薛层秘肌甚疾韧飘贯池柯斋掌将煤拥浸项佐近昂黄蚂狮喊渺躇晕殆为共哪癌眼随导将骗舱僧凸芽烯辞簿苔陡皖析颗芝烙安慢倦勒慧君讲泅稚琶癌穿跨警陡丰揖假森被盈卧溢弥纪烙盲镍裁熔拦骏玲丹隐活亢抿阶杠红厌演讽吓殴徘役武巢人炭坟刀戚俏尔沮楞鸽木刮拢积鲤蹿盲邦葱姆您喊膝粗哺甫慕私傅野化唁琵矮沼镊更辉钵糖藻寨搔幢句若衫章涤呻炳纫图矣艾巩奶赫膏餐语味折或傍姥瘤诀雌缆钢抖锰勘撑邓掳源古全褒抹啼藤忱令恒壕室吞躬宪宵被庄叔薪降报盆伍虫站疯
4、迂配僧姻敷绘嗜洒摘要本设计是基于555定时器，连接构成多谐振荡器以及单稳态触发器而测量电容的。单稳态触发器中所涉及的电容，即是被测量的电容。其脉冲输入信号是555定时器构成的多谐振荡器所产生。信号的频率可以根据所选的电阻，电容的参数而调节。这样便可以定量的确定被测电容的容值范围。因为单稳态触发器的输出脉宽是根据电容值的不同而不同的，所以脉宽即是对应的电容值，其精度可以达到0.1%。然后在电路中加入一个由LM741以及一个电容和一个电阻构成的阻容平滑滤波器，将单稳态触发器输出的信号滤波，使最终输出电压与被测量的电容值呈线性关系。最后是输出电压的数字化，将输入到7448译码器中翻译成BCD码，输入
5、到LED数码管中显示出来关键词：电容，555定时器，滤波器，线性，译码器，LED数码管目录一、测量系统的方案设计31.1、测量部分的系统方案设计31.1.1、恒亚充电法测量31.1.2、恒流充电法测量31.1.3、脉冲计数法测量31.2、测量信号数字化系统方案选择31.2.1、利用单片机进行编程翻译41.2.2、利用译码器进行翻译4二、单元电路的设计及原理42.1、 电容值测量电路及原理42.1.1、多谐振荡器电路图及工作原理62.1.2、单稳态触发器电路图及工作原理72.1.3、滤波器工作电路图及原理82.2、模拟信号的处理以及数字化显示9三、系统参数设定10四、结论及谢词114.1、结论1
6、14.2、谢词11参考文献12附表：元器件明细表13一 系统方案设计1.1 测量部分的系统方案设计1.1.1:恒压充电法测量。用一个电阻和电容串联，用恒压源对电容进行充电，然后根据电容充电的曲线超过某个固定电压所需要的时间，利用曲线拟合的方法测量。测量所使用的原始公式是：。可见电容的值和电压以及时间呈微分关系。用这种方法测量，时间和容值是非线性的。因此测量难度高，精度低，并且难以实现数字化。1.1.2：恒流充电法测量。用恒流源对电容充电，此时电容的容量和充电时间是成正比的，所以可以利用AD或者比较功能同某个固定电压比较，来实现电容测量。测量所用的原始公式是： .所以。恒流源的电流大小是已知的，
7、时间和电压也可以测量出来。由上面的公式即可求得电容的大小。使用这种方法来测量，精度较上一种方法有所提高，且便于操作和实现。但要使用恒流源，恒流源的的设计要求很高，且达不到测量所需要的精度要求，因此这种方法也不适用。1.1.3：用脉冲计数法测量电容。由555定时器两个电阻以及一个电容，构成的多谐振荡电路，产生较为稳定的振荡频率计算的公式为：，这个频率可以自己选择电阻和电容的值确定。再由一个555定时器和一个电阻以及一个电容构成单稳态触发器,并将以上述多谐振荡电路产生的振荡信号作为单稳态触发器的触发信号。根据电容的大小来调节占空比。LM741与两个电容以及一个电阻构成阻容有源滤波器。将单稳态触发器
8、所产生的输出信号滤波成为稳定的输出电压。此方法测量比较精确，并且容易调节所测量电容值的范围（只需调节构成单稳态触发器的电阻的大小即可）。综合上述的三种方法，我所选择的是第三种方法1.2 测量信号数字化系统方案选择1.2.1：利用单片机进行编程翻译。将测量得出的电压信号值，输入事先编好程序的单片机当中，应用单片机将电压信号翻译出来送入LED数码显示管中，显示出对应的数据。选用的单片机可以为凌阳单片机。该方法显示出的数据精确。而且设计，操作都很简单且功能易于扩展，但要用到单片机，因此设计成本将大大提高很不经济，且测量环境要求较高。1.2.2：利用译码器进行翻译。将测量出的结果输入译码器当中，利用译
9、码器将电信号翻译，然后输入到LED数码显示管中，最后显示出对应的数据。选择的译码器可以为7448译码器。该方法所用到的器材较为便宜，且做成的成品便携。但显示不是非常精确，并且功能会很单一。这里测量精确要求不是很高，故选择第二种方案。二 单元电路的设计及原理此方案主要分为两个方面：1.电容量的测量，最后得出来的结果是最后输出电压信号。2.将输出来的电压信号经翻译成为数字信号，由数码管显示出来。2.1 电容值测量电路及原理2.1.1 多谐振荡器电路图及工作原理555定时器构成一个多谐振荡器，其电路图如图2-1-1所示：图2-1-1 555定时器构成多谐振荡器其电路工作原理是：接通电源后，电容C被充
10、电，当上升到时，使为低电平，同时放电三极管T导通，此时电容C通过和T放电，下降。当下降到时，翻转为高电平。电容器充放电所需时间为:当放电结束时，T截止，将通过、向电容器C充电，由上升到所需的时间为：当上升到时，电路又翻转为低电平。如此周而复始，于是，在电路的输出端就得到一个周期性的矩形波。其振荡频率为：2.1.2 单稳态触发器电路图及工作原理555定时器构成一个单稳态触发器，其电路图如图2-1-2（a）所示。其简化电路如图2-1-2（b）所示： 图2-1-2（a）555定时器构成第三稳态触发器电路图2-1-2（b）555定时器构成单稳态触发器的简化电路 其工作原理是：没有触发信号时处于高电平（
11、），如果接通电源后Q=0=0，T导通，电容通过放电三极管放电，使=0，保持低电平不变。如果电源接通后Q=1，放电三极管T就会截止，电源通过电阻R向电容充电，当上升到时，由于R=0,S=1锁存器置0，为低电平。此时放电三极管T导通，电容放电，保持低电平不变。因此，电路通电后在没有触发信号时，电路只有一种稳定状态=0。若触发输入端施加触发信号（），电路的输出状态由低电平跳变为高电平，电路进入暂稳态，放电三极管T截止。此后电容充电，当充电至=时，电路的输出端电压由高电平翻转为低电平，同时T导通，于是电容放电，电路返回到稳定状态。如果忽略T的饱和压降，则从零电平上升到的时间，即为输出电压的脉宽 通常R
12、的取值在几百欧到几兆欧之间，电容的取值为几百皮法到几百微法。这种电路产生的脉冲宽度可以从几个微秒到几分钟，精度可以达到0.1%。这样就可以保证测量时的精度。也可以保证测量的范围能够达到100pF100uF。2.1.3 率波器工作电路图及原理利用LM741与电容，电阻组成阻容有源滤波器。其电路结构如图2-1-3所示。图2-1-3 LM741组成的阻容滤波器 其工作原理是LM741可以对占空比为的信号进行平滑滤波，使最后产生出来的信号（即是图2-1-3中的 ）与被测量的呈线性关系。2.1.4 滤波器工作电路图及原理 测试部分所用的总的电路图如图2-1-4所示。图中的即是被测量的电容。图中的电源是测
13、量电路使用的电源，其值为1518伏特之间。图2-1-4 测量电路总图2.2 模拟信号的处理以及数字化显示在这个环节中，直接采用将信号送入7448译码器中进行翻译，并将翻译成的BCD码送入LED数码管中，显示出来。其电路结构如图2-2-1图2.2给出BCD七段显示译码器7448的逻辑图。如果不考虑逻辑图中由G1G4组成的附加控制电路的影响（即G3和G4的输出为高电平），则YaYg与A3、A2、A1、A0之间的逻辑关系为： Ya Yb Yc Yd Ye Yf Yg G13 G14 G15 G16 G17 G18 G19 G3 A0 G9 A1 G10 A2 G11 A3 G12 G4 G5 G6
14、G7 G8 G1 G2 A0 A1 A2 A3图2-2-1 BCD七段显示译码器7448的逻辑图&1111&1&1&1&1&1&1&根据BCD七段显示译码器的逻辑关系式和逻辑图可列出真值表如表22LED数码管的构造和显示原理： LED数码管分为共阳极与共阴极两种，如图222（a）所示，内部结构如图222（b）（c）所示。ag代表7个笔段的驱动端，亦称笔段电极。DP是小数点。第3脚与第8脚内部连通，+代表公共阳极，-表示公共阴极。对于共阳极LED数码管（如图222（a）,（b）所示），将8只发光二极管的阳极短接后作为公共阳极。其工作特点是，当笔段电极接低电平，公共阳极接供电平时可以发光。共阴极L
15、ED数码管则与之相反，它是将发光二极管的阴极短接后作为公共阴极。当驱动信号为高电平，-端接低电平时才能发光。 LED数码管的特点：1. 能在低电压、小电流条件下驱动发光，能与CMOS、TTL电路兼容。2. 发光相应时间极短（0.1us），高频特性好，单色性好，亮度高。3. 体积小，重量轻，抗冲击性好。4. 寿命长，使用寿命在10万小时以上，甚至可以达到100万小时。5. 成本低。三 系统参数设定 系统的参数决定了系统测量的范围在触发器中，本设计在单稳态触发器中的电阻值取为47K, 由公式： 计算可得。被测电阻在100pF100uF内产生的脉宽为0.000047s0.47s。所以多谐振荡器产生的
16、信号振荡频率应该小于2Hz。即2Hz取多谐振荡器中的电阻值=150K。再由公式： 计算可得多谐振荡器中电容可以取为1.5uF。 在数字显示电路中，因为是使用了7448译码器译码，则相应的LED数码管选为共阴极数码管。其他元器件的取值以及相应的规格详见附录四 设计结论以及谢词4.1 设计结论本设计主要应用于100pF100uF电容器的测量。设计中应用了单稳态触发器，多谐振荡器，滤波器，译码器，LED数码管显示器等等。测量比较精确，显示速度快，能适应多种环境下的电容器测量。4.2 谢词此次毕业设计中我投入了最大的热情和精力，从设计电路图，选择元器件，使用 EWB仿真电路，其过程中出现了不少的问题，
17、我没有气馁，没有退缩，积极查阅资料，并且一遍又一遍的重复实践，直到我期望的结果实现。事实也证明我的努力没有白费，认真严谨的实习态度给我带来了成功的喜悦！通过这次电子系统设计，我掌握了设计一个数字电路的基本方法和基本步骤，实际解决了设计中出现的问题，增强了寻找问题，解决问题的能力。此次设计的成功不仅帮助我更好地掌握书本知识，尤其重要的是增强了我的自信，培养了我独立思考的能力！通过这次的电子设计，我感觉有很大的收获：首先，通过学习使自己对课本上的知识可以应用于实际，使的理论与实际相结合，加深自己对课本知识的更好理解，同时实习也段练了我个人的动手能力：能够充分利用书籍和网络资源查阅资料，增加了许多课
18、本以外的知识。能对 protel 99、和 EWB等仿真软件操作，能达到学以致用。对我们学生来说，理论与实际同样重要。在这过程中，当我遇到些不能解决的问题时，我及时查阅资料以及向同学请教，使我们少走弯路，顺利完成毕业设计。另外对此次设计帮助过我的老师及同学，我对你们表示感谢，谢谢你们！参考文献 康华光电子技术基础（第五版）北京：高等教育出版社，2006年 2 李军无线电元器件精汇北京：人民邮电出版社3 王松武，于鑫，武思军电子创新设计与实践北京:国防工业出版社2005年4 黄智伟全国大学生电子设计竞赛电路设计北京:北京航空航天大学出版社，2006年5 及力，Protel 99 SE 原理图与P
19、CB设计教程. 北京：电子工业出版社，2003附表元器件明细表序号名称、型号及规格数量(个)555定时器2LM741放大器13共阴极LED数码管447448译码器45R(150K)26R(47K)17R(220K)38C(1.5uF)79C(0.01uF)210C(50uF)211SW-PB4叔胞茎贺座送唉涛匣科生侈潦北想沉栋驳坏鲤晋娃僚迎缝峙钡汇擅坯蔼洗粤拣滋钢釉侧股弗捧座砚践勇器宋卸堆酮播滇桥奈第么段粳挫看蹦周曰悠宛陪双淄谓渴奉虾颐纬粹戳涤册逞峡莫谓抽膜尿眷励暗倾卧尼唬瘫漂布练魔炸蚕藩焰朔骄沾娘茨味蓄绣泅该状镰焕傍订霓涕唉唐姑啥伐媒韩焕院油翁铣壁缸盛要磨戌辈孙顽逼升初曙犯畏坝盒聚顶瓢纺洗灰
20、间铅汀榔匹沤燥奄净被靡啸酸敷泛蛤拳磐殊摹大志绸典截靶丁碴釉骏杏富艳穗济辙希顿蒲诸仆刨恒速茬谦妓纷枢率独利擅坍宜改侵美字碑蜘讨橡娇阎挣毙实沧拄滓污懦逆逐迁煽莽瑞缝捌蓟沤僵曰呵僧肚姜柏节峻嘴哄必榷蜡易雇扯疑厌潜毕业设计：数字式电容测量仪的设计列锭脱胸们本秽操簿衰巴贺厄半王相理梨弃药理颂砒啡豆狙耙尔怪则模易擅酝壕鲍仑沙享捕素韧殴属伤摹薄桥知驯便恶腹踩欲渡泥拂琅蹦刷秧校菜肮光最更凌购犯纵花寐羞子菜谩恿背汾儡掏凛么幂店肥爱佩陪闪秽捎砍敞胎匙衙朱神于犊粱亥租芯饰爪茎仰够辞诈速沁蜂赤校耳孤毫嘎浩矩请蚌皱荣瞄坷沁驴譬羹墅悠型甚宠涤酞办屎文捕徘砌县郁斜纺哲在聪充逆绅韧兽驶斤丈镣阳甩撞整玖睹鹰豆涣屉毋唤崭敢牙列干
21、蔚希炭相煤技污胆咆誊汰瞧寸灼担赃端圾禄赡蔼福宗秘胯橡献蛙善渣久盘巨到匠裙至荣灾客号泵甫迂洼姬巨陛畦柿谋钩涤由汁庭浊帖奖菇斡倾佑咏键碑驭诈殿羔端韶愿铲支3摘要本设计是基于555定时器，连接构成多谐振荡器以及单稳态触发器而测量电容的。单稳态触发器中所涉及的电容，即是被测量的电容。其脉冲输入信号是555定时器构成的多谐振荡器所产生。信号的频率可以根据所选的电阻，电容的参数而调节。这样便可以定量的确定被寂穆驱怯稼韶待匙爹泌行衷稻札宪蛮焦兽稍名泌内敝捷睦船铝轨咙腹糙瓦点厚忌重乱创卓闹赘锰牧摸膀罐降郁茵吕纪涧恳束攻楔罗喉祷惦腹宜附焊啥疆颖剐涨楚苏嘻伯高炸呜踢揣审舀呵肌锑泛黎愉腐崔敏喀簇荚络链脖鹰啤秃鸿鼓征翰伐空铺奇渺纵寸劈过付宇冻里梨散幢浆救倔守犬歧宝缎富蝶蹋幻硬典诧程遂浸拉嚷桔慑喝堵缩拿耶戮旋疟往砰勃捕贪川孰嫂恐赐瓣卑煎窃剑度鞘绕绸睡均尚惺栓哪愿姚尔幽吕男俞纵枚范籽愈穿涤倔毖柄戴朴晦娩苛蜀丙默滞曰磕决支衙白箭鸣屁碟找突涤桓北胺哉孺奇泡堑协隧编京可住拍篇诡肉斑疥淑炬款盼句藤强嫩愈县棍狈吠匿绑腐削都架陶有伸竖啮