数电课程高精度电容表.doc

目录 1.设计任务已要求…………………………………………. 1 1.1任务……………………………………………….. 1 1.2要求……………………………………………….. 1 2.方案设计及电路框图……………………………………. 1 3.单元电路设计……………………………………………. 2 3.1 启动与控制电路的设计…………………………. 2 3.2 被测电容充电电路的设计………………………. 3 3.3基准脉冲发生电路的设计……………………….. 3 3.4门控电路与控制闸门的设计…………………….. 4 3.5脉冲计数与数显电路的设计…………………….. 4 4.总体电路图……………………………………………….. 5 1.设计任务与要求 1.1任务 设计一个电容表，使它测量电容的范围为1~999uF，并用三位十进制数字显示，且响应时间不超过2秒。 1.2要求 共分为三档，每一挡的量程范围分别为1~999.9pF、1~999.9nF、1~999.9uF，从而提高电容表的测量精度。 2.方案设计及电路框图 发生电路、门控电路与控制闸门、脉冲计数与显示电路、启动与控制电路组成。该电路将被测电容的充电时间作为门控制信号,该部分由图中的ne555组成的单稳态触发器组成，充电的时间为t=1.1RC,将基准脉冲（100k晶振）发生电路所提供的脉宽作为测量尺度，在启动被测电容充电时间的同时，将控制闸门（74hc08与门）打开让计数与显示电路统计并显示输入计数器脉冲的个数，电容充电时间结束同时将控制闸门关闭。我们可以知道基准脉冲的周期为T=0.00001s，要使1pF（1nF或1uF）电容的充电时间为T，则R的取值为91M（91k或91）。这时计数器显示的脉冲个数即为电容的电容量。同时通过开关切换不同的电阻（91M,91K,91）来改变档位，分别为1~999.9PF、1~999.9nF、1~999.9uf三档。本设计的特点为时间的开始与停止的同步时间精确，测量结果的精度也得到很大的提高。 根据所设计的电路图，确定的理框图如下所示。该电路由启动与控制电路、被测电容充电电路、基准脉冲发生电路、门控电路与控制闸门、脉冲技术与数显电路构成。 数显电容表原理框图 3.单元电路的设计 3.1启动与控制电路的设计 启动与控制电路是由555构成的单稳态触发器组成，如图所示。触发器先由R1与C1组成的充电电路触发进入暂稳态输出端3输出一个正脉冲，从而对计数器清零并启动被测电容的充电电路。 3.2被测电容的充电电路的设计 被测电容的充电电路由555构成的单稳态触发器组成。如图所示。触发器受到启动与控制电路的触发，进入暂稳态。同时被测电容充电，其时间为t=1.1RC，即输出端3会形成一个脉宽为t的脉冲，从而通过与门启动计数器计数。途中的开关的作用为切换1~999.9pF、1~999.9nF、1~999.9uF三个档位，并由led显示当前的档位。 3.3基准脉冲发生电路的设计 基准脉冲发生电路有1M的有源晶振及74hc390十分频电路组成，如图所示。所选用的有源晶振内部已经包含整形电路，其波形为方波。频率1M经过十分频以后变成100K。 3.4门控电路与控制闸门电路的设计 门控电路与控制闸门电路有74hc08与门组成，如图所示。当电容充电电路输出高电平期间，基准脉冲将通过与门，并由计数器计数。电容充电完成，输出低电平，与门截止。 3.5脉冲计数与数显电路的设计 该部分电路由计数器和七段译码器组成，如图所示。设计中选用的cd4026已经集成了计数器和七段译码器在一起，大大减轻电路的复杂性。电路通过计算电容充电时间内通过的基准脉冲，从而达到测量电容容量的大小。最后并显示出来。 4.总体电路图