畢業(yè)論文-數(shù)字電容測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)【精校排版】

1、<p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p><b>　　數(shù)字電容測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)</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(cè)量?jī)x概述1</p><p>　　1.2 數(shù)字電容測(cè)量?jī)x的研究意義1</p><p>　　1.3 國(guó)內(nèi)外的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)2</p><p>

3、　　1.4 設(shè)計(jì)要求2</p><p>　　1.5 設(shè)計(jì)思路2</p><p>　　1.6 測(cè)量信號(hào)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(jì)4</p><p>　　2.1 測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)線路概述4</p><p>　　2.2 數(shù)字電容測(cè)量?jī)x的主電路圖4</p>

4、<p>　　2.3 測(cè)量?jī)x總結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)7</p><p>　　3.1.1 整流電路采用直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)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(diǎn)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(jì)數(shù)器及鎖存器電路12</p><p>　　3.5 顯示部分設(shè)計(jì)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(yáng)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(jì)總結(jié)19</p><p>　　4.1 設(shè)計(jì)結(jié)論19</p><p>　　4.2 設(shè)計(jì)心得體會(huì)19</p><p>　　4.3

7、結(jié)束語(yǔ)19</p><p><b>　　致謝21</b></p><p><b>　　數(shù)字電容測(cè)量?jī)x</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)是基于555定時(shí)器，連接構(gòu)成多諧振蕩器以及單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器而測(cè)量電容的。數(shù)字電容測(cè)量?jī)x是計(jì)算機(jī)、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(cè)量?jī)x器。現(xiàn)在常用的測(cè)量方法是電容表法和充放電法。</p><p>　　本設(shè)計(jì)使用兩個(gè)555定時(shí)器，其中一個(gè)555定時(shí)器搭建為多諧振蕩器，通過(guò)電容充放電產(chǎn)生固定周期的脈波，作為計(jì)數(shù)波；同時(shí)另一個(gè)555定時(shí)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(duì)計(jì)數(shù)波計(jì)數(shù)，并使用74273鎖存數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)在LED上顯示出來(lái)，采用直

9、流穩(wěn)壓為系統(tǒng)提供+5V和+12V的電壓。設(shè)計(jì)中使用開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換來(lái)達(dá)到兩個(gè)大量程測(cè)量電容，能夠測(cè)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(shí)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(cè)量?jī)x概述</p><p>　　隨著科技的不斷發(fā)展，人類的不斷進(jìn)步，自愛(ài)電子技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展可謂突飛猛進(jìn)，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(duì)電路的性能有著重要的作用

15、。因此，電容量的測(cè)量在日常使用中就不可避免。而目前電容量的測(cè)量?jī)x器——電容測(cè)量?jī)x的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，電容測(cè)量?jī)x在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展水平越來(lái)越高，而目前，電容測(cè)量?jī)x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(diǎn)，以及機(jī)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(cè)量?jī)x器——電容測(cè)量?jī)x將得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用；電容測(cè)量?jī)x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(yàn)中，電容是一個(gè)最常見(jiàn)的元器件，實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)電容的電容值的準(zhǔn)確度要求也是很高的。數(shù)字電容測(cè)量?jī)x是計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備、音頻視頻等科研生產(chǎn)領(lǐng)域不可缺少的測(cè)量?jī)x器。在實(shí)際操作中，對(duì)電容的測(cè)量存在許多麻煩，數(shù)值的表現(xiàn)也不夠直觀。電容測(cè)量技術(shù)是硬件設(shè)計(jì)和軟件開(kāi)發(fā)為一體的綜合技術(shù)，既要完成對(duì)硬件電路設(shè)計(jì)，各種型號(hào)集成電路的選用和調(diào)試，又要對(duì)其進(jìn)行算法程序的編</p>&l

17、t;p>　　電容測(cè)量對(duì)于研究RC有源電路、開(kāi)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(cè)量方面常采用四端雙臂電橋線路，然而，這些線路不能實(shí)現(xiàn)對(duì)集成MOS電容的測(cè)量，因?yàn)樗鼈儾豢赡軐⒓纳娙莸挠绊懛珠_(kāi)。為了能精確地測(cè)量集成MOS電容，可以采用內(nèi)部具有數(shù)字輸出的測(cè)量系統(tǒng)，但該系統(tǒng)只能測(cè)量浮地電容，體積也大，不適宜小型自動(dòng)化設(shè)備和智能儀器應(yīng)用。為此，必須采用以開(kāi)關(guān)電容為基礎(chǔ)的新型電容測(cè)量?jī)x。</p><

18、p>　　1.2 數(shù)字電容測(cè)量?jī)x的研究意義</p><p>　　目前電容的測(cè)量?jī)H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(cè)量?jī)x器又很不實(shí)用。目前國(guó)內(nèi)有用電橋法測(cè)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(shí)基振蕩器法，是把電容C 通過(guò)RC 充放電，使555時(shí)基定時(shí)器的輸出電壓發(fā)生翻轉(zhuǎn)，利用對(duì)翻轉(zhuǎn)時(shí)間的測(cè)量來(lái)計(jì)算電容值。</p>

19、<p>　　1.3 國(guó)內(nèi)外的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　電容測(cè)量技術(shù)是硬件設(shè)計(jì)和軟件開(kāi)發(fā)為一體的綜合技術(shù)，既要完成對(duì)硬件電路設(shè)計(jì)，各種型號(hào)集成電路的選用和調(diào)試，又要對(duì)其進(jìn)行算法程序的編寫(xiě)。前者要解決電路設(shè)計(jì)調(diào)試的技術(shù)問(wèn)題，后者要解決的軟硬件控制問(wèn)題。因此，未來(lái)電容測(cè)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(cè)量?jī)x器將朝著小型化、輕型化的

20、方向發(fā)展。</p><p>　　2.全面實(shí)現(xiàn)數(shù)字化和自動(dòng)化：參數(shù)自設(shè)定技術(shù)；過(guò)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)模化發(fā)展，社會(huì)分工將更加明顯。 </p><p><b>　　1.4 設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)任務(wù)基本要求設(shè)計(jì)制作一個(gè)數(shù)字電容測(cè)量?jī)x，能

21、夠測(cè)試的電容量在100nF至100uF范圍內(nèi)，并且至少設(shè)計(jì)兩個(gè)以上的測(cè)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(guò)開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)頻率計(jì)的功能。</p><p><b>　　1.5 設(shè)計(jì)思路</b></p><p>　　題目要求設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字電容測(cè)量?jī)x。設(shè)計(jì)中采用兩個(gè)555定時(shí)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(jì)數(shù)脈波和控制計(jì)數(shù)脈波，其中待測(cè)電容在單穩(wěn)態(tài)電路中，在單穩(wěn)電路中用單刀雙擲開(kāi)關(guān)連接不同阻值電阻來(lái)達(dá)到更大范圍的測(cè)量，當(dāng)單穩(wěn)態(tài)產(chǎn)生的波形為高電平時(shí)計(jì)多諧產(chǎn)生的脈波個(gè)數(shù)即為電容數(shù)值。計(jì)數(shù)部分74290構(gòu)建的三個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，采用7448驅(qū)動(dòng)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(cè)量信號(hào)數(shù)字化系統(tǒng)方案選擇</p><p>

23、;　　方案一 容抗法測(cè)量電容電路</p><p>　　其設(shè)計(jì)思想是首先利用一定頻率（例為400Hz）的正弦波信號(hào)將被測(cè)量電容量Cx變成容抗Xc，然后進(jìn)行C / VCA轉(zhuǎn)換，把Xc轉(zhuǎn)換成交流信號(hào)電壓，再經(jīng)過(guò)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(diǎn)：容抗法測(cè)電容的優(yōu)點(diǎn)是能自動(dòng)調(diào)零，縮短了測(cè)量時(shí)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(cè)量電容</p><p>　　其設(shè)計(jì)思想是利用對(duì)被測(cè)電容進(jìn)行沖放電，將脈波輸入計(jì)數(shù)器通過(guò)計(jì)數(shù)，最后送出正確的顯示信號(hào)給顯示電路。其原理流程方框圖1如下：由555構(gòu)成一個(gè)多諧振蕩器。在電源剛接通時(shí)，電容C上的電壓為0，多諧振蕩器輸出Vo為高電平，Vo通過(guò)R對(duì)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(jì)數(shù)脈波，將所計(jì)下的數(shù)送

25、給74290計(jì)數(shù)，然后通過(guò)74273鎖存送給顯示管顯示。</p><p>　　綜上所述，選擇第二種方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。</p><p>　　第二章 各部分電路設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)線路概述</p><p>　　由555定時(shí)器搭建多諧振蕩器，其產(chǎn)生的波形一方面用于計(jì)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(shí)器搭建單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器所產(chǎn)生波形用于控制計(jì)數(shù)，既為下一級(jí)的多諧觸發(fā)器提供輸入脈沖，又為后面計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)提供信號(hào)脈沖。為了使計(jì)數(shù)器在單穩(wěn)觸發(fā)器高電平時(shí)開(kāi)始計(jì)數(shù)，應(yīng)在單穩(wěn)波形后加一級(jí)反相器。計(jì)數(shù)器在單穩(wěn)觸發(fā)器高電平時(shí)開(kāi)始計(jì)多諧振蕩器的周期數(shù)，設(shè)計(jì)采用三片74290構(gòu)成三個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，在單穩(wěn)態(tài)輸出脈波的控制下計(jì)數(shù)來(lái)自多諧的脈波數(shù)，然后將數(shù)值送到74273進(jìn)行鎖存，一個(gè)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(gè)完整波形時(shí)

27、間內(nèi)計(jì)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(lái)，不會(huì)在單穩(wěn)下一個(gè)高電平時(shí)繼續(xù)循環(huán)計(jì)數(shù)，以便于讀取電容值。用7448驅(qū)動(dòng)七段顯示數(shù)碼管LED進(jìn)行顯示，顯示來(lái)自74273鎖存的數(shù)值，還增加了單位的設(shè)計(jì)，并且設(shè)計(jì)中用兩個(gè)電阻來(lái)調(diào)節(jié)待測(cè)電容的范圍。</p><p>　　2.2 數(shù)字電容測(cè)量?jī)x的主電路圖</p><p>　　數(shù)字電容測(cè)量?jī)x的主電路圖如圖2.1所示：</p>

28、;<p>　　圖2.1 測(cè)量電路總圖</p><p>　　2.3 測(cè)量?jī)x總結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　測(cè)量?jī)x總系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖2.2:</p><p>　　圖2.2 測(cè)量?jī)x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(jì)</p>

29、;<p>　　3.1.1 整流電路采用直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)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(guò)整流電路變成單向的直流電，但其幅值變化大。</p><p>　　3.脈動(dòng)大的直流電壓須經(jīng)過(guò)濾波電

30、路變成平滑的，脈動(dòng)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(guò)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(wú)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(dòng)放大器或者集成運(yùn)算放大器，可提高電路的穩(wěn)定性。</p>

32、;<p>　　過(guò)流保護(hù)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(guò)大或者輸出短路時(shí)，調(diào)整管會(huì)因電流過(guò)大或電壓過(guò)高使管耗過(guò)大而損壞，所以須對(duì)調(diào)整管采取保護(hù)措施。</p><p>　　3.1.3 直流穩(wěn)壓電源特點(diǎn)</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(jiǎn)單及性能優(yōu)良等許多特點(diǎn)，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(diǎn)的電位與T2e點(diǎn)的電位進(jìn)行比較（由于DZ1的存在，所以T2e點(diǎn)的電位是恒定的），比較的結(jié)果有T2的集電極輸出使T2c點(diǎn)電位產(chǎn)生變化從而控制T1的導(dǎo)通程度（此時(shí)的BG1在電路中起著一個(gè)可變電阻的作用），使輸出電壓穩(wěn)定，Rp是一個(gè)可變阻器，調(diào)整它就可改變A點(diǎn)的電位（即改變?nèi)又担┯捎赥2e點(diǎn)的變

34、化，T2c點(diǎn)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(méi)有

35、穩(wěn)態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。在工作時(shí)，電路的狀態(tài)在這兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之間自動(dòng)地交替變換，由此產(chǎn)生矩形波脈沖信號(hào)，常用作脈沖信號(hào)源及時(shí)序電路中的時(shí)鐘信號(hào)。多諧振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)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(shí)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(jì)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(gè)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(guò)R1、R2 給電容C充電。隨

37、著充電的進(jìn)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(gè)暫穩(wěn)態(tài)。當(dāng)電容C上的電壓UC略微超過(guò)2/3Ucc時(shí)(即U6和U2均大于等于2/3Ucc時(shí))， RS觸發(fā)器置 0，使輸出電壓Uo從原來(lái)的高電平翻轉(zhuǎn)到低電平，即Uo=0，V1導(dǎo)通飽和，此時(shí)電容C通過(guò)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(gè)暫穩(wěn)態(tài)。當(dāng)UC下降到略微低于1/3UCC時(shí)，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(guò)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(shí)芯片是一種中規(guī)模集成電路，只要在外部配上幾個(gè)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(shí)器定時(shí)精確，定時(shí)范圍大，溫度穩(wěn)定性好，應(yīng)用所需外圍電路簡(jiǎn)單，且價(jià)格低廉，因此被應(yīng)用于定時(shí)，延時(shí)等控制及波形產(chǎn)生，廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子的各個(gè)領(lǐng)域[2]。</p><p>　　輸入級(jí)采用運(yùn)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(diǎn)：</p><p>　　1.定時(shí)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(jiǎn)單，功能靈活。</p><p>　　4.驅(qū)動(dòng)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(shí)器引腳圖</p><p>　　它的各個(gè)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(shí)基電路不工作，此時(shí)不論、TH處于何電平，時(shí)基電路輸出為“0”，該端不用時(shí)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?jī)蓚€(gè)比較器的基準(zhǔn)電壓，當(dāng)該端不用時(shí)，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(shí)器時(shí)電容的放電</p><p>　　8腳：外接電源VCC，

43、雙極型時(shí)基電路VCC的范圍是4.5 ~ 16V，CMOS型時(shí)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(gè)比較器A1、A2基準(zhǔn)電壓分別為2/3Vcc,1/3Vcc的情況下，555時(shí)基電路的功能表如表3.1示：</p><p>　　表3.1 555定時(shí)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(gè)是穩(wěn)態(tài)，另一個(gè)是暫穩(wěn)態(tài)。當(dāng)沒(méi)有觸發(fā)脈沖輸入時(shí)，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器處于穩(wěn)態(tài)；當(dāng)有觸發(fā)脈沖時(shí)，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(shí)間后，能夠自動(dòng)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(shí)器組成的單穩(wěn)觸發(fā)器，產(chǎn)生的波形用于控制計(jì)數(shù)，它

45、既為下一級(jí)的多諧觸發(fā)器提供輸入脈沖，又為后面計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)提供信號(hào)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(jì)數(shù)器在單穩(wěn)觸發(fā)器高電平時(shí)開(kāi)始計(jì)數(shù)，應(yīng)在單穩(wěn)波形后加一級(jí)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(jì)算，式中取R1=R2，則上式可化為T=3R1C0ln2。計(jì)數(shù)器在單穩(wěn)觸發(fā)器高電平時(shí)（經(jīng)過(guò)反相器變換為低電平后）開(kāi)始計(jì)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>　　（3.5）</b></p><p>　　3.4 計(jì)數(shù)器及鎖存器電路</p>

48、<p>　　計(jì)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(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)是數(shù)字邏輯系統(tǒng)設(shè)計(jì)中非常重要的內(nèi)容[6]，和同步計(jì)數(shù)器相比，面臨2個(gè)突出的難點(diǎn)問(wèn)題：一個(gè)是各觸發(fā)器時(shí)鐘信號(hào)的選取，一個(gè)是從狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖化簡(jiǎn)整理各觸發(fā)器的狀態(tài)方程時(shí)卡諾圖的正確獲取[7]。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用三片74290構(gòu)成三個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，在單穩(wěn)態(tài)輸出脈波的控制下計(jì)數(shù)來(lái)自多諧的脈波數(shù)，然后將數(shù)值送到7

49、4273進(jìn)行鎖存，如圖3.7所示為數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)和鎖存部分的電路。由于電容很小時(shí)，充放電時(shí)間很短，而波形是不斷產(chǎn)生的，計(jì)數(shù)器就會(huì)一直在零和最大值之間循環(huán)，讀取數(shù)據(jù)時(shí)很不方便，因此就需要一個(gè)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(gè)完整波形時(shí)間內(nèi)計(jì)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(lái)，不會(huì)在單穩(wěn)下一個(gè)高電平時(shí)繼續(xù)循環(huán)計(jì)數(shù)，以便于讀取電容值。</p><p>　　圖3.7 計(jì)數(shù)器和鎖存器</

50、p><p>　　常用異步集成計(jì)數(shù)器74LS290</p><p>　　74LS290芯片的符號(hào)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(jì)數(shù)時(shí)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(shí)，不論其他輸入端狀態(tài)如何，計(jì)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(shí)，不論其他輸入端狀態(tài)如何，計(jì)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(jì)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(shí)，輸入計(jì)數(shù)脈沖CP，計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)脈沖由CP0輸入。</p><p>　　從Q0輸出時(shí)，則構(gòu)成二進(jìn)制計(jì)數(shù)器；計(jì)數(shù)脈沖由CP1輸入。</p><p>　　輸出為Q2Q1Q0時(shí)，則構(gòu)成五進(jìn)制計(jì)數(shù)器；若將Q0和CP1相連，計(jì)數(shù)脈沖由CP0輸入。</p><p>　　輸出為Q3Q2Q1Q0時(shí)，則構(gòu)成十進(jìn)制（8421碼）計(jì)數(shù)器；若將Q3和CP0相連，計(jì)數(shù)脈

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

54、鎖住，燃火在此后的任何時(shí)刻，在輸出控制信號(hào)的作用下將數(shù)據(jù)傳送出去[8]。</p><p><b>　　計(jì)數(shù)器的功能及應(yīng)用</b></p><p>　　1.功能：對(duì)時(shí)鐘脈沖CP計(jì)數(shù)</p><p>　　2.應(yīng)用：分頻、定時(shí)、產(chǎn)生節(jié)拍脈沖和脈沖序列、進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算等</p><p><b>　　計(jì)數(shù)器的特點(diǎn)：<

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

56、法計(jì)數(shù)器、可逆計(jì)數(shù)器</p><p>　　按時(shí)鐘控制分：同步計(jì)數(shù)器、異步計(jì)數(shù)器</p><p>　　按開(kāi)關(guān)元件分：TTL計(jì)數(shù)器、CMOS計(jì)數(shù)器</p><p>　　3.5 顯示部分設(shè)計(jì)方案</p><p>　　采用7448驅(qū)動(dòng)七段顯示數(shù)碼管LED進(jìn)行顯示，顯示來(lái)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(jì)，并且設(shè)計(jì)

57、中用兩個(gè)電阻來(lái)調(diào)節(jié)待測(cè)電容的范圍，電路如圖3.10：</p><p>　　圖3.9 7448驅(qū)動(dòng)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(kāi)關(guān)所接電阻為時(shí)，顯示為，表示單位為；當(dāng)所接電阻為M，時(shí)，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(diǎn)：</p><p>　　1.能在低電壓、小電流條件下驅(qū)動(dòng)發(fā)光，能與CMOS、TTL電路兼容。</p><p

59、>　　2.發(fā)光相應(yīng)時(shí)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(zhǎng)，使用壽命在10萬(wàn)小時(shí)以上，甚至可以達(dá)到100萬(wàn)小時(shí)。</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(duì)于人機(jī)交互式單片機(jī)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，不僅需要響應(yīng)用戶輸入，同時(shí)也需要將一些測(cè)控信息輸出顯示。這些顯示信息可以提供實(shí)時(shí)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(jìn)行分析處理。目前，在單片機(jī)中最常用的是LED數(shù)碼管顯示。由于它具有很高的性能價(jià)格比、顯示清晰、亮度高、使用方便、電路簡(jiǎn)單、壽命長(zhǎng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，長(zhǎng)期以來(lái)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L(zhǎng)ight Emitting Diode[10]。單獨(dú)的發(fā)光二極管便是一個(gè)最簡(jiǎn)單的LED，通過(guò)控制其的亮滅來(lái)作為信號(hào)指示，當(dāng)數(shù)碼管中的某個(gè)發(fā)光二極管導(dǎo)通的時(shí)候，相應(yīng)的一個(gè)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(lái)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(gè)的發(fā)光二極管使

62、用比較簡(jiǎn)單。</p><p>　　單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中使用最多的是7段LED，其可以顯示十進(jìn)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(yáng)極兩種。</p><p>　　3.5.2 7段共陽(yáng)極LED數(shù)碼管</p><p>　　7段共陽(yáng)極LED數(shù)碼管是由7個(gè)條形發(fā)光二極管和一個(gè)小數(shù)點(diǎn)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(gè)

63、發(fā)光二極管構(gòu)成字形“8”，可以用來(lái)顯示數(shù)字，另一個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成小數(shù)點(diǎn)。因此，這種數(shù)碼管有時(shí)也被稱為8段LED數(shù)碼管顯示器。</p><p>　　圖3.12 7段共陽(yáng)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(gè)條形發(fā)光二極管和一個(gè)小數(shù)點(diǎn)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(gè)發(fā)光二極管組成，其中7個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成字形“8”，另一個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成小數(shù)點(diǎn)。</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(yáng)極極為高電平的時(shí)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(yáng)極為低電平的時(shí)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(jì)總結(jié)</b></p><p><b>　　4.1 設(shè)計(jì)結(jié)論</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)主要應(yīng)用于100nF~100uF電容器的測(cè)量。設(shè)計(jì)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(cè)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(cè)量。</p><p>　　4.2 設(shè)計(jì)心得體會(huì)</p><p>　　通過(guò)這次的電子課程設(shè)計(jì)，我認(rèn)識(shí)到了自己許多方面的不足：首先是課外電子電路知識(shí)的匱乏，簡(jiǎn)直就是一問(wèn)三不知。其次是自己以前對(duì)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)太過(guò)膚淺，一點(diǎn)都不深刻。雖然考試是通過(guò)了，但是沒(méi)有理解太深，幾乎就沒(méi)有自己的一點(diǎn)思考。這就直接導(dǎo)致了不能對(duì)理論知識(shí)靈活運(yùn)用。最后這次的電子課程設(shè)計(jì)使我第一次接觸了設(shè)計(jì)這

67、類工作，讓我對(duì)設(shè)計(jì)也有了一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)，比如說(shuō)對(duì)設(shè)計(jì)書(shū)的書(shū)寫(xiě)，目錄的書(shū)寫(xiě)，設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)寫(xiě)所用的格式，書(shū)寫(xiě)的字體、字號(hào)都有了認(rèn)識(shí)。</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(jiǎn)單的設(shè)備，比如說(shuō)：電子計(jì)算機(jī)、飲水機(jī)、可調(diào)亮度的臺(tái)燈、電子手表等等。這些簡(jiǎn)單的設(shè)備，都有一個(gè)不簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)。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(shí)，強(qiáng)化理論知識(shí)，才能逐漸提高自己的

68、設(shè)計(jì)能力。</p><p><b>　　4.3 結(jié)束語(yǔ)</b></p><p>　　電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)是電子技術(shù)課程的實(shí)踐性環(huán)節(jié)，這次的設(shè)計(jì)不僅要綜合運(yùn)用數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)的基本理論知識(shí)，還需要獨(dú)立進(jìn)行電路設(shè)計(jì)的能力。</p><p>　　這次設(shè)計(jì)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(guò)的，因此遇到的困難不是很多。但如果涉及到未學(xué)過(guò)芯片，這

69、時(shí)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(gè)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(shí)還要注意有的芯片的使能端，可以作為擴(kuò)展端，這是我學(xué)習(xí)用芯片的一點(diǎn)體會(huì)。</p><p>　　課程設(shè)計(jì)的一個(gè)目的是創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。一個(gè)電路往往經(jīng)過(guò)一些小的修改就能有其他的功能，要善于理論聯(lián)系實(shí)際的展開(kāi)問(wèn)題，然后分析問(wèn)題，解決問(wèn)題。這次課程設(shè)計(jì)中經(jīng)過(guò)

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(jì)中的幾點(diǎn)收獲和體會(huì)，當(dāng)然還有很多具體實(shí)踐中的收獲與心得。</p><p>　　通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，深化了所學(xué)的電子技術(shù)理論知識(shí)，最主要的是綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)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(shí)增強(qiáng)了獨(dú)立分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。為我們今后從事電子產(chǎn)品的研制和開(kāi)發(fā)打下了基礎(chǔ)。<

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

72、領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].電測(cè)與儀表,1987（3）:23~28.</p><p>　　[4]韓華.555定時(shí)電路的原理及應(yīng)用[J].自動(dòng)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(jìn)制異步計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào),2007（5）:524~528.</p><p>　　[6]胡菊芳,熊春如.任

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

74、機(jī)工程控制中的典型應(yīng)用分析[J].廊坊師范學(xué)院學(xué)報(bào),2008.（6）:50~52.</p><p>　　[10]王春.LED數(shù)碼管的檢測(cè)[J].家電檢修技術(shù),2006（1）:53.</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　首先，我想對(duì)給我論文提供有益的指導(dǎo)意見(jiàn)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)?lái)

75、很大的幫助，沒(méi)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(shū)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(shí)，以至于我的論文能順利完成。然后，我要對(duì)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(duì)朋友們和同學(xué)們?yōu)槲姨峁氋F意見(jiàn)和幫助深表感謝。此外，我也感謝我的家人一直對(duì)我的支持和鼓勵(lì)，以及生活上的照顧和幫助！謝謝！</p>