大电容数字显示测量电路的设计1

摘要：随着科技的发展，电子线路中也得到广泛的应用，而电容作为电子线路的重要器件也越来越来受到重视，它的容量大小对电路的性能有重要影响。本课题就是用数字显示的方式对电容进行测量。电容测量的基本原理是：把被测电容的大小通过电路转换成脉冲的宽度，主要由555定时器产生脉冲电路，将它送到74LS160计数器产生计数输出电路，

关键字：555多谐振荡器;计数器;译码器;锁存器;数字显示器；

一概述

该系统设计一个大电容数字显示测量电路，该电路的主要性能指标：1. 测量电容的不超过1999uF的电容;2. 数码管和二极管组成显示电路;3.显示数字N 与被测电容C的关系为：N=C/10;4. 正常工作条件下，接上被测电容后便可自动显示出数字，响应时间小于2s；5. 若被测电容超过1990µF，电路具有报警功能；

随着科学技术的飞速发展，大电容数字显示测量电路在电子领域的应用十分广泛，数字技术成为发展最快的技术之一。资料显示：以18个月为周期，数字电路器件的性能就要提高一倍。数字技术的普及推广，标志着信息化社会的到来。且具有以下优点：

（1）结构简单、性能稳定、分析方便、抗干扰能力强。（2）在数字运算的基础上，可以进行逻辑运算与比较，应用广泛；随着电路中数字位数的增加，运算精度相应提高，可进行较高精度的运算。

二方案论证

方案Ⅰ：如果三角波输入给以被测电容器作为微分电容的微分电路，在电路参数选择适当的条件下，微分电路的输出幅度与Cx成正比，再经峰值检测电路或精密整流及滤波电路，可以得到与Cx成正比的直流电压Ux ，然后再进行A/D 转换送给数字显示器，便可实现所要求的函数关系。如图1所示

图1方案一

方案错误!未找到引用源。：电容充放电电路等可以把被测电容器的大小转换成脉冲的宽窄，即脉冲的宽度Tx与Cx成正比，只要把此脉冲与频率固定的方波（标准脉冲发生器产生的脉冲）相与，便得到计数脉冲，将它送给计数器，锁存器，译码器和数字显示器。如果标准脉冲的频率等参数选择合适，便可实现题中要求的函数关系式。如图2所示

图2方案二

方案Ⅰ电路的结构比较简单，但是采用了A/D 转换器，价格比较昂贵，所以不采用方案。

方案Ⅱ电路不是很复杂，实用性强，价格低廉， 比较符合实际应用，故采用该方案。 三 电路设计。

（1） 标准方波电路的设计

T=21T T +=(212R R +)Cln2

（2）

多谐振荡器：利用深度正反馈，通过阻容耦合使两个电子器件交替导通与截止，从而自激产生方波输出的振荡器。常用作方波发生器。

多谐振荡器是一种能产生矩形波的自激振荡器，也称矩形波发生器。“多谐”指矩形波中除了基波成分外，还含有丰富的高次谐波成分。多谐振荡器没有稳态，只有两个暂稳态。在工作时，电路的状态在这两个暂稳态之间自动地交替变换，由此产生矩形波脉冲信号，常用作脉冲信号源及时序电路中的时钟信号。

标准脉冲发生器

&

计数器 锁存器 译码器

数字 显示器

计数 控制 电路

清零信号

锁存信号

宽度为X T 的脉冲

Cx

图3标准方波电路的设计电路图

（2）计数器电路的设计

图4计数器电路图

（3）锁存、译码与显示驱动电路的设计

锁存、译码与显示驱动电路的功能是：在计数器控制电路输出和计数器状态的作用下，提供控制信号，当译码驱动电路输出的控制信号为有效电平时，相应的数码管显示数字。因此，译码与显示驱动电路可用CD4511与数码管构成，译码器CD4511的输入端A、B、C、D分别接74373锁存器的输出端。锁存、译码与显示驱动电路如图5所示

图5锁存、译码与显示驱动电路图

（3）报警电路

根据要就，当测量电容的电容值超过规定范围时，电路应报警，故本电路用一个发光二极管来显示报警，图为报警电路图。

图6报警电路

四、性能测试

通过Multisim软件仿真实现，仿真电路如图6所示。（1）标准方波电路

图7方波电路图

（4）当Cx=150uF时，运行软件则三个数码管系显示为1、5如图7所示。

图8显示电路图

（3）当Cx=1500uF时，运行软件则三个数码管系显示为5、0如图8所示

图9显示电路图

五、结论、性价比

（1）结论，性价比

单稳态电路结构简单，易于设计和仿真实验，实验基本达到课程设计的基本要求，但是电路参数不是很好设定，若参数设计不精确容易出现误差。不过总体比较各种条件这种电路还是有很有实用性。由于电路不是很复杂，实用性强，价格低廉，比较符合实际应用。

六、课设体会及合理化建议

（1）体会

在本次课程设计中，我重新将以前学习过的模拟电路和数字电路以及一些常用操作软件重新的学习了一次，巩固我自己的知识和专业技能。同时在做设计时也发现了很多问题，在查阅书籍和请教老师同学的基础上加之自己的思考将它们解决掉，把自己的专业技能再一次加强。总体来说，通过这次课程设计我既温习了以前学习过的内容，又学习到了很多新的知识，为自己在以后将要面对时实习与就业奠定了基础，受益匪浅。

（2）建议

希望老师在指导我们做设计的时候能用一些标准的样板给我们简单的示范一下，这样我们在做的时候可以有一定的设计方向或者说有一定的比较，这样一来我们在处理仿真或者其他方面出现的误差的时候就有一定的度量，可以比较简

单的解决误差问题。

参考文献

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[2]．陈振官等编著.新颖高效声光报警器.[M]北京：国防工业出版社,2005年

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