三位数字电容表

摘要：21世纪数字电路的发展速度十分迅速，尤其是ic电路的发展更是如此。

ic芯片功能的发展是越来越完善，电路越来越简单化。

这也证明了我国在不断的发展为数字化的国家，但技术却比以前大有提高，芯片的成本理所当然要比以前低。

而我们用数字芯片构成的电路要比分立元件构成的电路大大地降低成本，且相对来说更是要比分立元件构成的电路好调试、容易实现多种功能。

本课题是《三位数字电容表》，主要考虑到它的可靠性高，实用性强等特点。

同时电容测试仪也是教育事业的教学必备工具。

电容测试仪测试容量准确，极易使用，可对电解电容的质量进行筛选。

从而我们在做对讲机的组装、收音机的组装还有本次的课设计都会用到电容测试仪，而本课题正是因为为了提高教学的质量和为那些爱好电子制作的朋友们而设计的。

在电子行业中这是经常使用的测量仪器，尤其是我们在电子制作中更是如此。

本课题主要是应用数字ic芯片搭接，它的主要功能是测量电解电容的容量，用数字电路搭接可达到生动直观的效果。

关键词：测试仪；单稳态触发器；多谐振荡器
作者简介：王德余，哈尔滨学院理学院06届电子信息工程一班。

[中图分类号]：tq573+.6[文献标识码]：a
[文章编号]：1002-2139(2011)-20-0246-02
1、技术指标
1.1、要求能有三位数字显示，量程为50～999uf。

1.2、测量时间≤2s。

1.3、电解电容测量值的精度为±30％。

2、系统电路设计
2.1、系统电路的工作原理
系统电路的工作原理是简易电容测试仪的原理，它是由时钟脉冲振荡电路?控制电路?闸门电路、计数电路?锁存电路、译码驱动电路、数码显示电路七部分组成。

而时钟脉冲振荡电路实质就是多谐振荡器，控制电路主要是由微分电路和单稳太触发器构成。

当接通5v直流电源时，时钟脉冲振荡电路产生2ms的矩形脉冲，在微动开关s没有按下时，控制电路的输出信号为低电平（即稳定状态），经过u3非门变为高电平，对计数电路进行清零工作，同时译码驱动电路的锁存功能无效，此时显示电路显示为0字型。

单稳态触发器只有一个稳定状态和一个暂稳态，而暂稳态的时间主要由r2和被测电容即t=r1?（时间常数）决定的，如果将其中的电阻r2固定不变，则输出的暂稳态时间与被测电容成正比。

当瞬间按下微动开关s时，这时使微分电路瞬间产生一个正的尖峰脉冲，然后经过u3非门变为负的尖峰脉冲，为单稳态触发器的②脚提供一个负的触发脉冲，这时单稳态电路的③脚输出高电平，而此时的信号就称为控制信号，就将其u4的闸门打开，使时钟振荡电路产生周期为2ms的矩形脉冲通过闸门电路，作为74ls90的脉冲信号，同时单稳态电路的③脚输出的高电平经过u3非门变为低电平，此时的74ls90芯片的清零端r均无效，而74ls75的锁存端le 也均无效
2.2、控制电路
当被测电容接到电路中之后，只要按一下微动开关s，电源电压vdd经微分电路c1?r2和反相器送给555定时器的触发端②一个负脉冲信号，使单稳态电路由稳态变为暂稳态，其输出端③由低电平变为高电平。

该高电平控制闸门电路使时钟脉冲信号通过，送入计数器计数。

暂稳态的时间，然后单稳态电路又回到暂稳态，其输出端③变为低电平，从而封锁闸门、停止计数。

可见，控制脉冲宽度与成正比，如果r1固定不变，则计数时钟脉冲的个数将与的容量值成正比。

因此，可以达到测电容量的要求。

单稳态控制电路的工作波形
2.3、单稳态控制电路工作原理
2.3.1、没有出发信号时电路工作在稳态：
无触发信号即为高点平时，电路工作在稳定状态――=0，=1，为低电平，饱和导通。

若接通电源后，，555定时器基本rs触发器是处于0状态，即=0，=1、、饱和导通，则这种状态将保持不变。

若接通电源后，，555定时器基本rs触发器是处于1状态，即=1，=0、、截止，则这种状态是不稳定的，经过一段时间之后，电路会自动地返回到稳定状态。

因为截止，电源vdd会通过r1对进行充电，将渐渐升高，到上升到2vdd/3时，比较器a1输出0，将基本rs出发器复位到0状态，=0、=1、、饱和导通，电容通过迅速放电，使,即电路返回到稳定。

2.3.2、暂稳态的维持时间
在暂稳态期间，电路中有一个定时电容充电的渐变过程，充电回路地，时间常数为。

电容上电压上升到2vdd/3以前，显然电路将保持暂稳态不变。

控制电路元器件参数计算
题目要求的变化范围是50～999uf，又由，而且要求测量的时间小于2s(即)，也就是最大时（999）不超过2s。

2.3.3、计数电路
1、计数的特点：在数字电路中，把记忆输入cp脉冲个数的操作叫做计数，能实现计数操作的电子电路称为计数器。

它的主要特点是：
（1）一般地说，这种计数器除了输入计数脉冲cp信号之外，很少有另外的输入信号，其输出通常也都是现态的函数，是一种moore型的时序电路，而输入计数脉冲cp是当做触发器的时钟信号对待的。

（2）从电路组成看，其主要组成单元是时钟触发器。

2.3.3、计数电路的工作原理：计数电路主要是统计由时钟脉冲振荡电路产生周期为2ms 的矩形脉冲个数。

反映被测电容的容值大小，如果计数电路统计的脉冲个数越多，则被测电容的容量就越大，反之，计数电路统计的脉冲个数越少，则被测电容的容量就越小。

由于此电路主要由74ls90芯片来实现的。

74ls90是一种典型的集成异步计数器，可实现二―五―十进制计数。

功能：
（1）异步清零。

当s9a*s9b=0时，如果r0a*rob=1，则计数器清零，与输入cp脉冲无关，因此74ls90具有异步清零。

（2）异步置9.s9a*s9b=1时，计数器置9，与cp无关，也是异步进行的，并且它的优先级别高于清零端。

（3）异步计数。

当s9a*s9b=0时，计数器进行异步计数，有4钟基本情况。

2.3.4、显示译码器
74ls48用于驱动共阴极的led 显示器。

1、lt是式灯输入端，当lt=0，ib\ybr=1时，不论其他输入是什么状态，a~g七段全亮；
2、ib是灯输入端，当ib=0，不论其他输入状态如何，a~g均为零，数码管熄灭；
3、ibr是动态灭零输入端，当lt=1，ibr=0时如果a3a2a1a0=0000时，a~g均为各段熄灭；
4、ybr是动态灭零输出端，他与灭灯输入ib共用一个引出端。

当ib=0或ibr=0且lt=1，a3a2a1a0=0000时，输出才为0。

3、整机电路的安装与调试
3.1、整机电路的安装
组装电路的步骤：
1、分析电路图。

把电路图分析透彻，为下一步工作做准备。

2、合理布局。

电路图分析过后，把电路分成模块式进行布局。

3、电路连线。

电路按事先安排好的布局开始连线，连线一定要有耐心，保证电路连接正确，以便连完后查找。

4、调试电路。

电路连接完后，按指标要求调试电路。

3.2、整机电路的调试
电路调试要求掌握常用仪器设备的使用方法和一般的实验测试技能，调试中，要求理论和实际相结合，既要掌握书本知识，又要有科学的实验方法，才能顺利地进行调试工作。

按整机电路图在面包板上搭接电路，检查无误后即可通电调试，计数、译码、显示电路只要连接正确,都能正常工作,不用调试，主要调试时钟脉冲发电路和控制电路。

首先调试时钟脉冲发生电路,使之振荡频率符合要求，用频率计检测电路的输出,最好用示波器监测波形，调整r4电位器,使输出频率约为500hz,占空比约为0.6。

参考文献：
[1]《电子整机装配与调试》王成安、刘海东著，人民邮电出版社。

[2]《典型电子电路160例》吴云编著，化学工业出版社。

[3]《数码显示译码器的研究》洪国瑞，技术物理教学杂志编辑部。