但通 唐鋼 蔣焱

一.設(shè)計(jì)要求

1.被測(cè)電容范圍：1000PF～10uF;

2.測(cè)試誤差<10%;

3.電容值用三位數(shù)碼管顯示。

二.方案選擇及電路的工作原理

本設(shè)計(jì)中用555振蕩器產(chǎn)生一定周期的矩形脈沖作為計(jì)數(shù)器的cp脈沖也就是標(biāo)準(zhǔn)頻率。同時(shí)把待測(cè)電容c轉(zhuǎn)換成寬度為tp的窄脈沖，轉(zhuǎn)換的原理是單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出脈寬tp與電容c成正比。把此脈沖作為閘門(mén)時(shí)間和標(biāo)準(zhǔn)頻率脈沖相“與”，得到計(jì)數(shù)脈沖，該計(jì)數(shù)脈沖送計(jì)數(shù)——譯碼顯示系統(tǒng)就可以得到電容量的數(shù)據(jù)。外部旋鈕控制量程的選擇。用計(jì)數(shù)器控制電路總量程。

三.單元電路設(shè)計(jì)計(jì)算與元器件的選擇

1.用555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器。

2.用555多諧振蕩器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路。

3.同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS161構(gòu)成計(jì)時(shí)器。

4.計(jì)數(shù)電路。

5.控制電路。

四.設(shè)計(jì)的具體實(shí)現(xiàn)

1.系統(tǒng)概述

（1）將待測(cè)電容構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)電路，在一定條件下，則單穩(wěn)態(tài)電路的暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間與電容值成正比。

（2）用這個(gè)暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間作為一個(gè)時(shí)間窗（Tc），在這個(gè)時(shí)間窗內(nèi)，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而測(cè)出時(shí)間窗的寬度，進(jìn)而得到電容值。

Tc=K·C

時(shí)間窗中脈沖個(gè)數(shù)：N=Tc×f=Kf×Cnum

選擇電阻R使Kf=1，則N=Cnum

例如：

C=0.11μF，Cnum=11 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?C=11 μF， ? Cnum=11

Tc=K·C=K·Cnum×10-8F（秒） ? ? ? ? ? Tc=K·C=K·Cnum× 10-6F（秒）

時(shí)間窗中脈沖個(gè)數(shù)：

N=Tc×f=K·10-8？f×Cnum=Cnum ? ? ?N=Tc×f=K·10-6·f×Cnum=Cnum

即K·10-8·f=1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?即 ? K·10-6·f=1

所以改變量程時(shí)，要改變K（R） 或 f就可以，在這次課程設(shè)計(jì)中我們選擇的是改變R。

2.單元電路設(shè)計(jì)、仿真與分析

（1）時(shí)鐘（555多諧振蕩器）+計(jì)數(shù)器（3位十進(jìn)制）+譯碼+顯示（可借用實(shí)驗(yàn)箱上的）

（2）時(shí)間窗口用555多諧振蕩器實(shí)現(xiàn)單穩(wěn)電路，實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)窗口，脈寬tp≈1.1RC（C為被測(cè)電容）

（3）控制電路的作用：向單穩(wěn)發(fā)出窄脈沖觸發(fā)信號(hào)，向計(jì)數(shù)器發(fā)出窄脈沖清零信號(hào)，應(yīng)該先清零計(jì)數(shù)器，清零結(jié)束后再觸發(fā)單穩(wěn)時(shí)間窗。

（4）啟動(dòng)測(cè)量可以用手動(dòng)按鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)，但要有防抖電路。

（5）量程調(diào)節(jié)可以用開(kāi)關(guān)換接單穩(wěn)上的電阻值完成。

（6）小數(shù)點(diǎn)利用試驗(yàn)箱上的數(shù)碼顯示器上的 h，應(yīng)配合量程選擇點(diǎn)亮哪一位。

（7）可能用到的將信號(hào)的沿轉(zhuǎn)換成窄脈沖的電路：

3.電路的安裝與調(diào)試

（1）用555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器

其基本電路圖如下：

555定時(shí)器組成的多諧振蕩器（即標(biāo)準(zhǔn)脈沖產(chǎn)生電路），振蕩器的頻率計(jì)算公式為：f=1.43/（（R1+R2）*C），因此，我們可以計(jì)算出各個(gè)參數(shù)通過(guò)計(jì)算以及后來(lái)實(shí)際的調(diào)試，確定了R1取12千歐姆，R2取4千歐姆，電容C1取0.1uF，C2取0.01uF.這樣我們得到了比較穩(wěn)定的脈沖。

（2）用555多諧振蕩器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路

其基本電路圖如下：

輸出波形為：

通過(guò)向2腳輸入窄脈沖，觸發(fā)時(shí)間窗，實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)窗口，脈寬tp≈1.1RC（C為待測(cè)電容）。得：

當(dāng)量程為大量程時(shí)（1uF—100uF）：

K·10-6·f=1，

K=1.1R，R3=10^6/（1.1÷f）≈1.8k

當(dāng)量程為小量程時(shí)（0.01uF—1）：

K·10^-8？f=1，

K=1.1R，R3=10^8/（1.1÷f）≈180K

五.心得體會(huì)及建議

通過(guò)這個(gè)課程設(shè)計(jì)，不僅加深了我對(duì)原本所學(xué)知識(shí)的認(rèn)識(shí)和理解，而且又讓我學(xué)習(xí)到了許多新的知識(shí)，在設(shè)計(jì)仿真中，我遇到的許多的困難和挫折，比如設(shè)計(jì)完之后卻不能運(yùn)行，不懂自己錯(cuò)在哪里。但是，當(dāng)我查閱許多資料后才發(fā)現(xiàn)，原來(lái)是自己對(duì)元件的認(rèn)識(shí)不夠深刻。課程設(shè)計(jì)很辛苦，也很累。但是我收獲到了課堂上學(xué)不到的東西，比如獨(dú)立思考并解決問(wèn)題，出現(xiàn)誤差時(shí)的處亂不驚。我學(xué)會(huì)了去分析問(wèn)題出現(xiàn)的原因，以及從哪里著手解決問(wèn)題?？偟膩?lái)說(shuō)，這次課程設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)使我對(duì)各種電路有了個(gè)大概的了解，讓我學(xué)會(huì)了一些電腦軟件的使用，加深了我對(duì)專(zhuān)業(yè)的理解，培養(yǎng)了我的學(xué)習(xí)興趣，為以后的學(xué)習(xí)打下了好的開(kāi)端。

參考文獻(xiàn)：

[1]康花光·《電子技術(shù)基礎(chǔ)》·北京高等教育出版社？2006.

[2]王立欣·《電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)》·哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社？2003.

[3]金唯香·《電子科學(xué)與技術(shù)》·湖南大學(xué)出版社·2004.

作者簡(jiǎn)介：

但通（1996-），男，漢族，四川省宜賓市，本科，應(yīng)用物理學(xué)。

唐鋼（1996-），男，漢族，四川省南充市，本科，應(yīng)用物理學(xué)。

蔣焱（1995-），男，漢族，四川省瀘州市，本科，應(yīng)用物理學(xué)。