1、 大学大学 学院学院 数字电子技术课程设计数字电子技术课程设计 名称：名称：简易数显式简易数显式电容计的设计电容计的设计 专业：专业：电气信息类电气信息类 班级：班级：班班 姓名：姓名： 学号：学号： 年年月月日日 - 1 - (一一)设计任务和要求设计任务和要求 1，测量范围 1-999nF。 2，用三位 LED 数码管显示测量结果。 3，具有超量程指示。 4，能自动的进行连续测量。测量周期为 4 秒，测量结果保持 2 秒左右。 5，提供的主要器材： (1)MC14553（三位 BCD 计数器） 、NE555 定时器、CD4511（BCD 七段显示 译码器） 、CD4001（四输入或非门）各
2、一块。 (2)共阴结构 LED 数码管、三极管、二极管、阻容元件等。 (3)面包板、导线。 (4)数电实验箱（提供直流稳压电源） (5)调试用标准电容。 (二二) 简易数显式电容计的组成和工作原理简易数显式电容计的组成和工作原理 图 3-1 简易数显式电容计的组成框图 数显示电容计具有测量速度快、读数方便等优点，正在逐步取代传统的电容 测试方法。 简易数显式电容计的框图如图 3-1 所示， 它由C-T 转换电路、 振荡器、 控制电路、译码显示电路和超量程指示电路等六部分组成。 1C-T 转换电路的作用是把被测电容的电容量 Cx转换成脉冲信号，使脉冲 信号的宽度 Tx正比于 Cx。单稳态触发器实
3、现此功能。 2振荡器产生矩形脉冲，让计数器在 C-T 转换期间计数。如果 Cx 大，则 Tx大，那么在 Tx期间计数器的脉冲数就多，代表 Cx就大。只要调整好振荡频 率，就可以使计到的脉冲数（用十进制表示）就是被电容的 nF 数。 3计数器是三位十进制的计数器。 4显示译码电路是把计数器计到的脉冲数用十进制数字显示出来。 5超量程指示电路的作用是当计数器计到的脉冲超过 999 时，产生一个指 示信号，即代表被测电容的电容量超过了 999nF，此时显示器的读数已不是 Cx 振荡器 C-T 转换电路 计数器 显示译码 电 路 超量程 指示电路 控制电路 - 2 - 的值。 6控制电路的作用是控制各
4、部分电路正常工作的时序信号。如果用下降沿 触发单稳态电路，用上升沿使计数清零和超量程指示电路复位，测量过程的时序 如图 3-2 所示： 7设计时采用 CMOS 电路，电源电压+5V 图 3-2 数字式电容计测量过程时序图 （三）（三） 单元电路的设计单元电路的设计 1 1C C- -T T 转换电路的设计转换电路的设计 在单稳态触发器中，定时器与电容成正比，例如，在用 555 定时器构成的 单稳态触发器中，有 Tw=1.1RC 式中 R 和 C 为定时电阻、电容。 因此，在这里 C-T 转换电路采用单稳态触发器。用 555 定时器构成的单稳 态电路如图 3-3、波形如图 3-4 所示。图中 T
5、x=1.1RC。 图 3-3 C-T 转换电路 - 3 - 图 3-4 C-T 转换波形图 在电路中加入了由 Cr 和 Rr 组成的微分电路，这样单稳态电路只要靠输入 Vii 的下降沿触发。定时时间 V11de 低电平宽度无关。 考虑到定时精度和测量速度，设定测量范围 Tx,的时间为 0.1ms-0.1s, 即取 R=91k. 2.2.多谐震荡器的设计多谐震荡器的设计 多谐震荡器也用 555 定时器构成，电路如图 3-5。 图 3-5 多谐振荡器 多谐震荡器的振荡周期为：T=0.7(R1+2R2)。 在 Tx 内计数器计到的脉冲数 N=Tx/Ts 即有：N=1.1RCVx/T 根据设计要求，N
6、 就是被测电容 Cx 的 nF 数，则有 T=1.1*91*10e310e-910e-4s 也就是说振荡器振荡频率约为 10kHz。 根据振荡器周期的计算公式，先取 C=0.01uF。那么 R1+2R2=14.3K，取 R1=6.8 K，则 R2 应为 3.75 K。可以用 4.7 K的电位器作为 R2 来调整电容 的测量精度。 - 4 - 3 3计数电路的设计计数电路的设计 （1）计数电路的选用 计数器采用 MC14553，MC14553 是三位 BCD 加法计数器，集成电路的引脚排 列图和功能表如图 3-6 和表 3-1 所示。 图 3-6 MC14533 引脚图 输入 输出 R CL IND LE 0 0 0 不变 0 0 0 记数 0 x 1 x 不变 0 1 1 0 记数 0 1 1 0 不变 0
