【正文】 機(jī)的組裝、收音機(jī)的組裝還有本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)都會用到電容測試儀，而本課題正是因?yàn)闉榱颂岣呓虒W(xué)的質(zhì)量和為那些愛好電子制作的朋友們而設(shè)計(jì)的。本課題主要是應(yīng)用數(shù)字 IC 芯片搭接，它的主要功能是測量電解電容的容量，用數(shù)字電路搭接可達(dá)到生動直觀的效果?！?S 。10％。 其 中 這 兩 種 方 案 都 是 在 以 往 的 學(xué) 習(xí) 過 程 中 所 學(xué)到 的 并 能 熟 練 掌 握 的 專 業(yè) 知 識 。方 案 一 主 要 采 用 的 是 數(shù) 字 電 路 部 分 。 電 路 的 調(diào) 試 時 間 相對 要 長 一 些 ,主 要 是 能 夠 將 電 解 電 容 的 容 量 調(diào) 試 出 來 ， 這 樣 電 路 才 能 夠 順 利的 實(shí) 現(xiàn) 各 項(xiàng) 指 標(biāo) 。 在 時 間 的 需 求 上 面 也 比 單 片 機(jī) 多 ,同 時 此 方案 所 用 到 的 知 識 都 是 數(shù) 電 、 模 電 理 論 基 礎(chǔ) ， 這 會 讓 我 們 對 數(shù) 電 、 模 電 理 論基 礎(chǔ) 知 識 的 掌 握 有 了 更 深 一 步 的 加 深 。 因 為 ,我 想 既 然 是 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) ,要 對 自 己 所 學(xué) 的 知 識 和 實(shí) 踐 動 手能 力 在 此 次 設(shè) 計(jì) 中 得 到 更 深 一 步 的 提 高 ， 也 是 對 知 識 重 溫 的 過 程 ， 此 方 案最 大 的 難 點(diǎn) 就 是 電 路 的 設(shè) 計(jì) 和 調(diào) 試 ， 但 我 相 信 通 過 我 不 懈 的 努 力 一 定 會 順利 完 成 此 次 方 案 ， 所 以 我 選 擇 了 對 自 己 知 識 體 系 有 所 完 善 的 方 案 ， 并 在 整個 電 路 的 設(shè) 計(jì) 過 程 中 ,都 是 以 此 方 案 為 核 心 設(shè) 計(jì) 和 調(diào) 試 的 ， 并 最 終 成 功 的 實(shí)現(xiàn) 了 電 路 設(shè) 計(jì) 初 期 的 各 項(xiàng) 指 標(biāo) ， 完 成 了 此 次 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 的 要 求 。 為 此 ， 我 選 擇 方 案 一 來 作 為 本 次 的 畢業(yè) 設(shè) 計(jì) ， 同 時 這 也 是 對 我 三 年 來 專 業(yè) 知 識 的 一 個 總 結(jié) 。以便在實(shí)際當(dāng)中得到廣泛的應(yīng)用，為本次的設(shè)計(jì)選擇最佳的方案。 系統(tǒng)電路的工作原理系統(tǒng)電路的工作原理如：圖 31 是簡易電容測試儀的原理框圖，它是由時鐘脈沖振蕩電路﹑控制電路﹑閘門電路﹑計(jì)數(shù)電路﹑譯碼驅(qū)動電路﹑數(shù)碼顯示電路六部分組成。當(dāng)接通 10V 直流電源時，時鐘脈沖振蕩電路產(chǎn)生 2ms 的矩形脈沖，在微動開關(guān) S 沒有按下時，控制電路的輸出信號為低電平（即穩(wěn)定狀態(tài)） ，經(jīng)過 G2非門變?yōu)楦唠娖剑瑢τ?jì)數(shù)電路進(jìn)行清零工作，同時譯碼驅(qū)動電路的鎖存功能無效，此時顯示電路顯示為 0 字型。 （時間常數(shù)）XCX決定的，如果將其中的電阻 R1 固定不變，則輸出的暫穩(wěn)態(tài)時間與被測電容成正比。CC4518 是雙十進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器，是由二個獨(dú)立的計(jì)數(shù)器單元構(gòu)成，有二個時鐘輸入端 CP 和 EN，如果采用時鐘上升沿觸發(fā)，則信號由 CP 端輸入，并使 EN 端為高電平；如果采用時鐘下降沿觸發(fā)，則由 EN 端作為信號輸入端，并使 CP 端為低電平。經(jīng)過譯碼驅(qū)動電路后在經(jīng)過 300Ω 的電阻送入到數(shù)碼顯示電路，從而顯示出電容的容值。當(dāng)測下一個電容的容量時，其工作過程重復(fù)同上闡述。本章小結(jié)本章主要介紹了系統(tǒng)電路的原理圖以及工作原理，同時也是此次設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。第 4 章 單元電路設(shè)計(jì)哈 爾 濱 工 業(yè) 大 學(xué) 華 德 應(yīng) 用 技 術(shù) 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ）7 時鐘脈沖振蕩電路時鐘脈沖振蕩電路的實(shí)質(zhì)就是多諧振蕩器構(gòu)成的，其主要作用產(chǎn)生時鐘脈沖信號，然而產(chǎn)生時鐘脈沖的方法也很多。因?yàn)楸倦娐凡捎?555 定時器構(gòu)成多諧振蕩電路，不但成本比較低，而且實(shí)現(xiàn)起來比較方便。利用它能方便地構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器、施密特觸發(fā)器等，這些觸發(fā)器應(yīng)用與數(shù)字系統(tǒng)中，在實(shí)現(xiàn)脈沖的產(chǎn)生、整形、變換、檢測和控制等方面都得到廣泛的應(yīng)用。555 實(shí)基電路是一種中規(guī)模集成電路，只要在外部配上適當(dāng)?shù)淖枞菰?，就可以方便的?gòu)成脈沖產(chǎn)生的整形電路，在工業(yè)控制定時電子樂器及防盜報(bào)警等方面應(yīng)用很廣。當(dāng)R=0 時，使 =0, =1。比較器有兩輸入端，分別有+號和號，如果用 和 表示相應(yīng)輸入端上所加的電壓，則當(dāng) ＞ 時其輸出為高電平，U?? U??＜ 時輸出為低電平，兩個輸入端基本上不向外電路索取電流，即輸入電阻趨近于無窮大。如果在電壓控制端 CO 另加控制電壓，則可改變 A1﹑A2 的參考U?電壓。晶體管 構(gòu)成開關(guān)，其狀態(tài)受 端控制。輸出緩沖器就是接在輸出端的反相器 G3，其作用是提高定時器的帶負(fù)載能力和隔離負(fù)載對定時器的影響。 555 時基電路的基本功能表 41 所示是 555 定時器的功能表，它全面地表示了 555 的基本功能。RQUuOL?TD當(dāng) =1﹑ 2VCC/3﹑ ﹥VCC /3 時，A1 輸出低電平、A2 輸出高電UTHTR平, =1﹑ =0， ﹑ 飽和導(dǎo)通。uOTD當(dāng) =1﹑ 2VCC/3﹑ VCC/3 時，A1 輸出高電平，A2 輸出低電平，RUTHTR=0﹑ =1， ﹑ 截止。 555 構(gòu)成時鐘脈沖振蕩電路本課題主要用到多諧振蕩器。該電路的工作過程如下：圖 42 時鐘脈沖發(fā)生電路如圖 42 所示是用 555 定時器構(gòu)成的多諧振蕩器。Rp1234567 8NE555R412KVDD信信信信2VDD/3 VDD/3tT t1 2哈 爾 濱 工 業(yè) 大 學(xué) 華 德 應(yīng) 用 技 術(shù) 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ）10圖 43 時鐘脈沖發(fā)生電路的工作波形：接通電源前電容 C2 上無電荷，所以接通電源瞬間，C2 來不及充電，故 =0 比較器 A1 輸出為 A2 輸出為 0，基本 RS 觸發(fā)器uC= =0、 、 截止。?24RpVC ?1（2）自動翻轉(zhuǎn) I當(dāng)電容 C2 充電， 上升到 2VD/3 時，比較器 A1 輸出跳變?yōu)?0，基本 RSC觸發(fā)器立即翻轉(zhuǎn)到 0 零狀態(tài)， =0、 = 、 飽和導(dǎo)通。C2（忽略 飽和導(dǎo)通電?RC42?2TD阻 RCES） 。QUuOH?TD在暫穩(wěn)態(tài)Ⅰ，電容 C2 又充電、 再上升……，不難理解，接通電源之后，C哈 爾 濱 工 業(yè) 大 學(xué) 華 德 應(yīng) 用 技 術(shù) 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ）11電路就在兩個暫穩(wěn)態(tài)之間來回翻轉(zhuǎn)——振蕩，于是在輸出端就產(chǎn)生了矩形脈沖。（1）電容 C2 充電時間，即暫穩(wěn)態(tài)Ⅰ維持時間 的估算t1電容充電時，時間常數(shù) =（Rp+R4）C2，起始值 (0+)=VCC/3,終了值?1 uC（∞）=VCC、轉(zhuǎn)換值 （ ）=2VDD/3，代入 過渡過程計(jì)算公式進(jìn)uCuCWt 2R?行計(jì)算： )(0(ln11ttCW?????2ln32l11???VD (41))4(??（2）電容 C2 放電時間即暫穩(wěn)態(tài)Ⅱ維持時間 的估算,電容放電時，時間t2常數(shù) ，起始值 （0 +）=2VDD/3，終了值 （∞）=0，轉(zhuǎn)換值 （4CR?uCuCuC）=VDD/3，代入 RC 過渡過程公式進(jìn)行計(jì)算：t2 )()(0ln22tUtC?????VD310l2? (42)?哈 爾 濱 工 業(yè) 大 學(xué) 華 德 應(yīng) 用 技 術(shù) 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ）12（3）電路振蕩頻率 f振蕩周期 ：T )( CRRptT??? (43)振蕩頻率 ： f (44)2)4()4(???? 時鐘脈沖振蕩電路的參數(shù)計(jì)算因?yàn)闀r鐘脈沖周期 T=（Rp+2R4 ）因此，為了減小該電流的影響，應(yīng)使流過 R4，Rp 的電流最小值大于 10uA。從圖 43 可知：T (45)mAt21??如果選定脈沖占空比 為 ，可得：q (46) (47)st..?? (48)??從圖 43 可以看出，當(dāng) C2 上電壓達(dá)到 2VDD/3 時，流過 R4，Rp 的電流最小，所以 432minRpVDIR??哈 爾 濱 工 業(yè) 大 學(xué) 華 德 應(yīng) 用 技 術(shù) 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ）13 (49))4(3RpVD??取 ,? (410)??? (411))4(???又因?yàn)? ??????(412)故 ???Kp156..716取標(biāo)稱值 。R 控制電路控制電路的主要功能是根據(jù)被測電容 的容量大小與其成正比的控制脈XC沖寬度。這里著重介紹由單穩(wěn)態(tài)組成的控制電路。該電路工作原理如下：當(dāng)被測電容 接到電路中之后，只要按一下微動開關(guān) S，電源電壓 VDDXC經(jīng)微分電路 C1﹑R2 和反相器送給 555 定時器的觸發(fā)端②一個負(fù)脈沖信號，使單穩(wěn)態(tài)電路由穩(wěn)態(tài)變?yōu)闀悍€(wěn)態(tài)，其輸出端③由低電平變?yōu)楦唠娖?。暫穩(wěn)態(tài)的時間，然后單穩(wěn)態(tài)電路又回到暫穩(wěn)態(tài)，其輸出端③變?yōu)榈碗娖?，從XWRT1.?而封鎖閘門、停止計(jì)數(shù)。因此，可以達(dá)到測XC電容量的要求。 圖 44 單穩(wěn)態(tài)控制電路原理圖 圖 45 單穩(wěn)態(tài)控制電路的工作波形 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特點(diǎn)第一，它有一個穩(wěn)定狀態(tài)和一個暫穩(wěn)狀態(tài)；第二，在外來觸發(fā)脈沖的作用下，能夠由穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)狀態(tài)；第三，暫穩(wěn)狀態(tài)維持一段時間后，將自動返回到穩(wěn)定狀態(tài)，而暫穩(wěn)狀態(tài)時間的長短，與觸發(fā)脈沖無關(guān)，僅決定R118KR210KR31KC11uFCXSVDDVDD13245687NE555G1CC4069信信信信哈 爾 濱 工 業(yè) 大 學(xué) 華 德 應(yīng) 用 技 術(shù) 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ）15與電路本身的參數(shù)。如圖 44 所示是用 555 定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。TROu 單穩(wěn)態(tài)控制電路工作原理：無觸發(fā)信號即 為高點(diǎn)平時，電路工作在穩(wěn)定狀態(tài)—— =0， =1，Iu Q為低電平， 飽和導(dǎo)通。 若接通電源后， ，555 定時器基本 RS 觸發(fā)器是處于 1 狀態(tài)，即IHIUu?=1， =0、 、 截止，則這種狀態(tài)是不穩(wěn)定的，經(jīng)過一段時間之QODT后，電路會自動地返回到穩(wěn)定狀態(tài)。DT?2. 下降沿觸發(fā)uI當(dāng) 下降沿到來時,電路被觸發(fā),立即由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài) = =0、Q、 截止。在暫穩(wěn)態(tài)期間，電路中有一個定時電容 充電的漸變過程，充電回路XC地，時間常數(shù)為 。（暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束）時間哈 爾 濱 工 業(yè) 大 學(xué) 華 德 應(yīng) 用 技 術(shù) 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ）16隨著 充電過程的進(jìn)行， 逐漸升高，當(dāng) 上升到 2VDD/3XCTHCu?THCu?時，比較器 A1 輸出 0，立即將基本 RS 觸發(fā)器復(fù)位到 0 狀態(tài)，即 =0、 =Q、 飽和道通，暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束。結(jié)束后，電路返回到穩(wěn)定狀態(tài)，X0?THu單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器又可接收新的輸入觸發(fā)信號。而在本電路中只需要正尖峰脈沖。電路應(yīng)具有如下條件：（1）輸出信號取 RC1 電路的電阻 R2 的兩端。即? tW tW通常，當(dāng) ≤1 /5 時，可認(rèn)為滿足上述條件。 其工作原理如下：設(shè)輸入信號 為矩形波，幅度為 ，脈寬為 。t10?IOu（2） 是的瞬間， 由 0 突變?yōu)?,立即有充電電流通過 C1 和 R2。mIOVum哈 爾 濱 工 業(yè) 大 學(xué) 華 德 應(yīng) 用 技 術(shù) 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ）17（3）在 t1～t2 期間，輸入電壓保持 不變，由于電路時間常數(shù)IumV很?。? ） ，所以,電容 C1 被迅?Pt速充電， 上升很快。在 之前，IO??2t?很快達(dá)到 ,而 也迅速下降為umOu0，形成一個負(fù)的尖峰脈沖波。所以，CumV。以后當(dāng)?shù)诙€矩形脈沖輸入時，將重復(fù)上述過程。3. 電路的特點(diǎn)RC 微分電路的輸出脈沖反映了輸入脈沖的變化部分，即反映 在 和Iu1t時刻的跳變，此時輸出電壓幅度最大；而在 ～ 期間，輸入電壓保持不變，2t 1t2輸出電壓基本為 0。 CC4069 六反相器CC4069 內(nèi)部是由六個獨(dú)立的通道輸入、輸出反相器單元電路構(gòu)成的。R210KC1 1uF+ ++ uu uI OC(a)圖 46 微分電路的工作原理與工作波形哈 爾 濱 工 業(yè) 大 學(xué) 華 德 應(yīng) 用 技 術(shù) 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ）181. CC4069 的外引腳圖及邏輯符號圖 47 CC4069 的芯片引腳排列2. 工作條件（見表 42）表 42 CC4069 的工作條件3. 最大決定額定值（見表 43）1Y6335562Y AY341234567 81 41 31 21 1