[优秀毕业论文]基于CMOS集成电路来实现电容测试仪的设计.doc

《[优秀毕业论文]基于CMOS集成电路来实现电容测试仪的设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《[优秀毕业论文]基于CMOS集成电路来实现电容测试仪的设计.doc（55页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、摘 要本课题的设计电路主要采用CMOS集成电路来实现电容测试仪的设计。电容测试仪主要由时钟振荡电路，控制电路，闸门电路，计数电路，译码驱动电路和显示电路六部分组成。它的核心思想就是利用单稳态触发器的暂态的时间来控制多谐振荡器的输出的脉冲的个数,然后通过七段数码管译码驱动显示。本课题主要研究的是电容测试仪的精度和可靠性。电容测试仪可以测量三位数字显示，量程可达到1到999，测量时间小于等于2秒，精度可达到10。测量电容值的精度高，成本较低，而且维修方便，应用也比较广泛。关键词 测试仪；单稳态触发器；多谐振荡器；译码驱动显示电路AbstractNow,electronics technique o

2、f development very quick, Gao Xins technique change with each passing day.Especially appropriation integrated circuit design technique of gradually progress with perfect, currently numeral electronics technique already broadly application at the calculator, auto control, electronics measure each rea

3、lms such as appearance and correspondence etc.The history current continuously flow out to move,electronics science technique of continuously development,more and more of electronics product application in our daily lifes,The electronics product has already become the need of our consumer,but the to

4、pic of this topic is a simple electric capacity test instrument.Also measure instrument with many electronics in the teaching,this topic be main research of is an electric capacity test instrument of accuracy and credibility.The design of this topic work credibility, measure electric capacity value

5、of accuracy Gao, the cost be lower, and maintain convenience.This topic is main adoption CMOS integrated circuit to come to realization electric capacity test instrument of design, electric capacity test instrument main is flap by the clock to concuss electric circuit, control electric circuit, gate

6、way electric circuit, count electric circuit, translate code to drive electric circuit and manifestation electric circuit six part constitute.Can keep a display of view to be measured permit of electric capacity a value.Numeral measure appearance not only ratio imitate diagraph appearance accuracy G

7、ao,the function be strong, and easy realization measure instrument of the intelligence turn.Particularly is medium,large-scale with super large scale integration of development, numeral electronics Key words test instrument Logic electric circuit Count electric circuit Translate the code drive manif

8、estation electric circui目 录摘 要IABSTRACTII第1章 绪论11.1 课题背景11.2 技术指标11.3 立题的目的和意义1第2章 课题方案的选择22.1 方案一22.2 方案二3第3章 系统电路设计53.1 系统电路工作原理图53.2 系统电路的工作原理5第4章 单元电路设计74.1 时钟脉冲振荡电路74.1.1 555集成定时器的组成84.1.2 555时基电路的基本功能84.1.3 555构成时钟脉冲振荡电路94.1.4 时钟脉冲振荡电路的参数计算124.2 控制电路134.2.1 单稳态触发器的特点154.2.2 单稳态控制电路工作原理154.2.3

9、RC微分电路164.2.4 CC4069六反相器184.2.5 主要参数的估算194.2.6 控制电路元器件参数计算214.3 闸门电路224.3.1 闸门电路的工作原理224.3.2 CC4081四2输入与门224.4 计数译码驱动显示电路244.4.1 计数电路244.4.2 译码驱动电路284.4.3 数码显示电路31第5章 整机电路的安装与调试375.1 整机电路的安装375.2 注意事项375.3 整机电路的布线与接地问题385.3.1 布线的原则385.3.2 关于接地问题385.4 整机电路的调试395.5 COMS的使用注意事项39结 论42致 谢43参考文献44附录1 译 文

10、45附录2 英文参考文献47附录3 系统电路原理图51附录4 元器件表52第1章 绪论1.1 课题背景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的降低成本。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。本课题是简易电容测试仪，主要考虑到它的成本便宜，可靠性高，实用性强等特点。由于我对数字电路较为感性趣，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

11、量准确，极易使用，可对电解电容的质量进行筛选。从而我们在做课程设计、对讲机的组装、收音机的组装还有本次的毕业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。1.2 技术指标1.要求能有三位数字显示，量程为1999uF。2.测量时间2S。 3.电解电容测量值的精度为10。1.3 立题的目的和意义21世纪数字电路的发展十分迅速,高新技术日新月异,本课题的目的和意义主要是为了教育事业

12、提供教学方便,而本电路主要采用集成芯片来制作的,可直观的显示电容的容量.第2章 课题方案的选择在确定电路的3项技术指标后,我查询了许多的相关电子资料,并且从中借鉴出了两种设计方案。其中这两种方案都是在以往的学习过程中所学到的并能熟练掌握的专业知识。2.1 方案一 鉴于许多的电子书籍杂志当中的介绍,并且与实际电路进行比较，我寻找到一套设计方案，以下是方案一的详细介绍。方案一主要采用的是数字电路部分。电路中采用了以一个单稳态振荡电路和多谐振荡电路为核心,加上计数器电路、译码驱动器电路、微分电路、LED数码显示电路，就构成了题目所要求的各项功能。电路的调试时间相对要长一些,主要是能够将电解电容的容量

13、调试出来，这样电路才能够顺利的实现各项指标。图2-1就是方案一的原理框图:图2-1 方案一框图由于方案一,需要将电路按照其工作条件和布局分配逐级连接好,在通过长时间的调试就可以成功。在时间的需求上面也比单片机多,同时此方案所用到的知识都是数电、模电理论基础，这会让我们对数电、模电理论基础知识的掌握有了更深一步的加深。在电路的整个设计过程中,我决定采用此方案。因为,我想既然是毕业设计,要对自己所学的知识和实践动手能力在此次设计中得到更深一步的提高，也是对知识重温的过程，此方案最大的难点就是电路的设计和调试，但我相信通过我不懈的努力一定会顺利完成此次方案，所以我选择了对自己知识体系有所完善的方案，

14、并在整个电路的设计过程中,都是以此方案为核心设计和调试的，并最终成功的实现了电路设计初期的各项指标，完成了此次毕业设计的要求。2.2 方案二图2-2 方案二框图但是利用方案二这个电路虽然也能够实现电路所设计的功能,但是在电路的制作上面所需要花费的时间和精力需要很多，而且使用不方便，测得电容的容量不够直观，虽然框图简单，但是在时间上的付出也需要很多，而且电测得容量的精度不高，虽然都是由单稳态电路和多谐振荡电路为核心，其测量电容的范围很小，不能满足教学的使用以及电子制作者的需求，这样电路就不会体现出电路的优点。为此，我选择方案一来作为本次的毕业设计，同时这也是对我三年来专业知识的一个总结。本章小结

15、本章主要介绍的是课题方案选择，并详细的比较了两个方案的优点和缺点。以便在实际当中得到广泛的应用，为本次的设计选择最佳的方案。 第3章 系统电路设计3.1 系统电路工作原理图系统电路原理图见附录3。3.2 系统电路的工作原理系统电路的工作原理如：图3-1是简易电容测试仪的原理框图，它是由时钟脉冲振荡电路控制电路闸门电路计数电路译码驱动电路数码显示电路六部分组成。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10V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G2非门变为高电平，对计

16、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R1和被测电容即T=R1（时间常数）决定的，如果将其中的电阻R1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G1非门变为负的尖峰脉冲，为单稳态触发器的脚提供一个负的触发脉冲，这时单稳态电路的脚输出高电平，而此时的信号就称为控制信号，就将其G3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CC4518（IC6）的脉冲信号，同时单稳态电路的脚输出的高电平经过G2非

17、门变为低电平，此时的CC4511（IC1）CC4511（IC2）CC4511（IC3）芯片的清零端R均无效，而CC4518（IC4）CC4518（IC5）CC4518（IC6）的锁存端LE也均无效。CC4518是双十进制同步计数器，是由二个独立的计数器单元构成，有二个时钟输入端CP和EN，如果采用时钟上升沿触发，则信号由CP端输入，并使EN端为高电平；如果采用时钟下降沿触发，则由EN端作为信号输入端，并使CP端为低电平。当CC4518（IC6）CP脉冲计到第十个脉冲的上升沿时，此时QD1为低电平，作为CC4518（IC5）EN端的时钟脉冲信号来进行计数，当CC4518（IC5）的EN端计到第十

18、个脉冲的下降沿时，QD2为低电平，这时作为CC4518（IC4）芯片EN端的脉冲信号进行计数，然后分别从CC4518（IC4）CC4518（IC5）CC4518（IC6）的QDQCQBQA端输出信号，并送入对应的CC4511（IC1）CC4511（IC2）CC4511（IC3）的输入端DCBA端。经过译码驱动电路后在经过300的电阻送入到数码显示电路，从而显示出电容的容值。这时单稳态输出的暂稳态自动翻转为稳定状态（即低电平），将闸门电路G3关闭，停止由时钟脉冲振荡电路产生周期为2ms的矩形脉冲通过，同时对计数电路进行清零和对译码驱动电路锁存。当测下一个电容的容量时，其工作过程重复同上阐述。简易

19、电容测试仪整机电路的原理图见附录3。本章小结本章主要介绍了系统电路的原理图以及工作原理，同时也是此次设计的核心内容。它将各单元电路的作用及工作原理进行了详细的描述，使之对整个设计的工作过程有了更清晰的认识与了解。第4章 单元电路设计4.1 时钟脉冲振荡电路时钟脉冲振荡电路的实质就是多谐振荡器构成的，其主要作用产生时钟脉冲信号，然而产生时钟脉冲的方法也很多。由于本题目要求的精度很高，这里选用555定时器组成多谐振荡器来实现时钟脉冲的产生。因为本电路采用555定时器构成多谐振荡电路，不但成本比较低，而且实现起来比较方便。它的功能灵活，使用方便，带负载能力强。利用它能方便地构成单稳态触发器、多谐振荡

20、器、施密特触发器等，这些触发器应用与数字系统中，在实现脉冲的产生、整形、变换、检测和控制等方面都得到广泛的应用。下面详细介绍555定时器的电路的组成及基本功能，其内部结构如图4-1所示。555实基电路是一种中规模集成电路，只要在外部配上适当的阻容元件，就可以方便的构成脉冲产生的整形电路，在工业控制定时电子乐器及防盗报警等方面应用很广。 图4-1 555集成定时器的内部结构图4.1.1 555集成定时器的组成1.基本RS触发器由两个与非门组成，是专门设置的可从外部进行置0的复位端。当=0时，使=0,=1。2.比较器A1、A2是两个电压比较器。比较器有两输入端，分别有+号和-号，如果用和表示相应输

21、入端上所加的电压，则当时其输出为高电平，时输出为低电平，两个输入端基本上不向外电路索取电流，即输入电阻趋近于无穷大。3.分压器三个阻值均为5的电阻串联起来构成分压器（555也因此而得名），为比较器A1和A2提供参考电压，A1之+端=2VCC/3A2之- 端=1VCC/3。如果在电压控制端CO另加控制电压，则可改变A1A2的参考电压。工作中不使用CO端时，一般都通过一个0.01uF的电容接地，以旁路高频干扰。4.晶体管开关和输出缓冲器晶体管构成开关，其状态受端控制。当端为0时截止为1时导通。输出缓冲器就是接在输出端的反相器G3，其作用是提高定时器的带负载能力和隔离负载对定时器的影响。综上所述可知

22、，555定时器不仅提供了一个复位电平为2VCC/3置位电平为VCC/3且可通过端直接从外部进行置0的基本RS触发器，而且还给出了一个状态受该触发器端控制的晶体管开关，因此使用起来极为灵活。4.1.2 555时基电路的基本功能表4-1所示是555定时器的功能表，它全面地表示了555的基本功能。表4-1 555顶时期的功能表当=0时，=1，输出电压为低电平，饱和导通。当=12VCC/3VCC /3 时，A1输出低电平、A2输出高电平,=1=0，饱和导通。当=1VCC/3 时，A1A2输出均为高电平，基本RS触发器保持原来状态不变，因此也保持原来状态不变。当=12VCC/3VCC/3 时，A1输出高

23、电平，A2输出低电平，=0=1，截止。555定时器的电源电压范围较大，双极型电路VCC=4.516V，输出高电平不低于电源电压的90%，带拉电流和灌电流负载的能力可达200mA；CMOS电路VDD=318V，输出高电平不低于电源电压的95%，带拉电流负载的能力为1mA，带灌电流负载的能力为3.2mA。4.1.3 555构成时钟脉冲振荡电路本课题主要用到多谐振荡器。电路原理图如图4-2所示。该电路的工作过程如下：图4-2 时钟脉冲发生电路如图4-2所示是用555定时器构成的多谐振荡器。Rp、R4、C2是外接定时元件，定时器脚、脚连接起来接，内部晶体三极管集电极脚接到Rp、R4的连接点。图4-3

24、时钟脉冲发生电路的工作波形1.工作原理：接通电源前电容C2上无电荷，所以接通电源瞬间，C2来不及充电，故=0比较器A1输出为1、A2输出为0，基本RS触发器=1、=0、截止。（1）暂稳态=1、=0、截止，是电路的一种暂稳态，因为在这种状态下，有一个电容C2充电、缓慢升高的渐变过程在进行着，充电回路是地，时间常数是=（R4+Rp）C2。（2）自动翻转I当电容C2充电，上升到2VD/3时，比较器A1输出跳变为0，基本RS触发器立即翻转到0零状态，=0、=1、饱和导通。（3）暂稳态=0、=1、饱和导通，是电路的另一种暂稳态，因为在这种状态下，同样有一个电容C2放电、缓慢下降的渐变过程在进行着，放电回

25、路是地，时间常数是=R4C2（忽略饱和导通电阻RCES）。（4）自动翻转当电容C2放电，下降到1VCC/3时，比较器A2输出跳变为0，基本RS触发器立即翻转到1状态，=1、=0、截止即暂稳态。在暂稳态，电容C2又充电、再上升，不难理解，接通电源之后，电路就在两个暂稳态之间来回翻转振荡，于是在输出端就产生了矩形脉冲。2.振荡频率的估算：由工作原理分析知道，电路稳定工作之后，电容C2充电和放电的过渡过程总是周而复始重复进行的。（1）电容C2充电时间，即暂稳态维持时间的估算电容充电时，时间常数=（Rp+R4）C2，起始值(0+)=VCC/3,终了值（）=VCC、转换值（）=2VDD/3，代入过渡过程

26、计算公式进行计算： (4-1)（2）电容C2放电时间即暂稳态维持时间的估算,电容放电时，时间常数，起始值（0+）=2VDD/3，终了值（）=0，转换值（）=VDD/3，代入RC过渡过程公式进行计算： (4-2)（3）电路振荡频率振荡周期： (4-3)振荡频率： (4-4)4.1.4 时钟脉冲振荡电路的参数计算因为时钟脉冲周期T=0.693（Rp+2R4）C2，是在忽略了555定时器脚的输入电流条件下得到的，而实际上脚约有10uA的电流流入。因此，为了减小该电流的影响，应使流过R4，Rp的电流最小值大于10uA。又知要求Cx=999uF时，Tw=2S，所以需要时钟脉冲在2S内产生999个脉冲，即

27、时钟脉冲周期为2ms。从图4-3可知： (4-5)如果选定脉冲占空比为0.6，可得： (4-6) (4-7) (4-8)从图4-3可以看出，当C2上电压达到2VDD/3时，流过R4，Rp的电流最小，所以 (4-9)取,则 (4-10) (4-11)又因为 (4-12)故 取标称值 。为了调整电路方便,可选用5.6K的电位器。4.2 控制电路控制电路的主要功能是根据被测电容的容量大小与其成正比的控制脉冲宽度。实现的方法有多种，如用多谐振荡器，利用作为振荡电容从而影响振荡周期，产生出对应的控制脉冲；在如采用单稳态电路，由影响暂稳态的时间，从而形成对应宽度的控制脉冲。这里着重介绍由单稳态组成的控制电

28、路。图4-4所示单稳态控制电路的原理图。该电路工作原理如下：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C1R2和反相器送给555定时器的触发端一个负脉冲信号，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如图4-5所示，其中反相器采用的是CC4069芯片来实现的，详细内容见4

29、.2.4。 图4-4 单稳态控制电路原理图 图4-5 单稳态控制电路的工作波形4.2.1 单稳态触发器的特点第一，它有一个稳定状态和一个暂稳状态；第二，在外来触发脉冲的作用下，能够由稳定状态翻转到暂稳状态；第三，暂稳状态维持一段时间后，将自动返回到稳定状态，而暂稳状态时间的长短，与触发脉冲无关，仅决定与电路本身的参数。这种电路在数字系统和装置中，一般用于定时（产生一定宽度的方波）、整形（把不规则的波形转换成宽度、幅度都相等的脉冲）以及延时（将输入信号延时一定时间之后输出）等。如图4-4所示是用555定时器构成的单稳态触发器。R1、CX是定时元件；是输入触发信号，下降沿有效，加在555的端（脚）

30、；是输出信号（脚）。4.2.2 单稳态控制电路工作原理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.下

31、降沿触发当下降沿到来时,电路被触发,立即由稳态翻转到暂稳态=1、=0、截止。因为由高点平跳变到低点平时，比较器A2的输出跳变为0，基本RS触发器立即被置成1状态，即暂稳态。3.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。4.自动返回（暂稳态结束）时间随着充电过程的进行，逐渐升高，当上升到2VDD/3时，比较器A1输出0，立即将基本RS触发器复位到0状态，即=0、=1、饱和道通，暂稳态结束。5.恢复过程当暂稳态结束后，定时电容将通过饱和导通的晶体三极管放电，时间常数为,(是的饱和导通电阻，很

32、小)，经35t2后，放电完毕，恢复过程结束。结束后，电路返回到稳定状态，单稳态触发器又可接收新的输入触发信号。4.2.3 RC微分电路微分电路是脉冲电路中常用的一种波形变换电路，它能把矩形脉冲波变换成宽度很窄的一对正负尖峰脉冲波。而在本电路中只需要正尖峰脉冲。1. 电路组成RC微分电路的组成，如图4-6(a)所示。电路应具有如下条件：（1）输出信号取R2、C1电路的电阻R2的两端。即 （2）电路的时间常数应远小于输入的矩形波脉冲宽度。即 通常，当1/5时，可认为满足上述条件。2. 工作原理图4-6(b)(d)是微分电路的工作波形图。 其工作原理如下：设输入信号为矩形波，幅度为，脉宽为。（1）当

33、时，,。（2）是的瞬间，由0突变为,立即有充电电流通过C1和R2。从图4-6（a）可知，,由于电容电压不能突变，此时仍为0，故有，即输出电压由0跳变为。（3）在t1t2期间，输入电压保持不变，由于电路时间常数很小（），所以,电容C1被迅速充电，上升很快。而输出电压则迅速下降。在之前，很快达到,而也迅速下降为0，形成一个负的尖峰脉冲波。（4）在时刻，从跳变到0，由于电容两端电压不能突变，仍为。所以，。（5）在时刻以后，同样因为电路时间常数很小，电容迅速放电，很快由上到0，形成一个负的尖峰脉冲波。以后当第二个矩形脉冲输入时，将重复上述过程。每输入一个矩形脉冲，在输出端就得到一对正负相间的尖峰波。3

34、. 电路的特点图4-6 微分电路的工作原理与工作波形RC微分电路的输出脉冲反映了输入脉冲的变化部分，即反映在和时刻的跳变，此时输出电压幅度最大；而在期间，输入电压保持不变，输出电压基本为0。概括地说，微分电路对输入脉冲起到“突出变化量，压低恒定量”的作用。4.2.4 CC4069六反相器CC4069内部是由六个独立的通道输入、输出反相器单元电路构成的。其逻辑关系的特点是：当输入端为低电平时，输出端为高电平；当输入端为高电平时，输出端为低电平。1. CC4069的外引脚图及逻辑符号图4-7 CC4069的芯片引脚排列2. 工作条件（见表4-2）表4-2 CC4069的工作条件3. 最大决定额定值

35、（见表4-3）表4-3 CC4069的最大绝对额定值注:所有电压值均以VSS管脚为基准。4. 简要说明 （1）VDD=10V、传输延迟时间为30ns。（2）标准对称输出特性。（3）在全温度范围内，VDD=18V时，最大输入电流为1uA。（4）VDD=20V时，对静态电流100%测试。（5）电路参数分别在VDD=5V、10V、15V时测试。（6）所有输入、输出、电源端均有保护网络。（7）在全温度范围内噪声容限：VDD=5V时，1V； VDD=10V时，2V； VDD=15V时，2.5V。4.2.5 主要参数的估算 1.输出脉冲宽度由工作原理分析知道，输出脉冲宽度是等于暂稳态时间的，也就是定时电容

36、的充电时间。由图4-5所示工作波形不难看出：,代入RC电路过度过程计算公式。可得： (4-13)式4-13告诉我们，单稳态触发器输出脉冲宽度仅决定与定时元件R1、的取值，与输入触发信号和电源电压无关，调节、即可改变。2.恢复时间恢复时间，就是暂稳态结束后，定时电容经饱和导通的晶体三极管放电的时间，一般取5，即认为经过35倍时间常数电容就放电完毕。由于，而很小，所以极短。3.最高工作频率若输入触发信号是周期为的连续脉冲时，为了保证单稳态触发器能够正常工作，不难理解，应满足下列条件： （4-14）即周期的最小值应为，即 （4-15）因此，单稳态触发器的最高工作频率应为 （4-16）一个应该注意的问

37、题:在图4-4所示电路中，输入触发信号的脉冲宽度（的时间），必须小于电路输出的脉冲宽度（的时间），否则电路将不能正常工作。因为当单稳态触发器被触发翻转到暂稳态后，如果即端为低点平且一直保持不变，那么比较器A2的输出总是0，由与非门的逻辑特性知道，基本RS触发器端显然会一直为高电平，不难理解，电路将无法按规定时间返回到稳定状态。而且定时电容会来回充电、放电，比较器A1的输出一会为1，一会为0，基本RS触发器的端会不停地在低电平、高电平之间来回变化，因此在单稳态触发器的输出端将出现高频振荡波形。解决这一问题的一个简单办法，就是在电路的输入端加一个RC微分电路，即当为宽脉冲时，让经RC微分电路之后再

38、接到端。不过微分电路的电阻应该接到VDD，以保证在下降沿未到来时，为高电平。4.2.6 控制电路元器件参数计算题目要求的变化范围是1999uF，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，可求得 (4-17)取微分电路可取经验数值，取R2=10KR3=1K,C1=1uf。555定时器第5脚外接电容一般取。4.3 闸门电路4.3.1 闸门电路的工作原理闸门电路的主要作用是由控制电路来控制的，实质是一个与门，主要是通过时钟脉冲振荡电路产生周期为2ms的矩形脉冲来为计数器提供时钟脉冲，当控制电路输出高电平时，闸门电路打开，使时钟振荡电路产生周期为2ms的矩形脉冲通过，作

39、为计数器的时钟脉冲来进行计数，当控制电路的输出为低电平时，此时闸门电路关闭，禁止时钟振荡信号通过，不为计数器的CP端提供矩形脉冲。此电路主要由CC4081芯片来实现的，其电路原理图4-8所示，下面详细介绍CC4081的引脚功能及逻辑结构图等。图4-8 闸门电路4.3.2 CC4081四2输入与门CC4081的逻辑关系特点是:只有当输入端全部为高电平时,输出才为高电平,只有一个输入端为低电平,输出端便为低电平。CC4081具有较高转换能力的4个门电路。其CC4081芯片的工作条件和最大绝对额定值与前面介绍CC4069芯片相同。引脚排列见图4-9，逻辑符号见图4-10，逻辑结构图见图4-11。1.

40、 CC4081外引脚排列及逻辑符号图4-9 CC4081的芯片引脚排列 图4-10 CC4081的逻辑符号2.CC4081逻辑表达式 Y=AB (4-18)3.CC4081逻辑结构图图4-11 CC4081的逻辑结构图4.简要说明 （1）VDD=10V时，传输延时时间：=85（典型值）；=65（典型值）。（2）标准对称输出特性。（3）在全温度范围内，VDD=18V时，最大输入电流为1uA。（4）VDD=20V时，对静态电流100%测试。（5）电路参数分别在VDD=5V、10V、15V时测试。（6）所有输入、输出、电源端均有保护网络。（7） 在全温度范围内噪声容限：VDD=5V时，1V； VDD

41、=10V时，2V； VDD=15V时，2.5V。4.4 计数译码驱动显示电路计数译码驱动显示电路主要是用来显示电容的容量，为了介绍电路方便，所以将计数译码显示电路放在一起介绍。本电路选用的是十进制计数器CC4518、译码器CC4511和LED数码管。不同的是这里各选用三片，以保证三位显示。另外，要求将控制脉冲经反相器送到计数器清零端和译码器的锁存端，以保证控制脉冲低点平期间显示有稳定的数码显示和计数器完成清零工作。4.4.1 计数电路1、计数的概念：人们在日常生活、工作、学习、生产及科研中，到处都遇到计数问题，总也离不开计数。在商场购物交款要计数，看时间、量温度要计数，清点人数、记录成绩在计数

42、，统计产品、了解生情况要计数，总之，人们做任何事情都应心中有数，广义地讲就是计数。所以，计数是十分重要的概念。一切能够完成计数工作的器物都是计数器，算盘是计数器，里程表是计数器，钟表是计数器，温度计等都是计数器，具体的各式各样的计数器，可以说是不胜枚举，无计其数。2、 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是当作触发器的时钟信号对待的。（2）从电路组成看，其主要组成

43、单元是时钟触发器。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CC4518芯片来实现的，因为CC4518芯片内部有两个独立的计数器，并有两个脉冲输入端CP和EN。R为清零端，是控制电路脚输出低电平经过G2非门变为高电平来实现清零，同时闸门电路关闭，停止为CP端提供时钟信号，当控制电路的脚输出高电平时，闸门电路打开，开始为计数器提供CP脉冲，此时CC4518(IC6)的EN端接高电平，当QD1为

44、高电平时，此时的信号作为IC4、IC5的脉冲信号送入EN端，当IC5的QD2为高电平时，此时的信号作为IC4的脉冲信号送入EN端，IC1、IC2的CP端接地，将计数器统计的脉冲个数经过IC4、IC5、IC6各个芯片的QD、QC、QB、QA端输出，并送入译码驱动电路的D、C、B、A端，作为译码电路的输入信号。本电路主要是由CC4518芯片来实现的，计数电路见图4-12，下面详细介绍CC4518芯片的详细资料。图4-12 计数译码显示驱动电路1. CC4518外部引脚排列及逻辑符号CC4518是有两个独立的计数器单元构成。它有两个时钟输入端CP和EN，如果要用时钟的上升沿触发，则信号由CP端输入，并使EN端为高电平；如果用时钟的下降沿触发，则信号由EN端输入，并使CP端为低电平。另外还有4个输出端1Q01Q3(2Q02Q3)；1个清零端（复位端 ）；当CR