《[優(yōu)秀畢業(yè)論文]基于CMOS集成電路來實(shí)現(xiàn)電容測(cè)試儀的設(shè)計(jì)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《[優(yōu)秀畢業(yè)論文]基于CMOS集成電路來實(shí)現(xiàn)電容測(cè)試儀的設(shè)計(jì)（56頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）摘 要本課題的設(shè)計(jì)電路主要采用 CMOS 集成電路來實(shí)現(xiàn)電容測(cè)試儀的設(shè)計(jì)。電容測(cè)試儀主要由時(shí)鐘振蕩電路，控制電路，閘門電路，計(jì)數(shù)電路，譯碼驅(qū)動(dòng)電路和顯示電路六部分組成。它的核心思想就是利用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的暫態(tài)的時(shí)間來控制多諧振蕩器的輸出的脈沖的個(gè)數(shù) ,然后通過七段數(shù)碼管譯碼驅(qū)動(dòng)顯示。本課題主要研究的是電容測(cè)試儀的精度和可靠性。電容測(cè)試儀可以測(cè)量三位數(shù)字顯示，量程可達(dá)到 1 到 999，測(cè)量時(shí)間小于等于 2 秒，精度可達(dá)到10。測(cè)量電容值的精度高，成本較低，而且維修方便，應(yīng)用也比較廣泛。關(guān)鍵詞 測(cè)試儀；單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器；多諧振蕩器； 譯碼驅(qū)動(dòng)顯示電路本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）IAbstr

2、actNow,electronics technique of 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

3、, electronics measure each realms 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 n

4、eed of our consumer,but the topic 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, me

5、asure electric capacity value 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,

6、control electric circuit, gateway 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

7、diagraph appearance accuracy Gao,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

8、Translate the code drive manifestation electric 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）IIcircui目 錄摘 要.IABSTRACT.II第 1 章 緒論 .11.1 課題背景.11.2 技術(shù)指標(biāo).11.3 立題的目的和意義.1第 2 章 課題方案的選擇 .22.1 方案一.22.2 方案二.3第 3 章 系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) .53.1 系統(tǒng)電路工作原理圖.53.2 系統(tǒng)電路的工作原理.5第 4 章 單元電路設(shè)計(jì) .74.1 時(shí)鐘脈沖振蕩電路.74.1.1 555 集成定時(shí)器的組成 .84.1.2 555 時(shí)基電路的基本功能 .84.1.3 555 構(gòu)成時(shí)鐘脈沖振蕩電

9、路 .94.1.4 時(shí)鐘脈沖振蕩電路的參數(shù)計(jì)算 .124.2 控制電路.134.2.1 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特點(diǎn) .154.2.2 單穩(wěn)態(tài)控制電路工作原理 .154.2.3 RC 微分電路 .164.2.4 CC4069 六反相器 .184.2.5 主要參數(shù)的估算 .194.2.6 控制電路元器件參數(shù)計(jì)算 .21本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）III4.3 閘門電路.224.3.1 閘門電路的工作原理 .224.3.2 CC4081 四 2 輸入與門 .224.4 計(jì)數(shù)譯碼驅(qū)動(dòng)顯示電路.244.4.1 計(jì)數(shù)電路 .244.4.2 譯碼驅(qū)動(dòng)電路 .284.4.3 數(shù)碼顯示電路 .31第 5 章 整機(jī)電路的安裝與調(diào)

10、試 .375.1 整機(jī)電路的安裝.375.2 注意事項(xiàng).375.3 整機(jī)電路的布線與接地問題.385.3.1 布線的原則 .385.3.2 關(guān)于接地問題 .385.4 整機(jī)電路的調(diào)試.395.5 COMS 的使用注意事項(xiàng).39結(jié) 論 .42致 謝 .43參考文獻(xiàn) .44附錄 1 譯 文 .45附錄 2 英文參考文獻(xiàn) .47附錄 3 系統(tǒng)電路原理圖 .51附錄 4 元器件表 .52本本 科科 畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) （ （ 論論 文文 ） ）0第 1 章 緒論1.1 課題背景21 世紀(jì)數(shù)字電路的發(fā)展速度十分迅速。尤其是 IC 電路的發(fā)展更是如此。IC 芯片功能的發(fā)展是越來越完善，電路越來越簡(jiǎn)單化

11、。這也證明了我國(guó)在不斷的發(fā)展為數(shù)字化的國(guó)家，但技術(shù)卻比以前大有提高，芯片的成本理所當(dāng)然要比以前低。而我們用數(shù)字芯片構(gòu)成的電路要比分立元件構(gòu)成的電路大大的降低成本。且相對(duì)來說更是要比分立元件構(gòu)成的電路好調(diào)試、容易實(shí)現(xiàn)多種功能。本課題是簡(jiǎn)易電容測(cè)試儀 ，主要考慮到它的成本便宜，可靠性高，實(shí)用性強(qiáng)等特點(diǎn)。由于我對(duì)數(shù)字電路較為感性趣，同時(shí)電容測(cè)試儀也是教育事業(yè)的教學(xué)必備工具。電容測(cè)試儀測(cè)試容量準(zhǔn)確，極易使用，可對(duì)電解電容的質(zhì)量進(jìn)行篩選。從而我們?cè)谧稣n程設(shè)計(jì)、對(duì)講機(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(huì)用到電容測(cè)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。在電子行業(yè)

12、中這是經(jīng)常使用的測(cè)量?jī)x器，尤其是我們?cè)陔娮又谱髦懈侨绱?。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(cè)量電解電容的容量，用數(shù)字電路搭接可達(dá)到生動(dòng)直觀的效果。1.2 技術(shù)指標(biāo)1.要求能有三位數(shù)字顯示，量程為 1999uF。2.測(cè)量時(shí)間2S。 3.電解電容測(cè)量值的精度為10。1.3 立題的目的和意義21 世紀(jì)數(shù)字電路的發(fā)展十分迅速,高新技術(shù)日新月異,本課題的目的和意義主要是為了教育事業(yè)提供教學(xué)方便,而本電路主要采用集成芯片來制作的,可直觀的顯示電容的容量.本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）1第 2 章 課題方案的選擇在確定電路的 3 項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)后,我查詢了許多的相關(guān)電子資料 ,并且從中借鑒出了兩種設(shè)計(jì)

13、方案。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(shí)。2.1 方案一 鑒于許多的電子書籍雜志當(dāng)中的介紹 ,并且與實(shí)際電路進(jìn)行比較，我尋找到一套設(shè)計(jì)方案，以下是方案一的詳細(xì)介紹。方案一主要采用的是數(shù)字電路部分。電路中采用了以一個(gè)單穩(wěn)態(tài)振蕩電路和多諧振蕩電路為核心 ,加上計(jì)數(shù)器電路、譯碼驅(qū)動(dòng)器電路、微分電路、LED 數(shù)碼顯示電路，就構(gòu)成了題目所要求的各項(xiàng)功能。電路的調(diào)試時(shí)間相對(duì)要長(zhǎng)一些,主要是能夠?qū)㈦娊怆娙莸娜萘空{(diào)試出來，這樣電路才能夠順利的實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)指標(biāo)。圖 2-1 就是方案一的原理框圖 :圖 2-1 方案一框圖Cx信信信信信信信信信信信信信信信信信信信信信信信信信信信信信信T

14、信信信信w信信信信本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）2由于方案一,需要將電路按照其工作條件和布局分配逐級(jí)連接好 ,在通過長(zhǎng)時(shí)間的調(diào)試就可以成功。在時(shí)間的需求上面也比單片機(jī)多 ,同時(shí)此方案所用到的知識(shí)都是數(shù)電、模電理論基礎(chǔ)，這會(huì)讓我們對(duì)數(shù)電、模電理論基礎(chǔ)知識(shí)的掌握有了更深一步的加深。在電路的整個(gè)設(shè)計(jì)過程中 ,我決定采用此方案。因?yàn)?,我想既然是畢業(yè)設(shè)計(jì) ,要對(duì)自己所學(xué)的知識(shí)和實(shí)踐動(dòng)手能力在此次設(shè)計(jì)中得到更深一步的提高，也是對(duì)知識(shí)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(huì)順利完成此次方案，所以我選擇了對(duì)自己知識(shí)體系有所完善的方案，并在整個(gè)電路的設(shè)計(jì)過程中 ,都是以此方案為核

15、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。2.2 方案二圖 2-2 方案二框圖但是利用方案二這個(gè)電路雖然也能夠?qū)崿F(xiàn)電路所設(shè)計(jì)的功能 ,但是在電路的制作上面所需要花費(fèi)的時(shí)間和精力需要很多，而且使用不方便，測(cè)得電容的容量不夠直觀，雖然框圖簡(jiǎn)單，但是在時(shí)間上的付出也需要很多，而且電測(cè)得容量的精度不高，雖然都是由單穩(wěn)態(tài)電路和多諧振蕩電路為核心，其測(cè)量電容的范圍很小，不能滿足教學(xué)的使用以及電子制作者的需求，Cx信信信信信信信信信信信信信信信信信信信信信信信信信信信信本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）3這樣電路就不會(huì)體現(xiàn)出電路的優(yōu)點(diǎn)。為此，我選擇方案一來作為本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，同時(shí)

16、這也是對(duì)我三年來專業(yè)知識(shí)的一個(gè)總結(jié)。本章小結(jié)本章主要介紹的是課題方案選擇，并詳細(xì)的比較了兩個(gè)方案的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。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。 第 3 章 系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）43.1 系統(tǒng)電路工作原理圖系統(tǒng)電路原理圖見附錄 3。3.2 系統(tǒng)電路的工作原理系統(tǒng)電路的工作原理如：圖 3-1 是簡(jiǎn)易電容測(cè)試儀的原理框圖，它是由時(shí)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(dòng)電路數(shù)碼顯示電路六部分組成。而時(shí)鐘脈沖振蕩電路實(shí)質(zhì)就是多諧振蕩器，控制電路主要是由微分電路和單穩(wěn)太觸發(fā)器構(gòu)成。當(dāng)接通 10V 直流電源時(shí)，時(shí)鐘脈沖振蕩電路產(chǎn)生 2ms 的矩形脈沖，在微動(dòng)開關(guān)

17、 S 沒有按下時(shí)，控制電路的輸出信號(hào)為低電平（即穩(wěn)定狀態(tài)） ，經(jīng)過 G2非門變?yōu)楦唠娖?，?duì)計(jì)數(shù)電路進(jìn)行清零工作，同時(shí)譯碼驅(qū)動(dòng)電路的鎖存功能無效，此時(shí)顯示電路顯示為 0 字型。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器只有一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)和一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，而暫穩(wěn)態(tài)的時(shí)間主要由 R1 和被測(cè)電容即 T=R1（時(shí)間常數(shù)）XCXC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(shí)間與被測(cè)電容成正比。當(dāng)瞬間按下微動(dòng)開關(guān) S 時(shí)，這時(shí)使微分電路瞬間產(chǎn)生一個(gè)正的尖XC峰脈沖，然后經(jīng)過 G1 非門變?yōu)樨?fù)的尖峰脈沖，為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的腳提供一個(gè)負(fù)的觸發(fā)脈沖，這時(shí)單穩(wěn)態(tài)電路的腳輸出高電平，而此時(shí)的信號(hào)就稱為控制信號(hào)，就將其 G3 的閘門打開，使

18、時(shí)鐘振蕩電路產(chǎn)生周期為 2ms 的矩形脈沖通過閘門電路，作為 CC4518（IC6）的脈沖信號(hào)，同時(shí)單穩(wěn)態(tài)電路的腳輸出的高電平經(jīng)過 G2 非門變?yōu)榈碗娖?，此時(shí)的 CC4511（IC1）CC4511（IC2）CC4511（IC3）芯片的清零端 R 均無效，而 CC4518（IC4）CC4518（IC5）CC4518（IC6）的鎖存端 LE 也均無效。CC4518 是雙十進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器，是由二個(gè)獨(dú)立的計(jì)數(shù)器單元構(gòu)成，有二個(gè)時(shí)鐘輸入端 CP 和 EN，如果采用時(shí)鐘上升沿觸發(fā)，則信號(hào)由 CP 端輸入，并使 EN 端為高電平；如果采用時(shí)鐘下降沿觸發(fā)，則由 EN 端作為信號(hào)輸入端，并使 CP 端為低電平。

19、當(dāng) CC4518（IC6）CP 脈沖計(jì)到第十個(gè)脈沖的上升沿時(shí)，此時(shí) QD1 為低電平，作為 CC4518（IC5）EN 端的時(shí)鐘脈沖信號(hào)來進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng) CC4518（IC5）的 EN 端計(jì)到第十個(gè)脈沖的下降沿時(shí)，QD2 為低電平，這時(shí)作為 CC4518（IC4）芯片 EN 端的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，然后分別從CC4518（IC4）CC4518（IC5）CC4518（IC6）的 QDQCQBQA 端本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）5輸出信號(hào)，并送入對(duì)應(yīng)的 CC4511（IC1）CC4511（IC2）CC4511（IC3）的輸入端 DCBA 端。經(jīng)過譯碼驅(qū)動(dòng)電路后在經(jīng)過 300 的電阻送入到數(shù)碼顯示電路，從而顯示

20、出電容的容值。這時(shí)單穩(wěn)態(tài)輸出的暫穩(wěn)態(tài)自動(dòng)翻轉(zhuǎn)為穩(wěn)定狀態(tài)（即低電平） ，將閘門電路 G3 關(guān)閉，停止由時(shí)鐘脈沖振蕩電路產(chǎn)生周期為 2ms 的矩形脈沖通過，同時(shí)對(duì)計(jì)數(shù)電路進(jìn)行清零和對(duì)譯碼驅(qū)動(dòng)電路鎖存。當(dāng)測(cè)下一個(gè)電容的容量時(shí)，其工作過程重復(fù)同上闡述。簡(jiǎn)易電容測(cè)試儀整機(jī)電路的原理圖見附錄 3。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(shí)也是此次設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。它將各單元電路的作用及工作原理進(jìn)行了詳細(xì)的描述，使之對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)的工作過程有了更清晰的認(rèn)識(shí)與了解。第 4 章 單元電路設(shè)計(jì)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）64.1 時(shí)鐘脈沖振蕩電路時(shí)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(shí)鐘脈沖信

21、號(hào)，然而產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖的方法也很多。由于本題目要求的精度很高，這里選用 555 定時(shí)器組成多諧振蕩器來實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘脈沖的產(chǎn)生。因?yàn)楸倦娐凡捎?555 定時(shí)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。它的功能靈活，使用方便，帶負(fù)載能力強(qiáng)。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(cè)和控制等方面都得到廣泛的應(yīng)用。下面詳細(xì)介紹 555 定時(shí)器的電路的組成及基本功能，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 4-1 所示。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涂梢苑奖愕臉?gòu)成脈沖產(chǎn)生的整形電路，在工業(yè)控制定時(shí)電子

22、樂器及防盜報(bào)警等方面應(yīng)用很廣。 圖 4-1 555 集成定時(shí)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖4.1.1 555 集成定時(shí)器的組成1.基本 RS 觸發(fā)器本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）7由兩個(gè)與非門組成，是專門設(shè)置的可從外部進(jìn)行置 0 的復(fù)位端。當(dāng)R=0 時(shí)，使=0,=1。RQQ2.比較器A1、A2 是兩個(gè)電壓比較器。比較器有兩輸入端，分別有+號(hào)和-號(hào)，如果用和表示相應(yīng)輸入端上所加的電壓，則當(dāng)時(shí)其輸出為高電平，UUUU時(shí)輸出為低電平，兩個(gè)輸入端基本上不向外電路索取電流，即輸入U(xiǎn)U電阻趨近于無窮大。3.分壓器三個(gè)阻值均為 5的電阻串聯(lián)起來構(gòu)成分壓器（555 也因此而得名） ，K為比較器 A1 和 A2 提供參考電壓，A1 之+

23、端=2VCC/3A2 之- 端U=1VCC/3。如果在電壓控制端 CO 另加控制電壓，則可改變 A1A2 的參考U電壓。工作中不使用 CO 端時(shí)，一般都通過一個(gè) 0.01uF 的電容接地，以旁路高頻干擾。4.晶體管開關(guān)和輸出緩沖器晶體管構(gòu)成開關(guān)，其狀態(tài)受端控制。當(dāng)端為 0 時(shí)截止為 1TDQQTD時(shí)導(dǎo)通。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(shí)器的TD帶負(fù)載能力和隔離負(fù)載對(duì)定時(shí)器的影響。綜上所述可知，555 定時(shí)器不僅提供了一個(gè)復(fù)位電平為 2VCC/3置位電平為 VCC/3且可通過端直接從外部進(jìn)行置 0 的基本 RS 觸發(fā)器，而且還給R出了一個(gè)狀態(tài)受該觸發(fā)器端控制的晶體管開關(guān)，

24、因此使用起來極為靈活。Q4.1.2 555 時(shí)基電路的基本功能表 4-1 所示是 555 定時(shí)器的功能表，它全面地表示了 555 的基本功能。表 4-1 555 頂時(shí)期的功能表當(dāng)=0 時(shí)，=1，輸出電壓為低電平，飽和導(dǎo)通。RQUuOLOTD當(dāng)=12VCC/3VCC /3 時(shí)，A1 輸出低電平、A2 輸出高電RUTHUTR平,=1=0，飽和導(dǎo)通。QQUuOLOTD當(dāng)=1VCC/3 時(shí)，A1A2 輸出均為高電平，基本RUTHUTR本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）8RS 觸發(fā)器保持原來狀態(tài)不變，因此也保持原來狀態(tài)不變。uOTD當(dāng)=12VCC/3VCC/3 時(shí)，A1 輸出高電平，A2 輸出低電平，RUTHUTR=

25、0=1，截止。QQUuOLOTD555 定時(shí)器的電源電壓范圍較大，雙極型電路 VCC=4.516V，輸出高電平不低于電源電壓的 90%，帶拉電流和灌電流負(fù)載的能力可達(dá) 200mA；CMOS 電路 VDD=318V，輸出高電平不低于電源電壓的 95%，帶拉電流負(fù)載的能力為1mA，帶灌電流負(fù)載的能力為 3.2mA。4.1.3 555 構(gòu)成時(shí)鐘脈沖振蕩電路本課題主要用到多諧振蕩器。電路原理圖如圖 4-2 所示。該電路的工作過程如下：圖 4-2 時(shí)鐘脈沖發(fā)生電路如圖 4-2 所示是用 555 定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器。Rp、R4、C2 是外接定時(shí)元件，定時(shí)器腳、腳連接起來接，內(nèi)部晶體三極管集電極腳接到u

26、CRp、R4 的連接點(diǎn)。Rp5.6K12345678NE555R412KVDDC30.01uFC20.1uF信信信信2VDD/3 VDD/3tTt12本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）9圖 4-3 時(shí)鐘脈沖發(fā)生電路的工作波形1.工作原理：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 1、A2 輸出為 0，基本 RS 觸發(fā)器uC=1、=0、截止。QQUuOHOTD（1）暫穩(wěn)態(tài)=1、=0、截止，是電路的一種暫穩(wěn)態(tài)，因?yàn)樵谶@種狀QQUuOHOTD態(tài)下，有一個(gè)電容 C2 充電、緩慢升高的漸變過程在進(jìn)行著，充電回路是uC地，時(shí)間常數(shù)是=（R4+Rp）C2。24CRR

27、pVCC1（2）自動(dòng)翻轉(zhuǎn) I當(dāng)電容 C2 充電，上升到 2VD/3 時(shí)，比較器 A1 輸出跳變?yōu)?0，基本 RSuC觸發(fā)器立即翻轉(zhuǎn)到 0 零狀態(tài)，=0、=1、飽和導(dǎo)通。QQUuOLOTD（3）暫穩(wěn)態(tài)=0、=1、飽和導(dǎo)通，是電路的另一種暫穩(wěn)態(tài)，因?yàn)樵赒QUuOLOTD這種狀態(tài)下，同樣有一個(gè)電容 C2 放電、緩慢下降的漸變過程在進(jìn)行著，放uC電回路是地，時(shí)間常數(shù)是=R4C2（忽略飽和導(dǎo)通電DTRC422TD阻 RCES） 。（4）自動(dòng)翻轉(zhuǎn)當(dāng)電容 C2 放電，下降到 1VCC/3 時(shí)，比較器 A2 輸出跳變?yōu)?0，基本 RSuC觸發(fā)器立即翻轉(zhuǎn)到 1 狀態(tài)，=1、=0、截止即暫穩(wěn)態(tài)。QQUuOHOTD

28、在暫穩(wěn)態(tài)，電容 C2 又充電、再上升，不難理解，接通電源之后，uC本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）10電路就在兩個(gè)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。2.振蕩頻率的估算：由工作原理分析知道，電路穩(wěn)定工作之后，電容 C2 充電和放電的過渡過程總是周而復(fù)始重復(fù)進(jìn)行的。（1）電容 C2 充電時(shí)間，即暫穩(wěn)態(tài)維持時(shí)間的估算t1電容充電時(shí)，時(shí)間常數(shù)=（Rp+R4）C2，起始值(0+)=VCC/3,終了值1uC（）=VCC、轉(zhuǎn)換值（）=2VDD/3，代入過渡過程計(jì)算公式進(jìn)uCuC1Wt2CR行計(jì)算： )()()0()(ln111tuuuutCCCCW2ln3231ln11VDDVDDVDDVDD (4

29、-1)2)4(7 . 0CRpR （2）電容 C2 放電時(shí)間即暫穩(wěn)態(tài)維持時(shí)間的估算,電容放電時(shí)，時(shí)間t2常數(shù)，起始值（0+）=2VDD/3，終了值（）=0，轉(zhuǎn)換值（242CRuCuCuC）=VDD/3，代入 RC 過渡過程公式進(jìn)行計(jì)算：t2)()()0()(ln222tUuuutCCCCVDDVDD310320ln2 (4-2)247 . 02ln2CR本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）11（3）電路振蕩頻率 f振蕩周期：T247 . 02)4(7 . 021CRCRRpttT (4-3)2)42(7 . 0CRRp 振蕩頻率： f (4-4)2)42(43. 12)42(7 . 011CRRpCRRpTf

30、4.1.4 時(shí)鐘脈沖振蕩電路的參數(shù)計(jì)算因?yàn)闀r(shí)鐘脈沖周期 T=0.693（Rp+2R4）C2，是在忽略了 555 定時(shí)器腳的輸入電流條件下得到的，而實(shí)際上腳約有 10uA 的電流流入。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。又知要求 Cx=999uF 時(shí)，Tw=2S，所以需要時(shí)鐘脈沖在 2S 內(nèi)產(chǎn)生 999 個(gè)脈沖，即時(shí)鐘脈沖周期為2ms。從圖 4-3 可知：T (4-5)mAttT221如果選定脈沖占空比為 0.6，可得：q (4-6)q6 . 0211ttt (4-7)msmst2 . 126 . 01 (4-8)mstTt8 . 02 . 1212從圖

31、 4-3 可以看出，當(dāng) C2 上電壓達(dá)到 2VDD/3 時(shí)，流過 R4，Rp 的電流最小，所以 432minRRpVDDVDDIR本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）12 (4-9)4(3RRpVDD取,則mAIR. 2 . 0min (4-10)KRpR7 .162 . 03104 (4-11)uFRRptC1 . 0)4(693. 012又因?yàn)?24693. 02CRt KCtR544.11101 . 0693. 0108 . 02693. 04632(4-12)故 KRp156. 5544.117 .16取標(biāo)稱值 。,1 . 5KRpKR124為了調(diào)整電路方便,可選用 5.6K 的電位器。Rp4.2 控

32、制電路控制電路的主要功能是根據(jù)被測(cè)電容的容量大小與其成正比的控制脈XC沖寬度。實(shí)現(xiàn)的方法有多種，如用多諧振蕩器，利用作為振蕩電容從而影XC響振蕩周期，產(chǎn)生出對(duì)應(yīng)的控制脈沖；在如采用單穩(wěn)態(tài)電路，由影響暫穩(wěn)XC態(tài)的時(shí)間，從而形成對(duì)應(yīng)寬度的控制脈沖。這里著重介紹由單穩(wěn)態(tài)組成的控制電路。圖 4-4 所示單穩(wěn)態(tài)控制電路的原理圖。該電路工作原理如下：當(dāng)被測(cè)電容接到電路中之后，只要按一下微動(dòng)開關(guān) S，電源電壓 VDDXC經(jīng)微分電路 C1R2 和反相器送給 555 定時(shí)器的觸發(fā)端一個(gè)負(fù)脈沖信號(hào)，使單穩(wěn)態(tài)電路由穩(wěn)態(tài)變?yōu)闀悍€(wěn)態(tài)，其輸出端由低電平變?yōu)楦唠娖?。該高電平控制閘門電路使時(shí)鐘脈沖信號(hào)通過，送入計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。暫

33、穩(wěn)態(tài)的時(shí)間，然后單穩(wěn)態(tài)電路又回到暫穩(wěn)態(tài)，其輸出端變?yōu)榈碗娖?，從XWCRT11 . 1而封鎖閘門、停止計(jì)數(shù)?？梢?，控制脈沖寬度與成正比，如果 R1 固WTXCR1本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）13定不變，則計(jì)數(shù)時(shí)鐘脈沖的個(gè)數(shù)將與的容量值成正比。因此，可以達(dá)到測(cè)XC電容量的要求。單穩(wěn)態(tài)控制電路的工作波形如圖 4-5 所示，其中反相器采用的是 CC4069 芯片來實(shí)現(xiàn)的，詳細(xì)內(nèi)容見 4.2.4。 圖 4-4 單穩(wěn)態(tài)控制電路原理圖 圖 4-5 單穩(wěn)態(tài)控制電路的工作波形4.2.1 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特點(diǎn)第一，它有一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)和一個(gè)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

34、一段時(shí)間后，將自動(dòng)返回到穩(wěn)定狀態(tài)，而暫穩(wěn)狀態(tài)時(shí)間的長(zhǎng)短，與觸發(fā)脈沖無關(guān)，僅決定R118KR210KR31KC11uFC00.01uF1CXSVDDVDD13245687NE555G1CC4069信信信信本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）14與電路本身的參數(shù)。這種電路在數(shù)字系統(tǒng)和裝置中，一般用于定時(shí)（產(chǎn)生一定寬度的方波） 、整形（把不規(guī)則的波形轉(zhuǎn)換成寬度、幅度都相等的脈沖）以及延時(shí)（將輸入信號(hào)延時(shí)一定時(shí)間之后輸出）等。如圖 4-4 所示是用 555 定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。R1、CX 是定時(shí)元件；是輸入觸發(fā)信號(hào)，下降沿Iu有效，加在 555 的端（腳） ；是輸出信號(hào)（腳） 。TROu4.2.2 單穩(wěn)態(tài)控制電

35、路工作原理1.沒有出發(fā)信號(hào)時(shí)電路工作在穩(wěn)態(tài)：無觸發(fā)信號(hào)即為高點(diǎn)平時(shí)，電路工作在穩(wěn)定狀態(tài)=0，=1，IuQQ為低電平，飽和導(dǎo)通。若接通電源后，555 定時(shí)器基本 RS 觸OuDTIHIUu 發(fā)器是處于 0 狀態(tài)，即=0，=1、飽和導(dǎo)通，則這種狀態(tài)將QQOHOUuDT保持不變。 若接通電源后，555 定時(shí)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(shí)間之QQOHOUuDT后，電路會(huì)自動(dòng)地返回到穩(wěn)定狀態(tài)。因?yàn)榻刂?，電?VDD 會(huì)通過 R1 對(duì)DT進(jìn)行充電，將漸漸升高，到上升到 2VDD/3 時(shí)，比較器 A1 輸出XCCuUuTHC0，將基本

36、RS 出發(fā)器復(fù)位到 0 狀態(tài)，=0、=1、飽和導(dǎo)通，QQOLOUuDT電容通過迅速放電，使,即電路返回到穩(wěn)定。XCDT0Cu2.下降沿觸發(fā)uI當(dāng)下降沿到來時(shí),電路被觸發(fā),立即由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)=1、=0、uIQQ、截止。因?yàn)橛筛唿c(diǎn)平跳變到低點(diǎn)平時(shí)，比較器 A2 的輸U(kuò)uOHODTUuTRI出跳變?yōu)?0，基本 RS 觸發(fā)器立即被置成 1 狀態(tài)，即暫穩(wěn)態(tài)。3.暫穩(wěn)態(tài)的維持時(shí)間在暫穩(wěn)態(tài)期間，電路中有一個(gè)定時(shí)電容充電的漸變過程，充電回路XC地，時(shí)間常數(shù)為。電容上電壓上升到XCCCRV1XCR11UuTHC2VDD/3 以前，顯然電路將保持暫穩(wěn)態(tài)不變。4.自動(dòng)返回（暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束）時(shí)間本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）1

37、5隨著充電過程的進(jìn)行，逐漸升高，當(dāng)上升到 2VDD/3XCTHCuuTHCuu時(shí)，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、=1、QQ、飽和道通，暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束。OLOUuDT5.恢復(fù)過程當(dāng)暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束后，定時(shí)電容將通過飽和導(dǎo)通的晶體三極管放電，時(shí)XCDT間常數(shù)為,(是的飽和導(dǎo)通電阻，很小)，經(jīng) 35t2后，XCESCRt 2CESRDT放電完畢，恢復(fù)過程結(jié)束。結(jié)束后，電路返回到穩(wěn)定狀態(tài)，XC0THCuu單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器又可接收新的輸入觸發(fā)信號(hào)。4.2.3 RC 微分電路微分電路是脈沖電路中常用的一種波形變換電路，它能把矩形脈沖波變換成寬度很窄的一對(duì)正負(fù)尖峰脈沖波。而在本

38、電路中只需要正尖峰脈沖。1. 電路組成RC 微分電路的組成，如圖 4-6(a)所示。電路應(yīng)具有如下條件：（1）輸出信號(hào)取 R2、C1 電路的電阻 R2 的兩端。即 uuRO（2）電路的時(shí)間常數(shù)應(yīng)遠(yuǎn)小于輸入的矩形波脈沖寬度。即tW tW通常，當(dāng)1/5 時(shí)，可認(rèn)為滿足上述條件。tW2. 工作原理圖 4-6(b)(d)是微分電路的工作波形圖。 其工作原理如下：設(shè)輸入信號(hào)為矩形波，幅度為，脈寬為。IumVPt（1）當(dāng) 時(shí)，,。t1t0Iu0Ou（2）是的瞬間，由 0 突變?yōu)?立即有充電電流通過 C1 和 R2。1tt IumV從圖 4-6（a）可知，,由于電容電壓不能突變，此時(shí)仍為CIOuuuCuCu

39、0，故有，即輸出電壓由 0 跳變?yōu)?。mIOVuuOumV本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）16（3）在 t1t2 期間，輸入電壓保持不變，由于電路時(shí)間常數(shù)IumV很?。ǎ?，所以,電容 C1 被迅Pt速充電，上升很快。而輸出電壓Cu則迅速下降。在之前，CIOuuu2tt 很快達(dá)到,而也迅速下降為CumVOu0，形成一個(gè)負(fù)的尖峰脈沖波。（4）在時(shí)刻，從跳變2tt IumV到 0，由于電容兩端電壓不能突變，仍為。所以，CumV。mCIoVuuu（5）在時(shí)刻以后，同樣因?yàn)殡?t路時(shí)間常數(shù)很小，電容迅速放電，很快由上到 0，形成一個(gè)負(fù)的OumV尖峰脈沖波。以后當(dāng)?shù)诙€(gè)矩形脈沖輸入時(shí)，將重復(fù)上述過程。每輸入一個(gè)矩形脈

40、沖，在輸出端就得到一對(duì)正負(fù)相間的尖峰波。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(shí)刻的跳變，此時(shí)輸出電壓幅度最大；而在期間，輸入電壓保持不變，2t1t2t輸出電壓基本為 0。概括地說，微分電路對(duì)輸入脈沖起到“突出變化量，壓低恒定量”的作用。4.2.4 CC4069 六反相器CC4069 內(nèi)部是由六個(gè)獨(dú)立的通道輸入、輸出反相器單元電路構(gòu)成的。其邏輯關(guān)系的特點(diǎn)是：當(dāng)輸入端為低電平時(shí)，輸出端為高電平；當(dāng)輸入端為高電平時(shí)，輸出端為低電平。R210KC11uF+-+-uuuIOC(a)圖 4-6 微分電路的工作原理與工作波形本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）171. CC4

41、069 的外引腳圖及邏輯符號(hào)圖 4-7 CC4069 的芯片引腳排列2. 工作條件（見表 4-2）表 4-2 CC4069 的工作條件3. 最大決定額定值（見表 4-3）1Y6335562YAY341234567814131211109VSSDDVAAYYYAAACC406914本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）18表 4-3 CC4069 的最大絕對(duì)額定值注:所有電壓值均以 VSS 管腳為基準(zhǔn)。4. 簡(jiǎn)要說明 （1）VDD=10V、傳輸延遲時(shí)間為 30ns。（2）標(biāo)準(zhǔn)對(duì)稱輸出特性。（3）在全溫度范圍內(nèi)，VDD=18V 時(shí)，最大輸入電流為 1uA。（4）VDD=20V 時(shí)，對(duì)靜態(tài)電流 100%測(cè)試。（5）電

42、路參數(shù)分別在 VDD=5V、10V、15V 時(shí)測(cè)試。（6）所有輸入、輸出、電源端均有保護(hù)網(wǎng)絡(luò)。（7）在全溫度范圍內(nèi)噪聲容限：VDD=5V 時(shí)，1V； VDD=10V 時(shí)，2V； VDD=15V 時(shí)，2.5V。4.2.5 主要參數(shù)的估算 1.輸出脈沖寬度Wt由工作原理分析知道，輸出脈沖寬度是等于暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間的，也就是定時(shí)電本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）19容的充電時(shí)間。由圖 4-5 所示工作波形不難看出：,XC00Cu,代入 RC 電路過度過程計(jì)算公式。可得： VDDuC VDDtuWC32 WCCCCWtuuuut0ln1 VDDVDDVDDCRX320ln1 (4-13)XXCRCR11 . 13ln1

43、式 4-13 告訴我們，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出脈沖寬度僅決定與定時(shí)元件WtR1、的取值，與輸入觸發(fā)信號(hào)和電源電壓無關(guān)，調(diào)節(jié)、即可改變。XC1RXCWt2.恢復(fù)時(shí)間恢復(fù)時(shí)間，就是暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束后，定時(shí)電容經(jīng)飽和導(dǎo)通的晶體三極管retXC放電的時(shí)間，一般取5，即認(rèn)為經(jīng)過 35 倍時(shí)間常數(shù)電容就放DT3ret2電完畢。由于，而很小，所以極短。XCESCR2CESRret3.最高工作頻率maxf若輸入觸發(fā)信號(hào)是周期為的連續(xù)脈沖時(shí)，為了保證單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能IuT夠正常工作，不難理解，應(yīng)滿足下列條件： （4-14）reWttT即周期的最小值應(yīng)為，即IuminTreWtt （4-15）reWttTmin因此，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)

44、器的最高工作頻率應(yīng)為 （4-16）reWttTf11minmax本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）20一個(gè)應(yīng)該注意的問題:在圖 4-4 所示電路中，輸入觸發(fā)信號(hào)的脈沖寬度（的時(shí)間） ，IuILIUu 必須小于電路輸出的脈沖寬度（的時(shí)間） ，否則電路將不能正常OuOHOUu工作。因?yàn)楫?dāng)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器被觸發(fā)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)后，如果即端為ILIUu TR低點(diǎn)平且一直保持不變，那么比較器 A2 的輸出總是 0，由與非門的邏輯特性知道，基本 RS 觸發(fā)器端顯然會(huì)一直為高電平，不難理解，電路將無法按規(guī)Q定時(shí)間返回到穩(wěn)定狀態(tài)。而且定時(shí)電容會(huì)來回充電、放電，比較器 A1 的XC輸出一會(huì)為 1，一會(huì)為 0，基本 RS 觸發(fā)器的端會(huì)

45、不停地在低電平、高電平Q之間來回變化，因此在單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出端將出現(xiàn)高頻振蕩波形。解決這一問題的一個(gè)簡(jiǎn)單辦法，就是在電路的輸入端加一個(gè) RC 微分電路，即當(dāng)為寬脈沖時(shí)，讓經(jīng) RC 微分電路之后再接到端。不過微分電路的IuIuTR電阻應(yīng)該接到 VDD，以保證在下降沿未到來時(shí)，為高電平。IuuTR4.2.6 控制電路元器件參數(shù)計(jì)算題目要求的變化范圍是 1999uF，又由，而且要求測(cè)XCXWCRT11 . 1量的時(shí)間小于 2S(即)，也就是最大時(shí)（999）不超過 2S，STW2XCuFWT可求得 (4-17)1820109991 . 121 . 116XWCTR取KR8 . 11微分電路可取經(jīng)驗(yàn)數(shù)

46、值，取 R2=10KR3=1K,C1=1uf。uF555 定時(shí)器第 5 腳外接電容一般取。uFCO01. 04.3 閘門電路4.3.1 閘門電路的工作原理閘門電路的主要作用是由控制電路來控制的，實(shí)質(zhì)是一個(gè)與門，主要是通過時(shí)鐘脈沖振蕩電路產(chǎn)生周期為 2ms 的矩形脈沖來為計(jì)數(shù)器提供時(shí)鐘脈沖，本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）21當(dāng)控制電路輸出高電平時(shí)，閘門電路打開，使時(shí)鐘振蕩電路產(chǎn)生周期為 2ms的矩形脈沖通過，作為計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖來進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)控制電路的輸出為低電平時(shí)，此時(shí)閘門電路關(guān)閉，禁止時(shí)鐘振蕩信號(hào)通過，不為計(jì)數(shù)器的 CP 端提供矩形脈沖。此電路主要由 CC4081 芯片來實(shí)現(xiàn)的，其電路原理圖 4-8

47、所示，下面詳細(xì)介紹 CC4081 的引腳功能及邏輯結(jié)構(gòu)圖等。&至計(jì)數(shù)器信信信信信信信信信信信信信圖 4-8 閘門電路4.3.2 CC4081 四 2 輸入與門CC4081 的邏輯關(guān)系特點(diǎn)是:只有當(dāng)輸入端全部為高電平時(shí),輸出才為高電平,只有一個(gè)輸入端為低電平,輸出端便為低電平。CC4081 具有較高轉(zhuǎn)換能力的 4 個(gè)門電路。其 CC4081 芯片的工作條件和最大絕對(duì)額定值與前面介紹CC4069 芯片相同。引腳排列見圖 4-9，邏輯符號(hào)見圖 4-10，邏輯結(jié)構(gòu)圖見圖4-11。1. CC4081 外引腳排列及邏輯符號(hào)613891011213&45121A4224341YYY2312345678141

48、31211109VSSDDVABBABAYBCC408113本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）22圖 4-9 CC4081 的芯片引腳排列 圖 4-10 CC4081 的邏輯符號(hào)2.CC4081 邏輯表達(dá)式 Y=AB (4-18)3.CC4081 邏輯結(jié)構(gòu)圖6411111ABY圖 4-11 CC4081 的邏輯結(jié)構(gòu)圖4.簡(jiǎn)要說明 （1）VDD=10V 時(shí)，傳輸延時(shí)時(shí)間：=85（典型值） ；=65（典PLHtusPHLtns型值） 。（2）標(biāo)準(zhǔn)對(duì)稱輸出特性。（3）在全溫度范圍內(nèi)，VDD=18V 時(shí)，最大輸入電流為 1uA。（4）VDD=20V 時(shí)，對(duì)靜態(tài)電流 100%測(cè)試。（5）電路參數(shù)分別在 VDD=5V、

49、10V、15V 時(shí)測(cè)試。（6）所有輸入、輸出、電源端均有保護(hù)網(wǎng)絡(luò)。（7） 在全溫度范圍內(nèi)噪聲容限：VDD=5V 時(shí)，1V； VDD=10V 時(shí)，2V； VDD=15V 時(shí)，2.5V。4.4 計(jì)數(shù)譯碼驅(qū)動(dòng)顯示電路計(jì)數(shù)譯碼驅(qū)動(dòng)顯示電路主要是用來顯示電容的容量，為了介紹電路方便，本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）23所以將計(jì)數(shù)譯碼顯示電路放在一起介紹。本電路選用的是十進(jìn)制計(jì)數(shù)器CC4518、譯碼器 CC4511 和 LED 數(shù)碼管。不同的是這里各選用三片，以保證三位顯示。另外，要求將控制脈沖經(jīng)反相器送到計(jì)數(shù)器清零端和譯碼器的鎖存端，以保證控制脈沖低點(diǎn)平期間顯示有穩(wěn)定的數(shù)碼顯示和計(jì)數(shù)器完成清零工作。4.4.1 計(jì)數(shù)

50、電路1、計(jì)數(shù)的概念：人們?cè)谌粘Ｉ睢⒐ぷ?、學(xué)習(xí)、生產(chǎn)及科研中，到處都遇到計(jì)數(shù)問題，總也離不開計(jì)數(shù)。在商場(chǎng)購(gòu)物交款要計(jì)數(shù)，看時(shí)間、量溫度要計(jì)數(shù)，清點(diǎn)人數(shù)、記錄成績(jī)?cè)谟?jì)數(shù)，統(tǒng)計(jì)產(chǎn)品、了解生情況要計(jì)數(shù)，總之，人們做任何事情都應(yīng)心中有數(shù)，廣義地講就是計(jì)數(shù)。所以，計(jì)數(shù)是十分重要的概念。一切能夠完成計(jì)數(shù)工作的器物都是計(jì)數(shù)器，算盤是計(jì)數(shù)器，里程表是計(jì)數(shù)器，鐘表是計(jì)數(shù)器，溫度計(jì)等都是計(jì)數(shù)器，具體的各式各樣的計(jì)數(shù)器，可以說是不勝枚舉，無計(jì)其數(shù)。2、 計(jì)數(shù)的特點(diǎn)：在數(shù)字電路中，把記憶輸入 CP 脈沖個(gè)數(shù)的操作叫做計(jì)數(shù)，能實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)操作的電子電路稱為計(jì)數(shù)器。它的主要特點(diǎn)是：（1）一般地說，這種計(jì)數(shù)器除了輸入計(jì)數(shù)脈沖

51、CP 信號(hào)之外，很少有另外的輸入信號(hào)，其輸出通常也都是現(xiàn)態(tài)的函數(shù)，是一種 Moore 型的時(shí)序電路，而輸入計(jì)數(shù)脈沖 CP 是當(dāng)作觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)對(duì)待的。（2）從電路組成看，其主要組成單元是時(shí)鐘觸發(fā)器。3 、計(jì)數(shù)電路的工作原理：計(jì)數(shù)電路主要是統(tǒng)計(jì)由時(shí)鐘脈沖振蕩電路產(chǎn)生周期為 2ms 的矩形脈沖個(gè)數(shù)。反映被測(cè)電容的容值大小，如果計(jì)數(shù)電路統(tǒng)計(jì)的脈沖個(gè)數(shù)越多，則被測(cè)電容的容量就越大，反之，計(jì)數(shù)電路統(tǒng)計(jì)的脈沖個(gè)數(shù)越少，則被測(cè)電容的容量就越小。由于此電路主要由CC4518 芯片來實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)?CC4518 芯片內(nèi)部有兩個(gè)獨(dú)立的計(jì)數(shù)器，并有兩個(gè)脈沖輸入端CP 和 EN。R 為清零端，是控制電路 腳輸出低電平

52、經(jīng)過 G2 非門變?yōu)楦唠娖絹韺?shí)現(xiàn)清零，同時(shí)閘門電路關(guān)閉，停止為 CP 端提供時(shí)鐘信號(hào)，當(dāng)控制電路的腳輸出高電平時(shí)，閘門電路打開，開始為計(jì)數(shù)器提供CP 脈沖，此時(shí) CC4518(IC6)的 EN 端接高電平，當(dāng) QD1 為高電平時(shí)，此時(shí)的信號(hào)作為本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）24IC4、IC5 的脈沖信號(hào)送入 EN 端，當(dāng) IC5 的 QD2 為高電平時(shí)，此時(shí)的信號(hào)作為 IC4 的脈沖信號(hào)送入 EN 端，IC1、IC2 的 CP 端接地，將計(jì)數(shù)器 統(tǒng)計(jì)的脈沖個(gè)數(shù)經(jīng)過 IC4、IC5、IC6 各個(gè)芯片的 QD、QC、QB、QA 端輸出，并送入譯碼驅(qū)動(dòng)電路的 D、C、B、A 端，作為譯碼電路的輸入信號(hào)。本電路

53、主要是由 CC4518 芯片來實(shí)現(xiàn)的，計(jì)數(shù)電路見圖 4-12，下面詳細(xì)介紹 CC4518芯片的詳細(xì)資料。a b cfedgCC4511LELTBID C B Aa b cfedgLG5011(3)a b cfedgCC4511LELTBID C B Aa b cfedgCC4511LELTBID C B Aa b cfedgLG5011(2)a b cfedgLG5011(1)VDDVDDVDDVDDVDDR5 R11X3007R12R18R19R25300X7300 7XENCPRCC4518QQQQD1C1A1B1(IC6)ENCPRCC4518QQQQD2C2A2B2(IC5)IC1IC

54、2IC3ENCPRCC4518QQQQD3C3A3B3(IC4)acdefgbbcegadfabcdefg信信信信信信信信圖 4-12 計(jì)數(shù)譯碼顯示驅(qū)動(dòng)電路本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）251. CC4518 外部引腳排列及邏輯符號(hào)CC4518 是有兩個(gè)獨(dú)立的計(jì)數(shù)器單元構(gòu)成。它有兩個(gè)時(shí)鐘輸入端CP 和EN，如果要用時(shí)鐘的上升沿觸發(fā)，則信號(hào)由 CP 端輸入，并使 EN 端為高電平；如果用時(shí)鐘的下降沿觸發(fā)，則信號(hào)由 EN 端輸入，并使 CP 端為低電平。另外還有 4 個(gè)輸出端 1Q01Q3(2Q02Q3)；1 個(gè)清零端（復(fù)位端 ） ；當(dāng)CR 端上加高電平或正脈沖時(shí)，計(jì)數(shù)器各輸出端均為低電平。 CC4518

55、的引腳排列見圖 4-13，功能表見表 4-4，波形圖見圖 4-14。 圖 4-13 CC4518 的芯片引腳排列2. CC4518 功能表表 4-4 CC4518 的功能表123456781615141312111091CP11Q1Q1QVSSDD1CR1Q1EN2Q210232CR2Q2Q2Q2EN2CP03VCC4518本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）263.波形圖圖 4-14 工作波形4.簡(jiǎn)要說明 (1)VDD=10V 時(shí)，時(shí)鐘頻率典型值為 6MHz。(2)正沿或負(fù)沿觸發(fā)。(3)內(nèi)部具有同步進(jìn)位傳輸。(4)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)稱輸出特性。(5)在全溫度范圍內(nèi)，VDD=18V 時(shí)，最大輸入電流為 1uA。(6)VD

56、D=20V 時(shí)，對(duì)靜電電流 100測(cè)試。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）27(7)電路參數(shù)分別在 VDD=5V、10V、15V 時(shí)測(cè)試。(8)所有輸入、輸出、電源端均有保護(hù)網(wǎng)絡(luò)。5. 國(guó)內(nèi)對(duì)應(yīng)型號(hào)CC4518B、MC4518B。4.4.2 譯碼驅(qū)動(dòng)電路本電路的譯碼部分是采用具有鎖存功能的 CD4511 來完成的。因?yàn)楸倦娐吩跍y(cè)試電解電容的容量完畢后停止計(jì)數(shù)而且數(shù)碼顯示必須保持停止時(shí)的時(shí)間，所以才選用此芯片。數(shù)字系統(tǒng)目前廣泛使用七段數(shù)碼顯示器，它由七段線段拼合而成。常見的七段數(shù)碼顯示器有發(fā)光二極管和液晶兩種，前者驅(qū)動(dòng)原理與發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)原理相同，只是稍微復(fù)雜一些。譯碼電路見圖 4-12，下面詳細(xì)介紹 CC

57、4511 芯片的內(nèi)容。1.CC4511 即 4 線-七段鎖存譯碼器/驅(qū)動(dòng)器CC4511 為 4 線-七段鎖存譯碼器/驅(qū)動(dòng)器。它具有較大的輸出驅(qū)動(dòng)電流能力，最大可達(dá) 25mA，可直接驅(qū)動(dòng) LED 數(shù)碼管。CC4511 有 4 個(gè)輸入端A0、A1、A2、A3和 7 個(gè)輸出端 YaYg。它還有輸入 BCD 碼鎖存功能、燈測(cè)試和熄滅顯示功能。當(dāng)輸入的 BCD 碼大于 1001 時(shí)，七段顯示輸出全為“熄滅”信號(hào)。CC4511 引腳排列見圖 4-15，功能表見表 4-5。2. CC4511 外引腳排列12345678161514131211109A1LTBISTVSSDDAAAYabcdefgYYYYYY

58、230VCC4511本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）28圖 4-15 CC4511 的芯片引腳排列2. CC4511 功能表表 4-5 CC4511 的功能表 取決于 ST=L 時(shí)的 A3、A2、A1、A0。CC4511 主要由 4 位鎖存器，7 段譯碼電路和驅(qū)動(dòng)器三部分組成： (1) 四位鎖存器(LATCH)：它的功能是將輸入的 A，B，C 和 D 代碼寄存起來，該電路具有鎖存功能，在鎖存允許端（端，即 LATCHENABLE ）控制下ST起鎖存數(shù)據(jù)的作用。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）29當(dāng)=1 時(shí)，鎖存器處于鎖存狀態(tài)，四位鎖存器封鎖輸入，此時(shí)它的輸出ST為前一次=0 時(shí)輸入的 BCD 碼； ST當(dāng)=0 時(shí)，鎖

59、存器處于選通狀態(tài)，輸出即為輸入的代碼。 ST由此可見，利用端的控制作用可以將某一時(shí)刻的輸入 BCD 代碼寄存下ST來，使輸出不再隨輸入變化。 (2) 七段譯碼電路：將來自四位鎖存器輸出的 BCD 代碼譯成七段顯示碼輸出。七段譯碼器有兩個(gè)控制端： (LAMP TEST)燈測(cè)試端。當(dāng)=0 時(shí)，七段譯碼器輸出全 1，發(fā)LTLT光數(shù)碼管各段全亮顯示；當(dāng)=1 時(shí)，譯碼器輸出狀態(tài)由端控制。 LTBI (BLANKING)消隱端。當(dāng)=0 時(shí)，控制譯碼器為全 0 輸出，發(fā)BIBI光數(shù)碼管各段熄滅。=1 時(shí)，譯碼器正常輸出，發(fā)光數(shù)碼管正常顯示。 BI上述兩個(gè)控制端配合使用，可使譯碼器完成顯示上的一些特殊功能。

60、(3) 驅(qū)動(dòng)器：利用內(nèi)部設(shè)置的 NPN 管構(gòu)成的射極輸出器，加強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力，使譯碼器輸出驅(qū)動(dòng)電流可達(dá) 25mA。 4.4.3 數(shù)碼顯示電路 本電路主要是直觀的顯示出電解電容的容值，本電路所選用的數(shù)碼管型號(hào)為 BS12.7R-2，共三個(gè)，顯示電路見圖 4-12。1.液晶顯示器液晶顯示器件（LCD）是一中平板薄型顯示器件，其驅(qū)動(dòng)電壓很低、工作電流極小，與 CMOS 電路結(jié)合起來可以組成微功耗系統(tǒng)，廣泛地用于電子鐘表、電子計(jì)算器、各種儀器和儀表中。液晶是一種介于晶體和液體之間的有機(jī)化合物，常溫下既有液體的流動(dòng)性和連續(xù)性，又有晶體的某些光學(xué)特性。液晶顯示器件本身不發(fā)光，在黑暗中不能數(shù)字，它依靠在外界電場(chǎng)

61、作用下產(chǎn)生的光電效應(yīng)，調(diào)制外界光線使液晶不同部位顯示出反差，從而顯示出字型。2. 半導(dǎo)體顯示器某些特殊的半導(dǎo)體材料，例如，用磷砷化鎵作成的 PN 結(jié)，當(dāng)加正向電壓時(shí)，可以將電能轉(zhuǎn)化成光能，從而發(fā)出清晰悅目的光線。利用這樣的 PN 結(jié)，本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）30既可以封裝成單個(gè)的發(fā)光二極管（LED） ，也可以封裝成分段式（或點(diǎn)陣式）的顯示器件。它既可以用半導(dǎo)體三極管驅(qū)動(dòng)，也可以直接用 TTL 與非門驅(qū)動(dòng)。在顯示譯碼器和顯示器的連接中，顯示譯碼器各個(gè)輸出端必須具有足夠的吸取電流的能力，以驅(qū)動(dòng)有關(guān)顯示段發(fā)光。顯示譯碼器的輸出級(jí)的電路結(jié)構(gòu)形式與所選用顯示器的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)相匹配，否則不僅不能正常工作，甚至?xí)?/p>

62、導(dǎo)致器件損壞。實(shí)際數(shù)碼管是把發(fā)光二極管的管心做成條狀，用7 條條狀的發(fā)光管就可以組成 7 段式半導(dǎo)體數(shù)碼管，如圖 4-16 所示。每個(gè)數(shù)碼管可顯示 09十個(gè)數(shù)字，數(shù)碼管（0.5 寸和 0.36 寸）每段發(fā)光二極管的正向壓降，隨顯示光的顏色不同略有差別，通常約為 22.5V 每個(gè)發(fā)光二極管的點(diǎn)亮電流在510mA。LED 數(shù)碼管要顯示 BCD 碼所表示的十進(jìn)制數(shù)字就需要有一個(gè)專門的譯碼器，該譯碼器不但要完全成譯碼功能，還要有相當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)能力。它是將七個(gè)發(fā)光二極管按一定的方式連接在一起，每段為一個(gè)發(fā)光二極管，七段分別為 a、b、c、d、e、f、g，顯示哪段字型則相應(yīng)段發(fā)光二極管就發(fā)光 。h 表示小數(shù)點(diǎn)

63、。abfcgdea bcdefghh.+ abfcgdea bcdefghh. （a）共陽(yáng)極 (b) 共陰極圖 4-16 七段數(shù)碼管符號(hào)及引腳功能按連接方式不同，七段顯示數(shù)碼管分為共陽(yáng)極和共陰極兩種，圖4-16（a）共陽(yáng)極數(shù)碼管,圖 4-16（b）共陰極數(shù)碼管。而本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)選本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）31用的是共陰極數(shù)碼管，所謂共陰極是指數(shù)碼管七個(gè)發(fā)光二極管的陰極連在一起，接到低電平，發(fā)光二極管的陽(yáng) 極經(jīng)過限流電阻接到七段譯碼器相 應(yīng)的輸出端（譯碼器輸出端應(yīng)為高電 平有效） ；所謂共陽(yáng)極是指七個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極連在一起，接到高電平，而發(fā)光二極管的陰極經(jīng)過限流電阻接到七段譯碼器相應(yīng)的輸出端（譯碼器

64、輸出端應(yīng)為低電平有效） ，改變限流電阻 R，可以改變流經(jīng)二極管中電流的大小，從而控制發(fā)光亮度；共陽(yáng)極和共陰極數(shù)碼管結(jié)構(gòu)如圖 4-17 所示： (a)為共陽(yáng)極數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖 (b)為共陰極數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖圖 4-17 LED 數(shù)碼管3. 電路組成及元器件的選擇與計(jì)算在顯示譯碼器和顯示器的連接中，顯示譯碼器各個(gè)輸出端必須具有足夠的吸取電流的能力，以驅(qū)動(dòng)有關(guān)顯示段發(fā)光。顯示譯碼器的輸出級(jí)的電路結(jié)構(gòu)形式與所選用顯示器的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)相匹配，否則不僅不能正常工作，甚至?xí)?dǎo)致器件損壞。BCD七段顯示譯碼器專為將 8421BCD 碼轉(zhuǎn)換為七段顯示編碼而設(shè)計(jì)，TTL 和 CMOS 系列的中規(guī)模集成電路中都有專門產(chǎn)品。選

65、用共陰極數(shù)碼管，在本電路中它與 CD4511 的基本連接方式如圖 4-18所示。abcdef5 Vabcdef5 Vg(a)(b)Rg本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）32圖 4-18 CC4511 驅(qū)動(dòng)數(shù)碼顯示電路連接圖在本電路中數(shù)碼管的限流電阻 R12R18 的阻值選擇 300，因?yàn)閿?shù)碼管每段發(fā)光二極管的工作電壓為 1.2V2.5V,我們選擇=2V，工作電流DVDV為 310mA ，又有 CD4511 輸出端的高電平為電源電壓=10V，所以有DIDDV R=300 （4-19）maxDDDDIVVmAVV1025LED 數(shù)碼管我們選擇型號(hào)為 LG5011 的紅色共陰極數(shù)碼管，4、數(shù)碼管極性的判斷（1）對(duì)

66、于標(biāo)識(shí)不清的數(shù)碼管，可以通過用萬用表 R10K 檔測(cè)量來確定其極性.測(cè)量時(shí)，將黑筆串接 1 節(jié) 1.5V 干電池（電池的負(fù)極接萬用表“-”端，正極接黑表筆）后，接數(shù)碼管任一引腳不動(dòng)，用紅表筆依次觸碰其余各引腳，若同一位數(shù)碼管上的幾個(gè)筆段均發(fā)光，則說明被測(cè)數(shù)碼管為共陽(yáng)極結(jié)構(gòu)，且黑筆接的是該數(shù)碼管的公共陽(yáng)極；若測(cè)量時(shí)各位數(shù)碼管均不亮，則應(yīng)對(duì)調(diào)表筆，即將紅表筆串接 1 節(jié) 1.5V 干電池（電池的負(fù)極接紅表筆，正極接萬用表的 “+”端）后，接數(shù)碼管任一引腳不動(dòng)，用黑筆去依次觸碰其余各引腳，若測(cè)量時(shí)同一位數(shù)碼管上各筆段均發(fā)光，則說明被測(cè)數(shù)碼管為共陰極結(jié)構(gòu)，且紅表筆接的是該數(shù)碼管的公共陰極。（2）對(duì)于已知極性的 LED 數(shù)碼管，用萬用表 R10K 檔直接測(cè)量其內(nèi)部各發(fā)光二極管的正向電阻值，即可判斷其好壞 .共陰極 LED 數(shù)碼管，可將萬用表的紅表筆與公共陰極相接不動(dòng)，用黑筆依次去觸碰其它各引腳，觸碰哪個(gè)管腳，相應(yīng)的筆段應(yīng)發(fā)光，同時(shí)萬用表的指針也會(huì)大幅度向右擺動(dòng)；共陽(yáng)極 LED 數(shù)碼管，可將萬用表的黑筆與公共極相接不動(dòng)，用紅筆依次去觸碰其它各引腳，正常時(shí)相應(yīng)的筆段應(yīng)發(fā)光，萬用表的指針也會(huì)大幅度擺動(dòng)