数字式电容测试仪的设计
数字电容测试仪课程设计
数字电子技术课程设计报告项目名称：数字电容测试仪班级：1611电子姓名：李瑞（2016111123）程家豪（2016111104）胡焱（2016111115）胡永凯（2016111116）指导老师：王正强1.1引言电容器在电子线路中得到广泛的应用，它的容量大小对电路的性能有重要的影响，此次我们的课程设计就是用数字显示方式对电容进行测量。
它由测试电路和显示电路两部分组成。
通过使用测试电路中555定时器做多谐振荡器，电容配合电阻充放电产生一系列的方波脉冲，再通过计数器记数算出电容的值，从而实现数码管显示被测电容的容值。
该电容测量仪相对比较直观，且误差较小，将在电容测量方面显示出它读数方便，精确的优越性。
1.2设计任务及要求1.2.1基本要求(1)被测电容的容量在0.01μF至100μF范围内。
(2)设计测量量程。
(3)用3位数码管显示测量结果，测量误差小于20%。
1.2.2发挥部分（选做）(1)另增一个测量量程，使被测电容的容量扩大到100PF至100μF范围内。
(2)测量误差小于10%。
1.2.3设计任务及目标（1）根据原理图分析各单元电路的功能；（2）熟悉电路中所用到的各集成块的管脚及其功能；（3）进行电路的装接、调试，直到电路能达到规定的设计要求；（4）写出完整、详细的课程设计报告。
2．1设计原理本设计中用555振荡器产生一定周期的矩形脉冲作为计数器的CP 脉冲也就是标准频率。
同时把待测电容C 转换成宽度为tw 的矩形脉冲，转换的原理是单稳态触发器的输出脉宽tw 与电容C 成正比。
用这个宽度的矩形脉冲作为闸门信号控制计数器计数，合理处理计数系统电路，可以使计数器的计数值即为被测电容值。
或者把此脉冲作为闸门时间和标准频率脉冲相“与”，得到计数脉冲，该计数脉冲送计数—锁存—译码显示系统就可以得到电容量的数据。
外部旋钮控制量程的选择。
用计数器控制电路控制总量程。
2．2单元电路设计分析2.2.1用555定时器构成的多谐振荡器电路图及其输出波形如图2所示，其工作原理如下：由图2所示，可以求得电容C1上的充电时间T 1和放电时间T 2：T 1=（R 1+R 2）C ㏑2≈0.7（R 1+R 2）CT 2=R 2C ㏑2≈0.7R 2C所以输出波形的周期为T=T 1+T 2=（R 1+2R 2）C ㏑2≈0.7（R 1+2R 2）CR 1=4.7k ，R 2=12k ，T≈2ms振荡频率f=1／T≈1.44／[（R 1+2R 2）C]≈500Hz 占空比q=（R 1+R 2）／（R 1+2R 2）≈58.2％定时电路多谐振荡器计数器译码器数码显示器微分电路自动调零图1原理框图被测电容图2多谐振荡电路及输出波形2.2.2用555定时器构成的单稳态电路用555定时器构成的单稳态触发器及其工作波形如图3所示，其工作原理如下：接通电源瞬间，V c=0，输出V o=1，放电三极管T截止。
数字式电容测试仪的设计
寡人猪八戒设计摘要本设计是基于555定时器，连接构成多谐振荡器以及单稳态触发器而测量电容的。
C。
其脉冲输入信号是555定时器构单稳态触发器中所涉及的电容，即是被测量的电容x成的多谐振荡器所产生。
信号的频率可以根据所选的电阻，电容的参数而调节。
这样便C值的可以定量的确定被测电容的容值范围。
因为单稳态触发器的输出脉宽是根据电容x不同而不同的，所以脉宽即是对应的电容值，其精确度可以达到0.1%。
然后在电路中加入一个由LM741以及一个电容和一个电阻构成的阻容平滑滤波器，将单稳态触发器输出v与被测量的电容值呈线性关系。
最后是输出电压的数字的信号滤波，使最终输出电压ov输入到7448译码器中翻译成BCD码，输入到LED数码管中显示出来。
化，将o关键词：:电容，555定时器，滤波器，线性，译码器，LED数码管目录引言 (3)第1章毕业设计指标 (4)第2章毕业设计原理 (4)2.1设计原理框图 (4)2.2 方案设计 (5)2.3 模块介绍 (5)2.3.1 控制器电路 (5)2.3.2 时钟脉冲发生器 (6)2.3.3 计数和显示电路 (8)第3章单元电路的设计 (9)3.1 直流稳压电源设计 (9)3.1.1整流电路采用直流稳压电源设计思路 (9)3.1.2直流稳压电源的原理框图分析 (10)3.1.3直流稳压电源特点 (10)3.2 产生波形设计方案 (11)3.2.1 由555定时器搭建多谐振荡器 (11)3.2.2由555定时器搭建单稳态触发器 (12)第4章设计的步骤和过程 (14)4.1 设计制作的过程 (14)4.2 时钟及控制信号的关系等 (14)第5章设计的仿真与运行结果 (15)5.1 电路的调试 (15)5.2 仿真测量 (16)5.2.1 仿真测量实验一 (16)5.2.2 仿真测量实验二 (16)5.3 结果分析 (17)第6章芯片介绍 (18)6.1 555芯片功能介绍 (18)6.2 74LS160芯片介绍 (19)第7章结论 (21)7.1 设计过程中遇到的困难及解决办法 (21)7.2 毕业设计心得体会 (21)第8章参考文献 (22)附录 (23)附录A (23)附录B (24)引言随着电子技术的发展，当前数字系统的设计正朝着速度快、容量大、体积重量轻的方向发展。
简易数字电容测试仪的设计
电平跳变为高电平 ， 电路进入暂稳态 ， 放 电三极管Ｔ 截止。 此后 电容 ｃ 充电， 当 充 电至 ＝ ＿ 时， 电路的输出端 电压 由高 电平翻 转为低 电平 ， 同时Ｔ 导通 ， 于是电容 ｃ 放 电， 电路返回到稳定状态 。
２
２
如 果 忽 略Ｔ的饱 和压 降 ， 则 从 零 电平上 升 到 ＿ 的 时 间 ， 即
２系统概述
２ ． １ 测 量 系统构 成 该系统主要 由标准脉冲发生器 、 单稳态触发器、 测量控制 电路 、 计数器 、 译码器和显示器等部分组成。 其原理 图如（ 图１ ） 所示。 ２ ． ２系统 的 总体 方 案设 计 利用 ＮＥ ５ ５ ５ 电路 的多 谐 振 荡器 或 单 稳 态 电路 来 测量 。 本 方 案 采 用 单 稳 态 触 发 器 或 电容器充放 电规律 等， 可 以 把 被 测 电 容 的大小转换成脉 冲的宽 窄 ， 即控 制 脉冲宽 度Ｔｘ严格 Ｃ Ｘ成 正 比。 只要 把 图 １ 数 字 电容 测 试 仪 的原 理 框 图 此脉冲 与频率 固定 不变 的方 波 即 时钟 脉冲相 与 ， 便 可 得 到计 数脉冲 ， 把 计 数脉冲送给计数器 计数 ， 然 后 再 送 给 显示 器 显示 。 如果 时 钟 脉 冲 的 频 率 等 参数 合适 ， 数字 显 示器 显示 的数字Ｎ 便是 Ｃ Ｘ的大 小 。 简易 数 字 式 电 容测试仪主要分为 六大 板 块 ： 由５ ５ ５ 定 时器 构成 的多 谐 振
为输 出电压 的脉宽 ｔ 。
Ｔｗ ＝ＲＣｘ ｌ ｎ ３ １ ． １ ＲＣｘ
３ ． ２计数 、 译 码 和 显示 电路 （ １ ） 计 数器 。 计数器主要用来对时钟进行计数并送入显示 电路 显示 。 ４ ５ １ ８ ： ￣ ： ｇ Ｔ ． Ｂ Ｃ Ｄ 码同步十进制计数器 ， 每个计数器包含两个时 钟输入端 ： Ｃ Ｐ 和Ｅ Ｎ。 Ｃ Ｐ 用于上升沿触 发， 要求Ｅ Ｎ＝１ ； Ｅ Ｎ用于下降 沿触发 ， 要求 Ｃ Ｐ ＝Ｏ 。 Ｃ Ｒ是异步复位 端 ， 高 电平有效 ， 正常计 数时 Ｃ Ｒ＝ Ｏ 。 这里 ， 我们要测量的 电容范围是０ ￣ Ｊ ９ ９ ９ ｐ Ｆ， 需要三位十进 制 计数 器 进 行 级联 。 其级联 的方 法 是将 低 位 的Ｑ ３ 端 接高 位 的Ｅ Ｎ端 ， 高 位 计 数器 的 Ｃ Ｐ 端接地。 其 输 出 端Ｑ３ Ｑ ２ Ｑ１ Ｑ Ｏ 输出８ ４ ２ １ Ｂ Ｃ Ｄ 码， 接 显 示译码器 的代码 输入端 。 电路 图比较简单 ， 在这里就不再赘述 了。 （ ２ ） 译码 器 电路 。 译 码 显 示 电路 的 设计 比较 简 单 ， 选 用４ ５ １ １ ， 该 译 码器 为Ｂ Ｃ Ｄ一七段 锁存 ／译 码 ／驱 动 器 ， 其 数据 输 入端 接计 数器 Ｑ３ Ｑ ２ Ｑ１ Ｑ Ｏ 端输出的Ｂ Ｃ Ｄ 码， 译码器 的输 出端接共 阴极七段半导体 数码 显 示 器 。
简易数字电容表的设计说明
铁道大学四方学院毕业设计简易数字电容表的设计The Design of Simple Digital CapacitorPublished2013届电气工程系专业电气工程及其自动化学号学生指导老师完成日期 2013年5月27日毕业设计成绩单毕业设计任务书毕业设计开题报告摘要随着电子工业的发展，电子元器件急剧增加，电子元器件的适用围也逐渐广泛起来，正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。
在应用中我们常常要测定电容的大小，本文设计了一种测定电容的数字电容表。
本课题选用STC12C5204AD单片机作为一个核心部件来设计数字电容表，该设计的系统是由：单片机、555芯片电路、显示电路等部分组成。
采用Keil C语言进行编程，通过由555芯片和电容、电阻组成的振荡电路来输出方波，通过单片机软件计数，从而达到测量其频率,对数据进行进一步的计算从而得出被测电容的值，通过LCD1602显示出其测量值。
本次设计的数字电容表通过实际证明，该系统具有硬件设计简单，软件可调整性大，系统稳定可靠等优点，并且在体积方面比较小，方便携带，在生活生产中可以得到更普遍的应用。
关键字：单片机 LCD1602 数字电容表 555芯片AbstractWhile the traditional control test drive the crescent benefit update. With the development of electronic industry, electronic components increases rapidly, the scope of electronic components widely up gradually, in applications we often measured capacitance.The project uses STC12C5204AD MCU to design the digital capacitance meter, the design of the system is composed of MCU, 555: chip circuit, display circuit. Using Keil C programming language, through an oscillation circuit composed of 555 chip and capacitance, resistance to output square wave, measuring the pulse width of the microcontroller timer T0, so as to achieve the measurement of its cycle, and then through the single-chip microcomputer software counting, make further calculation of the data so that the measured capacitance value,the LCD1602 displays the measured value.The design of the digital capacitance meter through practice, this system has simple hardware design, the software can be adjusted, the advantages of the system is stable and reliable, and the volume is small, easy to carry, can be more generally applied in life and production.Key words：Single-chip LCD1602 Digital capacitance meter 555 chips目录第1章绪论 (1)1.1课题研究的目的及意义 (1)1.2国外研究现状 (1)1.3主要研究容 (2)第2章设计方案 (3)2.1设计要求 (3)2.2设计方案选择 (3)第3章硬件设计 (5)3.1硬件设计的任务 (5)3.2电容测量系统硬件设计 (5)3.2.1 STC12C5204AD单片机的使用 (5)3.2.2 电容测量系统555芯片电路 (8)3.2.3 电容测量系统显示电路 (10)第4章基于单片机电容测量软件设计 (13)4.1软件设计 (13)4.2软件设计任务 (13)4.3软件设计的工具 (13)4.4程序设计算法设计 (14)4.5软件设计流程 (15)4.5.1 主程序流程图 (15)4.5.2 中断子程序流程图 (16)4.5.3 显示子程序 (16)4.6编写程序 (17)4.7结果分析 (18)第5章结论 (19)参考文献 (20)致谢 (21)附录 (22)附录A外文资料 (22)附录B总原理图及仿真图 (35)附录C程序清单 (37)第1章绪论1.1 课题研究的目的及意义当今电子测试领域，电容的测量已经在测量技术和产品研发中应用的十分广泛。
一款简单的数字电感电容表设计制作
一款简单的数字电感电容表设计制作本文介绍一款由555时基构成多谐振荡器构成的参数变换电路，反相器、晶振构成标准脉冲发生器，以及三个独立LED数码管组成的数显电路构成的简易数字电感电容表，经过测试电路数显直观、方便有效，精确度高，较好的解决了设计时因制作均衡电容、音箱分频电感产生误差导致音质受损的问题，值得电子发烧友们亲自动手操作一试。
一、数字电感电容表的工作原理数字电感电容表原理图1、参数变换电路：参数变换电路由555时基构成多谐振荡器，可把被测元件Lx/Cx转换成与元件参数成正比的脉宽。
然后把这具有特定脉宽的矩形作为门控信号，在脉宽时间内对一个已知周期的标准脉冲计数通过显示器就可以把脉宽(实际上是元件参数)显示出来。
测量电容时(这时波段开关在5、6、7位)是以Cx为定时元件的多谐振荡器，产生的矩形波经3脚输出，送到计数器的门控端，脉宽tw=CRcln2。
测量电感时(波段开关在1、2、3位)，是以Lx为定时元件的多谐振荡器，刚接通电源时，V2(6)=Vcc，555的3脚输出低电平，7脚通地，电源经RL的Lx充电，随着充电的进行，V2(6)，当达到V2(6)=1/3Vcc时，电路翻转，3脚输出高电平，7脚与地断开，因Lx电流不能突变，必将产生一个感生电动势使D1导通，Lx经D1、RL放电，V2(6)，当达到V2(6)=2/3Vcc时，电路又翻转，5脚输出低电平，7脚又与地接通，Lx又开始充电，这样5脚输出占空比为1:1的方波，送到计数器的门控端。
这时脉宽为tw=Lx/RLln2。
2、标准脉冲发生器：该电路由反相器3、4和晶体构成，晶振频率为1MHz,标准脉冲周期为T=1s，以它作为计数器的计数脉冲。
3、计数、显示电路：显示器由三位LED数码管构成，计数器由MC14553三位动态扫描计数器为核心构成。
T=1s。
【精品】自制三位数显示电容表
自制三位数显示电容表广大电子爱好者都有这样的体会,中、高档数字万用表虽有电容测试挡位,但测量范围一般仅为1p F～20μF，往往不能满足使用者的需要，给电容测量带来不便。
本电路介绍的三位数显示电容测试表采用四块集成电路，电路简洁、容易制作、数字显示直观、精度较高，测量范围可达1nF～104μF.特别适合爱好者和电气维修人员自制和使用。
一、电路工作原理电路原理如图2所示.图2三位数字显示电容测试表电路图该电容表电路由基准脉冲发生器、待测电容容量时间转换器、闸门控制器、译码器和显示器等部分组成。
待测电容容量时间转换器把所测电容的容量转换成与其容量值成正比的单稳时间t d。
基准脉冲发生器产生标准的周期计数脉冲。
闸门控制器的开通时间就是单稳时间t d。
在t d时间内，周期计数脉冲通过闸门送到后面计数器计数，译码器译码后驱动显示器显示数值。
计数脉冲的周期T乘以显示器显示的计数值N就是单稳时间t d，由于t d与被测电容的容量成正比，所以也就知道了被测电容的容量。
图2中，集成电路I C1B电阻R7～R9和电容C3构成基准脉冲发生器(实质上是一个无稳多谐振荡器）,其输出的脉冲信号周期T与R7～R9和C3有关，在C3固定的情况下通过量程开关K1b对R7、R8、R9的不同选择，可得到周期为11μs、1.1m s和11m s的三个脉冲信号.I C1A、I C2、R1~R6、按钮A N及C1构成待测电容容量时间转换器（实质上是一个单稳电路).按动一次A N，I C2B的10脚就产生一个负向窄脉冲触发I C1A,其5脚输出一次单高电平信号。
R3～R6和待测电容C X为单稳定时元件,单稳时间td=1.1（R3~R6)C X。
I C4、I C2C、C5、C6、R10构成闸门控制器和计数器，I C4为C D4553,其12脚是计数脉冲输入端，10脚是计数使能端，低电位时CD4553执行计数，13脚是计数清零端，上升沿有效。
当按动一下A N后，I C4的13脚得到一个上升脉冲，计数器清零同时I C2C的4脚输出一个单稳低电平信号加到I C4的10脚，于是I C4对从其12脚输入的基准计数脉冲进行计数。
简易数字电容测量仪
电子技术课程设计报告——简易数字电容测量仪的设计设计题目：简易数字电容测量仪班级学号：学生：目录一、预备知识.................... 错误!未定义书签。
二、课程设计题目：简易数字电容测量仪的设计错误!未定义书签。
三、课程设计目的及基本要求...... 错误!未定义书签。
四、设计容提要及说明............ 错误!未定义书签。
4.1设计容 ........................................... 错误!未定义书签。
4.2设计说明........................................ 错误!未定义书签。
五、原理图及原理说明 ........................ 错误!未定义书签。
5.1功能模块电路原理图..................... 错误!未定义书签。
5.2模块工作原理说明 ........................ 错误!未定义书签。
六、调试...........................................................................错误!未定义书签。
七、设计中涉及的实验仪器和工具.... 错误!未定义书签。
八、课程设计心得体会 ........................ 错误!未定义书签。
九、参考文献 ........................................ 错误!未定义书签。
一、预备知识关于数字式简易数字电容测试仪的设计，我们提出了三种设计方法和思路。
在具体操作中，经过对资料的收集、分析，研究与对比，最终选择了简单易懂，而且精度较高的方法，即门控法。
本方法的基本理论是单稳态触发器电路的输出脉宽wt与电容C成正比，再通过一系列的控制，计数，锁存，显示电路实现了对电容的一般测试与数字显示。
在本次数电课程设计的同时，对于规模集成电路从认识到分析、再到整体框图设计、单元模块设计、最终到电路的模拟和实际电路的成形有了一定的认识，同时使我们在电子设计方面有了一定的实际动手能力，也为这次数电课程设计打下了坚实的基础。
毕业设计(论文)基于单片机的电容测量仪设计
2.3.2基于AT89C51电容测量系统复位电路
MCS-51的复位是由外部的复位电路来实现的。MCS-51单片机片内复位，复位引脚RST通过一个斯密特触发器用来抑制噪声，在每个机器周期的S5P2，斯密特触发器的输出电平由复位电路采样一次，然后才能得到内部复位操作所需要的信号。
利用多谐震荡原理测量电容的方案硬件设计比较简单，但是软件实现相对比较复杂，而直接根据充放电时间判断电容值的方案虽然基本上没有用到软件部分，但是硬件却又十分的复杂。而且他们都无法直观的把测量的电容值大小显示出来。
根据上面两种方案的优缺点，本次设计提出了硬件设计和软件设计都相对比较简单的方案：基于AT89C51单片机和555芯片的数显式电容测量。该方案主要是根据555芯片的应用特点，把电容的大小转变成555输出频率的大小，进而可以通过单片机对555输出的频率进行测量。本方案的硬件设计和软件设计都相对简单。
反向器单稳态触发器显示窄脉冲触发器秒脉冲发生器译码器记数器标准记数脉斱案三基亍at89c51单片机和555芯片构成的多谐振荡申路申容测量返种申容测量斱法主要是通过一块555芯片来测量申容让555芯片工作在直接反馈无稳态的状态下555芯片输出一定频率的斱波其频率的大小跟被测量的申只要我仧能够测量出555芯片输出的频率就可以计算出测量的申容
2.面向应用和现代市场营销模式还没有真正建立起来。本土仪器设备厂商只是重研发，重视生产，重视狭义的市场，还没有建立起一套完整的现代营销体系和面向应用的研发模式。传统的营销模式在计划经济年代里发挥过很大作用，但无法满足目前整体解方案流行年代的需求。所以，为了快速缩小与国外先进公司之间的差距，国内仪器研发企业应加速实现从面向仿制的研发向面向应用的研发的过渡。特别是随着国内应用需求的快速增长，为这一过渡提供了根本动力，应该利用这些动力，跟踪应用技术的快速发展。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
数字式电容测试仪的设计目录摘要 ................................................................................... 综述 (1)1 方案设计与分析 (2)1.1恒压充电法测量 (2)1.2恒流充电法测量 (2)1.3脉冲计数法测量 (2)2 电路设计框图及功能描述 (3)2.1 电路设计框图 (3)2.2 电路设计功能描述 (3)3 电路原理设计及参数计算 (4)3.1电路原理设计 (4)3.2单元电路设计与参数计算 (4)3.2.1控制器电路 (4)3.2.2时钟脉冲发生器 (5)3.2.3计数和显示电路 (6)4 单元电路仿真波形及调试 (8)4.1多谐振荡器 (8)4.2单稳态触发器 (9)4.2.1稳定状态 (9)4.2.2暂稳态状态 (9)4.2.3 自动回复状态 (9)4.3电路原理图与仿真结果显示 (10)4.3.1电路原理图 (10)4.3.2仿真结果显示 (11)5课程设计体会 (14)参考文献 (15)摘要本设计是基于555定时器，连接构成多谐振荡器以及单稳态触发器而测量电容的。
单稳态触发器中所涉及的电容，即是被测量的电容C。
其脉冲输入信号是555定时器x构成的多谐振荡器所产生。
信号的频率可以根据所选的电阻，电容的参数而调节。
这样便可以定量的确定被测电容的容值范围。
因为单稳态触发器的输出脉宽是根据电容Cx 值的不同而不同的，所以脉宽即是对应的电容值，其精确度可以达到0.1%。
单稳态触发器输出的信号滤波，使最终输出电压v与被测量的电容值呈线性关系。
最后是输出电o压的数字化，将v输入到74160计数译码器中翻译成BCD码，输入到LED数码管中显示o出来。
关键词：电容；555定时器；线性；计数译码器；LED数码管综述本设计主要运用数字电子技术基础，在通过对设计要求的分析后选择设计方案，此设计题目为了复习和巩固已学过的数电与模电理论知识和操作技能，掌握数电各种芯片的特性与作用，学会用仿真软件进行程序设计和电路分析。
学习和训练查阅各种技术资料，编制相关的专业技术文件的基本技能。
根据本次课程任务相关要求，本设计分为三部分，第一脉冲信号的产生，第二由测量电容构成单稳态触发器产生的脉宽，第三计数译码器与数码管的配合使用。
在日常的电路工程或者是电路实验中，电容是一种最常见的云器件，实际应用中，对电容的电容值的精确度要求也很高。
在实际操作中，对电容的测量存在许多麻烦，数值的表现也不够直观。
为此，我们查阅资料，根据所学的知识，设计一个数字电容测试仪，只要接入被测电容，就能直接在屏幕中显示电容的容值，方便在以后实验中对电容的使用。
孙浩锋：数字式电容测试仪1 方案设计与分析1.1恒压充电法测量用一个电阻和电容串联，用恒压源对电容充电，然后和、、根据电容充电的曲线超过某个固定电压所需要的时间，利用曲线拟合的方法测量。
由于时间和容值是非线性的。
因此测量难度高，精度低，并且难以实现数字化。
1.2恒流充电法测量用恒流源对电容充电，此时电容的容值和充电时间是成正比的，所以可以利用AD 或者比较功能同某个固定电容比较，实现电容测量。
使用这种方法来测量，精度较上一种方法有所提高，且便于操作和实现。
弹药使用恒流源，恒流源的设计要求很高，且达不到测量所需要的精度要求。
1.3脉冲计数法测量由555定时器两个电阻和一个电容构成的多谢振荡电路，产生较稳定的振荡频率。
再由一个555定时器和一个电阻以及的一个电容构成单稳态触发器，并将上述多谢振荡电路产生的振荡信号作为单稳态触发器的触发信号，此方法测量比较精确，并且容易调节所测电容值的范围。
综上述的三种方法，我选择第三种。
辽宁工程技术大学电子技术课程设计2 电路设计框图及功能描述2.1电路设计框图2.2电路设计功能描述脉冲产生电路采用由555定时器改接的多谐振荡器，多谐振荡器产生固定频率的脉冲，用来给74160计数译码器提供计数脉冲，脉冲个数控制电路采用由555定时器改接的单稳态触发器，利用单稳态触发器或电容器充放电规律等，可以把被测电容的大小转换成脉冲的宽窄，即控制脉冲宽度 Tx 严格 与 Cx 成正比。
因此，只要把此脉冲与频率固定不变的方波即时钟脉冲相与，便可得到计数脉冲，把计数脉冲送给计数器计数，然后再送给显示器显示，这个时侯，如果时钟脉冲的频率等参数调得合适的话，那么数字显示器显示的数字 N 便是 Cx 的大小孙浩锋：数字式电容测试仪3 电路原理设计及参数计算本设计分为三个量程，分别为100pf-999pf、1nf-999nf、1uf-100uf,下述单元电路均以量程1uf-100uf为基准3.1电路原理设计利用单稳态触发器或电容器充放电规律等，可以被测电容的大小转换成脉冲的宽窄，即控制脉冲宽度 Tx严格与 Cx成正比．只要把此脉冲与频率固定不变的方波即时钟脉冲相与，便可得到计数脉冲，把计数脉冲送给计数器计数，然后再送给显示器显示．如果时钟脉冲的频率等参数合适，数字显示器显示的数字 N便是 Cx的大小。
3.2单元电路设计与参数计算3.2.1控制器电路控制器的主要功能是根据被测电容 Cx的容量大小形成与其成正比的控制脉冲宽度Tx．图3-2-1所示为单稳态控制电路的原理图．该电路的工作原理如下：图3-2-1 单稳态控制电路的原理图当被测电容 Cx接到电路中之后，只要按一下开关 S，电源电压Vcc送给 555定时器的低电平触发端2一个负脉冲信号使单稳态触发器由稳态变为暂稳态，其输出端3由低电平变为高电平．该高电平控制与门使时钟脉冲信号通过，送入计数器计数．暂稳态的脉冲宽度为Tx=1.1RCx．然后单稳态电路又回到稳态，其输出端3变为低电平，从而封锁与门，停止计数。
可见，控制脉冲宽度 Tx与RCx成正比．如果R固定不变，则计数时钟脉冲的个数将与Cx的容量值成正比，可以达到测量电容的要求。
由于设计要求，Cx的变化范围为 100p F~100μF，设测量的时间Tx为2s左右，也就根据 Tx=1.1RCx可求得：R=T（Ln3*Cx)=18.182k (3-2-1) 取R=18k实际Tx=Ln3*Cx*R=1.9775s3.2.2 时钟脉冲发生器这里选用由555定时器构成的多谐振荡器来实现时钟产生功能。
电路原理图及其输出波形如图3-2-2所示图3-2-2 电路原理图及其输出波形由图3-2-2求的电容C2的充电时间T1和放电时间T2各为T1=(R1+R2)*C2*Ln2 (3-2-2) T2=R2*C2*Ln2 (3-2-3) 故振荡波形的周期为T=T1+T2=(R1+2R2)*C2*Ln2 (3-2-4) 振荡频率为f=1/T=1/((R1+2R2)*C2*Ln2) (3-2-5) 因为时钟周期是在忽略了555定时器6脚的输入电流条件下得到的，而实际上 6脚有电流流入．因此，为了减小该电流的影响，应使C2=1F μ。
又因为要求 Cxmax =100F μ时，Tx=1.9775s ，所以需要时钟脉冲发生器在该时间内产生 100脉冲．即时钟脉冲周期应为T=19.975ms. 取C2=1uF ，则 ：R1+2*R2=T/(C2*Ln2)=28.53k (3-2-6) 取标称值：R1=4.53k ，R2=10k.3.2.3 计数和显示电路由于计数器的计数范围为1F μ—100F μ，因此需要采用 3个二——十进制加法计数器．这里选用 3片74160级联起来构成所需的计数器．一片74LS160和数码管连接如图3-2-3所示:图3-2-3 74LS160和数码管连接图三片74LS160和三个数码管连接出来的显示图如图3-2-4所示：图3-2-4 三片74LS160和三个数码管连接出来的显示图4 单元电路设计的仿真波形4.1 多谐振荡器由555定时器组成的多谐振荡器产生的波形如图4-1-1所示，它既为下一级的单稳态触发器提供输入脉冲，又为后面计数器开始计数提供信号脉冲。
图4-1-1 多谐振荡器电路波形其工作原理如下：多谐振荡器只有两个暂稳态。
假设当电源接通后，电路处于某一暂稳态，电容C 上电压Uc 略低于cc U 31，Uo 输出高电平，V1截止，电源UCC 通过R1、R2 给电容C 充电。
随着充电的进行UC 逐渐增高，但只要cc c cc U U U 3231 ， 输出电压Uo 就一直保持高电平不变，这就是第一个暂稳态。
当电容C 上的电压Uc 略微超过cc U 32时(即U6和U2均大于等于cc U 32时)， RS 触发器置 0，使输出电压Uo 从原来的高电平翻转到低电平，即Uo=0，V1导通饱和，此时电容C 通过R2和V1放电。
随着电容C 放电，Uc 下降，但只要cc c cc U U U 3132 ， Uo 就一直保持低电平不变，这就是第二个暂稳态。
当Uc 下降到略微低于cc U 31时，RS 触发器置 1，电路输出又变为Uo=1，V1截止，电容C 再次充电，又重复上述过程，电路输出便得到周期性的矩形脉冲。
其振荡周期为：()2ln 2R T 021C R +=工作波形如图4-1-2所示。
图4-1-2 多谐振荡器波形4.2单稳态触发器由555定时器构成的单稳态触发器产生的波形如图4-2-1所示，它可以产生占空比一定的脉波，此脉波用来控制计数。
单稳态触发器的工作原理如下：4.2.1 稳定状态没有加触发信号时，输入i u 为高电平。
接通电源后，CC V 经电阻R 对电容C 进行充电，当电容C 上的电压CC c V u 32≥时，输出0=o u 。
与此同时电容C 迅速放完电，0≈c u ，0=o u 不变。
4.2.2 触发进入暂稳态当i u 由高电平变为低电平时，此时0≈c u ，输出o u 由低电平跳跃到高电平。
此时，电源CC V 经R 对C 充电，电路进入暂稳态。
在暂稳态期间内输入电压i u 回到高电平。
4.2.3 自动返回稳定状态随着C 的充电，电容C 上的电压c u 逐渐增大。
当c u 上升到CC c V u 32≥时，输出o u 由高电平跳跃到低电平。
与此同时，C 迅速放完电，0≈c u 。
电路返回稳定状态。
单稳态触发器输出的脉冲宽度W t 为暂稳态维持的时间（及占空比），它实际上为电容C 上的电压由0≈c u V 充到CC V 32所需的时间，可用下式估算:RC RC t w 1.13ln ≈= 式中R 和C 为外接电阻和电容。
图4-2-1 单稳态触发电路波形4.3电路原理图与仿真结果显示4.3.1 电路原理图如下图4-3-1所示（以量程1uf-100uf 为例）图4-3-1 电路原理图4.3.2 仿真结果显示Cx=10uf的测试结果显示如图4-3-2图4-3-2 Cx=10uf测试结果Cx=100uf测试结果图显示如图4-3-3图4-3-3 Cx=100uf测试结果改变为1nf=999nf的量程，令C3=0.1uf,R1=1800k，R2=4.5k（参数代码以仿真图显示为准）。