数字电容测量仪 课程设计
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作品40% 报告20%答辩20%平时20%总分100%设计题目：简易数字电容测量仪班级学号：学生姓名：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、设计内容提要及说明........ 错误！未定义书签。
4.1设计内容...................................... 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，对于中大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。
数字式电容测量仪的设计
课程设计任务书下达任务书日期:2年01102月24日课程设计任务书1.设计目的：通过本课程设计，主要训练和培养学生1.查阅资料，选用公式的能力；2.树立既考虑技术上的先进性与可行性，又考虑经济上的合理性的正确设计思想，在这种设计思想的指导下去分析和解决实际问题的能力；3.正确的进行设计电路的能力和应用计算机的能力; 用简洁的文字清晰的图表来表达自己设计思想的能力。
2.设计内容和要求(包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等)：设计说明：当外接电容的容量不同时，与定时电路所对应的时间也有所不同，即C=f(t),而时间与脉冲数目成正比，脉冲数目可以通过计数译码获得。
设计要求：(1)自制稳压电源。
(2)被测电容的容量在0.01M F至100M F范围内(3)设计两个的测量量程。
(4)用3为数码管显示测量结果，测量误差小于20%。
(5)至少设计两个以上的测量量程，使被测电容的容量扩大到100F至100M F范围内。
(6)测量误差小于10%。
3.设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等〕：1）论文符合规定要求。
2）器件的工作原理及应用。
3）电路原理图。
4）必要的仿真结果。
5）参考文献（不少于三篇）。
课程设计任务书4.主要参考文献：.傅劲松电子制作实例集锦福州：福建科学技术出版社，2张庆双实用电子电路例机械工业出版社，3刘修文实用电子电路设计制作例中国电力出版社，5.设计成果形式及要求:课程设计说明书电路原理图仿真结果。
6.工作计划及进度:年月日~月日资料调研月日~年月日方案论证，进行详细设计，电路仿真，分析仿真结果年月日~月日完成设计总结报告（附完整电路图）月日~答辩或成绩考核系主任审查意见：签字：年月日一、设计方案简介：1、原理：利用单稳态触发器，可以把被测电容的大小转换成脉冲的窄宽通过单稳态触发器产生定时时间，时基电路提供标准频率基础信号，频率为100Kz的脉冲，当定时一开始，闸门开通，被测脉冲通过闸门，计数器开始计数，直到定时时间结束时闸门关闭，停止计数。
电容数字测量仪课设
图 4.1.3 分频电路 分频电路是通过四个 7490 实现的。每个 7490 可以将原来的周期扩大九倍。这样每个 7490 输出的脉冲便可以作为标准脉冲来测量被测脉冲的长度。 4.1.4 控制电路
图 4.1.4.1 控制电路
图 4.1.5.5 控制波形 当时基信号和被测信号整形后的脉冲同时为上升沿的时候，计数器开始计数，当整形
（2） 同步预置(送数)：计数器具有并行输入数据的功能。当 LD=0，R=1 时，计数器 执行并行送数，在置数输入端 A、B、C、D 预置某个外加的数据，在 CP 脉冲上升沿来到 时，输出端即反映输入数据的状态。
（3）保持：计数器有两种保持状态，当 RD=LD=1 时，计数器不进行清除和送数操作。 只要 EP、ET 中有一个为 0，各触发器处于 J=K=0，无论 CP 端有无计数脉冲输入，各触发 器均处于保持状态。
另外，还需对超量程情况进行报警。报警电路可通过一个单稳态触发器和一个多谐振 荡器连接构成，计数器和单稳态触发器之间通过一个控制门电路实现报警，通过控制单稳 态触发器和多谐振荡器的电阻和电容数值的大小可使多谐振荡器的声响系统以一定的频 率持续响一段时间。
这就是方波周期测量的基本思路。
-2-
3 设计方框图
单稳触发器
电容值数字 信号
清零
闸门
计数器
锁存器
译码器
显示器
分频器
报警器
石英晶体脉 冲脉冲发生 器
-3-
4 各部分电路设计及参数计算
4.1 各部分电路设计思路 4.1.1 石英晶体振荡电路
图 4.1.1 石英晶体振荡电路 为得到频率稳定性很高的脉冲波形，多采用由石英晶体组成的石英晶体振荡器。由阻 抗频率响应可知，石英晶体的选频特性非常好，它有一个极为稳定的串联谐振频率 fs,且等 效品质因数 Q 值很高。只有频率为 fs 的信号最容易通过，而其他频率的信号均会被晶体所 衰减。 4.1.2 测量电路
数字电容测试仪课程设计报告
1 绪论1.1 选题背景电阻、电容、电感是电工领域中最基本的物理量。
对于从事电气技术的工作者、生产人员，电容测量仪是不可缺少的常用仪表。
任何一种仪器、仪表在保证一定的技术指标的前提下，结构简单、使用方便、工作可靠、价格低廉是评价其优劣的一项综合指标。
各种各样的电容器，它们在电路中分别起着不同的作用。
与电阻器相似，通常简称其为电容，用字母C表示。
顾名思义，电容器就是“储存电荷的容器”。
尽管电容器品种繁多，但它们的基本结构和原理是相同的。
两片相距很近的金属中间被某物质（固体、气体或液体）所隔开，就构成了电容器。
两片金属称为的极板，中间的物质叫做介质。
电容器也分为容量固定的与容量可变的。
但常见的是固定容量的电容，最多见的是电解电容和瓷片电容。
由于电容元件本身的储能特性，因此它被广泛地应用于整流，滤波，耦合，振荡等电路中，几乎成为现代整机产品中不可或缺的分立元器件。
因此，无论是对电容生产厂商或整机设计维修工程师来讲，通过电容测量仪准确地了解电容元件的参数特性都非常有必要，尤其是模拟电路和射频电路设计工程师。
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，此次我的课程设计就是用数字显示方式对电容进行测量。
1.2 设计要求1.2.1 基本部分(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%。
2系统概述2.1 方案的选择及可行性分析数字式电容测量仪的作用是以十进制数码的方式来显示被测电容的大小，从而判断电容器质量的优劣及电容参数。
由给出的指标设计，它的设计要点可分为俩部分：一部分是数码管显示，另一部分就是要将Cx值进行转换。
能满足上述设计功能的方案很多，我们共总结出下面四种参考方案：方案一：把电容量通过电路转换成电压量，然后把电压量经模数转换成数字量显示。
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。
数字式电容测量仪的设计课程设计-数字电容测试仪的设计
北华航天工业学院《电子技术》课程设计报告报告题目：__________ 数字式电容测量仪___________ 作者所在系部：电子工程系__________________ 作者所在专业：______ 电子信息工程_______________ 作者所在班级：_________________________作者姓名：____________________________作者学号：_____________________________________指导教师姓名：_________________________完成时间：2011年6月1日_____________课程设计任务书电容具有隔直流同交流的能力，在电子电路中是十分重要的元件，电容的容值在电路设计中是一重要因素。
由于在使用一段时间后，电容容值与出厂是所标注的值有所偏差，这就需要设计仪器去测量电容容值。
传统的测量方法都采用交流电桥法和谐振法，通常采用刻度读数，此方法不够直观。
本课题主要介绍了数字电容测量仪的原理和设计思想。
它由测试电路和显示电路两部分组成。
在测试电路中555 定时器做多谐振荡器，它通过电容配合电阻充放电产生一系列的方波脉冲，通过计数器记数算出电容的值，最后通过数码管显示被测电容的容值。
设计的电容测量仪的测量范围是10uF~990Uf ，显示的数值N 是00~99 ，数字显示器所显示的数字N与被测电容量C X的函数关系满足关系N=Cx心0卩F）。
当被测电容值超出990uf 时，数码管呈全暗状态，发光二极管呈两状态，表示超出量程。
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。
关键字：测脉法脉冲数显电容目录、概述,,,J J J J JJ J J J J J J J 1、方案设计与论证,,,,,,,, J J J J J JJ J J J J J 21 ．测脉宽法,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 12 ．测频法,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 23 ．测压法,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 2三、单元电路设计与分析,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 3 1．时钟脉冲发生电路,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,3 2．闸门信号产生电路,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 3 3．计数脉冲fX 产生电路,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 44．计数电路,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ■ •y i l ] a i_i 55 ．锁存器,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 5 6．译码器,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 6四、总原理图及元器件清单,,,,,,,,,,,,,,,,,,, , 6五、结论,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,—口V LJ J J J J J J J J J J J J J J J J6六、心得体会,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,1—* 1 J 1 1 JJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJ6七、参考文献,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 6一、概述本方案通过555定时器够成的单稳态触发器使被测电容Cx产生一个CP脉冲(闸门信号)，使闸门信号控制另一个由555定时器构成的多谐振荡器，使其产生与Cx 相对应的一系列CP 脉冲。
数字电容测试仪课程设计报告
课程设计任务书学生姓杨坚专业班级：电信1006名：指导教师：工作单位：信息工程学院题目：电容测试仪初始条件：具备电子电路的基础知识和设计能力；具备查阅资料的基本方法；熟悉常用的电子器件；熟悉电子设计常用软件的使用；要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、设计电容数字测试电路；2、测量电容范围：100pf ～1μ f；3、数码管显示电容值；4、掌握数字电路的设计及调试方法；5、撰写符合学校要求的课程设计说明书。
时间安排：时间一周，其中2 天原理设计，3 天电路调试指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日目录1 绪论......................................................................... 错误! 未定义书签。
选题背景................................................................. 错误!未定义书签。
设计要求................................................................. 错误!未定义书签。
2 系统概述..................................................................... 错误! 未定义书签。
方案的选择及可行性分析 ................................................... 错误!未定义书签。
方案论证................................................................. 错误!未定义书签。
设计思路 ............................................................ 错误!未定义书签。
数字电容测量仪课程设计
数字电容测量仪课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解数字电容测量仪的工作原理，掌握其操作步骤。
2. 学生能够运用数字电容测量仪进行电容的测量，并准确读取测量结果。
3. 学生能够掌握电容的基本概念，如电容的单位、电容器的构造及其功能。
技能目标：1. 学生能够正确操作数字电容测量仪，进行简单的电容测量实验。
2. 学生能够通过实验数据分析，解决实际问题，提高实验操作能力和问题解决能力。
3. 学生能够运用所学知识，设计简单的电容测量实验，提升实验设计和实践能力。
情感态度价值观目标：1. 学生对物理学产生兴趣，认识到物理实验在科学研究和实际应用中的重要性。
2. 学生在实验过程中，培养合作精神，学会与他人共同解决问题。
3. 学生能够养成严谨的科学态度，对待实验数据和结果认真负责，树立正确的价值观。
课程性质：本课程为物理学科实验课程，旨在让学生通过实际操作，掌握电容测量方法，提高实验技能。
学生特点：学生处于初中阶段，具有一定的物理知识基础，对实验充满好奇心，但实验操作能力有待提高。
教学要求：注重理论与实践相结合，引导学生通过实验探究，培养实验操作能力和问题解决能力，同时关注学生情感态度价值观的培养。
将课程目标分解为具体的学习成果，便于后续教学设计和评估。
二、教学内容1. 理论知识：- 电容的定义、单位及公式。
- 电容器的构造、类型及其工作原理。
- 数字电容测量仪的原理、结构及使用方法。
2. 实践操作：- 数字电容测量仪的操作步骤及注意事项。
- 电容测量实验：使用数字电容测量仪测量不同电容器的电容值。
- 数据处理与分析：对测量结果进行记录、计算和误差分析。
3. 教学大纲：- 第一阶段：回顾电容基础知识，介绍电容器的构造和工作原理。
- 第二阶段：讲解数字电容测量仪的原理、结构及使用方法。
- 第三阶段：组织学生进行电容测量实验，指导学生操作数字电容测量仪。
- 第四阶段：对测量数据进行处理和分析，讨论实验结果。
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数字电子技术课程设计报告书
课题名称 数字电容测量仪的设计
姓 名 吴亚香 学 号 *******-35 学
院
通信与电子工程学院 专 业 电子科学与技术
指导教师
张学军
2014年 6月 10 日
※
※※※※※※※※ ※※ ※
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2012级电子科学与技术专业
数字电子技术课程设计
数字电容测量仪的设计
1设计目的
（1）掌握multisim12仿真软件的应用技巧。
（2）掌握电容数字测量仪的设计组装与调试方法。
（3）熟悉相应的中大规模集成电路的使用方法，并掌握其工作原理。
2设计思路
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。
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—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。
3设计过程
3.1设计框图
图1 数字电容测量仪原理图
3.2多谐振荡器电路的设计
振荡器是数字电容测量仪的核心，振荡器的稳定度以及其所产生的基准频率的稳定度决定了数字电容测量仪的准确度，通常选用石英晶振构成振荡电路。
在要求不高的情况下可以选用555构成的多谐振荡器如果图2所示。
555组成多谐振荡器的工作原理如下：
接通电源Vcc后，Vcc经电阻R
1和R
2
对电容C充电，其电压U
C
由0按指数
规律上升。
当U
C ≥2/3V
CC
时，电压比较器C
1
和C
2
的输出分别为U
C1
=0、U
C2
=1，基
本RS触发器被置0，Q=0、Q’=1,输出U
0跃到低点平U
oL。
与此同时，放电管V
导通，电容C经电阻R2和放电管V放电，电路进入暂稳态。
随着电容C放电，
Uc下降到Uc≤1/3Vcc时，则电压比较器C
1和C
2
的输出为U
c1
=1、U
c2
=0，基本RS 触
发器被置1，Q=1，Q’=0，输出U
0由低点平U
oL
跃到高电平Uo
H。
同时，因Q’=0，
放电管V截止，电源Vcc又经过电阻R
1和R
2
对电容C充电。
电路又返回前一个
暂稳态。
因此，电容C上的电压Uc将在2/3Vcc和1/3Vcc之间来回充电和放电，从而使电路产生了振荡，输出矩形脉冲，作为基准信号频率。
555组成多谐振荡器输出波形如图3。
VCC
图2 555组成多谐振荡器
图3多谐振荡电路及输出波形
3.3 单稳态触发器电路的设计
单稳态触发器所产生波形用于控制计数，由555定时器组成的单稳触发器，它既为下级的多谐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。
单稳态触发器的工作特特性具有如下特点：
第一，它有稳态和暂稳态两个不同的工作状态；
第二，在外界触发脉冲作用下，能从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持一段时间后，再自动回到稳态；
第三，暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，与触发脉冲的宽度和幅度无关。
在图4所示的单稳态触发器，在电容测试中用作测量控制的，接通开关S2，单稳态电路产生一个控制脉冲，输出脉冲的宽度等于暂稳台的持续时间，即
Tw=1.1RCx（3－5），它控制与门脉冲使得时钟脉冲通过开始计时，使得显示的数字为被测电容容值大小的R倍。
S2
1kΩ
R5
图4 单稳态触发器电路原理图
3.4 计数电路的设计
74LS160D是集成同步十进制计数器，该计数器具有同步预置、异步清零、计数和保持四种功能有进位信号输出端，可串接计数使用。
U2
U3U4
3.5 总体电路图
S2
R5
图6 总体电路图
4系统调试与仿真结果
4.1系统调试
1uF-100uF档位电路图调试：我们将开关S1打到R=1kΩ调试 1uF-100uF档位，显示的数字为被测电容容值大小的R倍，将一个位于1uF-100uF范围的标准电容接到测试端，我们以80uF为例，接通开关S2，使单稳态电路产生一个控制脉冲，其脉冲宽度为Tw=RCxln3= 1.1RCx，它控制与门脉冲使得时钟脉冲通过开始计时，如果现实的数字不是80，则说明时钟脉冲的频率不符合要求，我们可以调节R1的大小重复上述步骤，直到符合要求为止。
经过调试我发现当R1=515Ω时最为合适。
0.01uF-1uF档位电路图调试:我们将开关打到R=100kΩ测试0.01uF-1uF档位，调试同上，以被测电容大小为0.56uF为例，如果现实的数字不是56，则说明时钟脉冲的频率不符合要求，我们可以调节R1的大小重复上述步骤，直到符
合要求为止。
经过调试我发现当R1=515Ω时最为合适。
4.2仿真结果
当S1打到R=1kΩ，即选择1uF-100uF档位时，当被测电容为48uF时，仿真结果如下图：
S2
R5
图7 被测电容为48uF的仿真结果
当S1打到R=100kΩ，即选择0.01uF-1uF档位时，当被测电容为0.24uF时，仿真结果如下图：
S2
R5
图8 被测电容为0.24uF的仿真结果
4.3 仿真结果分析
当S1打到R=1kΩ，即选择1uF-100uF档位时，当被测电容为48uF时，数码显示管显示的数字为48，不存在误差；当S1打到R=100kΩ，即选择0.01uF-1uF 档位时，当被测电容为0.24uF时，数码显示管显示的数字为25，存在4%的误差，但是是在误差的允许范围内。
所以，设计的数字电容测量仪基本合格。
5主要器件和仪器设备
555定时器 2个
定值电阻 6个
74LS160D 3个
74S08D 1个
反相器 1个
6 设计体会
这次课程设计让我所学的知识得到了运用，让我的动手能力得到了提高。
在做课程设计的过程中，我遇到了几个自己不能解决的问题，经过老师和同学的帮助，最终将问题解决。
因此，我才知道自己的专业知识不够，而且我们所学的理论知识很重要，没有坚实的知识基础，是不能做好课程设计的。
我认为，课程设计对于我们电子科学与技术专业的学习非常重要。
我们所学的知识最终应用于实践，理论来源于实践，实践是检验真理的唯一标准。
因此，我们在学习理论知识的同时，一定要注重实践。
参考文献
[1] 康华光.电子技术基础数字部分（第五版)[M]. 北京: 高等教育出版社, 2006.
[2]金唯香，谢玉梅主编. 《电子科学与技术与技术》. 长沙：湖南大学出版社，2004.。