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。
数字电容测量仪-课程设计
数字电容测量仪-课程设计电气与自动化工程学院课程设计评分表课程设计题目：班级：学号：姓名：得分项目评分比例课程设计出勤10%课程设计态度20%课程设计报告40%课程设计答辩30%100课程设计总成绩指导老师：年月日课程设计答辩记录学院专业班级答辩人课程设计题目记录内容说明：主要记录答辩时所提的问题及答辩人对所提问题的回答数字电容测量仪的设计一．设计目的（1）了解常用数字集成电路的使用。
（2）了解电容测量仪的工作原理。
（3）掌握利用数字式集成电路设计电容测量仪的原理和Multisim调试的方法。
二．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。
三．设计框图多谐振计数译数码图1 数字电容测量仪原理图四．设计过程（1）多谐振荡器电路的设计振荡器是数字电容测量仪的核心，振荡器的稳定性以及其所产生的基准频率的稳定性决定了数字电容测量仪的精确度。
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R1和R2对电容C充电，其电压UC由0按指数规律上升。
当UC ≥2/3VCC时，电压比较器C1和C2的输出分别为UC1=0、UC2=1，基本RS触发器被置0，Q=0、Q’=1,输出U0跃到低点平UoL。
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C1和C2的输出为Uc1=1、Uc2=0，基本RS触发器被置1，Q=1，Q’=0，输出U0由低点平UoL跃到高电平UoH。
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
数字电容测量仪 课程设计
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※※※※※※※※※ ※※ ※※ ※※ ※※※※※※※※※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R1和R2对电容C充电，其电压UC由0按指数规律上升。
当UC ≥2/3VCC时，电压比较器C1和C2的输出分别为UC1=0、UC2=1，基本RS触发器被置0，Q=0、Q’=1,输出U0跃到低点平UoL。
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C1和C2的输出为Uc1=1、Uc2=0，基本RS 触发器被置1，Q=1，Q’=0，输出U0由低点平UoL跃到高电平UoH。
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。
电容测试仪课程设计
电容测试仪 课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解电容测试仪的基本工作原理和功能用途；2. 学生能掌握电容测试仪的操作步骤和注意事项；3. 学生能了解电容的基本概念，包括单位、性质和分类；4. 学生能运用公式计算电容器的电容量，并理解其物理意义。
技能目标：1. 学生能够正确使用电容测试仪进行电容量的测量；2. 学生能够通过实际操作，分析并解决测量过程中可能出现的问题；3. 学生能够运用所学的知识，对实际电路中的电容器进行检测和评估。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对物理实验的兴趣，激发学习热情；2. 学生养成严谨的科学态度，注重实验操作的规范性和准确性；3. 学生通过小组合作，培养团队协作精神和沟通能力；4. 学生认识到物理实验在现实生活中的应用，增强学以致用的意识。
分析课程性质、学生特点和教学要求，本课程旨在通过电容测试仪的实际操作，使学生掌握电容量的测量方法，培养实验操作能力和问题解决能力。
课程目标具体、可衡量，以便学生和教师在教学过程中能够明确课程预期成果，并为后续的教学设计和评估提供依据。
二、教学内容1. 电容基本概念：电容的定义、单位、性质及分类；2. 电容器的工作原理：电容器储存电荷的原理，电容器的构造和功能；3. 电容测试仪的原理与操作：电容测试仪的工作原理，操作步骤及注意事项；4. 电容测量实验：运用电容测试仪进行电容量的测量，分析测量误差及解决方法；5. 电容器的应用：介绍电容器在实际电路中的应用，如滤波、振荡等。
教学内容依据课程目标，结合教材相关章节，进行科学、系统的组织。
具体安排如下：1. 引入电容基本概念，让学生了解电容器的物理本质；2. 讲解电容器的工作原理，为学习电容测试仪的使用奠定基础；3. 详述电容测试仪的原理与操作，指导学生进行实际操作；4. 安排电容测量实验，巩固所学知识，提高实验技能；5. 介绍电容器的应用，使学生了解物理知识在实际生活中的运用。
教学内容紧密联系教材，确保教学大纲的合理性，为课程实施提供明确的方向和依据。
数字电容测试仪课程设计报告
#课程设计任务书学生姓名：杨坚专业班级：电信1006 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～1μf；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。
设计的总体框图.............................................. 错误!未定义书签。
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。
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电气与自动化工程学院课程设计评分表
课程设计题目：
班级：学号：姓名：
指导老师：
年月日
课程设计答辩记录
学院专业班级答辩人课程设计题目
说明：主要记录答辩时所提的问题及答辩人对所提问题的回答
常熟理工学院电气与自动化工程学院
课程设计说明书
课程名称：电子技术课程设计
设计题目：电容测量仪_____________
班级：ZB62161
姓名：吴彬
学号：ZB6216123
指导老师：施健
设计时间：2017-1-11
目录
一．设计目的 (1)
二．设计思路 (1)
三．设计框图 (1)
（1）设计过程 (1)
（2）多谐振荡器的设计 (2)
（3）单稳态触发器电路的设计 (2)
（4）计数电路的设计 (3)
四．整体电路设计 (4)
五．系统调试 (5)
六．仿真结果 (5)
七．设计心得 (6)
八．参考文献 (7)
数字电容测量仪的设计
一．设计目的
（1）了解常用数字集成电路的使用。
（2）了解电容测量仪的工作原理。
（3）掌握利用数字式集成电路设计电容测量仪的原理和Multisim调试的方法。
二．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。
三．设计框图
图1 数字电容测量仪原理图
四．设计过程
（1）多谐振荡器电路的设计
振荡器是数字电容测量仪的核心，振荡器的稳定性以及其所产生的基准频率的稳定性决定了数字电容测量仪的精确度。
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。
图2 555组成多谐振荡器
（2）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3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，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。
图3单稳态触发器电路原理图
（3）计数电路的设计
74LS160D是用于快速计数的内部超前进位，具有n位级联的进位输出，同步可编程序，有置数控制线，二极管箝位输入，直接清零，同步计数。
图4 计数电路原理图
四．整体电路设计
图5总体电路图
这个电路设计用到了8个电阻丝，5个电容，三个数码管，3个十进制计数器，
三个数码管，2个555波谐振荡器，1个反相器，1个与门，3个单刀双掷开关。
五．系统调试
0.001uF-2uF档位电路图调试：我们将开关S1打到R3=960kΩ调试
0.001uF-2uF档位，显示的数字为被测电容容值大小的R倍，将一个位于
0.001uF-2uF范围的标准电容接到测试端，我们以0.01uF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10，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合要求为止。
经过调试我发现当R1=515Ω时最为合适。
六．仿真结果
当S1打到R3=960kΩ，即选择0.001uF-0.1uF档位时，当被测电容为0.1uF 时，仿真结果如下图：
图6被测电容为0.1uF的仿真结果
当S1打到R4=100kΩ，即选择0.1uF-1.3uF档位时，当被测电容为0.5uF 时，仿真结果如下图：
图7 被测电容为0.5uF的仿真结果
仿真结果分析
当S1打到R3=960kΩ，即选择10.001uF-0.1uF档位时，当被测电容为0.1uF 时，数码显示管显示的数字为98，存在2%误差；当S1打到R4=90kΩ，即选择0.1uF-1.3uF档位时，当被测电容为0.5uF时，数码显示管显示的数字为47，存在3%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。
七．设计心得
通过这个课程设计，不仅加深了我对原本所学知识的认识与理解，而且又让我学习到了许多新的知识，在设计仿真中，遇到了许多困难与挫折，当我发现仿真设计完之后却不能运行时感到十分的迷茫，不知道自己错在哪里，但当询问了其他同学并且在网上查阅了许多资料后才发现原来是自己对于元器件的理解有误。
课程设计时很累，但是收获也很多。
比起劳累，知识的收获更加令我欣喜。
此次课程设计，学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考并且解决问题，出现差错是的虽惊不乱。
对于我来说，收获最大的是自己主动去解决问题，并在不断的错误中总结解决方法，学会去分析问题出现的原因，以及应该从哪个部分去解决，当无法出现正确结果是，需耐心的检查电路，因为大多数出问题都是因为一两根线没接或接错的问题。
总体来说，通过这次课程设计学习，让我对各种电路都有了大概的了解，也学会了常用绘图软件的使用，在平时的理论学习中遇到的问题都一一解决，加深了我对专业的了解，培养了我对学习的兴趣，为以后的学习打下了好的开端。
八．参考文献
[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]王立欣，杨春玲主编.《电子技术实验与课程设计》[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2003.98-99
[3]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.
7。