数字式电容测试仪的设计(DOC)
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原理，掌握其操作方法和使用步骤。
2. 学生能运用电容测试仪进行电容器的测量，并准确读取测量结果。
3. 学生了解电容器的容值范围及其在电子电路中的应用。
技能目标：1. 学生能够独立操作电容测试仪，进行实际电容器的测量，并解决简单测量问题。
2. 学生通过实际操作，培养观察、分析、解决问题的能力。
3. 学生能够运用所学的知识，设计简单的电容测试实验，提高实验操作技能。
情感态度价值观目标：1. 学生通过本课程的学习，培养对物理实验的兴趣和热情，提高学习积极性。
2. 学生在团队合作中，学会相互尊重、沟通协作，培养团队精神。
3. 学生了解电容测试仪在电子测量领域的作用，认识到科技对生活的影响，增强社会责任感和创新意识。
课程性质分析：本课程为物理实验课，旨在帮助学生将理论知识与实际操作相结合，提高学生的实践能力和动手能力。
学生特点分析：初三学生已具备一定的物理知识和实验技能，对新鲜事物充满好奇心，但操作熟练度有待提高。
教学要求：1. 教学内容与课本紧密结合，注重实践操作，提高学生的动手能力。
2. 教师应引导学生主动参与实验，培养学生的学习兴趣和探究精神。
3. 教学过程中，注重培养学生的团队合作意识和沟通能力。
二、教学内容1. 电容测试仪基本原理- 电容器的定义及工作原理- 电容测试仪的工作原理与测量方法2. 电容测试仪的操作方法与使用步骤- 电容测试仪的连接与准备- 电容测试仪的操作流程- 电容器的测量及结果读取3. 实际操作：电容器测量- 选择不同容值的电容器进行测量- 学生分组操作，相互协作，完成测量任务4. 电容测试仪在电子电路中的应用- 电容器在电子电路中的作用- 电容器容值对电路性能的影响5. 教学案例分析- 分析实际测量中可能遇到的问题及解决方法- 讨论测量结果与理论值的偏差原因6. 课堂小结与作业布置- 总结本节课的重点知识- 布置与教学内容相关的作业，巩固所学知识教学内容安排与进度：第一课时：电容测试仪基本原理及操作方法学习第二课时：实际操作：电容器测量第三课时：电容测试仪在电子电路中的应用及案例分析教材章节关联：本教学内容与教材中“电容器”章节相关，涵盖了电容器的原理、测量及应用等方面，有助于学生深入理解电容器相关知识。
基于单片机的数显电容测试仪的设计
基于单片机的数显电容测试仪的设计
赵巧妮
【期刊名称】《电子质量》
【年(卷),期】2016(0)5
【摘要】基于AT89S51单片机和555定时器芯片设计的数显式电容测量仪,由555芯片和电容电阻组成振荡电路来输出矩形波,通过单片机定时器T0测量其脉冲宽度,从而达到测量其周期的目的,再通过单片机软件编程,对数据进行进一步的计算从而得出被测电容的值,并通过液晶LCD1602显示出其测量的电容值.经过试验验证,该设计的硬件设计和软件设计都相对简单,成本较低.
【总页数】4页(P71-74)
【作者】赵巧妮
【作者单位】湖南铁道职业技术学院,湖南株洲412001
【正文语种】中文
【中图分类】TP319
【相关文献】
1.一种基于单片机智能电容测试仪的设计与实现 [J], 徐思成
2.一种基于MCS-51单片机的电容测试仪 [J], 曲家兴;燕思嘉;苍鹤
3.基于单片机的电阻、电感、电容测试仪的设计 [J], 赵巧妮
4.基于MSP430单片机的电容测试仪 [J], 陈榕福;李建波
5.基于单片机控制的智能电阻电容在线测试仪 [J], 张金敏
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简易数字式电阻、电容和电感测量仪设计
简易数字式电阻、电容和电感测量仪设计报告摘要：本系统利用TI公司的16位超低功耗单片机MSP430F149和ICL8038精密函数发生器实现对电阻、电容和电感参数的测量。
本系统以自制电源作为LRC数字电桥和各个主要控制芯片的输入电源，并采用ICL8038芯片产生高精度的正弦波信号流经待测的电阻、电容或者电感和标准电阻的串联电路，通过测量电阻、电容或者电感和标准电阻各自的电压，利用电压比例计算的方法推算出电阻值、电容值或者电感值。
利用MSP430F149单片机控制测量和计算结果，运用自校准电路提高测量精度，同时用差压法，消除了电源波动对结果的影响。
测量结果采用12864液晶模块实时显示。
实验测试结果表明，本系统性能稳定，测量精度高。
关键词：LRC 数字电桥、电压比例法、液晶模块、MSP430F149、电阻电容电感测量一、设计内容及功能1.1设计内容设计并制作一台简易数字式电阻、电容和电感参数测量仪，由测量对象、测量仪、LCD 显示和自制电源组成，系统模块划分如下图所示：1.2 具体要求1. 测量范围（1）基本测量范围：电阻100Ω～1MΩ；电容100pF～10000pF；电感100μH～10mH。
（2）发挥测量范围：电阻10Ω～10MΩ；电容50pF～10μF；电感50μH～1H。
2. 测量精度（1）基本测量精度：电阻±5% ；电容±10% ；电感±5% 。
（2）发挥测量精度：电阻±2% ；电容±8% ；电感±8% 。
3. 利用128*64液晶显示器，显示测量数值、类型和单位。
4. 自制电源5. 使用按键来设置测量的种类和单位1.3系统功能1. 基本完成以上具体要求2. 使用三个按键分别控制R、C、L的测试3. 采用液晶显示器显示测量结果二、系统方案设计与选择电阻、电容、电感测试仪的设计目前有多种方案可以实现，例如、使用可编程逻辑控制器(PLC)、振荡电路与单片机结合或CPLD与EDA相结合等等来实现。
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。
数字式电容测量仪的设计与制作报告
数字式电容测量仪的设计与制作摘要: 针对现有的电容测量仪器量程不高且精度有限问题，使用AT89C51 单片机NE555 单稳态电路及LED 数码显示，通过程序设计，实现了一种直观经济的电容测试仪实验表明，该仪器提高了电容量程和测量精度，性能稳定可靠，可广泛应用于电容等电子元器件检测之中。
关键词: 电容测试仪; 单片机; 量程; 精度1．引言电容容量是电学理论分析与电路设计中的重要参数。
电容容量测量的主要方法有电桥平衡法、谐振频率测量法或脉冲宽度测量法等等。
交流电桥虽然测量准确，但存在笨重、操作繁琐、不能自动测量的缺陷。
目前一般的数字万用表测量电容的最大值仅为20 F，且测量精度有限，遇到要测量较大的电容时往往无能为力随着单片机性能的不断提高，将其应用于对电容的测量中具有方便直观经济的优点，并可以进行软件校准，减少测量误差( 一般能够精确在0.5% 左右) 同时，通过对LED 数码显示管或LCD 液晶的合理使用还可使检测人员能够更直观地读取电容数值。
2．设计要求与方案论证2.1设计要求1、基本部分(1) 自制稳压电源、绿色发光管指示接通电源，正常工作。
(2) 被测电容的容量在0.01μF至200μF范围内(3) 能够根据测量电容的大小自动转换合适量程。
(4) 用4个数码管或液晶显示测量结果，测量误差小于10%。
(5) 当电容值超出上述范围时测量仪溢出报警，黄色发光管LED点亮。
(6) 当电容短路时测量仪发出声光报警，红色发光管LED点亮。
2、发挥部分(1)被测电容的容量扩大到1000PF至1000μF范围内。
(2) 测量误差小于10%。
2.2方案设计根据设计要求，系统可以分为测量电路、通道选择和控制电路三大部分, 如图2-1 所示。
2-1 系统硬件结构框图2.2.1测量电路方案方案一测量电路的核心是由555 定时器构成的多谐振荡器, 将电容的大小转换成频率的大小，然后使用单片机计数后再运算求出电容值。
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 。
课程设计-简易电容测量仪
简易电容测试仪一、系统简介本文设计了一套简易电容系统，能够在误差允许的范围内测量普通电容的容值，并在液晶界面上显示相关信息。
二、系统实现原理系统分模拟部分和数字部分。
模拟部分是由集成运放结电阻和所测电容构成的方波发生器，产生的方波频率与所测试的电容具有函数关系。
因此只要知道产生方波的频率，就能反推出电容的容值。
此外，在方波发生器后面我们添加稳压电路和半波整形电路，使得方波的输入幅度在5V 以下且为正值，而不改变方波的频率。
数字部分是FPGA 作为主控的，负责频率的测量以及液晶的显示。
下面介绍测量频率的原理。
FPGA 测量频率有两种算法，就是常说的测频和测周。
测频是在一段闸门时间内对输入信号周期进行计数，而测周则相反，是在输入信号的时段内，对标准信号周期进行计数。
一般的原则是，高频测频，低频测周。
本系统用的是测频的方法。
我们可以用低频时钟的两个上升沿之间的那段时间作为闸门，对上升沿时间内输入信号周期进行计数。
最后通过计算得到频率。
显示部分我们使用1602液晶屏，通过FPGA 状态机驱动显示。
三、系统结构框图四、硬件电路设计 方波发生器 整形电路 FPGA LCD 显示图示电路产生方波的频率符合f=12R1Cln(1+2R3R2)的关系式，其中C为待测电容。
而且经稳压电路和半波整流电路后的幅度为0~3.3V，能直接输入给FPGA，符合要求。
五、程序设计//顶层文件//top.v`include “cepin.v”`include ”1602.v”module top(clkin,datain,rst,clkout,cnt,fre,rem,clk_LCD, LCD_EN,RS,RW,DB8);fre m1(.clkin(clkin),.datain(datain),.clkout(clkout),.cnt(cnt),.fre(fre),.rem(rem)); LCD_Driver m2(.clkin(clkin), .rst(rst),.fre( fre), .clk_LCD(clk_LCD),.LCD_EN (LCD_EN),.RS(RS),.RW(RW),.DB8(DB8));endmodule//测频模块：//cepin.vmodule fre(clkin,datain,clkout,cnt,fre,rem);input clkin; //100Minput datain;output reg clkout = 1'b1;output reg [7:0] cnt = 8'b0;output wire [7:0] fre;output wire [7:0] rem;parameter N=100000; //1khzreg [1:0] datatmp = 0; //不初始化计数会仿真错误reg [15:0] clktmp = 0;reg [7:0] cnttmp = 0;//分频always @(posedge clkin)beginif(clktmp == N/2-1)beginclkout <= ~clkout;clktmp <= 16'b0;endelseclktmp <= clktmp+1'b1;end//拼接符号检测上升沿always @(posedge datain)datatmp = {clkout,datatmp[1]}; //捕获沿的方法//对慢时钟上升沿间的输入信号计数，为高频测频always @(posedge datain)beginif(datatmp == 2'b10) //上升沿begincnt <= cnttmp+1'b1; //加1补偿cnttmp <= 8'b0;endelsecnttmp <= cnttmp +1'b1;end//调用除法核计算电容，参数确定，公式确定LPM_DIVIDa m(.denom(…),.numer(…),.quotient(…),.remain(…)); //……endmodule//显示模块//1602.vmodule LCD_Driver(clkin, rst, fre, clk_LCD,LCD_EN,RS,RW,DB8);input clkin,rst,fre; //rst为全局复位信号（高电平有效）output clk_LCD;output LCD_EN,RS,RW;//LCD_EN为LCD模块的使能信号（下降沿触发）//RS=0时为写指令；RS=1时为写数据//RW=0时对LCD模块执行写操作；RW=1时对LCD模块执行读操作output [7:0] DB8; //8位指令或数据总线reg [7:0] DB8;reg [111:0] Data_First_Buf,Data_Second_Buf; //液晶显示的数据缓存reg RS,LCD_EN_Sel;reg [3:0] disp_count; //用来判断是否已经写满一行reg [3:0] state; //状态机格式//状态机编码parameter Clear_Lcd = 4'b0000, //清屏并光标复位Set_Disp_Mode= 4'b0001, //设置显示模式：8位2行5x7点阵Disp_On =4'b0010, //显示器开、光标不显示、光标不允许闪烁Shift_Down =4'b0011, //文字不动，光标自动右移Write_Addr =4'b0100, //写入显示起始地址Write_Data_First= 4'b0101, //写入第一行显示的数据Write_Data_Second= 4'b0110, //写入第二行显示的数据Idel =4'b0111; //空闲状态parameter Data_First = "频率", //液晶显示的第一行的数据//Data_Second = “” ; //液晶显示的第二行的数据assign RW = 1'b0; //RW=0时对LCD模块执行写操作assign LCD_EN = LCD_EN_Sel ? clk_LCD : 1'b0; //通过LCD_EN_Sel信号来控制LCD_EN的开启与关闭//省去分频部分//……always @(posedge clk_LCD or negedge rst)beginif(!rst)beginstate <=Clear_Lcd; //复位：清屏并光标复位RS <=1'b0; //复位：RS=0时为写指令；DB8 <=8'b0; //复位：使DB8总线输出全0LCD_EN_Sel<= 1'b1; //复位：开启夜晶使能信号disp_count<= 4'b0;endelsecase(state) //初始化LCD模块Clear_Lcd:beginstate <=Set_Disp_Mode;DB8 <=8'b00000001; //清屏并光标复位endSet_Disp_Mode:beginstate <=Disp_On;DB8 <=8'b00111000; //设置显示模式：8位2行5x8点阵endDisp_On:beginstate <=Shift_Down;DB8 <=8'b00001100; //显示器开、光标不显示、光标不允许闪烁endShift_Down:beginstate <=Write_Addr;DB8 <=8'b00000110; //文字不动，光标自动右移endWrite_Addr:beginstate <=Write_Data_First;DB8 <=8'b10000001; //写入第一行显示起始地址：第一行第二个位置Data_First_Buf<= Data_First; //将第一行显示的数据赋给Data_First_Buf endWrite_Data_First: //写第一行数据beginif(disp_count== 14) //disp_count等于14时表示第一行数据已写完beginDB8 <=8'b11000001; //送入写第二行的指令RS <=1'b0;disp_count<= 4'b0;//Data_Second_Buf<= Data_Second;Data_Second_Buf<= fre;state <=Write_Data_Second; //写完第一行进入写第二行状态endelsebeginDB8 <=Data_First_Buf[111:104];Data_First_Buf<= (Data_First_Buf << 8);RS <=1'b1; //RS=1表示写数据disp_count<= disp_count + 1'b1;state <=Write_Data_First;endendWrite_Data_Second: //写第二行数据beginif(disp_count == 14)beginLCD_EN_Sel<= 1'b0;RS <=1'b0;disp_count<= 4'b0;state <=Idel; //写完进入空闲状态endelsebeginDB8 <=Data_Second_Buf[111:104];Data_Second_Buf<= (Data_Second_Buf << 8);RS <=1'b1;disp_count<= disp_count + 1'b1;state <=Write_Data_Second;endendIdel:beginstate <=Idel; //在Idel状态循环enddefault: state <= Clear_Lcd;//若state为其他值，则将state置为Clear_Lcd endcaseendendmodule六、测试验证方法在方波发生电路的电容处设计为插孔式，能插上不同容值的电容。
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得设计设计题目: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得设计错误!未定义书签。
三、课程设计目得及基本要求...... 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、设计中涉及得实验仪器与工具.... 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得设计,我们提出了三种设计方法与思路。
在具体操作中,经过对资料得收集、分析,研究与对比,最终选择了简单易懂,而且精度较高得方法,即门控法。
本方法得基本理论就是单稳态触发器电路得输出脉宽wt与电容C成正比,再通过一系列得控制,计数,锁存,显示电路实现了对电容得一般测试与数字显示。
在本次数电课程设计得同时,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、最终到电路得模拟与实际电路得成形有了一定得认识,同时使我们在电子设计方面有了一定得实际动手能力,也为这次数电课程设计打下了坚实得基础。
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目录摘要................................................................................................................................................................ 综述............................................................................................................................... 错误!未定义书签。
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定时器构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C值的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%。
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。
最后是输出电压的数o字化，将v输入到74160计数译码器中翻译成BCD码，输入到LED数码管中显示出来。
o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。