微弱电容测量电路设计(本科毕业设计)
高精度微弱电容检测系统的设计
高精度微弱电容检测系统的设计张印强;杨道业【摘要】For the measurement of weak signal in capacitance measuring system, a micro capacitance measuring system based on FPGA and digital demodulation was proposed. Through hardware and software design, a kind of high precision capacitance measuring system composed of power circuit, capacitance/voltage converting circuit, FPGA and A/D converting circuit was presented. The theory of weak capacitance measurement based on carrier modulation and the hardware design were analyzed. The implementation of a sinusoidal carrier signal based on the COKDIC algorithm, digital demodulation and the controlment of the AD were also discussed. The practice shows that the capacitance measurement resolution is 5fF and the system has the high precision and reliability.%针对微弱电容信号的检测问题,提出了一种基于FPGA和数字解调的高精度微弱电容检测系统；通过硬件设计和软件设计,实现了由电源电路、C/V转换电路、FPGA电路、A/D转换电路等组成的高精度电容检测系统；阐述了利用载波调制进行微弱电容检测的原理和系统硬件电路的实现方案,并给出了基于cordic算法的载波生成、数字解调和AD采样控制在FPGA中的具体实现；实际运行表明,该检测系统的电容检测分辨率可达到5fF,具有精度高及抗干扰能力强等优点.【期刊名称】《计算机测量与控制》【年(卷),期】2012(020)012【总页数】4页(P3207-3209,3252)【关键词】微弱电容检测;数字解调;AD7767;FPGA;CORDIC算法【作者】张印强;杨道业【作者单位】南京工业大学自动化与电气工程学院,南京 210009;南京工业大学自动化与电气工程学院,南京 210009【正文语种】中文【中图分类】TP2730 引言电容传感器广泛用于多种检测系统，可测量浓度、压力、角速度、加速度等物理量，其测量精度高，响应速度快［1］。
微弱信号检测装置(一稿)
摘要“微弱信号”不仅意味着信号的幅度很小，而且主要指的是被噪声淹没的信号，微弱是相对于噪声而言的。
微弱信号检测的目的是从强噪声中提取有用信号, 或用一些新技术和新仪器来提高检测系统输出信号的信噪比。
微弱信号检测技术的首要任务是提高信噪比。
由于被测量的信号微弱，传感器、放大电路和测量仪器的固有噪声以及外界的干扰噪声往往比有用信号的幅度大的多，放大被测信号的同时也放大了噪声，而且必然会附加一些额外的噪声，因此只靠放大是不能把微弱信号检测出来的。
本文研究了一套微弱信号检测的装置。
AD524作为前置放大电路对信号进行初步放大，再利用MAX267程控滤波器对信号进行滤波以获取有用信号，TLC2652作为二次放大；然后再经模数转换器转换为数字信号，同时使用增强型8051 内核的USB 控制器CY7C68013A作为主控器，将采集数据通过USB2.0接口与PC机实现高速实时传输，还设计了电源模块和单片机扩展模块。
在背景噪声中检测有用信号的仪器，为现代科学技术和工农业生产提供了强有力的测试手段，应用范围遍及几乎所有的科学领域，已成为现代科技必备的常用仪器。
关键词：微弱信号，噪声，信噪比，检测装置Abstract"Weak signal" means not only signal amplitude is small, and refers to the flooded signal by noise,weak signal is relative to noise.The purpose of the weak signal detection extracted useful signal from strong noise,or with some new technology and new instruments to improve the SNR of output signal detection system.Primary mission of weak signal detection is to improve SNR. Due to the measured weak signal is small, sensors,amplifying circuit and the inherent noise of measurement instrument and outside disturbance noise are larger than the useful signal amplitude of the often.Enlarging the measured signal means also enlarging noises and will add some extra noise,so only by the amplifier can not detection the weak signal.Only in effective noise conditions suppressing amplitude of weak signal can extract useful signal.This paper studies a set device of weak signal detection. AD524 as preamplifier is primarily to amplifier signal, then uses MAX267 to filter signal to get the useful signal, and uses TLC2652 as second to amplifier; Then the adc converts a analogue signal to a digital signal, also uses the USB controller CY7C68013A of enhanced 8051 kernel as the main controller and collected data will transmit through USB2.0 implementing high-speed real-time with the PC; And devises a power supply module and microcomputer expansion module.Detection equipment of useful signal in the background noise,which provides astrong means testing for modern science and technology, and the industry and agriculture production, application scope is throughout almost all the fields of science.It has become the common instrument for modern science and technology.Keywords: weak signal，noise,signal-to-noise ratio,detection device目录摘要 (I)Abstract............................................................................................................................................................ I I 第1章绪论 .. (1)1.1 微弱信号检测装置研究的意义 (1)1.2 国内外发展概况 (2)1.2.1 国内检测仪器的发展 (2)1.2.2 国外检测仪器的发展 (2)1.3设计内容 (3)第2章噪声概述 (4)2.1 噪声种类及其特性 (4)2.2 干扰的抑制方法 (5)第3章微弱信号检测的原理和常用检测理论 (8)3.1 微弱信号检测的原理 (8)3.2 微弱信号检测的方法 (8)第4章检测电路总体设计 (13)4.1 信号调理模块 (13)4.2 数据采集模块 (14)4.3 检测电路图 (14)第5章微弱信号的采集与调理 (16)5.1 信号拾取和低噪声前置放大器 (16)5.2 程控滤波器 (18)5.3 TLC2652放大器 (21)第6章基于USB2.0协议的数据采集装置 (24)6.1 A/D转换器的选择 (24)6.2 USB 2．0特点 (28)6.3 CY7C68013A单片机 (29)6.4 CY7C68013A单片机的外部扩展电路 (31)6.5 单片机软件编程 (36)6.6 电源的设计 (37)6.6.1 稳压电源设计 (37)6.6.2 各器件的电源 (39)第7章CY7C68013A与上位机的通信 (41)7.1 CY7C68013A固件程序 (41)7.2 USB驱动程序 (41)7.3 动态链接库DLL (42)7.4 LabVIEW界面应用程序 (42)第8章结语 (44)参考文献 (45)致谢 (46)第1章绪论微弱信号检测是测量技术中的一个综合性的技术分支，它利用电子学、信息论和物理学的方法，分析噪声产生的原因和规律，研究被测信号的特征和相关性，检出并恢复被背景噪声掩盖的微弱信号。
电阻电容电感测试仪的毕业设计
电阻电容电感测试仪的毕业设计现代电子产品正以前所未有的速度,向着多功能化、体积最小化、功耗最低化的方向发展,机电产品广泛应用于家电、通信、一般工业乃至航空航天和军事领域.无论是日常生活还是高端科技领域,电子技术的应用均日益深入.掌握必备的电子技术基础设计制作基础知识和基本技能,能够满足我国目前产业结构对广大技术工人、工程技术人员基本素质的要求,而且能为从事高端电子系统开发培养能力和素质,适应信息时代的需要.目前市面上测量电子元器件参数R、C和L的仪表种类较多,方法和优缺点也各有不同.一般的测量方法都存在计算复杂,不易实现自动测量而且很难实现智能化等缺点.电阻电容电感测量方法较多(谐振法,电桥法,电压比例法等)但因为对于测量仪器来说精度越高越好,所以本设计选择精度比较高的电压比较法做电阻电感电容测试仪,它的原理是将一定频率的交流信号经过串联分压电路转化为电压信号,然后经过电路处理变成频率信号经过单片机进行比例运算,最后将计算出的测量值输送给显示模块并显示各参量对应的量纲.2电压比例法测量原理电阻高精度测量较好的方法之一是采用与标准电阻相比较的方法.其主要原理:是在待测电阻Rx与标准电阻R1的串联电路中加一直流电压V,AD采样得到Rx上电压VX,则测量电阻为:VxRRx?V?VX(1)设计中我们采用了与测量电阻一样的方法――电压比例法[1-2]来测量电感和电容;因为电感与电容是电抗元件,所以应采用交流信号来产生测量信号;在角频率为w的交流信号的作用下电容电感获得的容抗和感抗:XC?(2)1jwc2XL?jwL(3)C、L为待测电容和电感.这样一来,标准元件的选择就有许多种方法.但为了提高测量精度和降低成本,该测量仪采用了标准电阻,且与电阻测量共用一套标准电阻.所以有电感:U.L?LX?Rjw（U.?U.LX）(4)U.1CXjwCU.?R?1jwC(5)电容:U.?1C?U.CXjwR(6)测量Q值时,加入交流信号测量出电感Q值Z1?RS?jw1L(7)Z2?RS?jw2L(8)两个方程联立,求得电感L?z2-z212W221-W2(9)22Rs?Z1?jwz1-W2z2-W212(10)3jwLQ?RS(11)Z1为电感在电路中角频率为w1的等效阻抗,Z2为电感在电路中角频率为w2的等效阻抗,L为电感量,RS为电感的等效电阻.为保证测量精度,必须保证电阻的精度和w的高稳定值.为此,我们在该设计中采用MAX038单片压控函数发生器[3-4]产生高精度的正弦波信号,同时输出缓冲器采用了运算放大器,为保证波形精度采用了闭环深度负反馈方式,无失真的放大正弦信号.3.系统方案3.1系统总体方案设计与结构框图本电路由电源模块、正弦信号发生器、标准电阻和电感或电容串联分压电路、多路开关、电压跟随器、高精度交流/有效值转换、A/D转换、单片机、液晶显示、键盘等模块组成.系统主要模块流程图如图1所示:图1系统流程图3.2方案设计与论证3.2.1电阻电感电容测试采样模块电阻电感电容测试采样模块的设计方案有很多,例如利用纯模拟电路来实现、电阻可用比例运算器法、电容可用恒流法和比较法、电感可用时间常数法和同步分离法等.方案一利用纯模拟电路虽然避免了编程的麻烦,但是电路复杂,所用的元器件较多,制作较麻烦并且测量精度低,调试困难,现已很少使用.4方案二可编程序控制器(PLC）应用广泛,它能够非常方便的集成到工业控制系统中.可编程控制器速度快,体积小,可靠性和精度都比较好,在此系统中可以使用PLC对硬件进行控制,但是PLC的价格相当昂贵,因而成本过高,应用于要求比较高的场合.方案三利用震荡电路与单片机结合利用555多谐振荡电路将电阻、电容转化为频率,而电感则是根据电容三点式电路也转化为频率,这样就把模拟量近似转化为数字量了,而频率是单片机很容易处理的数字量,该方案测量精度较高,易于实现仪表的自动化,而且单片机构成的系统可靠性高,硬件的描述完全可用软件来实现,成本低.但由于必须采用大量地倍频、分频、混频和滤波环节,导致结构复杂、体积大、成本高并且难以达到较高的频谱纯度而使测量误差加大,外围电路非常复杂.且不符合需要一个独立信号发生器的要求.方案四电压比例法采用与标准电阻相比较的的方法,其原理是在待测原件与标准原件的串联电路中加以电流I，这样被测元件与标准元件上得到的电压分别为Vx与Vi;通过计算得出被测值,此方法精度高,需要一个具有输出频率稳定的信号源来提供激励.本设计采用此方案.3.2.2正弦信号发生器模块正弦信号源发生器模块是决定系统误差的重要部分,要求有稳定的频率,另外为了测试系统的可靠性还要求正弦信号发生器的频率和电压具有可调性,本系统要求频率范围1HZ～1MHZ,电压大于5V.方案一555信号发生器采用555信号发生器制作的发生器,其外围电路较复杂.这种方法能实现快速频率变换,具有低噪声以及所有方法中最高的工作频率.但由于必须采用大量地倍频、分频、混频和滤波环节,导致结构复杂、体积大、成本高并且难以达到较高的频谱纯度而使测量误差加大.方案二单片机信号发生器使用单片机编程实现正弦波的产生简单易行.可以在外围电路不变的情况下通过程序来改变输出电压的幅值和频率.由于输出的是数字信号,可以做得很高,产生的信号精度及其性价比比较高,集成度也高并且需求电压低,功耗低.方案三DDS信号发生器利用直接合成DDS芯片的函数发生器,能产生任意波形并能达到很高的频率并且频率的稳定性比较好.但成本较高,主要用于测量电路和系统的频率特性、非5。
微电流测量电路设计
摘要一、 引言在材料测试，静电研究等应用与研究中，常常需要测量一些uA 、nA 级的微弱电流（小于10-6A 电流的测量称为微电流的测量），对于微电流的测量一般有两种方法：取样电阻法和运算放大器电流反馈法。
取样电阻法的原理是在回路中接入取样电阻，根据欧姆定律，将电流测量直接转换成电压测量，但要求取样电阻的值很大，而通常要求测量电压的仪器输入电阻要比取样电阻大上1000倍以上，指针式电流表和静电计通常使用这种方法。
我们在实用电路中通常使用放大器电流反馈法，本文就介绍一种简单的I/V 转换电路，实现对微电流的测量。
二、 测量原理最基本的电流电压转换电路如下图所示，假定运算放大器是理想的运放，利用“虚短虚断”的概念，可以得出：O S f V I R =-输出电压O V 与测量电流S I 成线性比例关系，比例系数为f R ，因此只要适当选择f R 就可得到所需的放大倍数。
但在实际应用中，完全理想的运算放大器是没有的，由于集成电路制造技术及工艺的影响，必然存在会产生诸如输入失调电压，偏置电流等，放大器的开环增益也不可能无穷大，故实际的输入输出关系为：()O O S f OS B f V V I R V I R A=-+-+ 其中OS B V I A 分别为运算放大器的失调电压、输入偏置电流和开环增益。
实际放大器的误差为O O OS B V V V I R A∆=-+ 因此，只有满足被测电流远远大于运算放大器的偏置电流；被测电流所转换成德电压远远大于运放的失调电压；所选的运算放大器有足够大的开环增益,这也正是电流电压转换电路实现微电流的测量所要关注的。
三、电路分析根据测量电路原理分析可知，对微电流的测量既要选择合适参数的运算放大器，又要设计好电路的结构等。
1、元件选择运算放大器应该近似为理想的运算放大器，才能满足测量要求，这就要求其开环放大倍数和输入电阻为无穷大，才能保证输入端工作电流为零，也要求输出电阻为无穷小，保证输出电压不随下级负载而变，同时还要选择零点偏移小、温度漂移小、噪声电压小的运算放大器。
基于微电容测量IC的加速度计电路设计与实现的开题报告
基于微电容测量IC的加速度计电路设计与实现的开题报告一、选题背景加速度计是一种测量物体加速度的传感器，常用于惯性导航系统、智能手机、运动监测等领域，是 MEMS (微电子机械系统) 中重要的一项技术。
其中，基于微电容测量的加速度计具有结构简单、制造成本低廉、能够测量静态加速度和动态加速度等优点，因而被广泛应用。
本项目旨在设计和实现基于微电容测量IC的加速度计电路，从而能够获得加速度的测量值。
二、研究内容1.基于微电容测量原理，设计加速度计电路的前端信号采集模块。
2.利用运算放大器等元器件，设计信号放大模块，将采集到的信号放大到合适的电平。
3.实现微电容的驱动和微电容信号的增幅、滤波等处理。
4.利用单片机等元器件对处理后的信号进行采集、处理，得到加速度值。
三、预期成果设计和实现基于微电容测量IC的加速度计电路，实现对静态和动态加速度的测量，并能够输出数字信号。
预计结果为原理验证电路的电路图和 PCB 设计文件，以及软件程序。
四、研究方法和技术路线1.通过文献调研，掌握微电容测量原理、加速度计的基本结构与工作原理。
2.根据设计要求，选定合适的元器件，进行电路的原理设计。
3.进行仿真验证，通过仿真软件来测试电路性能，并作出必要的调整。
4.将电路实现到 PCB 设计中，针对 PCB 层面进行性能测试与验证。
5.编写下位机程序，将读取的数据进行处理，得到最终的加速度值。
五、预期创新点1.实现了基于微电容测量原理的加速度计电路设计。
2.优化了微电容的驱动和微电容信号的处理，提高了信噪比。
3.采用单片机对数据进行采集和处理，方便了数据的处理和控制。
六、研究进度计划本项目的研究进度计划如下：1.文献调研和基础知识学习，预计完成时间为两周。
2.电路原理设计，预计完成时间为三周。
3.仿真验证和 PCB 设计，预计完成时间为三周。
4.下位机程序编写，预计完成时间为两周。
5.电路性能测试和试验结果分析，预计完成时间为两周。
一种微小电容的测量电路
一种微小电容的测量电路刘宝华(河北理工学院自动化系 063009) 摘 要 介绍了一种数字电路与模拟电路相结合的测量电路,可用于微小电容的测量。
关键词 电容测量 检测器 放大器 相敏解调器1 引言传统的测量技术已经难以满足当代对微小电容测量及检测技术的要求,而利用线性闭环运算放大器的高频测量电路,能较好地解决这个问题。
图1为利用闭环运算放大器测量微小电容的基本原理电路。
图1 用运放测量电容的基本原理电路图中C x 、G x 分别为被测电容的电容量和等效并联漏电导,R f 为反相端反馈电阻。
由于采用了高速、高精度、高增益、宽频带、低漂移的运算放大器,因此,同相端可直接接地,而不必串平衡电阻。
该电路输出、输入电压之间的复数关系为U o =-(j ωC x R f +G x R f )U i 式中 ω———激励信号的角频率由公式可知测量电路对被测电容C x 的灵敏度与信号源角频率成正比;测量电路对等效并联漏电导的灵敏度为常数,与ω无关。
可见,高频条件可大大提高对被测电容的灵敏度,并有效降低漏电导的影响。
实施测量时只要测量两次,分别测出U o 和U i ,便可求得C x 和G x 。
然而没有性能优良的高频信号发生器、高频放大器和解调器,要想高精度、高灵敏度、高线性度、高稳定度、高速度、高分辨率地测量出微小电容量,仍然只是纸上谈兵。
2 一种实用测量电路本文提出一种性能优良、成本低廉的微小电容测量电路。
其原理框图如图2所示。
由图2可见,高频正弦信号发生器输出的激励信号施加在被测电容C x 上;高频电容电流被检测器变换为交流电压,再通过交流放大器放大后,通过隔离变压器送到相敏解调器进行解调;解调器的对边臂被两个互补方波轮流触发,解调后的信号通过低通滤波器滤除高次谐波,得到的直流电压与被测电容C x 成正比。
图2 小电容测量电路原理框图211 高频信号发生器用数字电路和数模转换器产生的正弦波信号,虽然在波幅稳定性和频率稳定性方面都优于模拟电路产生的正弦波信号,但由于现有的EPROM 及DAC 速度不太高,故难以产生高于100kHz 以上的正弦波信号,除非是特殊设计的集成电路。
基于PS021微小电容低功耗测量电路的设计
噪声 、 抗杂散性等要求 ］ 。 目前 ， 内外在测量 １ Ｆ以下的 电容都 存在很 大的 困 国 ０ｐ
转换器 ） 技术而产生 ， 使之成 为一 种完全集 成的超低 功耗 、 超
高精度测 量芯片。这种数字 测量原 理提供 非常高 的测量 灵
很好 的稳定性 ， １ ｚ 在 ＯＨ 刷新频率时能够达到 ６ａ Ｆ的有效精 度， 最高刷新频率 可达 ５ Ｈ 【 ， ０ｋ ｚ３ 高精度高刷 新率 可缓 和测 Ｊ
量速度和分辨力的矛盾。
参考 电容 充放 电测得 ｒ ＝Ｒ ｒ ， 。 ｃｅ 传感器 电容充 放 电测 ｆ
得 ７ ＝Ｒ ｓｎｏ ， － Ｃ ｅｓｒ根据芯片 内部算法 计算 出 ｒ／ ｌ ｓｎｏ ２ ２ｒ ：Ｃｅｓ￣ ｃ ， 陀ｆ其中 ｃｅ 为 已知 电容 ， ｒｆ 最后 得到 ｌ ６位 的数据 ， 而实 从 现了对传感器 电容 的测量 。Ｐ ０ １控制 模拟 开关 使得 充放 Ｓ２
和强 烈振动等恶劣条件下工作等优点 。
由于电容式传感 器输 出的电容信号很小 （ Ｆ～１ Ｆ ， １ｆ ０ ｐ ）
Ｐ０ １ 片基 于 Ｔ Ｃ Ｔｍ － — ｉｔｌ ｏｖｎ ｒ 间 数 字 Ｓ２ 芯 Ｄ （ ｉｅｔ Ｄ百 ａ Ｃ ｎｅ ｅ 时 ｏ
同时存在传感器及其 连接导线杂散电容和寄生 电容 的影 响 ，
难， 测量电路多是采用 电荷转移 法或交 流法 ， 即将 电容 量转
换 为 电压 或 电流 ， 电路 往 往 受 到 电 子 开 关 的 电荷 注 入 效 应 的
影响 ， 并且其 提高测量速度和提高分辨力 的矛盾难 以解决 。
本文拟 采 用 德 国 Ａ Ａ 公 司 的 通 用 电容 检 测 芯 片 ＣＭ Ｐ ０ １芯片进行微小 电容 测量 电路 的设 计。该 芯 片把 电容 Ｓ２ 测量转化为精确的时间测量 ， 内部算法可 以很好地抑制 寄生
弱电流检测电路的设计
温州大学瓯江学院WENZHOU UNIVERSITY OUJIANG COLLEGE本科毕业设计（论文）( 2009届)题目：弱电流检测电路的设计专业：电子信息科学与技术班级：05瓯电科本二姓名：黄逸学号：0530235538指导教师：钱祥忠职称：教授完成日期：2009年4月27日本科生毕业设计（论文）诚信承诺书1、本人郑重地承诺所呈交的毕业设计（论文），是在指导教师钱祥忠老师的指导下严格按照学校和学院有关规定完成的。
2、本人在毕业论文（设计）中引用他人的观点和参考资料均加以注释和说明。
3、本人承诺在毕业论文（设计）选题和研究过程中没有抄袭他人研究成果和伪造相关数据等行为。
4、在毕业论文（设计）中对侵犯任何方面知识产权的行为，由本人承担相应的法律责任。
毕业论文（设计）作者签名：班级： 05瓯电科本二学号： 0530235538 2009 年 4 月 27 日目录摘要 (I)Abstract (II)1 引言 (1)1.1 课题的背景与意义 (1)1.2 课题所要解决的主要难题 (1)2 系统总体设计 (3)2.1 设计任务与技术指标要求 (3)2.2 系统总体方案的确立 (3)3 系统硬件电路设计与调试 (5)3.1 系统硬件总体框图 (5)3.2 系统模块电路设计及原理 (5)3.2.1光电转换与放大电路设计 (5)3.2.2 单片机系统硬件设计 (9)3.2.3 A/D转换电路设计 (12)3.2.4 静态显示电路设计 (14)4 系统软件设计与调试 (17)4.1系统软件程序设计 (17)4.2 ADC0809程序设计 (17)4.3 静态显示程序设计 (18)4.4 系统调试结果与分析 (19)5 总结 (20)致谢 (21)参考文献 (22)附录一：AT89S52芯片常见的两种封装和引脚功能介绍 (23)附录二：ADC0809芯片介绍 (25)附录三：系统所有程序 (27)附录四：实物实拍图 (30)本设计制作的弱电流检测电路，是以AT89S52为核心芯片实现对微弱电流信号进行检测并显示。
(完整版)小目标微弱信号检测电路设计
信号输出电路
STC89C52RC用于脉冲宽度的测量和信号传输通道阻通状态的转换，并负责特征参数的修改和设置。74HCT00用于信号逻辑极性的转换，Q1用于将信号从TTL电平转换到CMOS电平，CD4098则用于输出脉冲的整形控制。信号输出电路如图10所示：
图10 信号输出电路
void delay(unsigned char tt)
{
for(;tt>0;tt--);
}
void init2()
{
p1_5=0;
delay(240);//主机发出延时500微秒的复位低脉冲
}
void main()
{
while(1)
{
p3_7=1;
p1_0=0;
delay(2);
p3_7=0;
delay(250);
小目标微弱信号检测电路设计
在靶场测试领域，天幕靶是一种常用的光电触发设备。既可以用作区截装置测量弹丸的飞行速度，也可采用多幕交汇技术测量弹丸的着靶坐标，还可以作为其他设备的测试触发装置。但现有天幕靶灵敏度低、视场小、抗干扰能力差。本文设计了一种小目标微弱信号检测电路，通过光电二极管进行光电信号转换，并且设计了信号放大电路与滤波处理,有效地滤除了干扰信号,提高了天幕靶抗干扰能力。
图8供电电路设计原理图
LM1117是一款低压差的线性稳压芯片。当电路输出为1A时，输入输出的电压差典型值仅为1.2V。该芯片过流保护和热保护功能很完善，能够在复杂环境条件下提供稳定的电源。同时使用修正技术，确保输出电压和参考源精度在±1%的精度范围内。
7.3芯片晶振与复位电路
当单片机上电时，此时振荡器开始运行，只要RST引脚得到持续两个机器周期的高电平，芯片便可完成自动复位。外部复位电路是通过提供两个机器周期以上的高电平来进行复位的。本系统采用的是上电自动复位，由于上电瞬间电容器上的电压不能突变，RST上的电压是Vcc上的电压与电容器上的电压之差，因而RST上的电压就是Vcc上的电压。随着充电的进行，电容器上的电压开始不断上升，RST上的电压不断下降，RST脚上只要保持10ms以上高电平，系统就会有效自动复位。电容C1可取10-33μF，R取10kΩ，充电时间常数为100ms。
电容测量方案
电容测量方案摘要电容测量是电子工程领域中常见的一项实验和测试任务。
本文将介绍一种简单而有效的电容测量方案，可以用来测量各种类型的电容器中的电容值。
该方案基于基本的电路原理和电压测量技术，适用于初学者和专业人士。
本文将详细介绍所需材料、测量原理、操作步骤以及常见问题解答，以帮助读者更好地理解和实施电容测量。
引言在电子电路设计和测试中，对电容值的准确测量是非常重要的。
电容是电子元器件中常用的被动元件之一，在滤波、存储能量等方面起着关键的作用。
因此，测量电容的准确性对于电路设计和性能评估至关重要。
材料为了进行电容测量，需要以下材料和设备：1. 电容器：可以是任何类型的电容器，如固体电解电容器、陶瓷电容器等。
2. 信号发生器：用于提供输入信号。
3. 示波器：用于观察输出信号。
4. 直流电压源：用于给电容器充电。
5. 多用途计量表：用于测量电容值。
测量原理电容是指两个导体之间存在的电荷储存能力。
当一个电容器上施加电压时，电容器内的电荷会积聚在两个导体之间的电介质上。
电荷的数量决定了电容器的电容值，单位为法拉（Farad，F）。
电容测量方案基于测量电容器充电和放电的时间常数。
电容器充电的时间常数是指电容器从未充电到充电至63.2%所需的时间。
放电的时间常数是指电容器从充满电至放电至36.8%所需的时间。
根据物理定律，电容值与充电时间常数和放电时间常数成反比。
操作步骤1. 准备电路：将信号发生器的输出和电容器连接起来，以提供充电信号，同时将示波器连接到电容器以观察输出信号。
2. 设置信号发生器：调整信号发生器的频率和幅度，以确保提供恰当的充电信号。
根据电容器的特性和测量需求，选择适当的频率和幅度。
3. 充电过程：使用直流电源给电容器充电，在充电过程中，使用示波器监测电压信号的变化。
当电压达到设定阈值时，记录充电时间常数。
4. 放电过程：断开电压源，观察电容器放电过程中的电压变化，并记录放电时间常数。
5. 计算电容值：根据测量得到的充电时间常数和放电时间常数，使用公式计算电容值。
- 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)。
毕业设计 题 目 微弱电容测量电路设计 学生姓名 学 号 院 系 电子与信息工程学院 专 业 电子科学与技术 指导教师
二Ｏ一四 年 四 月 一 日 2
目录 1绪论 ................................................................................................................ 6 1.1 目前的研究现状......................................................................................................................... 6 1.2 常见的电容检测设计 ................................................................................................................. 6 1.3 设计任务与要求........................................................................................................................ 7
2电容检测系统 ................................................................................................ 7 2.1 设计框架 .................................................................................................................................... 8 2.2检测系统基本原理 ...................................................................................................................... 8 2.3电容检测系统的杂散性分析 ...................................................................................................... 9 2.4 T形电阻网络 .............................................................................................................................. 9 2.5 电容检测电路Multisim仿真 .................................................................................................. 11
3交流信号发生器电路设计 .......................................................................... 12 3.1信号发生电路............................................................................................................................ 12 3.1.1 信号波形选择 ................................................................................................................ 12 3.1.2 常见的信号产生电路 .................................................................................................... 12 3.2 晶体振荡电路........................................................................................................................... 13
4 全波整流电路设计 ..................................................................................... 15 4.1 全波整流电路........................................................................................................................... 15 4.2 全波整流电路的Multisim仿真 ............................................................................................. 16
5 低通滤波电路设计 ..................................................................................... 18 5.1 低通滤波器的选择 ................................................................................................................... 18 5.1.1低通滤波器的类型选择 ................................................................................................. 18 5.2.2低通滤波器级数的选择 ................................................................................................. 18 5.2 低通滤波电路及其仿真 ........................................................................................................... 18
6 AD转换电路及MCU控制电路 ................................................................ 20 6.1 AD转换电路 ............................................................................................................................. 20 6.2 MCU控制电路 ......................................................................................................................... 22 6.2.1 MSP430超低功耗单片机 .............................................................................................. 22 6.2.2 电源电路........................................................................................................................ 23 6.2.3 晶振电路........................................................................................................................ 23 4
6.2.4 复位电路和JTAG接口电路 ........................................................................................ 24 6.2.5 串口通信电路 ................................................................................................................ 25 6.3电源电路 ................................................................................................................................... 25 6.4 硬件电路的抗杂散设计 ........................................................................................................... 26
7电容检测系统的性能分析 .......................................................................... 27 7.1 性能指标 .................................................................................................................................. 27 7.2 信号发生器的波形测试 ........................................................................................................... 27 7.3 检测电路的性能检测分析 ....................................................................................................... 28 7.3.1 检测分析的目的 ............................................................................................................ 28 7.3.2 检测内容........................................................................................................................ 28 7.4 附图 .......................................................................................................................................... 30