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。
简易RLC测量仪
论文题目：简易数字式电阻、电容、电感测量仪1 绪 论1.1元器件参数测量仪在现代化生产、学习、实验当中，往往需要对某个元器件的具体参数进行测量，在这之中万用表以其简单易用，功耗低等优点被大多数人所选择使用。
然而万用表有一定的局限性，比如：不能够测量电感，而且容量稍大的电容也显得无能为力。
所以制作一个简单易用的电抗元器件测量仪是很有必要的。
现在国内外有很多仪器设备公司都致力于低功耗手持式电抗元器件测量仪的研究与制作，而且精度越来越高，低功耗越来越低，体积小越来越小一直是他们不断努力的方向。
该类仪器的基本工作原理是将电阻器阻值的变化量，电容器容值的变化量，电感器电感量的变化量通过一定的调理电路统统转换为电压的变化量或者频率的变化量等等，再通过高精度AD 采集或者频率检测计算等方法来得到确定的数字量的值，进而确定相应元器件的具体参数。
电阻的参数主要是电阻值，电容的参数包括:电容值、损耗系数，电感的参数包括:电感值、品质因素。
1.2元器件参数测量仪常用解决方案1.2.1 平衡电桥法测量原理桥电路由未知阻抗z ，已知标准电阻S R 和具有总电阻P R 的电阻性电位计组成，电桥各元素分别是Z 、s R 、()P R x -1、P xR 。
其中x 代表电位计变换的位置。
电桥由正弦交流电源0u 供电，频率为d U ο0ω为桥路输出电压。
当改变电位计x 的位置时，就可得到半平衡电桥。
真正的半平衡状态是d U ο与一个特定的桥路电压相差900。
可用相敏检测仪检测出来。
通常相敏计有倍增式和同步式两种，其检出信号0V 取决于输入1v 和另一个参考电压2v ，设)sin(211ϕ+=wt V v wt V v sin 222=那么，在倍增型0V 可用式（1）表示，同步式0V 可用式（2）表示：ϕcos 210V V V = （1）πϕ/cos 2210V V = （2） 如果1v 、2v 相差900输出0V 为0，如果d v 是输入信号，桥式电路中另一个指定信号是参考信号，相敏计输出为0，这将意味着d v 和指定电压相位差900,表明是半平衡状态。
电容测试仪设计【开题报告】
毕业论文开题报告电子信息工程电容测试仪设计一、课题研究意义及现状目前，随着电子工业时代的发展，电子组件的急剧增加，电子的应用范围也越来越广,在应用中我们常常要用到容量大小不一的电容。
电容的测量仅仅用电容表已经满足不了而且不准确，那种高精度的仪器给在校大学生和普通大众使用又不实用。
因此，要测试电容的大小，设计一个可靠，简单的电容测试仪。
电容的测试发展已经很久，方法众多。
传统的电容测量方法有电桥法和谐振法两种。
前者精度高但速度慢；后者电路简单，速度快但精度低。
选择这个课题主要是想研究出一种高效率高精度的电容测试仪。
比较各种电容的测试方法，我选出了把测试电容的模拟量转化为数字量，这种数字量比较容易处理，使仪表实现智能化，避免由于传统的指针读数引起的误差电容的未来发展趋势为电容测量仪朝着小型化、轻型化方向发展。
全面实现数字化和自动化；参数自设定计术；过程自优化技术；故障自诊断技术；相关配套行业朝着专业化，规模化发展，社会分工更明显。
通过这次的课题研究让我把所学的理论与实际相结合起来，提高自己的动手能力和独立思考能力。
在现实社会中，实际的动手能力至关重要，而这种实际能力的培养单靠教学是远远不够的。
二、课题研究的主要内容和预期目标本课题来源于实验室，通过对本课题的研究，对我们今后相关课程的理论教学改革和实验教学改革可以起到积极的推动作用，并打下坚实的基础。
设计和实现一个电容测试仪-电容表。
将测电容变为测频率，即进行C-F转换，然后设计一个频率计，通过测频率F来显示或计算出电容的大小。
1：通过计算机软件的仿真。
2：能测试电容的范围为1000PF~1000uF，测试精度为10%3：通过3位数码管显示。
4：要搭建硬件电路，并进行实测。
三、课题研究的方法及措施实现一个电容测试仪-电容表。
将测电容转变为测频率，即进行C-F转换，然后设计一个频率计，通过测频率F来显示或计算出电容的大小。
电容转频率的电路是利用555芯片的单稳态触发器或电容的充放电规律等，可以把被测电容的大小转换成脉冲的宽度。
电容测试仪的设计与制作
简易电容测试仪摘要数字电容测量仪是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器。
现在常用的测量方法是电容表法和充放电法。
本设计使用两个555定时器，其中一个555定时器搭建成单稳态触发器，通过给端脚2一个负脉冲使定时器由单稳态进入暂稳态，从而在输出端输出一个高电平的单脉冲，通过计算这个单脉冲的宽度便可由公式算出电容值，另一个555定时器搭建成多谐振荡器，通过电容充放电产生固定周期的脉波，作为计数脉冲；将计数脉冲接到74161构成的4位计数器的低位的计数脉冲输入端进行计算，每个74161的四个输出端接到数码管进行显示，用置数法对74161赋初值；采用直流稳压为系统提供+5V电压。
设计中使用开关转换来达到3个大量程测量电容，能够测量1pF~1000PF，1n~1000nf，1u~1000uf的电容值；其中100pf~100u为所要求的测量量程，在这个量程范围内，可很精确地测量到电容值，误差范围为0~百分之一。
关键词555定时器，单稳态触发器，多谐振荡器，74161构成的计数器技术要求1. 测试电容容量范围为100PF～100μF；2. 应设计3个以上的测量量程；3. 用四位数码管显示测量结果4. 用红、绿、蓝色发光二极管表示单位。
一、系统综述1.1、基本设计思路：将需要测量的电容接到单稳态触发器的6和7引脚端，另一端接地，6和7引脚通过电阻值与电源正极相连，而通过改变该电阻的阻值可以获得到不同的量程，单稳态触发器产生的脉冲宽度为：xx CCCC CCx w1RC.1ln3RCV 3 2V0 VlnRCt= =--=；把该脉冲接到多谐振荡器的REST端控制多谐振荡器的工作，通过多谐振荡器产生的计数脉冲对单稳态触发器产生的高电平单脉冲进行计数，（当取合适电容电阻参数时，便可使单稳态产生的单脉冲宽度内多谐振荡器产生的脉冲数等于电容数值，用不同颜色的LED灯便知道电容单位。
1.2、系统方案论证与选择：方案一容抗法测量电容电路其设计思想是首先利用一定频率（例为400Hz）的正弦波信号将被测量电容量Cx变成容抗Xc，然后进行C / VCA转换，把Xc转换成交流信号电压，再经过AC / DC转换期取出平均值电压V0，送至31/2位或41/2位A/D转换器。
数字电容表
数字电容表数字电容表是一种用于测量电容的精密测试仪器，其采用数字显示技术，可测量的电容范围通常在pF到uF之间。
数字电容表具有测量精度高、测量速度快的优点，被广泛应用于电子元器件的生产和测试，电子工程教育培训等领域。
数字电容表的原理是基于电荷和电压之间的关系，即Q=C×V。
当电压稳定时，所充电的电容中储存的电量正比于电容的值。
通过测量这些电量或充电时间，可以计算出电容的值。
数字电容表一般采用自动操作，可以自动识别测量物体的电容值，并自动选择最佳测量方式。
数字电容表的结构不同于其他测试仪器，它主要由以下几个部分构成：1.数码显示：数码显示屏通常是LED数字管或LCD数字屏，在测量电容时，显示仪表会直接将测得的数据显示在屏幕上。
2.模拟-数字转换电路：模拟-数字转换电路一般负责将模拟电晕转换成数字信号，以便数码显示器显示。
3.微控制器：微控制器通常是数字电容表中的核心部分，用于控制仪器的工作并对探头读数进行处理。
4.精度器 / 档位选择开关：落在仪器背部的档位选择开关用于在测试前将测量范围调整到合适的值。
在测量时可以使用内部精度校准装置调整仪器的精度。
5.测量端子：测量端子是数字电容表中最基本的部分，它连接到电容，并将电容值传递到仪器。
使用步骤：1.准备工作：将电容表连接到电源，将测量端子与待测电容连接。
此时，选择适当的量程，可选用多档量程。
2.调整零点：数字电容表需要进行零点校正，将它用于置零的操作称为“开路校正”操作，具体方法是先将电容表测量端子悬空，将它上电后，按照要求的操作设置开路校正。
3.测量电容：将测量端子分别连接到待测电容的两端，读取显示数据。
将电容切换或更换电源时，应重新进行校准。
数字电容表的优点：1.数字式显示，方便读数。
2.精度高，能够精准测量电容值。
3.测量速度快，测量动作简单，不需要额外的设备辅助。
4.易于使用和操作。
总体来说，数字电容表是一种非常实用的测试仪器，它的普及和使用从根本上提高了电容测量和电子测量的精度和效率。
一种简易数字式电容测试仪的设计
器
。 －。
ｆ ｌ
Ｃ
图 １ 数字式 电容测试仪原理框 图 ３ 电路设计 ３ １ 控制器 电路 ． 控 制器 的主要功能是根 据被 测电容 ｃ 的容量大 小形 ｘ 成与其成正 比的控制脉 冲宽度 Ｔ ． ２ 示为 单稳 态控制 ｘ图 所 电路 的原理 图 ． 该电路 的工作原理如下 ：
Ｖ０ ． ３ ｏ １ １ ２ Ｎ ． Ｆ ｂ ２ ０７ ｅ ．０ ｒ
一
种 简易数 字式 电容测试 仪 的设 计
张 立 萍
（ 赤峰 学院 物理与电子信息工程 系， 内蒙古 赤峰 ０４０ ） ２００
摘
要 ：本 文介 绍 了一种 数字式电容测试仪 电路 ，能够测量并显示电容的大小 ．
因为时钟周 期 Ｔ ．（ ３ Ｒ） 是在 忽略 了 ５５ ０７ Ｒ ＋２４ ５ 定 时器 ６ 脚的输入 电流条件 下得到 的 ， 而实际上 ６ 有 １ 脚 ０ 的电流 流入 ． ， 了减 小该 电流的影 响 ， 使流 过 的电 因此 为 应 流最小值大 于 １ ． 因为要求 Ｃ ＝ ９ｔ ，ｘ ２， ０ 又 ９９． Ｔ ＝ ｓ ， ｖ时 所
Ｒ
２ ｒ Ｖｃ／３ ：
／ ３ ，
Ｏ
Ｒ
Ｉ １
Ｃ
Ｏ
］． 一 一 厂厂厂 ］］
（） ｂ
（） ａ
图 ３ 时钟脉 冲发生器
振荡 波形 的周期为 ：
Ｔ＝ｔ ＋ｔ ￣０７ Ｒ ＋２ ４Ｃ ｐ ｐ － ．（ ３ Ｒ ）ａ ｌ ２
ｕ 达到 ２ ３ ， ｃ Ｖ ／ 时 流过 Ｒ 、 ４ ３Ｒ 的电流最小 ， 为
至 计数器 时钟 脉 冲端
图 ２ 单稳态控制 电路 当被测 电容 ｃ 接 到 电路 中之后 ， ｘ 只要 按一下 开 关 Ｓ ， 电源 电压 经微 分电路 ｃ、 ｌ １Ｒ 和反 向器 ， 送给 ５５ 时器 ５定 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 ． 高电平控 该
简易电容电感测量仪的制作
收稿日期:2005—09—10作者简介:纪丽凤(1971-),女,辽宁营口市人,工程师,主要从事电子技术教学研究.【学术研究】简易电容电感测量仪的制作纪丽凤1,张廷辉2(11辽宁信息职业技术学院,辽宁辽阳111000;21辽河油田,辽宁盘锦124000) 摘 要:介绍一种简易电容电感测量仪的原理、制作与使用注意事项.关键词:交流电桥法;信号源;平衡指示器;振荡器中图分类号:T M938 文献标识码:A 文章编号:1008-5688(2005)04-0017-01电容和电感都是构成电路的最基本元件,测量电容和电感可以用伏安计法、电桥法、谐振法等多种方法.本文中设计的电容电感测量仪采用交流电桥法,具有测量范围较宽、精度较高、工作稳定、使用方便的特点,而且制作调试简单容易.1 电容电感测量仪电路组成 电容电感测量仪既可以测量电容,又可以测量电感,由一个测量选择开关决定.电容测量范围为:5pF ～100μF ,共分7档量程;电感测量范围为:5μH ～100H ,共分7档量程;可通过量程开关选择.各档位测量范围见表1.图1为电容电感测量仪电路原理图.电路中使用了4个集成运算放大器,分别构成信号源和平衡指示器.电阻R 10～R 17、电位器R P 、电容器C 5以及被测电容或电感等构成测量电桥.S 1是量程开关,S 2是测量选择开关.构成电桥桥臂的阻容元件阻值或容量必须准确,以保证测量精度. 表1S 1档位测C 测L 1100μF 011mH 210μF 1mH 31μF 10mH 31μF 10mH 4011μF 100mH 50101μF 1mH 61000pF 10H 7100pF 100H 2 测量原理分析211 测量原理测量原理如图2所示.被测元件阻抗Z X 与已知元件阻抗Z A 、Z B 、Z C 构成电桥的4个臂,电桥的一组对角线A 、B 间接交流信号源,另一组对角线C 、D 间接平衡指示器.当Z X Z C =Z A Z B 时,电桥平衡,C 、D 间电(下转75页)第7卷第4期2005年10月 辽宁师专学报Journal of Liaoning T eachers College V ol 17N o 14Oct 12005明:实验组台阶指数成绩高于对照组.说明登山运动处方在实施过程中主要是走、跑交替的耐力性运动,它可以有效提高实验对象的耐力素质.增强学生的心肺功能.31113 登山运动处方对身体素质指标的影响实验前后,实验组在50m 、800m 、腰、腹和下肢各关节灵活性、坐位体前屈几方面素质上有显著提高.其中在耐力和灵活性上呈非常显著性差异,这说明了学生平时参加运动的机会很少,尤其在速度、耐力和灵敏素质方面的锻炼较少.这样一旦运动起来很容易表现出显著性.同时,由于高职学生的专业特点,更加约束了他们参加运动的时间和效果.因此,以灵活多样的运动形式和内容,适时地增加学生参加运动的时间和机会,能够全面发展学生的身体素质.312 登山运动处方对人文知识掌握的影响本实验目的之一是通过本地域登山运动处方的实施,提高学生人文素质.从实验前后28名学生试卷成绩分析来看,说明了对人文知识的掌握还须有一个认识与强化的过程,通过实验组和对照组的成绩提高的差值来看,所施加学生当导游员的因素(导游员准备、导游等过程),也使学生的综合能力得到了充分地培养与提高.比如:语言表达能力,收集和处理材料的能力、随机应变的能力等.同时,在人文知识掌握的全过程中,注重学生智商和情商的有机融合,而同学们人文素质的积累就是情商的本质表现,这个智,的确达到了本次实验的目的.4 结论(1)本论文所设计的登山运动处方可改善高职学生身体状况,减少腹部、腰部皮褶厚度;可明显提高台阶指数,增强心肺功能;学生的耐力、灵活性和下肢爆发力得到明显改善.(2)在登山运动处方实验中,学生当导游员,可以强化学生对本地域人文知识的掌握.提高高职学生热爱家乡,为本地区经济建设服务的意识.(责任编辑 刘国忠,朱成杰)(上接17页)位差为零.由于Z A 、Z B 、Z C 已知,所以可测出Z X .212 电容的测量测量电容采用惠斯顿电桥,见图3.C X 为被测电容,C 0为标准电容,R A 、R B 为标准电阻,U 是交流信号源,P 是做平衡指示用的电流表.电桥平衡条件为C X R A =C 0R B ,当电桥平衡时,C X =(C 0R B )/R A .213 电感的测量测量电感采用马克斯韦电桥,如图4所示.L X 为被测电感,C 0为标准电容,R A 、R B 为标准电阻.电桥平衡条件为L X /C 0=R A R B ,当电桥平衡时,L X =C 0R A R B .为了简化电路、方便使用,本测量仪忽略了电容电感的损耗问题,完全可以满足业余测量对精度的要求.214 信号源和平衡指示器原理集成运放IC l -1等构成文氏桥振荡器,产生116kH z的正弦波作为测量电桥的信号源(见图5).IC i -2为缓冲放大器,以隔离电桥电路对振荡器的影响.IC 2-1和IC 2-2构成两级放大器,将电桥C 、D 间检测到的信号进行放大,总增益68dB (2500倍),使测量仪具有很高的检测灵敏度,易于调节电桥平衡,提高测量精度.放大器的输出接压电蜂鸣器B ,作为电桥平衡指示.电桥完全平衡时,蜂鸣器无声.信号源输出经变压器T 1耦合至电桥AB 间,电桥CD间的检测信号经变压器T 2耦合至平衡指示器,这样信号源与平衡指示器便可以有公共接地点,以便用一组直流电源供电,示意图如图6所示.(责任编辑 王立俊,王 巍)李雪松,等高职学生登山运动处方实践研究75 。
简易电阻、电容和电感测试仪设计原理
简易电阻、电容和电感测试仪设计原理简易电阻、电容和电感测试仪一、任务设计并制作一台数字显示的电阻、电容和电感参数测试仪，示意框图如下：二、要求1．基本要求．基本要求（1）测量范围：电阻100Ω～1M Ω；电容100pF 100pF～～10000pF 10000pF；电感；电感100μH ～10mH 10mH。
（2）测量精度：±5% 。
）测量精度：±5% 。
（3）制作4位数码管显示器，显示测量数值，并用发光二极管分别指示所测元件的类型和单位。
三、设计步骤三、设计步骤1、分模块测量电路的设计原理（1）电阻测量电路的基本原理电阻测量仪的关键技术是电阻测量仪的关键技术是R X /V 转换器，转换器，R R X 即所需测量的电阻，无论电路多么复杂，总可以把与R X 相并联的元件等效为两只互相串联的电阻R 1和R 2。
由此构成三角形电阻网络，其原理图如下所示：上图中R 0为量程电阻，只要使R 1两端呈等电位，此时U R1=0=0，则，则R 1相当于开路，路，R R 2变成运放的负载电阻，变成运放的负载电阻，R R 1和R 2就不起分流作用，这样即可直接测就不起分流作用，这样即可直接测 R R X 的阻值。
的阻值。
E E 为测试电压，为测试电压，I I S 为测试电流，设流过R X 和R 1的电流分别为I X 和I 1，根据基尔霍夫定律可知：，根据基尔霍夫定律可知：I S =I X + I 1又根据“虚地”原理，则又根据“虚地”原理，则U R1= I 1 R 1=0故I 1=0=0，可忽略不计。
由此得到：，可忽略不计。
由此得到：，可忽略不计。
由此得到：I S =I X再考虑到C 点接地，则D 点为“虚地”，因此：点为“虚地”，因此：I S=E/ R0进而推导出：进而推导出： U X= I X R X= I S R X= （E/ R0）·R X显然，只要能得到RX 两端的电压UX，就能求出RX的值，即：的值，即： R X= U X/（E/ R0）= U X R0/ E这就是电阻测量的基本原理。
简易数字式电阻、电容和电感测量仪设计方案
简易数字式电阻、电容和电感测量仪设计方案简易数字式电阻、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。
智能仪器课程设计——LC测试仪
电容电感测试仪设计根据要求完成以下各项设计：1.简述该电容电感测试仪的测量原理，并与其它测量方法做比较。
2.分析设计要求，画出所设计的智能仪器的总体结构图，并简述各部分功能、作用。
3.分析影响系统精度的指标有哪些，要提高系统精度最重要的措施有哪些？4.分析整个系统的每部分要完成的功能，并说明每部分需要达到的技术指标。
分析各部分对总体性能（精度、分辨率、速度等）的影响。
5.根据设计选用器件，并说明选用该器件的理由。
6.除设计的主要功能外，该系统是否需要其它辅助功能部件（如电源、抗干扰措施等）？如何实现？7.画出设计系统的元件原理图（用Protel、Proteus等），有条件（选做）可对该系统进行仿真（用multisim、Proteus等），看是否能达到设计要求。
8.分析该系统软件应具有的功能，画出软件总体结构图。
9.画出各软件模块流程图并编写对各硬件操作的软件，数据处理软件。
有条件可对软件进行仿真，看执行情况。
10.画出设计系统的电路布线图（用Protel等）（选做）。
11.编写设计报告。
一、设计任务分析1.1 设计内容与目的内容：设计一款简易电容电感测试仪。
说明：设计出的电容电感测试仪可对常见电容、电感值进行测量，测量数据传到上位机（计算机）进行统计。
1.2 设计要求a. 采用LC振荡法测量电容、电感值。
b. 电感测量范围：0.1μH~2H，分辨率：0.1μH，精度5%。
c. 电容测量范围：10pF~10μF，分辨率：10pF，精度5%。
d. 测量速度：>1次每秒。
e. 采用7位以上数码管或LCD等显示，显示内容包括：测量的内容（L、C）、数值、单位、不同位置的小数点、当前测量状态等。
f. 能通过小键盘或上位机完成测量类型选择（L、C）、分度值设定、标定等工作。
g. 能与上位机（计算机）通讯，报告当前测量值。
能设置、更改系统基本参数，如分度值、通讯速度、通讯格式等，每次开机后都采用设置好的基本参数作为当前值。
一种电容电感测量仪的方案设计
一种电容电感测量仪的方案设计摘要：本文主要介绍一种以FPGA为核心控制器的用于测量电容电感的测试仪系统方案，与传统电容电感测试仪相比，明显提高了测量值的精确度，希望通过本文的方案设计对加快电子产品的发展具有一定帮助。
关键词：电容电感，测量仪，设计Abstract: This paper introduces a FPGA as the core controller for testing system of measuring method of capacitance and inductance, compared with the traditional capacitance and inductance tester, obviously improves the accuracy of measurement, hope that through this paper design to faster development of electronic products have some help.Keywords: capacitance and inductance, measuring instrument, design一、引言目前国内外的电容电感测量仪，往往硬件设计庞大复杂，功能众多，操作复杂且价格昂贵。
本文正是应此发展需求，设计开发一种体积小可便携、测量精度高、操作简单但功能强大的电容电感测量仪。
系统抛弃了传统的电桥法、谐振法，采用经典的伏安法，按照阻抗定义设计——五端测量电路；由FPGA设计——DDS发生器，产生频率连续可调的正弦波信号作为测量激励源；数字式全波鉴相器有效去除各种谐波影响，相位分离后得到的分量被高精度高速AD采样后，经过一系列计算处理后，得到测量结果。
二、系统总体方案设计系统总体设计方案如下图所示。
系统架构采用FPGA＋MCU模式。
系统首先由FPGA生成各种频率信号波形数据，送至外部高速DAC转换成模拟信号，经过幅度调整、低通滤波和功率放大，进入前端测量电路；待测电抗元件放入五端连接器，接入测量电路，系统会分时通过差分电路取出压降，后通过双AD603级联组成的宽范围可编程增益放大器，调整到最佳幅值，送入相敏检波器的乘法DAC中，进行信号的相位分离；相敏检波器是双路同时工作，生成待处理信号在相差90°的两坐标轴上的投影分量，经过有源低通滤波器和电压抬升电路后，由最终的高速ADC采样，进行数字积分与滤波算法后，计算得到测量结果和各种参数值。
基于51单片机的数字电容测量仪设计
设计课题 基于单片机地电容测量仪设计
学 院 信息科学与工程
学生姓名
学号
专业班级
队友
指导教师
设计时间
2014.6.4-2014.7.3
本设计详细介绍了一种基于单片机地数字式电容测量仪设计方案及实现方法
.设计地主
要方法是采用 555 芯片构成单稳态触发器 ,将电容容量转换为脉冲宽度 .通过单片机地计时器
根据设计要求、可行性和设计成本地考虑选择了基于
STC89C52 单片机和 555 芯片构成地
单稳态触发电路测量电容地方案 . 现在一一介绍论证如下 .
1.3 方案Ⅱ
根据积分电路原理可得 C=Ui*dt/R*Uo ，将经过 RC 充电电路后，输出地与电容对应地 电压值输入到 ADC0809 中，经过处理后，将相应地数值传到单片机里，再通过公式运 算，求得相应地电容 C 值，在 LCD 上显示 .
R1
10K
P1.0 1 P1.1 2
P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6
P1.6 7 P1.7 8
P1.0 P1.1 P1.2 P1.3
P1.4 P1.5 P1.6 P1.7
AT89C51
P0.0/AD0
39 38
P0.1/AD1 P0.2/AD2
37
P0.3/AD3 P0.4/AD4
测量脉宽 , 根据已知地 R 值，通过单片机地运算功能，计算出电容容量
,最后，再通过单片
机地普通 I/O 口控制液晶屏显示出电容容量地计算结果 .系统地测量范围为 10pF~ 500uF, 具
有多个量程，可根据用户需要由用户选择，与用户地交互是通过键盘实现，不同量程地实
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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）。