微弱电容测量电路设计本科毕业设计定稿版
电容测量仪毕业设计
1 设计任务描述1.1设计题目：数字电容测量仪1.2 设计要求1.2.1 设计目的（1）掌握电容数字测量仪的构成、原理与设计方法；（2）熟悉集成电路的使用方法。
1.2.2 基本要求（1）被测电容范围为100pF到1uF；（2）把电容量通过电路转换为时间量/电压量进行测量；（3）设计振荡器及分频系统；（4）可控制的计数、锁存、译码、显示系统1.2.3 发挥部分（1）测量电容范围为100pF到1000uF；（2）超量程报警系统；2 设计思路电容数字测量仪是对电容大小的测量,首先要做的是将待测电容的大小转换为一个固定的频率,频率的大小只与电容的大小有关,为了实现这一功能,我采用了CMOS门电路组成的微分型单稳态触发器来实现,由它产生固定频率输出。
由555定时器组成的多谐振荡电路其实是一个可以产生标准频率的电路，用来衡量由待测电容容量转换器件输出的输出的频率。
通过计算，我选用了一个1MHZ的发生器。
这样便可以清除的衡量上面电路的频率。
这是电路的第二部分。
第三部分是由6个异步十进制计数器74LS161组成的分频器用以辨别频率第四部分是由计数器锁存器译码器和显示器组成的显示系统,信号传过来开始记数锁存器同时开始锁存,锁存后传给译码器,译码后开始显示。
此外,我还加入了一个报警系统,通过数值比较器对数值比较,当被测电容的值超过量程时，比较电路会给报警电路一个脉冲信号触发报警电路工作，扬声器就会发出声音报警。
3设计方框图4.2 计数器74290是由4个负边沿JK 触发器组成，2个与非门作置0和置9控制门。
其中91S 、92S 称为直接置0端，0CP 、1CP 为计数脉冲输入端，3210Q Q Q Q 为输出端。
4.3 寄存器寄存器选择74273八D 型触发器，可控制是否输入CP 来控制存储。
另外再在各计数器（十位个位）与各寄存器后接上一个驱动器（74245八路缓冲三态双向收发驱动），驱动其是否对译码器输入信号，可控制驱动读取计数器或寄存器上的数据。
毕业设计论文电容测试仪设计
编号毕业设计题目电容测试仪设计学生学号系部专业班级指导教师电容测试仪设计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，在应用中我们常常要测定电容的大小。
因此，设计可靠，安全，便捷的电容测试仪具有极大的现实必要性。
在系统硬件设计中，以STC89C52RC单片机为核心的电容测试仪，使用对应的振荡电路转化为频率实现参数的测量。
电容是采用555多谐振荡电路产生的，将振荡频率送入STC89C52RC的计数端端口，通过定时并且计数可以计算出被测频率，再通过该频率计算出被测参数。
在系统软件设计中，是以Keil4.0为仿真平台，使用C语言编程编写了运行程序；包括主程序模块、显示模块、电容测试模块。
最后，实际制作了一台样机，在实验室里进行了测试，结果表明该样机的功能和指标得到了设计要求。
关键词：单片机，555多谐振荡电路，1602液晶屏The design of Capacitance testerAbstractWith the development of electronic industry,electronic components rapidly increased the scopeof electronic components widely up gradually,in applications we often measured capacitors size.Therefore,the design of reliable,safe,convenient capacitance tester of great practical necessity.In the system hardware design,take the MCS-51 monolithic integrated circuit as the core resistance,the use correspondence's oscillating circuit transforms for the frequency realizes each parameter survey. And the electric capacity is use 555 multi resonant circuits to produce,the oscillation frequency will send STC89C52RC the counting to be neat,through and fixed time counts may calculate by the frequency measurement rate,figures out again through this frequency meter is measured the parameter.In system's software design is take Keil4.0 as the simulation platform,used the C language programming has compiled the system application software;including master routine module,display module,display module,electric capacity test module and inductance test module.Finally,the actual production of a prototype,tested in the laboratory results show that the prototype of the functions and indicators are the design requirements.Key Words：Single slice of machine;555 multi resonant circuit; 1602 dynamic display module目录摘要 (ⅰ)Abstractⅱ第一章引言 (1)1.1 设计背景及意义 (1)1.2 电容测试仪的发展历史和研究现状 (1)1.3 本设计所做的工作 (1)第二章电容测试仪的系统设计 (3)2.1 电容测试仪设计方案比较 (3)2.2 系统的原理框图 (4)第三章电容测试仪系统的硬件设计 (5)3.1 RC振荡电路的设计 (5)3.1.1 555定时器简介 (5)3.1.2 RC振荡电路的设计 (8)3.2 单片机电路的设计 (9)3.2.1 单片机的选择-STC89C52RC (9)3.2.2 单片机时钟电路设计 (11)3.2.3 单片机复位电路设计 (13)3.2.4 单片机定时器/计数器设置 (15)3.3 显示电路的设计 (16)3.3.1 液晶显示器的选择 (16)3.3.2 显示电路设计 (17)第四章电容测试仪系统的软件设计 (18)4.1 主程序流程图 (18)4.2 频率参数计算的原理 (18)第五章PCB板的设计及系统的调试 (20)5.1 Protel99SE介绍与PCB板的设计 (20)5.2 系统的调试 (22)5.3 系统的测试 (23)第六章总结与展望 (25)6.1 工作总结 (25)6.2 技术展望 (25)参考文献 (27)致 (28)附录 (29)附录系统原理图及PCB (29)第一章引言1.1 设计背景及意义目前，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，在应用中我们常常要测定电容的大小。
毕业设计——在线电容测量仪设计1W5字
本科毕业论文（设计）论文（设计）题目：在线电容测量仪设计学院：专业：班级：学号：学生姓名：指导教师：2013年 4 月 6 日贵州大学本科毕业论文（设计）贵州大学本科毕业论文（设计）诚信责任书本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文（设计），是在导师的指导下独立进行研究所完成。
毕业论文（设计）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。
特此声明。
论文（设计）作者签名：日期：目录摘要 (III)Abstract ....................................................................................................... I V 1前言 (1)1.1电容测量仪的发展历史 (1)1.2电容测量仪的研究现状 (2)1.3本次设计的任务与要求 (3)2硬件电路设计及其描述 (4)2.1设计方案 (4)2.2原理框图 (5)2.3单元电路设计分析 (6)2.3.1AT89C52单片机功能描述 (6)2.3.2STC89C52的主要特性及管脚说明 (7)2.3.3AT89C52单片机时钟电路 (9)2.3.4AT89C52单片机复位电路 (10)2.3.5555多谐振荡器电路 (11)2.3.6测量换挡电路 (13)2.3.7LCD1602测量显示电路 (14)2.3.8系统电源电路 (17)2.4各部分电路连接成整体电路图 (18)3软件设计与描述 (20)3.1软件设计任务 (20)3.2软件的基本思路与原理 (20)3.3软件设计流程图 (22)4PCB与实物制作 (23)4.1电路图的绘制 (23)4.2PCB板的制作 (23)4.3材料清单 (23)4.4元器件的检测与安装 (24)4.5元器件的焊接 (25)4.6系统调试与分析 (25)设计总结 (26)参考文献 (27)致谢 (28)附录A程序源代码 (29)附录B设计原理图 (36)附录C 设计PCB图 (37)在线电容测量仪设计摘要本文介绍了在线电容测量仪设计与制作的过程。
试述微小电容的测量方法及测量电路系统设计
的精确测量 。这种方法 是把被测电容 （ 可有漏导） 放在一个桥臂 ，可 调的参考 阻抗放 在相邻 的另一个桥臂 ，二桥臂分别 接到频率相同 、电 压相同的两个信 号源 上。调节参考阻抗使桥路平衡 ，则被测桥臂中的 阻抗 与参 考阻抗共轭 相等。该方法 的主要优点 为 ：选用 器件少 ，电路 简单 ，易于小型化。其缺点主要为 ：由于远离平衡位置时非线性较大 ， 输 出阻 抗 很 高 ，输 出 电压 很 小 。 ２ 测 量 电路 系统 设 计 ２１ 微 电容测量电路设计要求 ． 在 Ｅ Ｔ电容测量 中，电容传感器内充以两相 介质时 ，两电极间互 Ｃ 电容的变化量是 流体相 含率及其空间分布 的函数 ，而相 含率变化所引 起 的互 电容变化量一般为 ０１ １ 皮法 （ｆ ． ． ～０ ｐ）左右 ，且不 同的电极对之 间的电容量相差很大 ，相邻 电极对问 的电容 比相对 电极对 问的电容要 大数百倍 ，同时杂散 电容远远大于待测电容 ，因此应用于 Ｅ Ｔ的电容 Ｃ 检测 电路应当具有 以下特点 ：１ ）低漂移 、能抑制杂散 电容 、消除损耗 电导 的影 响；２ ）高分辨率 ，最小可分辨信号 ０ ｆ ；３ ＂ Ｆ ）线性度好 ，非 ． １ 线性误差 ≤ｌ ）高信噪比 ，信噪 比≥ｌ０ Ｂ ）测量范围足够宽， Ｏ ；４ ０ ｄ ；５
能 测 量微 小 电容 的 变 化 。 关键 词 ： 电容 层 析 成像 ； 小 电容 ； 量 电路 微 测
电容式传感器是将 被测量 的变 化转换成 电容量变 化的一种装 置。 电容式传感器具有结构简单 、分辨力 高、工作 可靠 、动态响应快 、可 非接触测量 ，并 能在 高温 、辐射和强烈振动等恶劣 条件 下工作等优点 已在工农业生产 的各个 领域得到广泛应用 。其 中微小 电容测量是关键 技 术 之 一 。这 里 介 绍 了 最 常 用 的 四 种 微 小 电容 检 测 方 法 ，设计 了 基 于 交 流激励的电容测量 电路 ，分析了电路 的工作原理 ，给出 了实验结果 ； 该 电路 的特点是 动态测 量范围宽 ，灵敏度高 ，可灵 活应用 于不同的应 用场合 。
微小电容测量电路
电容式传感器是将被测量的变化转换成电容量变化的一种装置。
电容式传感器具有结构简单、分辨力高、工作可靠、动态响应快、可非接触测量，并能在高温、辐射和强烈振动等恶劣条件下工作等优点已在工农业生产的各个领域得到广泛应用。
例如在气力输送系统中，可以用电容传感器来获得浓度信号和流动噪声信号，从而测量物料的质量流量；在电力系统中，采用电容传感器在线监测电缆沟的温度，确保使用的安全；由英国曼彻斯特科学与技术大学(UMIST)率先开发的电容层析成像(ECT)技术是解决火电厂煤粉输送风-粉在线监测等气固两相流成分和流量检测的有效途径，其中微小电容测量是关键技术之一。
电容传感器的电容变化量往往很小。
结果电容传感器电缆杂散电容的影响非常明显。
特别在电容层析成像系统中被测电容变化量可达0.01pF，属于微弱电容测量，系统中总的杂散电容(一般大于100 pF)远远大于系统的电容变化值，且杂散电容会随温度、结构、位置、内外电场分布及器件的选取等诸多因素的影响而变化，同时被测电容变化范围大。
因此微小电容测量电路必须满足动态范围大、测量灵敏度高、低噪声、抗杂散性等要求。
1 充/放电电容测量电路充/放电电容测量电路基本原理如图1所示。
由CMOS开关S1，将未知电容Cx充电至Ve，再由第二个CMOS开关S2放电至电荷检测器。
在一个信号充/放电周期内从Cx传输到检波器的电荷量Q=Ve·Cx，在时钟脉冲控制下，充/放电过程以频率f=1/T 重复进行，因而平均电流Im=Ve·Cx·f，该电流被转换成电压并被平滑，最后给出一个直流输出电压Vo=Rf·Im=Rf·Ve·Cx·f(Rf为检波器的反馈电阻) 。
充/放电电容测量电路典型的例子为差动式直流充放电C/V转换电路，如图2所示。
Cs1和Cs2分别为源极板和检测极板与地间的等效杂散电容(通过分析可知，它们不影响电容Cx的测量)。
电容传感器新型微弱电容测量电路
极 右侧极板为检测电极, Cas和 Cbs表示每个电极所 制主要有两方面 一方面是由于沟道电荷造成 在关
有 杂 散 电 容 的 等 效 电 容 Cas 由 激 励 源 驱 动 它 的 存 断 时 这 些 沟 道 电 荷 分 别 从 漏 极 和 源 极 流 出 流 入 测
在对流过被测电容的电流无影响, 电容 Cbs在检测过 量电路, 另一方面是由栅极与漏~ 源极间的寄生电容
影响问题 使电路达到了较高的分辨率; 对微弱电容 数据采集提供了一种新的思路和方法,
Z 新型电路测量原理
图 l 示出了基于电荷放大原理提出的新型微弱 电容测量电路的原理图,
图 l 基于电荷放大原理的电容检测电路
图 中 Cx 为 被 测 电 容 它 的 左 侧 极 板 为 激 励 电 电容 C0 也会引入误差, 一般认为电荷注入效应的机
以 基本消除这部分影响O 采 保 中 的 开 关 S4 与 S5 在
断 开 时~ 它 们 的 电 荷 注 入 效 应 会 使 Voutl 和 Vout2 的 波
形 产 生 瞬 时 微 小 失 真~ 相 对 于 Voutl 和 Vout2 它 们 的 值
较小可以忽略O 除 S3 的输出电容外~ 没有考虑其它
两个节点流出, 流向运放输出节点的部分电荷产生 的影响很小 仅引起输出波形瞬时微小失真, 然而 流向运放反相端的部分电荷将引起运放输出的较大
变化 对测量结果产生不良的影响 该电路利用差动
图 Z 开关的电荷注入效应示意图
由于测量的是飞法级的微弱电容 要求电路具
有很高的分辨率, 影响该电路分辨率的主要因素是 电子开关的电荷注入效应, 图 Z 示出了 CMOS 开关 电荷注入效应的原理图, 栅极 漏极与栅极 源极 间的寄生电容用虚线表示, 电荷注入效应的影响主 要是在电子开关关断时 有不期望的电荷注入电路
电容测量课程设计
电容测量 课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解电容的基本概念，掌握电容的单位、公式及计算方法。
2. 学生能够了解电容器的结构、种类及其在电路中的应用。
3. 学生能够掌握电容测量原理，学会使用不同方法进行电容测量。
技能目标：1. 学生能够运用所学知识，正确操作实验仪器，完成电容测量实验。
2. 学生能够分析实验数据，处理实验结果，提高实验操作和数据分析能力。
3. 学生能够通过小组合作，培养团队协作能力和沟通能力。
情感态度价值观目标：1. 学生能够对物理学科产生兴趣，提高学习积极性。
2. 学生能够养成严谨的科学态度，注重实验操作的准确性和实验结果的可靠性。
3. 学生能够认识到电容测量在实际应用中的重要性，增强学以致用的意识。
本课程针对高中年级学生，结合物理学科特点，注重理论与实践相结合。
在分析课程性质、学生特点和教学要求的基础上，明确课程目标，并将目标分解为具体的学习成果，以便于后续的教学设计和评估。
通过本课程的学习，学生将能够掌握电容测量的相关知识，提高实验操作和数据分析能力，培养科学态度和团队协作精神。
二、教学内容本章节教学内容主要包括以下三个方面：1. 电容基本概念：- 电容的定义、单位及公式- 电容器结构、种类及其在电路中的应用2. 电容测量原理及方法：- 电容测量原理介绍- 电容测量方法：时间常数法、交流电桥法、电容表法等- 实验仪器的使用及操作规范3. 实验操作与数据分析：- 实验步骤及注意事项- 数据采集、处理与分析- 实验结果讨论与误差分析教学内容依据课程目标，结合教材相关章节进行组织。
教学大纲明确教学内容的安排和进度，具体如下：1. 电容基本概念：第1课时2. 电容测量原理及方法：第2-3课时3. 实验操作与数据分析：第4-5课时三、教学方法本章节将采用以下多样化的教学方法，以激发学生的学习兴趣和主动性：1. 讲授法：通过教师对电容基本概念、电容测量原理及方法的系统讲解，使学生掌握必要的理论知识，为后续实验操作打下基础。
电容测量课程设计
电容测量课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握电容的定义、单位及基本工作原理；2. 使学生了解电容器的种类、结构和应用；3. 引导学生掌握电容测量的基本方法及相关公式。
技能目标：1. 培养学生正确使用万用表、电容测试仪等工具进行电容测量的能力；2. 培养学生分析电容测量误差的原因，提高测量精度；3. 培养学生运用电容知识解决实际问题的能力。
情感态度价值观目标：1. 激发学生对物理学科的兴趣，培养探究精神；2. 培养学生严谨的科学态度，注重实验数据的准确性；3. 培养学生的团队协作意识，共同分析问题、解决问题。
课程性质：本课程为物理学科实验课，以实验操作和理论知识相结合的方式进行教学。
学生特点：学生为九年级学生，具备一定的物理知识和实验操作能力，对新鲜事物充满好奇心。
教学要求：教师需注重理论与实践相结合，引导学生主动参与实验，培养实践操作能力和问题分析能力。
同时，关注学生个体差异，因材施教，使每个学生都能在课程中取得进步。
通过本课程的学习，实现上述课程目标，为学生后续物理学习打下坚实基础。
二、教学内容1. 理论知识：（1）电容的定义、单位及符号；（2）电容器的种类、结构及其工作原理；（3）电容测量的基本原理和公式。
2. 实践操作：（1）使用万用表进行电容测量；（2）使用电容测试仪进行电容测量；（3）分析电容测量误差的原因及提高测量精度的方法。
3. 教学大纲：第一课时：电容的定义、单位及符号，电容器的基本结构和工作原理。
第二课时：电容测量的基本原理和公式，使用万用表进行电容测量。
第三课时：使用电容测试仪进行电容测量，分析测量误差及提高测量精度的方法。
4. 教材章节：（1）电容章节：涵盖电容的定义、单位、符号及电容器的基本工作原理；（2）电容器应用章节：介绍各类电容器及其在实际电路中的应用；（3）实验操作章节：涉及电容测量方法、仪器使用及误差分析。
教学内容以系统性和科学性为原则，结合课程目标，注重理论与实践相结合。
微弱电容测量电路设计本科毕业设计
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一四年四月一日目录1绪论 (9)1.1 目前的研究现状 (9)1.2 常见的电容检测设计 (10)1.3 设计任务与要求 (12)2电容检测系统 (12)2.1 设计框架 (12)2.2检测系统基本原理 (13)2.3电容检测系统的杂散性分析 (14)2.4 T形电阻网络 (15)2.5 电容检测电路Multisim仿真 (16)3交流信号发生器电路设计 (18)3.1信号发生电路 (18)3.1.1 信号波形选择 (18)3.1.2 常见的信号产生电路 (19)3.2 晶体振荡电路 (20)4 全波整流电路设计 (22)4.1 全波整流电路 (22)4.2 全波整流电路的Multisim仿真 (24)5 低通滤波电路设计 (27)5.1 低通滤波器的选择 (27)5.1.1低通滤波器的类型选择 (27)5.2.2低通滤波器级数的选择 (27)5.2 低通滤波电路及其仿真 (28)6 AD转换电路及MCU控制电路 (30)6.1 AD转换电路 (30)6.2 MCU控制电路 (33)6.2.1 MSP430超低功耗单片机 (33)6.2.2 电源电路 (34)6.2.3 晶振电路 (35)6.2.4 复位电路和JTAG接口电路 (36)6.2.5 串口通信电路 (37)6.3电源电路 (38)6.4 硬件电路的抗杂散设计 (40)7电容检测系统的性能分析 (41)7.1 性能指标 (41)7.2 信号发生器的波形测试 (41)7.3 检测电路的性能检测分析 (43)7.3.1 检测分析的目的 (43)7.3.2 检测内容 (43)7.4 附图 (46)8 总结与体会 (46)8.1 本系统存在的问题及改进措施 (47)8.2 心得体会 (47)参考文献 (48)致谢 (49)微弱电容测量电路设计南京信息工程大学电子与信息工程学院，江苏南京 210044摘要：随着电子技术的发展,各种电子元器件的功能被运用在各中领域，适用范围也越来越广，微弱电容的测量要求也越来越精确。
电容测量电路的设计
电容测量电路的设计 Hessen was revised in January 2021辽宁工业大学模拟电子技术基础课程设计（论文）题目：电容测量电路的设计院（系）：专业班级：学号：学生姓名：指导教师：（签字）起止时间：—课程设计（论文）任务及评语院（系）：教研室注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算摘要电容测量电路是以集成运放为核心器件可将其分解为四个部分。
可分为解为直流稳压电源电路，文氏电桥电路，电容测量电路和差分电路。
起始设计思想是:输入220V，50Hz的正弦波信号，通过直流稳压电源输出2—6v的直流电，再通过文氏桥振荡电路产生正弦波电压，经过差分电路作为缓冲电路，作用于被测电容。
在直流稳压电源的作用下，由文氏电路产生信号，使电容测量电路和差分电路工作，可测量电容量并比较大小。
本设计运放主要采用LM324，通过Multisim仿真软件绘制原理图并进行仿真实验。
关键词：电容；稳压电源；文氏电桥电路；差分电路。
目录第一章电容测量电路设计方案论证1.1电容测量电路设计的意义目前，随着电子工业的发展，电子元器件急剧增加，电子元器件的适用范围也逐渐广泛起来，在应用中我们常常要测定电容的大小。
在电子产品的生产和维修中，电容测量这一环节至关重要，一个好的电子产品应具备一定规格年限的使用寿命。
因此在生产这一环节中，对其产品的检测至关重要，而检测电子产品是否符合出产要求的关键在于检测其内部核心的电路，电路的好坏决定了电子产品的好与坏，而电容在基本的电子产品的集成电路部分有着其不可替代的作用。
同样，在维修人员在对电子产品的维修中，电路的检测是最基本的，有时需要检测电路中各个部件是否工作正常，电容器是否工作正常。
因此，设计可靠，安全，便捷的电容测仪具有极大的现实必要性。
1.2电容测量电路设计的要求和技术指标1.2.1设计要求1 .分析设计要求，明确性能指标。
必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。
本科毕业设计-基于电容传感器的微小位移测试系统的设计
毕业设计题目基于电容传感器的微小位移测试系统的设计学院机械工程学院专业机械工程及自动化班级机自0702学生王云海学号20070403206指导教师马玉真二〇一一年五月三十日1前言1.1选题的意义近几年的机械发展从传统化向科技化发展，以致是无论在试验室测试还是机械工业生产应用中，其生产要求的提高，使得人们对物体测量位移尺寸的要求也变得越来越高，甚至在必要时要精确到微米级甚至是纳米级，但传统的测量工具已经逐渐的落伍，如皮卷尺、直尺和千分尺都已经不能满足要求，一些大型实验室的精密仪器可以测量，但是价格昂贵，不能普及。
随着现代科学技术的发展，针对位移特别是微小位移的测量方法应时代的发展，如雨后春笋般出现，基本上现在的位移测量和信号分析大多是靠电子仪器来实现的。
对于这种情况，本课题寻求的是设计一种结构简单且廉价的微位移测量系统。
随着机械工业的迅猛需要，在大位移的测量逐渐满足不了测量要求的时候，这就促使着测量技术逐渐的向微小位移测量的方向发展。
其测量方式也发生着本质性的改变，由以前粗略的纯手工测量转变为较为精准的系统化标准测量，而测量方法也由单纯的机械测量衍化为更为先进的光电技术参与的复杂测量。
当前技术水平下的传感器系统正迈入飞速发展阶段，并且开始向着多功能化、微小型化、和系统化的方向发展。
今后，随着CAD技术、单片机技术、信息理论及数据分析算法的继续成熟发展，未来的传感器系统必将变得更加多功能化、普遍化、微型化、智能化和系统化。
在各种新兴科学技术大肆发展、并应用于现实的当今社会，作为现代科学最为有力并应用最为广泛的传感器技术，并且是作为人们可以更快的获取并分析利用有效的各种信息的基础，传感器技术必将会进一步得到社会各界的广泛关注并注定会承载着其在未来需要发挥的作用。
传感器的市场必将在未来的发展中更加壮大、也会显现出它在各个领域的威力。
伴随着电子技术进入的黄金发展期，现在的科学技术也解决了电容式传感器曾经存在的许多技术问题，完善了电容式传感器的功能与应用，传感器的应用意义可以说是无与伦比，工业生产、信息探索…都有着传感器的身影。
微弱电容测量电路设计
微弱电容测量电路设计
微弱电容测量电路设计指的是设计一种电路，用于测量微弱的电容变化。
在许多应用中，例如生物医学、环境监测和精密测量等领域，需要高灵敏度地检测和测量微弱的电容变化。
因此，设计一种能够准确地测量微弱电容的电路是非常重要的。
微弱电容测量电路设计需要考虑的关键因素包括：
1.高灵敏度：电路应具有高灵敏度，以便能够检测到微弱的电容变化。
2.低噪声：电路应具有低噪声性能，以减少测量误差。
3.线性度：电路的输出应与输入的电容变化成线性关系，以便准确地测量电
容值。
4.稳定性：电路应具有稳定的性能，以避免测量结果的漂移。
在实际应用中，常见的微弱电容测量电路包括电桥电路、谐振电路和交流阻抗谱测量电路等。
这些电路各有优缺点，需要根据具体的应用场景和需求进行选择。
总结来说，微弱电容测量电路设计指的是设计一种高灵敏度、低噪声、线性度和稳定的电路，用于检测和测量微弱的电容变化。
这种电路在生物医学、环境监测和精密测量等领域有广泛的应用前景。
基于高精度的微弱电容检测电路的设计
基于高精度的微弱电容检测电路的设计陈莉【摘要】针对球型电容位移传感器电容量变化微小,极板结构材质特殊,尺寸极其微小,通过电容传感器测量的变化量易受周围环境中寄生电容的干扰问题,提出了基于高精度的微弱电容检测电路系统的方法.该方法首先通过理论静电场出发,建立球型电容传感器在导体球内外表面的电容模型.然后在该模型基础上,对不同的待测目标进行电容信号的测量,并通过对测量结果的信号进行仿真分析.从仿真结果分析了微弱电容的大小,最后设计的微弱电容检测系统的检测范围可达0～1.5 pF,分辨率优于0.36 fF.从而使得电容传感器实现5 nm的位移分辨率,且通用性与稳定性均较好,实验也验证了该检测电路方案的有效性.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2018(026)015【总页数】5页(P131-135)【关键词】电容传感器;微弱电容检测;高精度【作者】陈莉【作者单位】陕西国防工业职业技术学院陕西西安710302【正文语种】中文【中图分类】TN721.5随着加工工艺以及新型材料不断地被开发，传统的电容位移传感器的缺点正在被逐步克服，新型的电容位移传感器的精度与稳定性也在逐步提高。
但我国电容位移传感器相比国际上的水平仍属于滞后状态，国际上的电容位移传感器具有分辨率高、测量范围广、频率响应快等优势[1]。
分析其原因可发现，电容位移传感器的主要组成部件为微弱电容检测系统和探测头组成。
目前，国内对于电容位移传感器的微弱电容检测系统的设计还处于滞后状态，这是导致位移传感器滞后的主要原因。
因此，目前国内需要更进一步的研究微弱电容检测系统的设计。
目前，电容位移传感器的检测系统设计正在向高精度[2]和小型化趋势发展。
尤其对于微弱电容测量领域，比如纳米级高精度电容位移传感器、电容层析成像等领域中，电容的值在零点几pF左右，属于微弱电容测量。
对于微弱电容测量的电路要求分辨率较高，故传统的电容检测技术根本无法实现该微弱电容的测量[3]。
毕业设计(论文)_基于单片机电容测量仪设计
摘要目前，随着电子工业的发展，电子元器件急剧增加，电子元器件的适用范围也逐渐广泛起来，在应用中我们常常要测定电容的大小。
在电子产品的生产和维修中，电容测量这一环节至关重要，因此，设计可靠，安全，便捷的电容测试仪具有极大的现实必要性。
本文提出了以MCS-51单片机为控制核心，结合多谐振荡器来实现电容测量的方法。
并介绍了测量原理并给出了相应的电路及软件设计。
关键词：电容测试仪；单片机；测量目录1设计任务 (1)1.1 设计目的和意义 (1)1.2 设计任务与要求 (1)2 基于单片机电容测量硬件设计 (1)2.1 设计方案 (1)2.2 基于AT89C51电容测量系统硬件设计详细分析 (2)2.2.1 AT89C51单片机工作电路 (2)2.2.2 基于AT89C51电容测量系统复位电路 (3)2.2.3 基于AT89C51电容测量系统时钟电路 (3)2.2.4 基于AT89C51电容测量系统按键电路 (4)2.2.5 基于AT89C51电容测量系统555芯片电路 (5)2.2.6 基于AT89C51电容测量系统显示电路 (6)2.3 各部分电路连接成整个电路图 (9)2.4 系统所用元器件 (11)3 软件流程及程序设计 (11)3.1 软件系统总体设计方案 (11)3.2 程序设计算法设计 (12)3.3 软件设计流程 (13)4 系统调试及仿真 (13)5 总结 (15)5.1 本系统存在的问题及改进措施 (15)5.2 心得体会 (15)参考文献 (16)附录1：源程序清单 (17)附录2：电路原理图 (22)1设计任务1.1 设计目的和意义目前，随着电子工业的发展，电子元器件急剧增加，电子元器件的适用范围也逐渐广泛起来，在应用中我们常常要测定电容的大小。
在电子产品的生产和维修中，电容测量这一环节至关重要，一个好的电子产品应具备一定规格年限的使用寿命。
因此在生产这一环节中，对其产品的检测至关重要，而检测电子产品是否符合出产要求的关键在于检测其内部核心的电路，电路的好坏决定了电子产品的好与坏，而电容在基本的电子产品的集成电路部分有着其不可替代的作用。
微小差分电容检测电路设计
微小差分电容检测电路设计摘要电容式传感器广泛应用于位移、振动、角度、加速度等物理量的精密测量中。
由于受结构限制，其输出电容信号很小，一般为几pF至几十pF，精密测量其值更小，因此其后续测量电路的选择与设计非常关键。
本文简要介绍了传统及现有小电容测量方法，重点设计了一种用于微小差分电容检测的交流放大电路，阐述了此方法的基本原理及参数的选取原则。
实验结果和理论分析具有良好的一致性，并仿真出了实验结果，该电路具有抗寄生电容能力强、容易实现、成本低等优点。
关键词：差分电容，高频信号，电容传感器，抗寄生电容Design of measured circuit about micro differential capacitiveAbstractThe capacitive sensor widely used in precision measuring physical quantity such as displacement, vibration, angle and acceleration. For the structure limit, the output of capacitance sensor is very small, about several pF to several dozens pF, and smaller in the precision measurement, so it is important to select and design the capacitance measurement circuit. Several techniques for measuring of small capacitance including methods with tradition are briefly overviewed. A kind of AC amplifier circuit for micro differential capacitance sense is introduced in the text.The experiment results show a good correspondence with the theoretical analysis. The basic principle of the method and the principle of choose the parameters in the circuit are provided and test conclusion is given. The measurement is free of stray immune capacity, low-cost and easy for realization.Key word: differential capacitance, high frequency signal, capacitive sensor,stray-immune capacitance目录1 绪论11.1 电子测量技术的发展 (1)1.1.1 电子测量的特点 (1)1.1.2 常用的几种电容测量方法 (2)1.2 课题研究的目的和意义 (3)1.3 本课题的任务和内容 (4)2 电容式传感器52.1 电容传感器的分类 (5)2.1.1 变极距型电容传感器 (6)2.1.2 变面积型电容传感器 (8)2.1.3 变介电常数型电容传感器 (9)2.2 电容传感器的特点 (10)2.2.1 优点 (10)2.2.2 缺点 (10)2.3 应用中存在的问题 (11)2.3.1 附加损耗 (11)2.3.2 边缘效应 (12)3 电容电压转换电路133.1 变压器电桥 (13)3.2 二极管T型网络 (13)3.3 谐振法 (14)3.4 差动脉冲调宽电路 (14)3.5 运算放大器电路 (16)4 两种微小电容检测的方法174.1 直流充放电法 (17)4.2 高压双边交流激励法 (18)5 消除寄生电容的屏蔽技术205.1 增加传感器原始电容值 (20)5.2 传感器的接地和屏蔽 (20)5.3 集成化 (20)5.4 “驱动电缆”技术 (20)5.5 运算放大器法 (21)5.6 整体屏蔽 (21)6 电路设计与Multisim2001仿真分析236.1 测量原理 (23)6.2 电路设计 (24)6.2.1 高频信号发生器 (24)6.2.2 C/V转换及放大电路 (24)6.2.3 全波整流 (29)6.2.4 低通滤波 (30)7 结论34附录微小差分电容检测电路图35参考文献36致谢38外文文献原文译文1 绪论1.1 电子测量技术的发展测量是人类对客观事物取得数量概念的认识过程，是人们认识和改造自然的一种不可缺少的手段。
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微弱电容测量电路设计本科毕业设计HUA system office room 【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】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)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)8 总结与体会 (32)8.1 本系统存在的问题及改进措施 (32)8.2 心得体会 (33)参考文献 (33)致谢 (34)微弱电容测量电路设计南京信息工程大学电子与信息工程学院，江苏南京 210044摘要：随着电子技术的发展,各种电子元器件的功能被运用在各中领域，适用范围也越来越广，微弱电容的测量要求也越来越精确。
设计个精确，可靠，便捷的电容测量电路具有极大的现实意义。
本设计电路主要思想是电荷放大法。
电路由信号产生电路产生个方波经过电荷放大将微弱的电流信号转化为电压信号。
转化后的电压信号还要经过全波整流和低通滤波电路进行处理最终得到比较清晰的直流电压信号，将信号送到单片机处理显示出电容值。
所以电路主要由电荷放大，全波整流，低通滤波三个主要模块组成。
本设计电路主要由MSP430单片机起控制作用，对电路送来的直流电压进行采样、测量并计算出电容的大小然后通过液晶显示出来本设计除了测量精确外噪声还比较小有很大的发展前景，未来可进行广泛运用于各电气电子技术领域。
关键词：电荷放大，全波整流，低通滤波，MSP430The design of Capacitance testerElectronic and Information Engineering, NUIST, Nanjing 210044, China Abstract:With the development of electronic technology, various electronic components used in the field of function, scope of application is also getting more and more broad, measuring small capacitance requirements more accurately. Design of a precise, reliable, and has great realistic meaning capacitance measurement circuit and convenient. The circuit design of the main idea is the charge amplification method. Circuit comprises a signal generating circuit generates a square wave after the charge will be weak current signal into voltage signal. A voltage signal transformed by full wave rectified and low-pass filter circuit for processing finally get the DC voltage signal is very smooth, to send a signal to the microcontroller processing shows the capacitance value. So the circuit is mainly composed of a charge amplifier, a full wave rectifier, three main modules, low-pass filtering. The circuit design by MSP430 MCU control, measure the DC voltagecircuit sent the calculated capacitance and the liquid crystal display in addition to the design of the accurate measurement of exterior noise is relatively small, have great prospects for development, the future can be widely used in the field of electrical and electronic technology. Keywords：Charge Amplifier,full-wave rectification,low passfiltering,MSP4301绪论1.1 目前的研究现状目前，国内测量电容的方法有很多，各式各样的电路设计数不胜数。
较为多见的测量方法有RLC电桥法，RC振荡器法，电流电压法，运算放大法。
对于不同的精度要求用不同的测量方法进行测量。
一般要求不是太高的用RC振荡器法最为简洁、方便、易于操作。
现在大多数用此方法即能满足需要。
然而我们很多时候需要较为精确的得出电容的大小，尤其是测量PF级电容此方法根本满足不了需要。
对微弱电容的测量主要是由于电路中存在较多的杂散干扰，干扰电容的变化量大于被测电容的变化量，比较难被检测。
下面我来介绍一下电荷放大法微弱电容的检测。
1.2 常见的电容检测设计⑴电桥法电桥法一般采用RC或者LC电桥，可以通过调节两边的桥臂的阻抗大小来使得电桥平衡。
电桥两端分别输入一样的频率的电压值，振幅相同。
通过将电容量的变化变成电压值得变化。
经过运放滤除杂波等电路后。
得到与待测电容成正比的电压变化量。
此方法的精确度较高误差较小。
信噪比较高。
一般用在精确测量中。
但是整个设计对每个电气量的要求比较高很难同时满足电压的幅度和频率的大小，抗杂散能力差并且在实际电路中不一定能达到仿真的效果。
⑵调频法调频法是基于电容-频率转换的方法来检测所测电容的。
与电桥法相同的是调频法也是用RC电路和L-C电路以及Schmitt反相器实现，调频法大的基本原理是把需要测量的电容接入调频电路中，根据谐振频率随电容的变化而变化的多少来反计算电容的值，通过计数电路将频率转变成可测得的电压量。
原理如图1-1所示:图1-1调频法原理框图调频法的电路结构比较简单，AD转换比较简单，而且能够选择频率较高的振荡频率，因而电路的灵敏度较高，能与微机直接匹配等。
但因为测得的电容是谐振电路的等效电容值，其值还包含了传感器的电容，所以电路的抗杂散电容能力比较差，同时存在频率稳定性差，输出线性不高，低精度，存有温漂现象，需要进行误差补偿等问题。
⑶电荷放大法运放的放大倍数为α，且输入阻抗Ω高的特点可以使其作为比较理想的电容测量电路，通常只要α、Ω值不小，没什么数值出入，高精确度。
整个检测系统的特点是电容检测电路的非线性且能够通过虚短虚地对驱动导线进行屏蔽，缺点主要是因为运放的电源电压比较低，灵敏度受限制输出稳定性受信号发生器稳定性及运放本身的影响。
电荷放大法及其改进的电路原理图如图1-2下：图1-2电荷放大电路其中为Cx待测电容,Cf是标准电容，并联Rf反馈电阻，采用交流信号源作为测量的激励源。
电荷放大器与普通的运放不一样，因为电荷放大器检测电路跟信号源无关，交流信号输出恒压。
关键是影响的因素较少。
电荷放大器法的调节能力相当强大。
关键是它可以通过对运放的灵活调整以提高电路的精确度，电路抑制寄生电容能力强，灵敏度高，分辨率高，此检测系统需要一个上兆赫兹的信号源并且用高性能的运放，但它的性能更好，分辨率更高。
1.3 设计任务与要求（1）设计用电荷放大器的电容检测电路；（2）电容测量精度能达到10pf；（3）用液晶显示模块直观显示测量结果；（4）基于MSP430为主控芯片的电容检测系统设计。
2电容检测系统2.1 设计框架微小电容对激励源输入信号变化响应很小，要经过转换系统转换为交流信号以方便检测。
这就要求信号源的频率和幅度波动要小，交流电压信号还要经过全波整流电路转换为直流信号，再经过低通滤波器得到较为平滑的直流电压信号然后经过ADC模数转换芯片得到数据送给MCU经过计算得到电容值并通过显示电路直观的显示出来。
本文的基本原理是电荷放大法，针对微小电容测量的的需要，通过对微弱电容信号量变化的检测研究，提出电荷放大器检测电容方法，并引入了低噪声信号调理概念给电路的普及应用提供了有力优势，其基本原理框图如图2-1所示。
图2-1系统原理流程图本设计的电容检测系分别经过激励源电路然后将激励信号送到电荷放大模块，在把电荷放大器输出的交流信号经过全波整流处理，然后再把交流转换为直流所以还要通过低通滤波器，再将得到的平稳的直流信号经过AD电压采样电路，最后经过430单片机的计算处理然后显示在LCD1602上面。
电荷放大电路是整个电容检测电路中的关键电路，该电路设计的抗杂散、抗干扰能力直接决定了整个电容检测电路的测量的精确度。