数字式电容测量仪设计
电容电阻电感测量仪设计报告
简易数字式电阻、电感和电容测量仪摘要本系统主控制部分采用TI公司的16位超低功耗单片机MSP430F149。
以自制电源作为LRC测量模块和各个主要控制芯片的输入电源，测量原理是通过测量电阻、电容或者电感和标准电阻各自的引起的频率变化，利用频率与电阻、电容、电感的函数关系推算出电阻值、电容值或者电感值。
测量的原理是LM311组成的LC震荡器的震荡回路的频率由单片机采样，然后再依据震荡频率计算出对应的电容或电感值，以及由NE555多谐振荡电路实现对电阻的测量。
软件设计部分使用C语言编程编写了包括控制测量程、按键处理、电阻电感电容计算、液晶显示程序。
利用MSP430F149单片机控制测量和计算结果，测量结果采用12864液晶模块实时显示。
关键词： MSP430F149、NE555芯片、LRC测量、12864液晶目录1 系统总体方案设计 (1)1.1系统方案选择 (1)1.2系统软硬件总体设计 (1)1.2.1硬件部分 (1)1.2.2软件部分 (2)2系统模块设计 (3)2.1硬件模块设计 (3)2.1.1电感电容测量模块 (3)2.1.2电阻测量模块 (4)2.1.3主控制模块 (5)2.1.4 AD采样模块 (5)2.1.5 液晶显示模块 (5)2.2软件模块设计 (5)2.2.1 控制测量程序模块 (5)2.2.2按键处理程序模块 (6)2.2.3电阻电感电容计算程序 (7)2.2.4液晶显示程序模块 (7)3系统测试 (8)3.1测试原理 (8)3.2测试方法 (8)3.3测试结果 (8)3.4测试分析 (9)4系统总结 (9)参考文献： (10)1 系统总体方案设计1.1系统方案选择方案一.基于模拟电路的测量仪利用模拟电路，电阻可用比例运算器法和积分运算器法，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，虽然避免了编程的麻烦，但电路复杂，所用器件较多，灵活性差，测量精度低，现在已较少使用。
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。
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。
基于51单片机的数字电容测量仪设计毕业设计
电子系统设计创新与实习报告设计课题基于单片机的电容测量仪设计毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：日期：学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日注意事项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
数字式电感电容测量仪的设计
数字式电感电容测量仪的设计作者：何富运罗晓曙来源：《现代电子技术》2008年第22期摘要：在测量电感电容值时，传统的测量大都采用交流电桥法和谐振法。
然而这些方法通常采用刻度读数，读数不够直观。
着眼于对传统测量方式的改进，基于LC振荡电路原理，结合以AT89S51单片机为核心的频率测量电路，设计一种数字式电感电容测量仪,给出详细的电路原理和程序流程，对测量原理做了较详细的阐述。
基于LC振荡电路原理测量LC是本设计的创新之处。
关键词：电感电容；LC振荡电路；AT89S51；频率测量电路中图分类号：TP216文献标识码：B文章编号：1004373X(2008)2202002Design of Digital Inductance Capacitance Measuring ApparatusHE Fuyun,LUO Xiaoshu(Physics & Electronic Engineering College,Guangxi Normal University,Guilin,541004,China)Abstract：Measuring the value of the inductance capacitance in traditional measuring mostly utilizes AC bridge and resonance.But these methods often read the value by scale meter,so the display isn′t pared with the tra ditional method,the design of digital inductance capacitance measuring apparatus is based on the principle of LC oscillation circuit and the frequency measuring circuit which uses AT89S51 as the core.Detailed circuit principle and program diagram are given.The measuring principle is also expatiated in detail.The innovation of the design is measuring LC based on the principle of LC oscillation circuit.Keywords：inductance capacitance;LC oscillation circuit;AT89S51;frequency measuring circuit1 测量原理整个测量仪原理框图如图1所示，其测量原理为。
数字式电容测试仪实验预报告
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x是555定时器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C值的不同而不同的，所以脉宽即是对应的电容值，其x精确度可以达到0.1%。
设计方案：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．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。
之所以选择该方案是考虑到这个方案不仅设计比较容易实现，而且必要时还可以扩展量程，更重要的是该方案设计出来的数字测试仪测量的结果比较精确。
单稳态触发器输出电压脉宽T X=RC X ln3≈1.1RC X电路产生的脉冲可以从几微秒到数分钟。
当R固定时，则T X为正比于电容。
C越大，则Tw时间内通过与门的时钟脉冲就越多，则计数电路实现T与C正比。
单稳态触发器产生脉冲宽度T W与电容C成正比的特点，将被测电容C转换为宽度为T W的脉冲总电路图：设计要求：1.被测电容的容量在10μF至100μF范围内2.用数码管显示测量结果，测量误差小于20%。
当被测电容CX接入电路后，由于电容充放电效应，单稳态触发器会产生一个脉宽与被测电容大小成正比的闸门信号（如图3中第三个信号），同时多谐振荡器会产生脉冲信号CP（如图3中第二个信号），闸门信号与脉冲信号CP同时经过与门运算，得到一个新的脉冲信号（图3中第一个信号），再将此信号送入计数器进行计数。
单稳态触发器由555定时器接成，4端为异步清零端，当置0时，无论输入如何均输出低电平，当置1时，555定时器工作。
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。
数字式电容测量仪+答辩+倪城振+电气3班
X1
CRYSTAL
C2
+5V 1nF
18
XTAL2
9
RST
C1
10uF 29 30 31 PSEN ALE EA
R1
10K
P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7
1 2 3 4 5 6 7 8
P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 AT89C51
三、硬件设计
1、系统组成（模块组成） (1)单片机最小系统 (2) 555时钟芯片模块 (3)低脉冲产生电路 (4)键控模块 (5)显示模块 (6)量程选择电路 2、模块电路设计 (1)单片机最小系统:
C4 U1
1nF 19 XTAL1 P0.0/AD0 P0.1/AD1 P0.2/AD2 P0.3/AD3 P0.4/AD4 P0.5/AD5 P0.6/AD6 P0.7/AD7 P2.0/A8 P2.1/A9 P2.2/A10 P2.3/A11 P2.4/A12 P2.5/A13 P2.6/A14 P2.7/A15 P3.0/RXD P3.1/TXD P3.2/INT0 P3.3/INT1 P3.4/T0 P3.5/T1 P3.6/WR P3.7/RD 39 38 37 36 35 34 33 32 21 22 23 24 25 26 27 28 10 11 12 13 14 15 16 17 P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 P2.0 P2.1 P2.2 P2.3 P2.4 P2.5 P2.6 P2.7
二、方案比较与设计
第一种实现方案：如果三角波输入给以被测 电容器作为微分电容的微分电路，在电路参 数选择适当的条件下，微分电路的输出幅度 与Cx成正比，再经峰值检测电路或精密整流 及滤波电路，可以得到与Cx成正比的直流电 压Ux ，然后再进行A/D转换送给数字显示器， 便可实现所要求的函数关系。
数字式电容测量仪
专业综合设计报告设计题目：数字式电容测量仪专业班级：2011级电子1班小组成员：徐睿昀指导教师：***完成日期：2014年11月11日数字式电容测量仪设计一、设计任务与要求1.1 基本部分1.被测电容的容量在0.01μF至100μF范围内；2.设计两个的测量量程；3.用3为数码管显示测量结果，测量误差小于20%。
1.2 发挥部分（选做）1.自制稳压电源；2.至少设计两个以上的测量量程，使被测电容的容量扩大到100PF至100μF范围内；3.测量误差小于10%。
二、方案设计与论证2.1设计方案数字式电容测量仪的作用是以十进制数码的方式来显示被测电容的大小，从而判断电容器质量的优劣及电容参数。
由给出的指标设计，它的设计要点可分为俩部分：一部分是数码管显示，另一部分就是要将Cx值进行转换。
能满足上述设计功能的方案很多，我们共总结出下面四种参考方案：方案一：把电容量通过电路转换成电压量，然后把电压量经模数转换成数字量显示。
可由555集成定时器构成单稳态触发器、多谐振荡器等电路，当单稳态触发器输出电压的脉宽为：tw=RC㏑3≈1.1RC。
从式中可以看出，当固定时，改变电容C则输出脉宽tw跟着改变，由tw的宽度就可以求出电容的大小。
把单稳态触发器的输出电压Vo取平均值，由于电容量的不同，tw的宽度也不同，则Vo 的平均值也不同，由Vo的平均值大小可以得到电容C的大小。
如果把平均值送到A/D转换器，经显示器显示的数据就是电容的大小。
但是我们对A/D转换器的掌握程度还不够充分，设计有一些困难。
方案二：用阻抗法测R、L、C有两种实现方法：永恒流源供电，然后测元件电压；永恒压源供电，然后测元件电流。
由于很难实现理想的恒流源和恒压源，所以它们适用的测量范围很窄。
[1]方案三：像测量R 一样，测量电容C 的最经典方法是电桥法，如图2.1所示。
只是电容C 要用交流电桥测量。
电桥的平衡条件[2]是：()()1212n x j j n x Z Z e Z Z e φφφφ⎡⎤⎡⎤++⎣⎦⎣⎦⨯⨯=⨯⨯图1 电桥电路通过调节阻抗Z1、Z2使电桥平衡，这时电表读数为零。
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
《数字电容测试仪》word版
1 课程设计目的在实际的电子线路的设计中经常要用到电容器，而电容器的容量值大小直接影响它在电路中的作用。
电容容量的测量一般不够直观，为了方便人们对电容的直接测量，我们组通过查阅资料并结合自己所学的知识设计了一个能直接显示被测电容容量大小的数字电容测量仪。
2 课程设计指标（1）被测电容的容量在μF至100μFX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10%。
（4）响应时间在2s内3 课程设计原理3.1 设计方案利用单稳态触发器和电容器充放电规律，可以把被测电容的大小转换成对应脉冲的宽窄，即脉冲宽度与电容器容量大小成正比。
只要把此脉冲与频率固定不变的方波即时钟脉冲相连，便可得到计数脉冲，把计数脉冲传送给计数器计数，然后再给显示器显示。
若时钟脉冲的频率等参数选择得当，数字显示器显示的数字便是待测电容器容量的大小。
我们之所以会选择该方案是由于我们刚学到的数字电子技术书中学到了单稳态触发器的原理、用多谐振荡器产生时钟脉冲的原理，考虑到选这个方案设计比较容易，而且所需电路图及原理都比较熟悉，必要时还可以扩展量程，更重要的是该方案设计出来的数字测试仪测量的结果比较精确。
3.2 设计原理框图图中多谐振荡器产生时钟脉冲，控制电路将待测电容的容量值转化成相应宽度的脉冲，计数器记录这段宽度脉冲数目，并由显示器显示出来，清零模块用于将计数器清零。
4 设计的步骤和过程4.1 控制电路控制电路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 ，下图所示为单稳态控制电路的原理图。
该电路的工作原理如下：多谐振荡器 控制电路计数器显示器待测电容清零模块当被测电容 Cx接到电路中之后，只要接通开关 S，电源电压Vcc 经由微分电路C1、Rl和反向器，送给 555定时器的低电平触发端TRI一个负脉冲信号使单稳态触发器由稳态变为暂稳态，使其输出端OUT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，送入计数器计数端3*Cx。
基于单片机的电容测量仪
基于单片机的电容测量仪 The latest revision on November 22, 2020基于单片机的电容测量仪设计摘要：本设计详细介绍了一种基于单片机的数字式电容测量仪设计方案及实现方法。
设计的主要方法是由LM393组成的LC 振荡器，由单片机测量LC 震荡回路的频率, 根据已知的电容值，通过单片机的运算功能，计算出电容容量，最后，再通过单片机的普通I/O口控制液晶屏显示出电容容量的计算结果。
系统的测量范围为1pF~12000μF, 具有多个量程，可根据用户需要由用户选择，与用户的交互是通过按键实现，不同量程的实现是通过开关的闭合与断开来选择不同的R值，从而实现不同的量程。
同时，本设计注重设计方法及流程，首先根据原理设计电路，再通过protues仿真，利用keil编程，最后到焊接元器件，调试直至成功。
关键词：电容测量；LM393；LC震荡；单片机；LCD显示Design of capacitance measuring instrumentbased on single chip microcomputerAbstract:This design introduces a design scheme of digital capacitance measuring instrument based on MCU and the realizationmethod. The design method of the LC oscillator is composed by LM393, measured by single chip microcomputer LC oscillating circuit frequency, according to the known capacitance value, through the single-chip computing function, calculate capacity, finally, through the microcontroller I/O port control LCD screen shows the calculation results of the electrical capacitance. The measurement range of 1pF~12000 μF, having a plurality of range, according to user needs can be selected by the user, the interaction with the user is achieved through the key, to achieve different range is through the on-off of the open selection of different R value, so as to achieve different range. At the same time, the design focus on the design method and process, according to the principle of circuit design, through the Protues simulation, using keil programming, and finally to the welding components, debugging until success.Keywords:capacitance measurement; LM393; MCU; LCD display LC shocks;目录1前言电容测试仪的发展历史及现状当今电子测试领域，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。
数字电容测量仪课程设计
数字电容测量仪课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解数字电容测量仪的工作原理，掌握其操作步骤。
2. 学生能够运用数字电容测量仪进行电容的测量，并准确读取测量结果。
3. 学生能够掌握电容的基本概念，如电容的单位、电容器的构造及其功能。
技能目标：1. 学生能够正确操作数字电容测量仪，进行简单的电容测量实验。
2. 学生能够通过实验数据分析，解决实际问题，提高实验操作能力和问题解决能力。
3. 学生能够运用所学知识，设计简单的电容测量实验，提升实验设计和实践能力。
情感态度价值观目标：1. 学生对物理学产生兴趣，认识到物理实验在科学研究和实际应用中的重要性。
2. 学生在实验过程中，培养合作精神，学会与他人共同解决问题。
3. 学生能够养成严谨的科学态度，对待实验数据和结果认真负责，树立正确的价值观。
课程性质：本课程为物理学科实验课程，旨在让学生通过实际操作，掌握电容测量方法，提高实验技能。
学生特点：学生处于初中阶段，具有一定的物理知识基础，对实验充满好奇心，但实验操作能力有待提高。
教学要求：注重理论与实践相结合，引导学生通过实验探究，培养实验操作能力和问题解决能力，同时关注学生情感态度价值观的培养。
将课程目标分解为具体的学习成果，便于后续教学设计和评估。
二、教学内容1. 理论知识：- 电容的定义、单位及公式。
- 电容器的构造、类型及其工作原理。
- 数字电容测量仪的原理、结构及使用方法。
2. 实践操作：- 数字电容测量仪的操作步骤及注意事项。
- 电容测量实验：使用数字电容测量仪测量不同电容器的电容值。
- 数据处理与分析：对测量结果进行记录、计算和误差分析。
3. 教学大纲：- 第一阶段：回顾电容基础知识，介绍电容器的构造和工作原理。
- 第二阶段：讲解数字电容测量仪的原理、结构及使用方法。
- 第三阶段：组织学生进行电容测量实验，指导学生操作数字电容测量仪。
- 第四阶段：对测量数据进行处理和分析，讨论实验结果。
简易数字电容测量仪设计
简易数字电容测量仪设计引言电容是电子电路中常见的元件之一，用于存储电荷和调节电路的频率响应。
因此，对电容进行准确测量是电子工程师和爱好者常常面临的挑战之一。
本文将介绍一种简易数字电容测量仪的设计，该仪器可以实现对电容的快速、准确测量。
一、设计原理数字电容测量仪的设计基于计时电路的原理。
当一个已知电容通过一个已知电阻充电或放电时，可以测量所需的时间来计算电容的值。
具体而言，我们需要设计一个计时电路，通过测量电容充电或放电所需的时间，然后使用公式 C = t / (R * ln(2)) 来计算电容的值。
二、硬件设计1. 电路图我们的数字电容测量仪的电路图如下所示：2. 元件选择为了简化设计，我们选择了一些常用的元件。
电阻选用1kΩ的标准电阻，电容选用10μF的陶瓷电容。
此外，我们还需要一个微控制器来处理计时和计算电容值。
3. 电路实现根据电路图，我们可以使用常见的电子元件将电路实现。
首先，将电容和电阻按照图中的连接方式进行连接。
然后，将微控制器与电路连接，以便进行计时和计算。
最后，将电路供电，即可完成硬件的设计。
三、软件设计1. 计时和计算我们需要编写一个程序来实现计时和计算电容值。
首先，我们需要初始化计时器，并设置为充电或放电模式。
然后，我们可以使用计时器来测量所需的时间，并存储在一个变量中。
最后，我们使用上述公式来计算电容的值。
2. 显示结果为了方便使用者查看测量结果，我们可以在液晶显示屏上显示电容的值。
我们需要编写一个程序来将计算得到的电容值转换为适当的格式，并将其显示在液晶屏上。
四、实验结果与讨论我们通过使用实际的电容进行测试，验证了我们设计的数字电容测量仪的准确性和可靠性。
实验结果表明，我们的测量仪可以精确地测量电容的值，并将其显示在液晶屏上。
五、总结本文介绍了一种简易数字电容测量仪的设计。
通过使用计时电路和微控制器，我们可以实现对电容的快速、准确测量。
该仪器的设计原理简单，硬件和软件设计也相对简单，适合初学者和爱好者使用。
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设计一个简易的数字式电阻、电容和电感测量仪可以分为以下几个步骤：1.设计测量电路：首先，需要设计一个测量电路，电路可以使用基本的电压和电流测量技术。
电阻测量可以使用恒流法或恒压法，电容测量可以使用充放电法或交流法，电感测量可以使用交流法。
根据选择的测量方法设计合适的电路。
2.选取合适的传感器：为了实现数字化测量，需要选择合适的传感器。
电阻可以使用电阻表，电容可以使用电容计，电感可以使用电感表。
根据需要选择合适的传感器并进行调试和校准。
3.连接传感器与微控制器：将选取的传感器与微控制器进行连接，确保传感器的输出信号可以被微控制器读取。
可以使用模拟输入通道或数字接口来连接传感器和微控制器。
4.编写微控制器程序：根据测量电路和传感器的特性，编写微控制器的程序，实现测量功能。
程序中需要包括对传感器信号的处理、测量结果的计算和存储等功能。
5.设计用户界面：为了方便使用，可以设计一个简单的用户界面。
可以使用液晶显示屏、按键或触摸屏等组件来实现用户界面。
用户界面可以用来选择测量类型、显示测量结果等。
6.调试和测试：将硬件和软件部分进行集成，并进行调试和测试。
确保测量准确性和可靠性，对测量仪进行必要的校准和调整。
总结：设计一个简易的数字式电阻、电容和电感测量仪需要选择合适的测量电路和传感器，采集传感器信号并经过微控制器处理、计算和显示。
同时需要设计合适的用户界面，实现用户操作和结果显示。
最后进行调试和测试，确保测量仪的准确性和可靠性。
数字电容测量仪-课程设计
探探探探探探探2012级电子科学与技术专业数字电子技术课程设计探※※※※※※※※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1212501 -35专业电子科学与技术指导教师张学军2014 年 6 月10 日指导教师签名：__________________2014年月日二、成绩验收盖章2014年月日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，该计数脉冲送计数一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设计框图外接电容图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R i和R2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 i和C2的输出分别为U ci=0、U C2=1，基本RS触发器被置0, Q=0、Q' =1,输出U o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 i和C2的输出为U ci=1、U c2=0，基本RS触发器被置1, Q=1，Q' =0,输出U0由低点平U OL跃到高电平U O H。
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摘要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。
在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。
在日常的电路工程或者是电路试验中，电容是一个最常见的元器件，实际应用中，对电容的电容值的准确度要求也是很高的。
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。
数字电容测试仪，只要接入被测电容，打开开关以后，就能直接在屏幕上显示出电容的大小，方便在以后的实验中对电容的使用。
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x是555定时器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围。
因为单稳态触发器的输出脉宽是根据电容C值的不同而不同的，所以脉宽即是对应的电容值，其精x确度可以达到0.1%。
然后在电路中加入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的信号滤波，使最终输出电压v与被测量的电容值呈o线性关系。
最后是输出电压的数字化，将v输入到译码器中翻译成BCD码，输o入到LED数码管中显示出来。
关键字：555定时器，脉冲，LED数码管，电容目录摘要1目录2第一章引言31.1设计背景及意义31.2电容测试仪的发展历史及研究现状41.3本设计的要求4第二章系统方案设计5第三章电路功能单元设计与原理73.1直流稳压电源设计73.2基准脉冲发生电路设计83.3待测电容容量时间转换电路设计93.4闸门控制电路设计103.5译码和显示电路设计113.6量程档位设计12第四章系统参数设定134.1基准脉冲参数设定134.2量程档参数设定13第五章系统调试与测试结果145.1基准脉冲信号的调试145.2量程档位的调试155.3电路测试结果与误差分析15第六章总结16致17参考文献18附录表1 元器件清单19附录2 电路原理图21附录3 电容测试仪量程22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。
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。
通常情况下，电路参数的数字化测量是把被测参数传换成直流电压或频率后进行测量。
由于测量电容方法多并具有一定的复杂性，所以本设计是基于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。
1.2 电容测试仪的发展历史及研究现状当今电子测试领域，电容测量已经在测量技术和产品研发中应用的十分广泛。
电容测试发展已经很久，方法众多，常见测量方法如下。
近年来我国测量仪器的可靠性和稳定性问题得到了很多方面的重视，状况有了很大改观。
测试仪器行业目前已经越过低谷阶段，重新回到了快速发展的轨道，尤其最近几年，中国本土仪器取得了长足的进步，特别是通用电子测量设备研发方面，与国外先进产品的差距正在快速缩小，对国外电子仪器巨头的垄断造成了一定的冲击。
随着模块化和虚拟技术的发展，为中国的测试测量仪器行业带来了新的契机，加上各级政府日益重视，以及中国自主应用标准研究的快速进展，都在为该产业提供前所未有的动力和机遇。
从中国电子信息产业统计年鉴中可以看出，中国的测试测量仪器每年都以超过30%以上的速度在快速增长。
在此快速增长的过程中，无疑催生出了许多测试行业新创企业，也催生出了一批批可靠性和稳定性较高的产品。
1.3 本设计的要求本设计是以555为核心的振荡电路，需要达到如下要求：1、基本部分(1) 自制稳压电源。
(2) 被测电容的容量在0.01μF至100μF围(3) 设计两个的测量量程。
(4) 用3为数码管显示测量结果，测量误差小于20%。
2、发挥部分(1) 至少设计两个以上的测量量程，使被测电容的容量扩大到100PF至100μF围。
(2) 测量误差小于10%。
(3) 其它。
第二章系统方案设计电容是一个最常见的元器件，实际应用中，对电容的电容值的准确度要求也是很高的。
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。
数字电容测试仪，只要接入被测电容，打开开关以后，就能直接在屏幕上显示出电容的大小，方便在以后的实验中对电容的使用。
本设计中用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定时器构成的多谐振荡器所产生。
x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围。
因为单稳态触发器的输出脉宽是根据电容C值的不同而不同x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字化，将ov输入到译码器中翻译成BCD码，输入到LED数码管中显示出来。
o原理框图如图2-1第三章电路功能单元设计与原理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．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。
之所以选择该方案是考虑到这个方案不仅设计比较容易实现，而且必要时还可以扩展量程，更重要的是该方案设计出来的数字测试仪测量的结果比较精确电容测试仪电路由电源电路、基准脉冲发生器、待测电容容量时间转换器、量程选择、闸门控制器、译码器和显示器等部分组成。
3.1 直流稳压电源设计电网供电电压为交流220V（有效值），50Hz，要获得低压直流输出，首先须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要的交流电压。
降压后的交流电压，通过整流电路变成单向的直流电，但其幅值变化大。
脉动大的直流电压须经过滤波电路变成平滑的，脉动小的直流电，即将交流成分滤掉，保留其直流成分。
滤波后的直流电压再通过稳压电路，便可得到基本上不受外界影响的稳定的直流电压输出，供给负载。
直流稳压电源的原理框图分析图3-1直流稳压电源框图采用电源变压器将电网220V，50Hz交流电降压后送整流电路，整流桥选用的二极管需要考虑允许承受的电压和电流值。
滤波器常采用无源元件R，L，C 构成的不同类型滤波电路。
由于本电路为小功率电源，故可用电容输入式滤波电路。
稳压电路采用7805芯片，可提高电路的稳定性。
图3-2稳压电路原理图3.2 基准脉冲发生电路设计这里选用由555定时器构成的多谐振荡器来实现基准脉冲产生功能。
电路原理图如图3-3：图3-3 基准脉冲发生电路 振荡波形的周期为：123420.7()T tp tp R R C =+≈+其中13420.7()tp R R C ≈+，2420.7tp R C ≈占空比为：134342tp R R q T R R +==+为了调整振荡周期，R3可选用不同的电阻来调节档位，控制量程。
3.3 待测电容容量时间转换电路设计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，实际上就是由555定时器构成単稳电路，通过在単稳电路通过基准脉冲的个数用计数器显示，再乘基准的时间久可以得到待测电容的充放电时间，由于周期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。
待测电容测试电路如图3-4：图3-4 转换电路3.4 闸门控制电路设计闸门控制电路顾名思义就是精确计算被测电容充放电时间与基准脉冲时间的倍率，通过数码管显示出来。
其电路如图3-5：图3-5 闸门控制电路每按一次AN键，被测电容就充放电一次。
3.5 译码和显示电路设计译码和显示电路由cd4553、cd4543、数码管等组成，组要完成编码、计数、显示的功能。
电路图如图3-6：IC4、IC2C、C5、C6、R10 构成了计数器功能，IC4 为CD4553，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AN 后，IC4 的13 脚得到一个上升脉冲，计数器清零同时IC2C 的4 脚输出一个单稳低电平信号加到IC4 的10 脚，于是IC4 对从其12 脚输入的基准计数脉冲进行计数。
当单稳时间结束后，IC4 的10 脚变为高电平，IC4 停止计数，最后IC4 通过分时传递方式把计数结果的个位、十位、百位由它的9 脚、7 脚、6 脚和5 脚循环输出对应的BCD 码。
IC3 构成译码器驱动器，它把IC4 送来的BCD 码译成十进制数字笔段码，经R11~R17限流后直接驱动七段数码管。
集成电路CD4553 的15 脚、1 脚、2 脚为数字选择输出端，经R18~R20 选择脉冲送到三极管T1~T3 的基极使其轮流导通，这两部分电路配合就完成了三位十进制数字显示。
C7 的作用是当电源开启时在R10 上产生一个上升脉冲，对计数器自动清零。
图3-7 译码显示电路3.6 量程档位设计量程档分为五档，分别为1pF~999pF、1nF~9.99nF、10nF~999nF、1μF~99.9μF、100μF~9990μF。
细分可以更精确的测量定容的容量，减少误差，得到一个经济实用、准确可靠的数字电容表。
详细的量程请看附录3.第四章系统参数设定4.1 基准脉冲参数设定基准脉冲周期设定为三个时间，分别为11μs、1.1ms 和11ms，不同的量程选用不同的基准脉冲周期，确定电容，根据脉冲周期T=1.1RC可得对应的电阻值，通过调节电阻值的挡位来调节脉冲周期。
4.2量程档参数设定量程挡位参数设定根据待测电容容量时间转换来计算的，电阻选用10的倍数，这样有利于计算，不同的挡位选用不同倍数的电阻，周期T=1.1RC确定。
需要说明的是，在使用1pF~999pF 量程时，由于分布电容的影响，测量结果减去分布电容值才是被测电容的准确值。
可以这样测出该电容表的量程分布电容值，把量程打在1pF~999pF 档，在不接被测电容的情况下，按动一下AN 按钮，测的计数结果就是该挡的分布电容值，经实验该数值一般为10pF 左右。
附表列出了各挡量程的组成关系。
第五章系统调试与测试结果5.1 基准脉冲信号的调试基准脉冲信号的调试关系到测试仪的精确度，关键是要调出11μs、1.1ms 和11ms 的三种标准脉冲信号，调试时需要借助一台示波器，通过调整分别R7、R8 和R9 等三个电阻的阻值，就可方便地得到这三个脉冲信号，电路中的R7、R8、R9 的阻值是实验数据，可能存在偏差。