简易电容测试电路
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简易电容测试电路
要求：能够测0.01微法—99微法范围内的电容值， 且可以换档操作。用两个数码管作为显示原件。测 试时，测试电容接至测试端自动显示出被测电容值， 且响应时间不超过2秒。
百度文库
方案论证
电容、电阻和施密特触发器构成一个多谐振荡器。 在电源刚接通时，电容C上的电压为0，多谐振荡器 输出Vo为高电平，Vo通过R对电容C充电。当C上充 得的电压Vc=Vt+时，施密特触发器翻转，Vo变成低 电平，Vc又通过R放电，Vc下降，当Vc=Vt-时施密 特触发器又翻转，输出Vo又变成高电平。如此往复 振荡产生一系列时间脉宽送入单片进行中央处理， 最后送出显示信号通过LED显示。 本系统设计主要采用555集成定时器构成多谐振荡 器、单稳态触发器等电路把被测电容的电容量转换 成电压量，再把电压量通过译码器把电压量转换成 数字量并显示，从而实现电容测量。
0
连续触发电路：NE555电路组成的多 谐振荡器
连续触发电路：NE555电路组成的多谐 振荡器
根据电路图a，即T=0.7（R1+2R2） C1……………………………………….(2) (1)/(2)得到计数N，N=Tw/T=1.1RCx/0.7(R1+2R2)C。当Cx=1uF 时，计数N为Cx以uF为单位的倍数。而电路中出现的档位操作是用来调 节单稳态电路出现高电平的时间，也是切换电容的单位的操作。
3 4 5 6
5 4 3
VCC
5V
DA DB DC DD
调试过程及测试结果
由于对方案的理解不够深刻，使我们最后的 调试不正确，改变思路、修改方案、仔细检 查后最后终于能够显示正确结果，但由于误 差及焊接电路问题较多，还是不够准确。这 也是我们以后应该注意的。
主要元件清单
1. 电阻 10K、5.7K 2. 电容 0.01uF 3. 电容 0.1uF、1uF 4. 开关 5. 74LS00 6. 4518 7. 4电阻 150、1K 8. 511 9. 七段共阴数码管 10.待测电容 0.01uF、0.1uF、47uF 11.555 各1个 2个 各1个 1个 1个 1个 各2个 2个 2个 各1个 2个
总结
通过这周对电容测量仪的设计，使我们了解很多芯 片的功能及应用，更重要的是我们对芯片理解加深， 丰富的了这方面的知识，课程设计是在模拟电路和 数字电路理论基础上进行的一次综合性系统设计， 通过设计和实践，培养了我们的综合运用知识、实 践操作及解决实际问题的能力，使我们牢固掌握课 程中学到的电子线路的工作原理、分析方法和设计 方法，学会电路的一般设计方法和设计流程，并应 用这些方法进行一个实际的电子线路的系统设计。 因种种原因调试不出正确结果，在不断的调整和修 改后，终于有了正确的结果，在失败中也学到很多， 这对我们以后学习中将会有很大的帮助，也会激励 我们在困难面前勇敢向前。
闸门电路：NE555构成的单稳态电路 （触发时间为一秒）
右图是人工启动单稳， 定时电阻定时电容位 置分别为图中的Rt和 Ct，也就是电路的结 构特点是：“RT6.2-CT”。
以下为555芯片内部电路图以及单稳态电路 工作波形（图中电容C即为测试电容Cx）
vI t
0
vC
2VCC /3
0
t
vo t
计数单元：（双十进制BCD计数器） 显示电路：（CD4511驱动共阴数码管）
4511BCD—7段锁存 /译码/驱动器
4518双BCD码计数器 （十进制）
R6 1k 22
R7 1k 24
CK
CA
U4
A B C D E F G A B C D E F G H
U5
37 36 35 34 33 32 31
THR
27 1
TRI CON GND
74LS00D C1 0.1uF-POL Cx
C3 10uF 0
555_VIRTUAL
1.0uF
系统组成框图
它由测试电路和显示电路两部分组成。在测试电路 中，第一个555定时器做多谐振电路，它通过电容 配合电阻冲放电产生一系方波脉冲。第二个555定 时器组成单稳态触发器，它利用被测电容Cx的充放 电过程去调制一个频率和占空比均固定的脉冲波形， 使其占空比q与C 成正比，显然经过衰减电路取出 合适的脉宽的直流电压Vo。然后由MC14433通过A/D 转换，同时由MC1403提供合适的基准电压，再通过 七段锁存译码驱动器CD4511译码和MC1413的达林顿 反向驱动从LED显示器上读出电容。
DA DB DC DD
7 1 2 6
5 4 3
7 1 2 6
VCC 13 14 15 16 20 17 18 19
3 4 5 6
1A 1B 1C 1D
CP1
EN1 MR1
5V
2 7
1
2 7
EN1 MR1
VCC
12
1
CP1
U8A VCC 4518BP_5V
U9B 4518BP_5V
1A 1B 1C 1D
电容数字测量仪基本原理
在单稳态电路中，当它输出的的脉冲幅度一定时， 其输出脉冲电压的平均值只与脉冲的频率或脉宽成 正比。如果将单稳态电路CP端输入的触发脉冲的频 率固定，那么输出脉冲电压打的平均值就只与脉冲 的宽度成正比了。 电容测量的基本原理是：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器转换成数字量 进行显示。电容数字测量仪可由多种方法设计。如 由555集成定时器构成单稳态触发器、多谐振荡器 等电路。
提供合适的基
准电压
单元电路设计及说明（电容数字测量仪基本原理）
在数字电路中常使用矩形脉冲作为信号，进 行信息传递，或作为时钟信号用来控制和驱 动电路。本实验是自激多谐振荡器，它是不 需要外加信号触发的矩形波发生器。另一类 是他激多谐振荡器，有单稳态触发器，它需 要在外加触发信号的作用下输出具有一定宽 度的矩形脉冲波；有施密特触发器(整形电 路)，它对外加输入的正弦波等波形进行整 形，使电路输出矩形脉冲波。
VCC R4 34 10K _LIN Key = C R5 1k A2 50%
RST DIS THR TRI VCC OUT
VCC
5V
35R10 10k
33 2 C4 10nF
CON GND
555_VIRTUAL
R11 10k
C5 100nF 0
单稳态电路
译码数码管显 示
多谐振荡器
23 25 26 27 28 29 30
13 12 11 10 9 15 14
OA OB OC OD OE OF OG
U6 VCC
4511BD_5V
4511BD_5V
~EL ~BI ~LT
~EL ~BI ~LT
OA OB OC OD OE OF OG
13 12 11 10 9 15 14
U7 VCC 5V
电容数字测量仪基本原理
这种电路产生的脉宽可以从几个微秒到数分钟，从 式(1)可以看到，当R固定时，改变电容c则输出脉 宽TW跟着改变，由Tw 的宽度可以求出电容的大小。 把单稳态触发器的输出电压V o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的平均值大小也就可以得到电容C的大小。 如果把这个Vo的平均值送到3 位A／D转换器，经显 示器显示的数据就是电容量的大小。由于单稳态触 发器的输出脉冲宽度Tw与电容C成正比，还可利用 数字频率计的知识，把此脉冲作闸门时间和标准脉 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。
VCC 5V VCC
R2 50% 1K _LIN Key = A 39 R12 470 40 R8 R9 100k 1.0M 30
R1 10k
31 A1 J2
VCC RST DIS OUT
U1A 42 74LS00D 36 R3 41 1k J1 Key = B 0 32 U2B
要求：能够测0.01微法—99微法范围内的电容值， 且可以换档操作。用两个数码管作为显示原件。测 试时，测试电容接至测试端自动显示出被测电容值， 且响应时间不超过2秒。
百度文库
方案论证
电容、电阻和施密特触发器构成一个多谐振荡器。 在电源刚接通时，电容C上的电压为0，多谐振荡器 输出Vo为高电平，Vo通过R对电容C充电。当C上充 得的电压Vc=Vt+时，施密特触发器翻转，Vo变成低 电平，Vc又通过R放电，Vc下降，当Vc=Vt-时施密 特触发器又翻转，输出Vo又变成高电平。如此往复 振荡产生一系列时间脉宽送入单片进行中央处理， 最后送出显示信号通过LED显示。 本系统设计主要采用555集成定时器构成多谐振荡 器、单稳态触发器等电路把被测电容的电容量转换 成电压量，再把电压量通过译码器把电压量转换成 数字量并显示，从而实现电容测量。
0
连续触发电路：NE555电路组成的多 谐振荡器
连续触发电路：NE555电路组成的多谐 振荡器
根据电路图a，即T=0.7（R1+2R2） C1……………………………………….(2) (1)/(2)得到计数N，N=Tw/T=1.1RCx/0.7(R1+2R2)C。当Cx=1uF 时，计数N为Cx以uF为单位的倍数。而电路中出现的档位操作是用来调 节单稳态电路出现高电平的时间，也是切换电容的单位的操作。
3 4 5 6
5 4 3
VCC
5V
DA DB DC DD
调试过程及测试结果
由于对方案的理解不够深刻，使我们最后的 调试不正确，改变思路、修改方案、仔细检 查后最后终于能够显示正确结果，但由于误 差及焊接电路问题较多，还是不够准确。这 也是我们以后应该注意的。
主要元件清单
1. 电阻 10K、5.7K 2. 电容 0.01uF 3. 电容 0.1uF、1uF 4. 开关 5. 74LS00 6. 4518 7. 4电阻 150、1K 8. 511 9. 七段共阴数码管 10.待测电容 0.01uF、0.1uF、47uF 11.555 各1个 2个 各1个 1个 1个 1个 各2个 2个 2个 各1个 2个
总结
通过这周对电容测量仪的设计，使我们了解很多芯 片的功能及应用，更重要的是我们对芯片理解加深， 丰富的了这方面的知识，课程设计是在模拟电路和 数字电路理论基础上进行的一次综合性系统设计， 通过设计和实践，培养了我们的综合运用知识、实 践操作及解决实际问题的能力，使我们牢固掌握课 程中学到的电子线路的工作原理、分析方法和设计 方法，学会电路的一般设计方法和设计流程，并应 用这些方法进行一个实际的电子线路的系统设计。 因种种原因调试不出正确结果，在不断的调整和修 改后，终于有了正确的结果，在失败中也学到很多， 这对我们以后学习中将会有很大的帮助，也会激励 我们在困难面前勇敢向前。
闸门电路：NE555构成的单稳态电路 （触发时间为一秒）
右图是人工启动单稳， 定时电阻定时电容位 置分别为图中的Rt和 Ct，也就是电路的结 构特点是：“RT6.2-CT”。
以下为555芯片内部电路图以及单稳态电路 工作波形（图中电容C即为测试电容Cx）
vI t
0
vC
2VCC /3
0
t
vo t
计数单元：（双十进制BCD计数器） 显示电路：（CD4511驱动共阴数码管）
4511BCD—7段锁存 /译码/驱动器
4518双BCD码计数器 （十进制）
R6 1k 22
R7 1k 24
CK
CA
U4
A B C D E F G A B C D E F G H
U5
37 36 35 34 33 32 31
THR
27 1
TRI CON GND
74LS00D C1 0.1uF-POL Cx
C3 10uF 0
555_VIRTUAL
1.0uF
系统组成框图
它由测试电路和显示电路两部分组成。在测试电路 中，第一个555定时器做多谐振电路，它通过电容 配合电阻冲放电产生一系方波脉冲。第二个555定 时器组成单稳态触发器，它利用被测电容Cx的充放 电过程去调制一个频率和占空比均固定的脉冲波形， 使其占空比q与C 成正比，显然经过衰减电路取出 合适的脉宽的直流电压Vo。然后由MC14433通过A/D 转换，同时由MC1403提供合适的基准电压，再通过 七段锁存译码驱动器CD4511译码和MC1413的达林顿 反向驱动从LED显示器上读出电容。
DA DB DC DD
7 1 2 6
5 4 3
7 1 2 6
VCC 13 14 15 16 20 17 18 19
3 4 5 6
1A 1B 1C 1D
CP1
EN1 MR1
5V
2 7
1
2 7
EN1 MR1
VCC
12
1
CP1
U8A VCC 4518BP_5V
U9B 4518BP_5V
1A 1B 1C 1D
电容数字测量仪基本原理
在单稳态电路中，当它输出的的脉冲幅度一定时， 其输出脉冲电压的平均值只与脉冲的频率或脉宽成 正比。如果将单稳态电路CP端输入的触发脉冲的频 率固定，那么输出脉冲电压打的平均值就只与脉冲 的宽度成正比了。 电容测量的基本原理是：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器转换成数字量 进行显示。电容数字测量仪可由多种方法设计。如 由555集成定时器构成单稳态触发器、多谐振荡器 等电路。
提供合适的基
准电压
单元电路设计及说明（电容数字测量仪基本原理）
在数字电路中常使用矩形脉冲作为信号，进 行信息传递，或作为时钟信号用来控制和驱 动电路。本实验是自激多谐振荡器，它是不 需要外加信号触发的矩形波发生器。另一类 是他激多谐振荡器，有单稳态触发器，它需 要在外加触发信号的作用下输出具有一定宽 度的矩形脉冲波；有施密特触发器(整形电 路)，它对外加输入的正弦波等波形进行整 形，使电路输出矩形脉冲波。
VCC R4 34 10K _LIN Key = C R5 1k A2 50%
RST DIS THR TRI VCC OUT
VCC
5V
35R10 10k
33 2 C4 10nF
CON GND
555_VIRTUAL
R11 10k
C5 100nF 0
单稳态电路
译码数码管显 示
多谐振荡器
23 25 26 27 28 29 30
13 12 11 10 9 15 14
OA OB OC OD OE OF OG
U6 VCC
4511BD_5V
4511BD_5V
~EL ~BI ~LT
~EL ~BI ~LT
OA OB OC OD OE OF OG
13 12 11 10 9 15 14
U7 VCC 5V
电容数字测量仪基本原理
这种电路产生的脉宽可以从几个微秒到数分钟，从 式(1)可以看到，当R固定时，改变电容c则输出脉 宽TW跟着改变，由Tw 的宽度可以求出电容的大小。 把单稳态触发器的输出电压V o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的平均值大小也就可以得到电容C的大小。 如果把这个Vo的平均值送到3 位A／D转换器，经显 示器显示的数据就是电容量的大小。由于单稳态触 发器的输出脉冲宽度Tw与电容C成正比，还可利用 数字频率计的知识，把此脉冲作闸门时间和标准脉 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。
VCC 5V VCC
R2 50% 1K _LIN Key = A 39 R12 470 40 R8 R9 100k 1.0M 30
R1 10k
31 A1 J2
VCC RST DIS OUT
U1A 42 74LS00D 36 R3 41 1k J1 Key = B 0 32 U2B