简易数显式电容测试仪的设计
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实验13 简易数显式电容测试仪的设计
一.实验目的
1 熟悉电子电路的设计的一般方法、步骤。 2 掌握数字电子技术的综合应用技术。 3 掌握电子电路的安装、调试及测量方法。 4 掌握电子技术设计性实验报告的撰写方 法。
二. 设计任务要求
利用常用的中小规模集成电路，设计一个实现对电
容器容量进行测量的电路，其要求如下：
1. 要求测量的电容量能数字显示。 2. 测量电容量的范围是1uF~100uF。 3. 测量精度±10%。
4. 分辨率0.1uF。
5. 有超量程指示。
三.预习要求
1. 根据设计任务要求，确定设计方案。 2．画出设计电路的系统框图和单元电路图。 3．对设计电路中的相关器件进行参数计算和 选择。 4. 将设计好的相关电路在Multisim软件上 进行电路设计与仿真。
六. 思考题
1．在本设计方案中，若要扩大电容的测量范围，其 解决方法是什么？ 2．在本设计方案中，若要提高电容的测量精度，其 方法是什么？ 3．在本设计方案中，被测电容的大小和测量时间有 什么关系？ 4．在本设计方案中，试设计加入自动量程转换电 路，要求画出电路图。
七. 参考器件
NE555 2块；74LS160 3块；74LS47 3块； 74LS00 2块；按键开关 2个；电位器 5k 1只； 电阻10k 1只；5.1k 1只；2k 1只；300Ω 3只； 1k 2只；电容10uF，1只；0.1uF 1只；LED数 码管（共阳） 3只。
四.设计方案参考
对电容进行测量的基本原理是将电容值换成与其成正 比的脉冲数或者与其成正比的时间，也可以转换成与其成 正比的电压，然后通过对脉冲计数或者通过A/D变换器， 最后通过译码、显示电路，即可数字显示出被测电容的容 量。图1是利用单稳态触发器、多谐振荡器、计数器、译 码器、显示器等电路组成的电容测量系统框图。其基本思 路是将被测电容CX通过单稳态触发器转换成与其成正比 的正脉冲宽度TW=KRCX，然后该正脉冲作为门控信号去 控制一时基脉冲，计数器对时基脉冲进行计数并显示，只 要适当的选择单稳态触发器的定时电阻R和时基脉冲的频 率，显示器即可直接显示被测电容CX的数值。
RT
D 1k 0.1uF S
1k
D
8
4
7 IC2(555)
6
C
3
2
1
5
CX
0.01uF
五. 实验步骤及要求
根据设计任务书要求，理论分析计算元器件参数， 正确选择元器件、集成电路型号。 正确画出各单元电路图及整体电路图。 将设计好的各个单元电路及系统电路在Multisim 电子电路设计仿真软件上进行仿真，直至满足设计 要求。 实际安装、调试各个单元电路，记录相关数据及波 形。 系统调试电路，排查故障，整体电路测试，记录相 关数据，分析误差原因。 整理相关设计文档及资料，撰写设计报告。
多谐振荡器
计数器
译码器及显示器
Cx
单稳态触发器
控制电路
超量程指示电路
图1
+5V
R
10 kΩ
十位
个位
8
4
7 IC1(555)
R 10 kΩ
3
6
B
A
C 1uF
2
1
5
显示译码器
0.01uF
显示译码器 D C BFra Baidu bibliotekA
+5V D C B A K +5V Q3 Q2 Q1 Q0 8421十进制 加法计数器 CP R E & Q3 Q2 Q1Q0 CP C0 8421十进制 加法计数器 R
一.实验目的
1 熟悉电子电路的设计的一般方法、步骤。 2 掌握数字电子技术的综合应用技术。 3 掌握电子电路的安装、调试及测量方法。 4 掌握电子技术设计性实验报告的撰写方 法。
二. 设计任务要求
利用常用的中小规模集成电路，设计一个实现对电
容器容量进行测量的电路，其要求如下：
1. 要求测量的电容量能数字显示。 2. 测量电容量的范围是1uF~100uF。 3. 测量精度±10%。
4. 分辨率0.1uF。
5. 有超量程指示。
三.预习要求
1. 根据设计任务要求，确定设计方案。 2．画出设计电路的系统框图和单元电路图。 3．对设计电路中的相关器件进行参数计算和 选择。 4. 将设计好的相关电路在Multisim软件上 进行电路设计与仿真。
六. 思考题
1．在本设计方案中，若要扩大电容的测量范围，其 解决方法是什么？ 2．在本设计方案中，若要提高电容的测量精度，其 方法是什么？ 3．在本设计方案中，被测电容的大小和测量时间有 什么关系？ 4．在本设计方案中，试设计加入自动量程转换电 路，要求画出电路图。
七. 参考器件
NE555 2块；74LS160 3块；74LS47 3块； 74LS00 2块；按键开关 2个；电位器 5k 1只； 电阻10k 1只；5.1k 1只；2k 1只；300Ω 3只； 1k 2只；电容10uF，1只；0.1uF 1只；LED数 码管（共阳） 3只。
四.设计方案参考
对电容进行测量的基本原理是将电容值换成与其成正 比的脉冲数或者与其成正比的时间，也可以转换成与其成 正比的电压，然后通过对脉冲计数或者通过A/D变换器， 最后通过译码、显示电路，即可数字显示出被测电容的容 量。图1是利用单稳态触发器、多谐振荡器、计数器、译 码器、显示器等电路组成的电容测量系统框图。其基本思 路是将被测电容CX通过单稳态触发器转换成与其成正比 的正脉冲宽度TW=KRCX，然后该正脉冲作为门控信号去 控制一时基脉冲，计数器对时基脉冲进行计数并显示，只 要适当的选择单稳态触发器的定时电阻R和时基脉冲的频 率，显示器即可直接显示被测电容CX的数值。
RT
D 1k 0.1uF S
1k
D
8
4
7 IC2(555)
6
C
3
2
1
5
CX
0.01uF
五. 实验步骤及要求
根据设计任务书要求，理论分析计算元器件参数， 正确选择元器件、集成电路型号。 正确画出各单元电路图及整体电路图。 将设计好的各个单元电路及系统电路在Multisim 电子电路设计仿真软件上进行仿真，直至满足设计 要求。 实际安装、调试各个单元电路，记录相关数据及波 形。 系统调试电路，排查故障，整体电路测试，记录相 关数据，分析误差原因。 整理相关设计文档及资料，撰写设计报告。
多谐振荡器
计数器
译码器及显示器
Cx
单稳态触发器
控制电路
超量程指示电路
图1
+5V
R
10 kΩ
十位
个位
8
4
7 IC1(555)
R 10 kΩ
3
6
B
A
C 1uF
2
1
5
显示译码器
0.01uF
显示译码器 D C BFra Baidu bibliotekA
+5V D C B A K +5V Q3 Q2 Q1 Q0 8421十进制 加法计数器 CP R E & Q3 Q2 Q1Q0 CP C0 8421十进制 加法计数器 R