1、1、題目:簡易電容測試電路要求：能夠測0.01微法99微法范圍內的電容值，且可以換檔操作。用兩個數碼管作為顯示原件。測試時，測試電容接至測試端自動顯示出被測電容值，且響應時間不超過2秒。2、主要技術指標： （1）設計制作一個具有數字顯示功能的電容測量儀。（2）測量電容范圍為0.01F99F。（3）設計電容數字測量儀的電路圖。 （4）組裝、調試電容數字測量儀單元電路和整機系統(tǒng)。 3、方案論證及選擇（電路仿真部分）：數字式電容測量儀的方案分析方案一 容抗法測量電容電路其設計思想是首先利用一定頻率（例為400Hz）的正弦波信號將被測量電容量Cx變成容抗Xc，然后進行C / VCA轉換，把Xc轉換成交

2、流信號電壓，再經過AC / DC轉換期取出平均值電壓V0，送至31/2位或41/2位A/D轉換器。由于平均值電壓V0Cx，只要適當調節(jié)電路參數，即可直讀電容量。容抗法測電容的優(yōu)點是能自動調零，縮短了測量時間。優(yōu)缺點：容抗法測電容的優(yōu)點是能自動調零，縮短了測量時間。但精度不高，分立元件太多。方案二 單片機法測電容其設計思想是利用對被測電容進行沖放電，通過施密特觸發(fā)器輸出相應的時間脈沖寬度，送入單片機處理，最后送出正確的顯示信號給顯示電路。方案三 電容、電阻和施密特觸發(fā)器構成一個多諧振蕩器。在電源剛接通時，電容C上的電壓為0，多諧振蕩器輸出Vo為高電平，Vo通過R對電容C充電。當C上充得的電壓Vc

3、=Vt+時，施密特觸發(fā)器翻轉，Vo變成低電平，Vc又通過R放電，Vc下降，當Vc=Vt-時施密特觸發(fā)器又翻轉，輸出Vo又變成高電平。如此往復振蕩產生一系列時間脈寬送入單片進行中央處理，最后送出顯示信號通過LED顯示。本系統(tǒng)設計主要采用555集成定時器構成多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器等電路把被測電容的電容量轉換成電壓量，再把電壓量通過譯碼器把電壓量轉換成數字量并顯示，從而實現電容測量。4、系統(tǒng)組成框圖：它由測試電路和顯示電路兩部分組成。在測試電路中，第一個555定時器做多諧振電路，它通過電容配合電阻沖放電產生一系方波脈沖。第二個555定時器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它利用被測電容Cx的充放電過程去調制一個頻

4、率和占空比均固定的脈沖波形，使其占空比q與C 成正比，顯然經過衰減電路取出合適的脈寬的直流電壓Vo。然后由MC14433通過A/D轉換，同時由MC1403提供合適的基準電壓，再通過七段鎖存譯碼驅動器CD4511譯碼和MC1413的達林頓反向驅動從LED顯示器上讀出電容。譯碼數碼管顯示單穩(wěn)態(tài)電路提供合適的基準電壓多謝振蕩器5、單元電路設計及說明： 電容數字測量儀基本原理在數字電路中常使用矩形脈沖作為信號，進行信息傳遞，或作為時鐘信號用來控制和驅動電路。本實驗是自激多諧振蕩器，它是不需要外加信號觸發(fā)的矩形波發(fā)生器。另一類是他激多諧振蕩器，有單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它需要在外加觸發(fā)信號的作用下輸出具有一定寬度

5、的矩形脈沖波；有施密特觸發(fā)器(整形電路)，它對外加輸入的正弦波等波形進行整形，使電路輸出矩形脈沖波。在單穩(wěn)態(tài)電路中，當它輸出的的脈沖幅度一定時，其輸出脈沖電壓的平均值只與脈沖的頻率或脈寬成正比。如果將單穩(wěn)態(tài)電路CP端輸入的觸發(fā)脈沖的頻率固定，那么輸出脈沖電壓打的平均值就只與脈沖的寬度成正比了。電容測量的基本原理是：把電容量通過電路轉換成電壓量，然后把電壓量經模數轉換器轉換成數字量進行顯示。電容數字測量儀可由多種方法設計。如由555集成定時器構成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器等電路，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出電壓的脈寬為： Tw=RCln31.1RC 式（1） 這種電路產生的脈寬可以從幾個微秒到數分鐘，從式(1

6、)可以看到，當R固定時，改變電容c則輸出脈寬TW跟著改變，由Tw 的寬度可以求出電容的大小。把單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出電壓V o取平均值，由于電容量的不同，Tw的寬度也不同，則Vo的平均值也不同，由Vo的平均值大小也就可以得到電容C的大小。如果把這個Vo的平均值送到3 位AD轉換器，經顯示器顯示的數據就是電容量的大小。由于單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出脈沖寬度Tw與電容C成正比，還可利用數字頻率計的知識，把此脈沖作閘門時間和標準脈沖相“與”，得到計數脈沖，該計數脈沖送計數-鎖存-譯碼顯示系統(tǒng)就可以得到電容量的數據。 4511BCD7段鎖存/譯碼/驅動器 4518雙BCD碼計數器（十進制）6、 總體電路圖：7、調

7、試過程及測試結果:由于對方案的理解不夠深刻，使我們最后的設計不正確，改變思路、修改方案、仔細檢查后最后終于能夠顯示正確結果，但由于誤差及焊接電路問題較多，還是不夠準確。這也是我們以后應該注意的。8、主要元件清單：1電阻150、1K各2個2電阻10K、5.7K各1個3電容0.01uF2個4電容0.1uF、1uF各1個5開關1個674LS001個745181個845112個9陰極數碼管2個10待測電容0.01uF、0.1uF、47uF各1個115552個9、總結：通過這周對電容測量儀的設計，使我們了解很多芯片的功能及應用，更重要的是我們對芯片理解加深，豐富的了這方面的知識，課程設計是在模擬電路和數字電路理論基礎上進行的一次綜合性系統(tǒng)設計，通過設計和實踐，培養(yǎng)了我們的綜合運用知識、實踐操作及解決實際問題的能力，使我們牢固掌握課程中學到的電子線路的工作原理、分析方法和設計方法，學會電路的一般設計方法和設計流程，并應用這些方法進行一個實際的電子線路的系統(tǒng)設計。因種種原因調試不出正確結果，在不斷的調整和修改后，終于有了正確的結果，在失敗中也學到很多，這對我們以后學習中將會有很大的幫助，也會激勵我們在困難面前勇敢向前。 10、參考文獻：1.邱關源.電路第四版.高等教育出版社2.沙占友.新編實用數字化測量技術.