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1、课题四：1、题目: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。2、主要技术指标： （1）设计制作一个具有数字显示功能的电容测量仪。（2）测量电容范围为0.01F99F。（3）设计电容数字测量仪的电路图。 （4）组装、调试电容数字测量仪单元电路和整机系统。 3、方案论证及选择（电路仿真部分）：数字式电容测量仪的方案分析方案一 容抗法测量电容电路其设计思想是首先利用一定频率（例为400Hz）的正弦波信号将被测量电容量Cx变成容抗Xc，然后进行C / VCA转换，把Xc
2、转换成交流信号电压，再经过AC / DC转换期取出平均值电压V0，送至31/2位或41/2位A/D转换器。由于平均值电压V0Cx，只要适当调节电路参数，即可直读电容量。容抗法测电容的优点是能自动调零，缩短了测量时间。优缺点：容抗法测电容的优点是能自动调零，缩短了测量时间。但精度不高，分立元件太多。方案二 单片机法测电容其设计思想是利用对被测电容进行冲放电，通过施密特触发器输出相应的时间脉冲宽度，送入单片机处理，最后送出正确的显示信号给显示电路。方案三 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
3、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。4、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
4、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。译码数码管显示单稳态电路提供合适的基准电压多谢振荡器5、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
5、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。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，单稳态触发器输出电压的脉宽为： Tw=RCln31.1RC 式（1） 这种电路产生的脉宽可以从几个微秒到数分钟，
6、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AD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。 4511BCD7段锁存/译码/驱动器 4518双BCD码计数器（十进制）6、 总体电路图
7、：7、调试过程及测试结果:由于对方案的理解不够深刻，使我们最后的设计不正确，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。8、主要元件清单：1电阻150、1K各2个2电阻10K、5.7K各1个3电容0.01uF2个4电容0.1uF、1uF各1个5开关1个674LS001个745181个845112个9阴极数码管2个10待测电容0.01uF、0.1uF、47uF各1个115552个9、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
8、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。 10、参考文献：1.邱关源.电路第四版.高等教育出版社2.沙占友.新编实用数字化测量技术.国防工业出版社3.康华光.陈大钦.电子技术基础模拟部分.高等教育出版社4.康华光.邹寿彬.电子技术基础数字部分.高等教育出版社5.蒋焕文.孙续 .电子测量.中国计量出版社6.杜虎林.数字万用表实用测量技法与故障检修.人民邮电出版社7.电子爱好者网
