简易电容测试电路

1、简易电容测试电路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。方案论证方案论证o 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。o 本系统设计主要采

2、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。A1555_VIRTUALGNDDISOUTRSTVCCTHRCONTRIU1A74LS00DU2B74LS00DR31k J1Key = BC310uF VCC5VJ2R8100kR91.0MR21K_LINKey = A 50%R110kR12470VCC414039003632313027142C10.1uF-POLCx1.0uF系统组成框图系统组成框图o 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

3、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。VCC5VA2555_VIRTUALGNDDISOUTRSTVCCTHRCONTRIR51k C410nFC5100nFR1010kR1110kR410K_LINKey = C 50%333534VCC02单稳态电

4、路多谐振荡器提供合适的基准电压译码数码管显示单元电路设计及说明单元电路设计及说明（电容数字测量仪基本原理）o 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。电容数字测量仪基本原理o 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

5、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。o 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。电容数字测量仪基本原理o 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AD转换

6、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。闸门电路：闸门电路：NE555构成的单稳态电路构成的单稳态电路 （触发时间为一秒）（触发时间为一秒）o 右图是人工启动单稳，右图是人工启动单稳，定时电阻定时电容位定时电阻定时电容位置分别为图中的置分别为图中的Rt和和Ct，也就是电路的结，也就是电路的结构特点是：构特点是：“RT-6.2-CT”。 以下为以下为555芯片内部电路图以及单稳态电路芯片内部电路图以及单稳态电路

7、工作波形（图中电容工作波形（图中电容C即为测试电容即为测试电容Cx）RCRCVVVRCtCCCCCCW1.13ln320ln连续触发电路：连续触发电路：NE555电路组成的多电路组成的多谐振荡器谐振荡器o连续触发电路：连续触发电路：NE555电路组成的多谐电路组成的多谐振荡器振荡器o根据电路图a，即T=0.7（R1+2R2）C1.(2)o(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。计数单元：（双十进制计数单元：（双十进制BC

8、D计数器）计数器）显示电路：（显示电路：（CD4511驱动共阴数码管）驱动共阴数码管）4511BCD7段锁存段锁存/译码译码/驱动器驱动器 4518双双BCD码计数器码计数器（十进制）（十进制）R61k R71k U4A BC D E F GCKU5A BC D E F GCAHU64511BD_5VDA7DB1DC2DD6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14EL5BI4LT3U74511BD_5VDA7DB1DC2DD6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14EL5BI4LT3VCC5VVCC5VU8A4518BP_5V1A31B41C51D6EN12MR17

9、CP11U9B4518BP_5V1A31B41C51D6EN12MR17CP11VCC5VVCCVCC13 14 15 1617 18 19VCC222423 25 26 27 28 29 30313233343536372012调试过程及测试结果调试过程及测试结果o 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。主要元件清单主要元件清单o电阻电阻 10K、5.7K 各各1个个o电容电容 0.01uF 2个个o电容电容 0.1uF、1uF 各各1个个o开关开关 1个个o74LS00 1个个o4518 1个个o4电阻电阻 150、1K 各各2个个o511 2个个o七段共阴数码管七段共阴数码管 2个个o待测电容待测电容 0.01uF、0.1uF、47uF 各各1个个o555 2个个总结总结o 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