数字电容测试仪

1、数字式电容测量仪的设计一、总体方案的选择数字式电容测量仪的设计可以有占空比可调的方波发生器产生基准方波信号，频率为10KHz，再通过555定时器构成单稳态电路。通过计数器计数显示电路显示当前电容容量。所设计的电容测量范围（1uF999uF）。误差2%左右。.拟定系统方案框图（1）方案一：纯硬件电路方波发生电路与门电路计数电路单稳态电路译码显示电路方波发生电路与门电路计数电路单稳态电路译码显示电路图1纯硬件构成系统框图（2）方案二：运用单片机程序编程设计电路图2含单片机程序设计电路图2含单片机程序设计电路.方案的分析和比较基于方案一较方案2只用到简单硬件，不需要编程，且大部分设计知识已经掌握，所

2、需的有设计到出图的时间比较少。所以选择方案一，简单，易行，节省时间。二、单元电路的设计1.时基电路时基电路是由占空比可调的555定时器构成的多谐振荡器，其基本工作原理如下：由于电路中二极管D1,D2的单向导电性，使电容器的充放电分开，改变电阻大小，就可调节多谐振荡器的占空比。图中Vcc通过R4、D2向电容C3充电，充电时间为t0.7RC3式（1）-ph4电气工程学院课程设计报告电气工程学院课程设计报告用用555定时器构成的单稳态触发器如图5所示。式（2）式（3）式（4）VCC555VIRTUAL图3占空比可调的方波发生器式（2）式（3）式（4）VCC555VIRTUAL图3占空比可调的方波发生

3、器电容器C3通过D1,R5及555中的三极管T放电，放电时间为tx0.7RC因而，振荡频率为pl511.43f=氏t+1(R4+R5)Cphpl3电路输出的占空比为R4q(%)=x100%R4+R5图4方波发生器的工作波形本次试验需要产生8.9KHz的频率，通过公式计算R4=3.2KQ,R5=10KQ,C3=0.01uf此时f=10.8KHz,通过模拟产生的基准频率为8.9KHz,满足误差要求。电气工程学院课程设计报告电气工程学院课程设计报告图5单稳态触发器VCC5V图5单稳态触发器VCC5V若没有触发信号这该电路电路通电后只有一种稳定状态out=0。若触发输入端施加触发信号(TRIVcc/3

4、),电路的输出状态由低电平跳变到高电平，电路进入暂稳态，放电三极管T截止。此后电容C2充电，当C2充电至Vc=2Vcc/3时，电路的输出电压由高电平翻转为低电平，电路回到稳定状态。脉宽tw为t1.1RC式(5)32t1.1RC式(5)32单稳态电路的工作波形如图6所示。图6工作波形3.闸门电路将方波发生电路，单稳态电路通过与门构成定时电路。如图7所示。5V将方波发生电路，单稳态电路通过与门构成定时电路。如图7所示。5V图7闸门电路1BH620.01口F闸门电路的波形如图8所示。1SC1QC-处QCS：-U-1QU-15：3C53m6而Tme恂1SC1QC-处QCS：-U-1QU-15：3C53

5、m6而Tme恂图8工作波形3.计数电路计数电路用74LS192,它是同步十进制可逆计数器，具有双时钟输入，并具有请出和置数等功能。由三个74LS192可构成100进制计数器。如图9所示。ABCDQAQBQCQDLOAD-BOCLR-COUPDOWNABCDQAQBQCQDLOAD-BOCLR-COUPDOWN丁丁丁7七124.译码显示电路译码显示电路是由74LS48D驱动七段显示电路，显示电路选择共阴极电路，因为74LS48D输出为低电平。如图10所示。7126354ABCD7126354图7126354ABCD7126354图10译码显示电路7126354电气工程学院课程设计报告电气工程学院

6、课程设计报告图图12仿真结果图三、总电路图VCC5V图11总电路图表1元器件明细表七段数字显示器X3555定时器x2导线若干译码器74LS48x3二极管1BH62x2开关若干十进制计数器74LS192x3电阻若干与门74F08x1电容若干四、仿真与调试(1)C2为测试电容，现取一个C2为10uF,经过仿真得出的结果如图12所示。电气工程学院课程设计报告电气工程学院课程设计报告=71263547126354111195174LS48DFGU12iABCDT7126354=71263547126354111195174LS48DFGU12iABCDT71263547126354取C2为57uF，经

7、过仿真得出的结果如图13所示。回3TBTDEff111195174LS48DOGU22iRTbTTR7126354图13仿真结果图取C2为129uF,经过仿真得出的结果如图14所示。图14仿真结果图取C2为387uF，经过仿真得出的结果如图15所示。图15图15仿真结果图本次课程设计先后经历了上网查询资料，到自己翻书设计。从不了解测量电容容量的原理，到理解原理。从模仿网上设计图，到自行设计，发觉自己的设计更简单，简洁，易行，优于网上找到的一些资料。在使用软件（MULTISIM肪真过程中，掌握了一些片子的模拟仿真接法，曾经一度为了一个十进制计数器不能正常显示而心灰意冷，后来发现自己的七段数字显示器选错了，错选了共阳极数字显示器，应该选择共阴极数码显示器，因为74LS48D的输出时低电平。在实际接线的过程中发