课程设计说明书
课程设计名称：电路课程设计
课程设计题目：数字式电容测试仪
学院名称：信息工程学院
专业：电子信息科学与技术班级：
学号：姓名：
评分：教师：
20 14 年 10 月 12 日
数字电路 课程设计任务书
20 14 －20 15 学年 第 1 学期 第 1 周－ 4 周
注：1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带一份备查
2、课程设计结束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务存档。
题目
数字式电容测试仪
内容及要求
设计制作一电容式测试仪 【基本要求】
① 设计一个能测量电容容量在100pF-100uF 之间的测试仪 ② 用3位数码管显示 ③ 多测量量程 【提高要求】 ①超量程判断及显示 ②击穿电容测试保护
进度安排
2014.9.1-2014.9.7：布置课题，查阅资料，方案分析并进行电路仿真； 2014.9.8-2014.9.23：完成系统的制作、焊接、调试； 2014.9.24-2014.9.28：设计结果检查，完成设计报告。
学生姓名：
指导时间：2014.9.1-2014.9.28
指导地点：综合楼中
506
任务下达 2014 年 9月 1 日 任务完成 2014年 9 月 28 日
考核方式 1.评阅 □
√ 2.答辩 □ 3.实际操作□√ 4.其它□ 指导教师
系（部）主任
电容具有隔直流同交流的能力，在电子电路中是十分重要的元件，电容的容值在电路设计中是一重要因素。由于在使用一段时间后，电容容值与出厂是所标注的值有所偏差，这就需要设计仪器去测量电容容值。传统的测量方法都采用交流电桥法和谐振法，通常采用刻度读数，此方法不够直观。
本课题主要介绍了数字电容测量仪的原理和设计思想。它由测试电路和显示电路两部分组成。在测试电路中555定时器做多谐振荡器，它通过电容配合电阻充放电产生一系列的方波脉冲，通过计数器记数算出电容的值，最后通过数码管显示被测电容的容值。
该电容测量仪相对比较直观，且误差较小，将在电容测量方面显示出它读数方便，精确的优越性。
关键词：测脉法，脉冲，数显，电容
一、绪论 (5)
1.1.课程设计的背景 (5)
1.2.课程设计的内容 (5)
1.3.课程设计的目的 (5)
1.4.课程设计指标与要求 (5)
二、总体设计方案 (6)
2.1.设计原理框图 (6)
2.2.方案设计 (6)
2.3.各模板功能简介 (6)
三、课程设计的步骤 (7)
3.1.555集成定时器功能表 (7)
3.2.多谐振荡器电路的设计 (7)
3.3.单稳态触发器电路的设计 (8)
3.4.数字显示电路的设计 (9)
3.5.总电路图的设计 (10)
四、电路的调试 (12)
五、结论 (14)
六、参考文献 (15)
七、附录 (16)
附录一数电元器件清单 (16)
附录二实物图 (17)
附录三原理图、仿真图及PCB版图 (29)
一、绪论
1.1.课程设计的背景
很多电子产品中，电容器都是必不可少的电子元件，它在电子设备中充当整流器的平滑滤波、电源的退耦、交流信号的旁路、交直流电路的交流耦合等。固定电容的容量可直接从标称容量上读出，而可调电容的容量则不确定。传统的测量方法都采用交流电桥法和谐振法，通常采用刻度读数，此方法不够直观，因此，设计一个简易电容测试仪作为测量工具是有必要的。1.2.课程设计的内容
本次课程设计的内容是独立完成一个数字电容测试仪的设计，采用EWB
电路仿真设计软件完成数字电容测试仪电路的设计及仿真调试，在微机上仿真实现数字电容测试仪的设计。
课程设计具体内容：框图中的外接电容是定时电路中的一部分。当外接电容的容量不同时，与定时电路所对应的时间也有所不同，即C=f(t)，而时间与脉冲数目成正比，脉冲数目可以通过计数译码获得。
1.3.课程设计的目的
掌握multisim在电子设计中的仿真，分析，调试等应用。
掌握电容数字测量仪的设计组装与调试方法。
熟悉相应的中大规模集成电路的使用方法，并掌握其工作原理
1.4.课程设计指标与要求：
指标：
(1)被测电容的容量在0.01μF至100μF范围内。
(2)设计测量量程。
(3)用3位数码管显示测量结果，测量误差小于20%。
课题任务要求：
1、画出总体设计框图，以说明数字电容测试仪由哪些相对独立的功能模块组成，标出各个模块之间互相联系，时钟信号传输路径、方向和频率变化。并以文字对原理作辅助说明。
2、设计各个功能模块的电路图，加上原理说明。
3、选择合适的元器件，在EWB上连接验证、仿真、调试各个功能模块的电路。在连接验证时设计、选择合适的输入信号和输出方式，在充分电路正确性同时，输入信号和输出方式要便于电路的仿真、调试和故障排除。
4、在验证各个功能模块基础上，对整个电路的元器件和连接，进行合理布局，进行整个数字钟电路的连接验证、仿真、调试。
5、自行接线验证、仿真、调试，并能检查和发现问题，根据原理、现象和仿真结果分析问题所在，加以解决。学生要解决的问题包括元器件选择、连接和整体设计引起的问题。
二、总体设计方案
2.1.设计原理框图
图1、电容测量仪原理框图
2.2.方案设计
利用单稳态触发器充放电规律等，可以把被测电容的大小转换成脉冲的宽度，即控制脉冲的宽度Tx严格与Cx成正比。只要把此脉冲与频率固定不变的方波即时钟方波相与，就可得到计数脉冲，把计数脉冲送给计数器计数，在显示器中显示计数脉冲的个数。如果计数脉冲的频率等参数合适，数字显示的数字N便与Cx的大小。之所以选择该方案是考虑到这个方案不仅设计比较容易实现，而且必要时还可以扩展量程，更重要的是该方案设计出来的数字测试仪测量的结果比较精确。
2.3.各模块功能简介
控制电路的功能是经单稳态触发器将被测电容转化成宽度与之成正比的
单个脉冲。
多谐振荡器提供标准的时钟脉冲，以便将单稳态产生的脉冲宽度用标准时钟脉冲个数来表示。
计数显示电路显示单稳态触发器脉冲宽度对应的标准时钟脉冲的个数。
三、课程设计的步骤
3.1. 555集成定时器功能表
我们给出555集成定时器功能表，如表1：
输入输出
阈值输入端6 触发输入端2 复位端4 输出端3 放电管T端7 ××0 0 导通<2/3Vcc <1/3Vcc 1 1 截止
>2/3Vcc >1/3Vcc 1 0 导通
<2/3Vcc >1/3Vcc 1 不变不变
表1 555集成定时器功能表
3.2多谐振荡器电路的设计
振荡器是数字电容测量仪的核心，振荡器的稳定度以及其所产生的基准频率的稳定度决定了数字电容测量仪的准确度，通常选用石英晶振构成振荡电路。在要求不高的情况下可以选用555构成的多谐振荡器。
555组成多谐振荡器的工作原理如下：
接通电源Vcc后，Vcc经电阻R1和R2对电容C充电，其电压UC由0按指数规律上升。当UC≥2/3VCC时，电压比较器C1和C2的输出分别为UC1=0、UC2=1，基本RS触发器被置0，Q=0、Q’=1,输出U0跃到低点平UoL。与此同时，放电管V导通，电容C经电阻R2和放电管V放电，电路进入暂稳态。随着电容C放电，Uc下降到Uc≤1/3Vcc时，则电压比较器C1和C2的输出为Uc1=1、Uc2=0，基本RS 触发器被置1，Q=1，Q’=0，输出U0 由低点平UoL跃到高电平UoH。同时，因Q’=0，放电管V截止，电源Vcc又经过电阻R1和R2对电容C充电。电路又返回前一个暂稳态。因此，电容C上的电压Uc将在2/3Vcc和1/3Vcc之间来回充电和放电，从而使电路产生了振荡，输出矩形脉冲。
图2多谐振荡器波形图
多谐震荡周T为： T=T1+T2。t1为电容C上的电压由1/3Vcc充到2/3Vcc所需的时间，充电回路的时间常数为R2C。T1可用下式估算
T1=（R1+R2）Cln2≈（R1+R2）Cln2
T2为电容C上的电压由2/3Vcc下降到1/3Vcc所需的时间，放电回路的时间常数为R2C。
T2可用下式估算
T2=R2Cln2≈R2Cln2
所以，多谐振荡器的振荡频率周期T为
T=T1+T2≈（R1+2R2）Cln2
振荡频率为
f=1/T=1/（（R1+2R2）Cln2）
555构成的多谐振荡器电路如图3：
所设计的多谐振荡器电路仿真波形图如图4：
图4多谐振荡器电路仿真波形图
3.3单稳态触发器电路的设计
单稳态触发器所产生波形用于控制计数，由555定时器组成的单稳触发器，它既为下级的多谐触发器提供输入脉冲，又为后面计数器开始计数提供信号脉冲。
单稳态触发器的工作特特性具有如下特点：
第一，它有稳态和暂稳态两个不同的工作状态；
第二，在外界触发脉冲作用下，能从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持一段时间后，再自动回到稳态；
第三，暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，与触发脉冲的宽度和幅度无关。
在图6所示的单稳态触发器，在电容测试中用作测量控制的，如果开关J1断开，则经过反相器后，端口2处于高电平，那么稳态时这个555定时电路一定处于Vc1= Vc2=1、Q=0、V0=0的状态。通电后电路便自动地停在V0=0的稳态。
当开关J1闭合时，经反相器后，端口2处于高电平，使555定时电路Vc2=0，锁存器被置1，V0跳变成高电平，电路进入暂稳态。与此同时TD截止，Vcc 经R3开始向电容Cx充电。当充至Vcx=2/3Vcc时，锁存器被置0，输出V0=0状态。
图5 单稳态触发器原理波形图单稳触发器输出脉冲的宽度等于暂稳态的持续时间，即
Tw=RCxln3=1.1RCx（3－5）设计的电路图如图6：
图6 单稳触发器电路图
单稳触发器仿真电路的输出波形如图7：
图7 单稳触发器仿真电路的输出波形图3.4数字显示电路的设计：
我们采用74LS160作为计数器，74LS160引脚图如图8：
图8 74LS160引脚图
74LS160的 A、B、C、D为输入端，QA、QB、QC、QD为输出端，RCO为进位输出端，CLK为脉冲输入（低电平有效），ENP、ENT为计数制端，CLR为异步清除输入端（低电平有效），LOAD为同步并行置入控制端（低电平有效）。
图9所示的是由3片74LS160组成的异步1000进制计数器，把个位计数器的进位输出端RCO接到十位计数器的CLK端。第一片每计到9时RCO端输出变为高点平，下一个计数脉冲到达后，第一片计成0状态，而第二片计成1，可见，这3片74LS160不是同步工作的。
计数器的输出端接到只有四引脚的八段数码显示管上，数码管上显示的数值即为计数器所计脉冲的个数。
图9 计数器电路图
3.5总电路图的设计
上面我们已经的到由555组成的多谐振荡器的振荡周期为
T=T1+T2=（R1+2R2）Cln2
为了便于计算，式中取R1=R2，则上式可化为
T=T1+T2=3R1Cln2
计数器在单稳触发器高电平时（经过反相器变换为低电平后）开始计多谐振荡器的周期数，满足下述关系式Tw=T，即
1.1RCx=N3R1Cln2 若要显示器直接显示出Cx的值，则应该满足Cx=N 1.1R=3R1Cln2
本设计中，我们通过控制R的大小来设置俩个不同的档位，由一个单刀双掷开关来控制。我们取C=1uF，当R=1kΩ时测量电容范围为
1uF-100uF,R=100kΩ时测量电容范围为0.01uF-1uF,通过计算可得
R1=1.1R/(3Cln2)≈526Ω。
把多谐振捣器的输出和单稳态控制电路的输出通过一个与门相与，然后再接到计数器电路的低位脉冲信号输入端CLK。这样数码管上显示的数值就
是被测电容的容值。
总电路图如图图10：
图10 数字电容测试仪总电路图脉冲输入端的仿真波形如图11：
图11 脉冲输入端的仿真波形图
四、电路的调试
首先按照原理在仿真软件上绘制好图形，检查无误后即可调试。计数和显示电路只要连接正确，一般都能正常工作，不用调整，主要调试时钟脉冲发生器，使其振荡频率符合设计要求，我们采用用示波器检测波形进行调整。
1uF-100uF档位电路图调试如下：
我们将开关打到R=1kΩ调试 1uF-100uF档位，显示的数字为被测电容容值大小的R倍，将一个位于1uF-100uF范围的标准电容接到测试端，我们以80uF为例，接通开关S，使单稳态电路产生一个控制脉冲，其脉冲宽度为Tw=RCxln3= 1.1RCx
现实的数字不是80，则说明时钟脉冲的频率不符合要求，我们可以调节R1的大小重复上述步骤，直到符合要求为止。经过调试我发现当R1=524时最为合适。调试结果如图12：
图12 1uF-100uF档位调试结果图
误差计算：(80-80)/100=0%<20%符合要求
0.01uF-1uF档位电路图调试：
我们将开关打到R=100kΩ测试0.01uF-1uF档位，调试同上，以被测电容大小为0.56uF为例，如果现实的数字不是56，则说明时钟脉冲的频率不符合要求，我们可以调节R1的大小重复上述步骤，直到符合要求为止。经过调试我发现当R1=524时最为合
适。调试结果如图13：
误差计算:(0.57-0.56)/100=0.01%<20%符合要求。
五、结论
做课程设计是为了让我们对平时学习的理论知识与实际相结合，在理论和实验教学基础上进一步巩固已学基本理论以及应用知识并加以综合提高，学会将知识应用于实际的方法，提高分析和解决问题的能力。
通过这次对数字电容测量仪的设计与仿真，让我了解了设计电路的程序，也让我了解有关数字电容测量仪的原理与设计理念。刚拿到这个题目，不知道该如何下手，通过查阅资料，和本组成员一起讨论以及从网上和图书馆搜集关于数字电容测试仪的资料，对其原理有了比较系统的认识，经过设计方案的比较，我们最终决定用单稳态触发器做时间控制回路，用多谐振荡器产生脉冲。
课程设计开始时，我们尝试用施密特触发发器做成的多谐振荡器做脉冲信号发生器。但是，由于它产生的脉冲信号不够稳定，我们最终选择了555定时器组成的多谐振荡器，最后终于成功的达到了设计所要达到的要求。
回顾此次课程设计，至今我感慨颇多，我深深地感受到了自己所学知识的有限。从查阅资料到电路设计，从理论学习到实践总结，在整整一个星期的日子里可以说是苦多于甜，但是的确可以学到很多很多的东西。
这次设计不仅仅是一次设计，它不仅巩固了我以前所学的知识，还让我学到了许多新的知识，知道了如何使用multisim软件，对一些芯片的功能也有了进一步的了解。看到自己设计的电路，我觉得无比兴奋，这进一步加强了我的信心，让我对未来充满了憧憬。
六、参考文献
[1]邓谦，刘清平，张琦，黄丽贞. 电子技术实践 2. 南昌. 南昌航空大学信息工程学院电子实验实践中心. 2010.3
[2]康华光. 电子技术基础.模拟部分（第五版）.北京. 高等教育出版社. 2012.3
[3]邱关源,罗先觉. 电路（第五版）.北京. 高等教育出版社. 2011.10
[4]童诗白，华成英. 模拟电子技术基础[M].第四版. 北京. 高等教育出版社. 2006.
[5]陈梓成. 实用电子电路设计与调试. 北京. 中国电力出版社. 2006.6
[6]杨绪东，刘行景，杨兴瑶. 实用电子电路精选. 北京. 化学工业出版社. 2004.3
[7陈大钦. 模拟电子技术基础. 北京. 机械工业出版社. 2006.2
[8]黄继昌，张海贵，徐巧鱼. 数字集成电路应用集萃. 北京. 中国电力出版社. 2008.4
[9]吴慎山. 数字电子技术实验与实践. 北京. 电子工业出版社. 2011.4
[10]戴伏生. 基础电子电路设计与实践. 北京. 国防出版社. 2004.6
七、附录
附录一数电元器件清单
1 电阻100Ω 1
2 电阻300Ω 1
3 电阻1KΩ 1
4 电阻10KΩ 2
5 电阻1MΩ 1
6 电容0.01uf 2
7 电容0.1uf 1
8 电容1uf 1
9 测试电容100uf 1
10 测试电容 4.7uf 1
11 测试电容0.047uf 1
12 滑动变阻1KΩ 2
13 蜂鸣器有源 1
14 芯片NE555 2
15 芯片7404 1
16 芯片74S08 1
17 芯片74LS160 3
18 芯片74LS48D 3
19 数码管共阴 3
20 LED 发光二极管 1
附录二实物图
数字式电容测试仪（数电）正面（失败品）
数字式电容测试仪（数电）反面（失败品）
数字式电容测试仪（数电）正面（成功品）
数字式电容测试仪（数电）反面（成功品）
附录三原理图、仿真图及PCB版图
原理图
仿真图
PCB版图
数字式电容测试仪的设计
目录 摘要 ................................................................................... 综述 (1) 1 方案设计与分析 (2) 1.1恒压充电法测量 (2) 1.2恒流充电法测量 (2) 1.3脉冲计数法测量 (2) 2 电路设计框图及功能描述 (3) 2.1 电路设计框图 (3) 2.2 电路设计功能描述 (3) 3 电路原理设计及参数计算 (4) 3.1电路原理设计 (4) 3.2单元电路设计与参数计算 (4) 3.2.1控制器电路 (4) 3.2.2时钟脉冲发生器 (5) 3.2.3计数和显示电路 (6) 4 单元电路仿真波形及调试 (8) 4.1多谐振荡器 (8) 4.2单稳态触发器 (9) 4.2.1稳定状态 (9) 4.2.2暂稳态状态 (9)
4.2.3 自动回复状态 (9) 4.3电路原理图与仿真结果显示 (10) 4.3.1电路原理图 (10) 4.3.2仿真结果显示 (11) 5课程设计体会 (14) 参考文献 (15)
摘要 本设计是基于555定时器，连接构成多谐振荡器以及单稳态触发器而测量电容的。单稳态触发器中所涉及的电容，即是被测量的电容 C。其脉冲输入信号是555定时器 x 构成的多谐振荡器所产生。信号的频率可以根据所选的电阻，电容的参数而调节。这样便可以定量的确定被测电容的容值范围。因为单稳态触发器的输出脉宽是根据电容 C x 值的不同而不同的，所以脉宽即是对应的电容值，其精确度可以达到0.1%。单稳态触发器输出的信号滤波，使最终输出电压 v与被测量的电容值呈线性关系。最后是输出电 o 压的数字化，将 v输入到74160计数译码器中翻译成BCD码，输入到LED数码管中显示 o 出来。 关键词：电容；555定时器；线性；计数译码器；LED数码管
电子技术课程设计报告——简易数字电容测量仪的设计 作品40% 报告 20% 答辩 20% 平时 20% 总分 100% 设计题目：简易数字电容测量仪班级学号： 学生姓名： 目录
一、预备知识.................. 错误！未定义书签。 二、课程设计题目：简易数字电容测量仪的设计错误！未定义书签。 三、课程设计目的及基本要求.... 错误！未定义书签。 四、设计内容提要及说明........ 错误！未定义书签。 4.1设计内容...................................... 错误！未定义书签。 4.2设计说明...................................... 错误！未定义书签。 五、原理图及原理说明 ...................... 错误！未定义书签。 5.1功能模块电路原理图................... 错误！未定义书签。 5.2模块工作原理说明 ...................... 错误！未定义书签。 六、调试...........................................................................错误！未定义书签。 七、设计中涉及的实验仪器和工具.. 错误！未定义书签。 八、课程设计心得体会 ...................... 错误！未定义书签。 九、参考文献 ...................................... 错误！未定义书签。
一、预备知识 关于数字式简易数字电容测试仪的设计，我们提出了三种设计方法和思路。在具体操作中，经过对资料的收集、分析，研究与对比，最终选择了简单易懂，而且精度较高的方法，即门控法。 本方法的基本理论是单稳态触发器电路的输出脉宽wt与电容C成正比，再通过一系列的控制，计数，锁存，显示电路实现了对电容的一般测试与数字显示。在本次数电课程设计的同时，对于中大规模集成电路从认识到分析、再到整体框图设计、单元模块设计、最终到电路的模拟和实际电路的成形有了一定的认识，同时使我们在电子设计方面有了一定的实际动手能力，也为这次数电课程设计打下了坚实的基础。 数字电子课程设计是电子计数综合应用的实践环节，同时也是增强学生实践与动手能力，这也是教学环节的实践部分之一。本文设计的简易数字式电容测试仪，既融合了电子技术的基础知识，又与生产实际结合紧密，能够满足实验教学需要和科研开发应用的需要，同时，电路简洁，条理清晰，便于沟通和交流学习，具有较强的通用性和实用性。 在本次课程设计过程中得到了各方面的支持和帮助，在此特别向数子电子技术老师表示由衷的感谢。由于设计时间和水平的限制，如有不足之处，敬请指正
简易数字式电阻、电容和电感测量仪设计报告 摘要：本系统利用TI公司的16位超低功耗单片机MSP430F149和ICL8038精密函数发生器实现对电阻、电容和电感参数的测量。本系统以自制电源作为LRC数字电桥和各个主要控制芯片的输入电源，并采用ICL8038芯片产生高精度的正弦波信号流经待测的电阻、电容或者电感和标准电阻的串联电路，通过测量电阻、电容或者电感和标准电阻各自的电压，利用电压比例计算的方法推算出电阻值、电容值或者电感值。利用MSP430F149单片机控制测量和计算结果，运用自校准电路提高测量精度，同时用差压法，消除了电源波动对结果的影响。测量结果采用12864液晶模块实时显示。实验测试结果表明，本系统性能稳定，测量精度高。 关键词：LRC 数字电桥、电压比例法、液晶模块、MSP430F149、电阻电容电感测量 一、设计内容及功能 1.1设计内容 设计并制作一台简易数字式电阻、电容和电感参数测量仪，由测量对象、测量仪、LCD 显示和自制电源组成，系统模块划分如下图所示： 测量对象 LCD显示 电阻/电容/电感 简易的数字电阻、电容和电感测量仪 自制电源 1.2 具体要求 1. 测量范围 （1）基本测量范围：电阻100Ω～1MΩ；电容100pF～10000pF；电感100μH～10mH。 （2）发挥测量范围：电阻10Ω～10MΩ；电容50pF～10μF；电感50μH～1H。 2. 测量精度 （1）基本测量精度：电阻±5% ；电容±10% ；电感±5% 。 （2）发挥测量精度：电阻±2% ；电容±8% ；电感±8% 。 3. 利用128*64液晶显示器，显示测量数值、类型和单位。 4. 自制电源 5. 使用按键来设置测量的种类和单位 1.3系统功能 1. 基本完成以上具体要求 2. 使用三个按键分别控制R、C、L的测试 3. 采用液晶显示器显示测量结果 二、系统方案设计与选择 电阻、电容、电感测试仪的设计目前有多种方案可以实现，例如、使用可编程逻辑控制器(PLC)、振荡电路与单片机结合或CPLD与EDA相结合等等来实现。在设计前本文对各种方案进行了比较：
感谢您选用本公司的产品！ 您现在参考的是全自动电容电感测试仪说明书。在使用本产品之前，请您详细阅读本说明书，并特别注意以下注意事项： 1、测量时必须将钳形表置于OFF档。 2、测量时必须将测试电压输出开关置于“通”位置。 3、为获得正确的容量值，必须在测量前设置与电容器铭牌相同的电压值。 4、如果怀疑仪器精度有问题，请用仪器随机配置的参考电容器进行检查。 5、在测量小电容小电感时，钳形表的位置对测量值有影响，请将钳形表置 于最佳位置，并保持钳口完整闭合。
目录 一、概述 0 二、技术参数 0 三、工作原理 (1) 四、仪器面板 (2) 五、接线方法 (3) 1、并联电容器测量 (3) 2、电抗器电感测量 (4) 3、电感测量注意事项 (4) 六、操作步骤 (5) 1、参数设置 (5) 2、测量开始 (6) 3、保存数据 (8) 4、打印操作 (9) 5、查询数据 (10) 七、配套清单 (11) 八、贮存及运输 (11)
HC-500L 全自动电容电感测试仪 一、概述 全自动电容电感测试仪针对变电站现场测量并联电容器组中的单个电容器电容值时存在的问题而专门研制的，它着重解决了以下问题： （1）现场测量单个电容器需拆除连接线，不仅工作量大而且易损坏电容器。 （2）电容表输出电压低而导致故障检出率低。 （3）测量电抗器的电感。 该仪器具有测量工作量小、快捷简便、性能稳定、测量准确、故障检出率高等特点。此外，它的电流测量单元还可兼作CVT、避雷器等电器设备的测量之用，具有一机多能的功效。 本型号测试仪特点 （1）量程自动转换； （2）储存7168个测试数据； （3）大屏幕液晶（320×240 LCD）显示, 汉字菜单操作提示； （4）实现波形和测量处理数据同屏显示，使测试过程更直观； （5）具有设置、校正和调试功能。 二、技术参数 1、电容量量程：0.2μF～2,000μF； 容量范围：5～20,000 kvar； 测量精度：0.2μF～2μF ±1%读数±0.02μF； 2μF～2,000μF ±1%读数±2个字； 2、电感量程：1mH～9.99H；测量精度：±1.5%读数±2个字 3、输出测量电压：AC 26V/500VA；50Hz； 4、显示方式：大屏幕液晶示屏全汉字输出，TPμp-40面板式热敏打印机
课程设计任务书 学生：专业班级： 指导教师：工作单位：信息工程学院 题目: 简易电阻、电容和电感测试仪设计 初始条件： LM317 LM337 NE555 NE5532 STC89C52 TLC549 ICL7660 1602液晶 要求完成的主要任务: 1、测量围：电阻 100Ω-1MΩ； 电容 100pF-10000pF； 电感 100μH-10mH。 2、测量精度：5%。 3、制作1602液晶显示器，显示测量数值，并用发光二级管分别指示所测元件的类别。 时间安排： 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：__________ 年月日
目录 摘要 (3) ABSTRACT (4) 1、绪论 (5) 2、电路方案的比较与论证 (5) 2.1电阻测量方案 (5) 2.2电容测量方案 (7) 2.3电感测量方案 (8) 3、核心元器件介绍 (10) 3.1LM317的介绍 (10) 3.2LM337的介绍 (11) 3.3NE555的介绍 (11) 3.4NE5532的介绍 (13) 3.5STC89C52的介绍 (14) 3.6TLC549的介绍 (16) 3.7ICL7660的介绍 (17) 3.81602液晶的介绍 (18) 4、单元电路设计 (20) 4.1直流稳压电源电路的设计 (21) 4.2电源显示电路的设计 (21) 4.3电阻测量电路的设计 (22) 4.4电容测量电路的设计 (23) 4.5电感测量电路的设计 (24) 4.6电阻、电容、电感显示电路的设计 (25) 5、程序设计 (26) 5.1中断程序流程图 (26) 5.2主程序流程图 (27) 6、仿真结果 (27) 6.1电阻测量电路仿真 (27) 6.2电容测量电路仿真 (28) 6.3电感测量电路仿真 (28) 7、调试过程 (29) 7.1电阻、电容和电感测量电路调试 (29) 7.2液晶显示电路调试 (29) 8、实验数据记录 (30)
数电课程设计报告 题目简易数字式电容测试仪 简易数字电容C测量仪 前言 电子制作中需要用到各种各样的电容器，它们在电路中分别起着不同的作用。与电阻器相似，通常简称其为电容，用字母C表示。顾名思义，电容器就是“储存电荷的容器”。尽管电容器品种繁多，但它们的基本结构和原理是相同的。两片相距很近的金属中间被某物质（固体、气体或液体）所隔开，就构成了电容器。两片金属称为的极板，中间的物质叫做介质。电容器也分为容量固定的与容量可变的。但常见的是固定容量的电容，最多见的是电解电容和瓷片电容。 不同的电容器储存电荷的能力也不相同。规定把电容器外加1伏特直流电压时所储存的电荷量称为该电容器的电容量。电容的基本单位为法拉（F）。但实际上，法拉是一个很不常用的单位，因为电容器的容量往往比1法拉小得多，常用微法（μF）、纳法（nF）、皮法（pF）（皮法又称微微法）等，它们的关系是：1法拉（F）= 1000000微法（μF）1微法（μF）= 1000纳法（nF）= 1000000皮法（pF）。 电容器在电子线路中得到广泛的应用，它的容量大小对电路的性能有重要的影响，本课题就是用数字显示方式对电容进行测量。 本设计报告共分三章。第一章介绍系统设计；第二章介绍主要电路及其分析；第三章为总结部分。 摘要：由于单稳态触发器的输出脉宽t 与电容C成正比，把电容C转换成宽度为t W的矩 W 形脉冲，然后将其作为闸门信号控制计数器计标准频率脉冲的个数，并送锁存--译码--显示系统就可以得到电容量的数据。 关键词：闸门信号标准频率脉冲
目录 第一章系统设计 (2) 一、设计目的 (2) 二、设计内容要求 (2) 三、设计技术指标 (2) 四、方案比较 (2) 五、方案论证 (3) 1、总体思路 (3) 2、设计方案 (3) 第二章主要电路设计与说明 (4) 一、芯片简介 (4) 1、555定时器 (4) 2、单稳态触发器74121 (4) 3、4位二进制加法计数器47161 (5) 4、4位集成寄存器74 LSl75芯片 (6) 5、七段译码器74LS47-BCD 芯片 (7) 二、总电路图及分析 (7) 1、总图 (7) 2、参数选择及仪表调试 (9) 3、产品使用说明 (9) 4、以测待测电容Cx的电容量为例说明电路工作过程及测容原理 (9) 三、各单元电路的设计与分析 (9) 1、基准脉冲发生器 (9) 2、启动脉冲发生器 (10) 3、Cx转化为Tw宽度的矩形脉冲 (10) 4、计数器 (10) 5、寄存—译码—显示系统 (10) 第三章总结 (11) 参考文献 (11) 附录 (11) 附录1 元器件清单 (11) 附录2 用集成元件代分立元件电路 (12) 评语 (13)
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（1uF~999uF）。误差2%左右。 1.拟定系统方案框图 （1）方案一：纯硬件电路 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 2．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 t ph 0.7R 4 C3 式（1）方 波 发 生 电 路与 门 电 路 计 数 电 路 译 码 显 示 电 路 单 稳 态 电 路
电容器 C3通过D1，R5及555中的三极管T 放电，放电时间为 t pl ≈0.7R 5C 式（2） 因而，振荡频率为 3 )54(43 .11C R R t t f pl ph +≈+= 式（3） 电路输出的占空比为 %1005 44 (%)?+= R R R q 式（4） VCC 5V A2 555_VIRTUAL GND DIS OUT RST VCC THR CON TRI R43.2kΩ R510kΩ D11BH62 D21BH62 C30.01μF C4 0.01μF 图3占空比可调的方波发生器 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=3.2K Ω,R5=10K Ω,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。 用555定时器构成的单稳态触发器如图5所示。
摘要 目前，随着电子工业的发展，电子元器件急剧增加，电子元器件的适用范围也逐渐广泛起来，在应用中我们常常要测定电容的大小。在电子产品的生产和维修中，电容测量这一环节至关重要，因此，设计可靠，安全，便捷的电容测试仪具有极大的现实必要性。本文提出了以MCS-51单片机为控制核心，结合多谐振荡器来实现电容测量的方法。并介绍了测量原理并给出了相应的电路及软件设计。 关键词：电容测试仪；单片机；测量
目录 1概述1 1.1 设计目的和意义 (1) 1.2 设计任务与要求 (1) 2 硬件电路设计及其描述1 2.1 设计方案 (1) 2.2 原理框图 (2) 2.3 基于AT89C51电容测量系统硬件设计详细分析 (2) 2.3.1 AT89C51单片机工作电路 (2) 2.3.2 基于AT89C51电容测量系统复位电路 (3) 2.3.3 基于AT89C51电容测量系统时钟电路 (4) 2.3.4 基于AT89C51电容测量系统按键电路 (4) 2.3.5 基于AT89C51电容测量系统555芯片电路 (5) 2.3.6 基于AT89C51电容测量系统显示电路 (6) 2.4 各部分电路连接成整个电路图 (9) 2.5 系统所用元器件 (10) 2.6 PCB制图 (11) 3 软件流程及程序设计 (11) 3.1 系统模块层次结构图11 3.2 程序设计算法设计 (12) 3.3 软件设计流程 (13) 3.4 源程序代码 (13) 4 系统调试及仿真 (17) 5 总结 (18) 5.1 本系统存在的问题及改进措施 (18) 5.2 心得体会 (18) 参考文献 (19)
数字电子技术课程设计报告书 课题名称 数字电容测量仪的设计 姓 名 吴亚香 学 号 1212501-35 学 院 通信与电子工程学院 专 业 电子科学与技术 指导教师 张学军 2014年 6月 10 日 ※※※※※※※※ ※ ※※ ※※ ※ ※ ※※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ 2012级电子科学与技术专业 数字电子技术课程设计
数字电容测量仪的设计 1设计目的 （1）掌握multisim12仿真软件的应用技巧。 （2）掌握电容数字测量仪的设计组装与调试方法。 （3）熟悉相应的中大规模集成电路的使用方法，并掌握其工作原理。 2设计思路 本设计中用555振荡器产生一定周期的矩形脉冲作为计数器的CP脉冲也就是标准频率。同时把待测电容C转换成宽度为tw的矩形脉冲，转换的原理是单稳态触发器的输出脉宽tw与电容C成正比。把此脉冲作为闸门时间和标准频率脉冲相“与”，得到计数脉冲，该计数脉冲送计数—译码显示系统就可以得到电容量的数据。外部旋钮控制量程的选择。用计数器控制电路控制总量程。。 3设计过程 3.1设计框图 图1 数字电容测量仪原理图 3.2多谐振荡器电路的设计 振荡器是数字电容测量仪的核心，振荡器的稳定度以及其所产生的基准频率的稳定度决定了数字电容测量仪的准确度，通常选用石英晶振构成振荡电路。在要求不高的情况下可以选用555构成的多谐振荡器如果图2所示。
555组成多谐振荡器的工作原理如下： 接通电源Vcc后，Vcc经电阻R 1和R 2 对电容C充电，其电压U C 由0按指数 规律上升。当U C ≥2/3V CC 时，电压比较器C 1 和C 2 的输出分别为U C1 =0、U C2 =1，基 本RS触发器被置0，Q=0、Q’=1,输出U 0跃到低点平U oL 。与此同时，放电管V 导通，电容C经电阻R2和放电管V放电，电路进入暂稳态。随着电容C放电， Uc下降到Uc≤1/3Vcc时，则电压比较器C 1和C 2 的输出为U c1 =1、U c2 =0，基本RS 触 发器被置1，Q=1，Q’=0，输出U 0由低点平U oL 跃到高电平Uo H 。同时，因Q’=0， 放电管V截止，电源Vcc又经过电阻R 1和R 2 对电容C充电。电路又返回前一个 暂稳态。因此，电容C上的电压Uc将在2/3Vcc和1/3Vcc之间来回充电和放电，从而使电路产生了振荡，输出矩形脉冲，作为基准信号频率。555组成多谐振荡器输出波形如图3。 VCC 图2 555组成多谐振荡器
目录 1、设计指标 (3) 2、设计原理 (3) 2.1设计原理框图 (3) 2.2设计方案 (3) 2.3模块介绍 (4) 2.3.1 控制电路 (4) 2.3.2 时钟脉冲发生器 (4) 2.3.3 计数器和显示器 (6) 3、单元电路的设计 (6) 3.1多谐振荡器 (6) 3.2单稳态触发器 (8) 3.3.1整流电路采用直流稳压电源设计思路 (9) 3.3.2直流稳压电源的原理框图分析 (9) 3.3.3直流稳压电源特点 (10) 4、设计制作过程及整体电路图 (10) 4.1设计制作过程 (10) 4.2整体电路图 (11) 5、芯片介绍 (11) 5.1555芯片功能介绍 (11) 5.274LS192芯片介绍 (13) 总结 (14) 致谢 (15) 参考文献 (16)
1、设计指标 1.1 设计目的 (1) 掌握数字电容测试仪的构成、原理和设计方法。 (2) 掌握集成电路的使用方法。 1.2 基本要求 （1）电容测量范围为1000pF～10uF，输出应能直接显示其值，误差≤5%，电源电压为+5V。 （2）量程可切换，显示值能够标定。 （3）要求最终正确无误地完成全部电路设计，并具有一定先进性，对电路设计也应提出建议性意见并写出合格的课程设计说明书，圆满完成各项任务。 2、设计原理 2.1设计原理框图 图1.电容测试仪原理框图 2.2 设计方案 利用单稳态触发器或电容器充放电规律等，可以把被测电容的大小转换成脉冲宽窄，即控制脉冲宽度Tx 与Cx成正比。只要把此脉冲与频率固定不变的方波即时钟脉冲相与，便可得到计数脉冲，把计数脉冲送给计数器计数，然后再送给显示器显示。如果时钟脉冲的频率等参数合适，数字显示器显示的数字N便是电容Cx的大小。之所以选择该方案是考虑到这个方案不仅设计比较容易实现，而且更重要的是该方案设计出来的数字测试仪测量的结果比较精确。
电子系统设计创新与实习报告 设计课题基于单片机的电容测量仪设计 学院信息科学与工程 学生姓名 学号 专业班级 队友 指导教师 设计时间 2014.6.4-2014.7.3
本设计详细介绍了一种基于单片机的数字式电容测量仪设计方案及实现方法。设计的主要方法是采用555芯片构成单稳态触发器,将电容容量转换为脉冲宽度。通过单片机的计时器测量脉宽, 根据已知的R值，通过单片机的运算功能，计算出电容容量,最后，再通过单片机的普通I/O口控制液晶屏显示出电容容量的计算结果。系统的测量范围为10pF~ 500uF, 具有多个量程，可根据用户需要由用户选择，与用户的交互是通过键盘实现，不同量程的实现是通过单片机的I/O口控制继电器的吸合与断开来选择不同的R值，从而实现不同的量程。同时，本设计注重设计方法及流程，首先根据原理设计电路，再通过protues仿真，利用keil 编程，进而借助altium designer 制作PCB，最后到焊接元器件，调试直至成功。 1 系统方案设计
1.1 设计说明及要求 1.1.1 设计说明 框图中的外接电容是定时电路中的一部分。当外接电容的容量不同时，与定时电路所对应的时间也有所不同，即C=f(t)，而时间与脉冲数目成正比，脉冲数目可以通过计数译码获得。 1.1.2 设计要求 （1）基本要求 ①自制稳压电源。 ②被测电容的容量在10pF至10000μF范围内 ③设计四个的测量量程。 ④显示测量结果，测量误差小于2.5%。 数字显示：显示分辨率:每档满量程的0.1%； 电容测量：电压可选择5V,25V,50V； 为实现该设计，达到相应的设计要求，本次设计中考虑了三种设计方案，三种设计方案中主要区别在于硬件电路和软件设计的不同，对于本设计，三种方案均能够实现，最后根据设计要求、可行性和设计成本的考虑选择了基于STC89C52单片机和555芯片构成的单稳态触发电路测量电容的方案。 现在一一介绍论证如下。
简易的测量电阻电容电感 摘要：本设计是一个电阻电感电容的简易测量装置，主要由模拟测量和1602液晶显示两部分组成，其中电阻和电容电感的测量都是通过构造电路产生一定频率的波形，再通过单片机读取频率，经过程序处理转化，再通过1602液晶显示。由于系统处理数据时通过单片机对频率信号的读取，使得最后测量的结果更加精确与稳定，误差控制在题目所允许的范围内。 关键词：电阻电容电感测量仪，1602显示，555定时器，电容三点式
目录 1. 系统设计 (2) 1.1 设计要求 (2) 1.2 方案比较 (2) 1.2.1 电阻测量方案 (2) 1.2.2 电容测量方案 (4) 1.2.3电感测量方案 (5) 1.2.4显示电路方案 (6) 1.3 方案论证 (6) 1.3.1 总体思路 (6) 1.3.2 设计方案 (7) 2. 单元电路设计 (7) 2.1 电阻测量电路 (7) 2.2 电容测量电路 (8) 2.3 电感测量电路 (9) 2.4 1602显示电路 (10) 3. 软件设计 (11) 4. 系统测试 (11) 4.1 测试仪器与设备 (11) 4.2 指标测试 (12) 5 结论 (13) 参考文献 (13) 附录1、元器件明细表...............................................................= (13) 附录2：程序清单 (13)
1. 系统设计 1.1 设计要求 设计并制作一台数字显示的电阻、电容和电感参数测试仪 1. 测量范围：电阻100Ω～1MΩ；电容100pF～10000pF；电感100μH～10mH。 2. 测量精度：±5% 。 3. 带有显示部分。 1.2 方案比较 1.2.1 电阻测量方案 相位测量方案的关键问题是电阻测量方法的选择。 方案一：串联分压原理 V Rx R0 图1串联电路原理图 根据串联电路的分压原理可知，串联电路上电压与电阻成正比关系。通过测量Rx和R0上的电压。由公式Rx=Ux/(U0/R0) 方案二：利用直流电桥平衡原理的方案 图2 电桥（其中R1，R2，为可变电位器，R3为已知电阻，R4为被测电阻）根据电路平衡原理，不断调节电位器，使得电表指针指向正中间。由R1*R4=R3*R4.在通过测量电位器电阻值，可得到R4的值。 方案三：利用555构成单稳态的方案
电气与自动化工程学院课程设计评分表 课程设计题目： 班级：学号：姓名： 指导老师： 年月日
课程设计答辩记录 学院专业班级答辩人课程设计题目 说明：主要记录答辩时所提的问题及答辩人对所提问题的回答
常熟理工学院电气与自动化工程学院 课程设计说明书 课程名称：电子技术课程设计 设计题目：电容测量仪_____________ 班级：ZB62161 姓名：吴彬 学号：ZB6216123 指导老师：施健 设计时间：2017-1-11
目录 一．设计目的 (1) 二．设计思路 (1) 三．设计框图 (1) （1）设计过程 (1) （2）多谐振荡器的设计 (2) （3）单稳态触发器电路的设计 (2) （4）计数电路的设计 (3) 四．整体电路设计 (4) 五．系统调试 (5) 六．仿真结果 (5) 七．设计心得 (6) 八．参考文献 (7)
数字电容测量仪的设计 一．设计目的 （1）了解常用数字集成电路的使用。 （2）了解电容测量仪的工作原理。 （3）掌握利用数字式集成电路设计电容测量仪的原理和Multisim调试的方法。 二．设计思路 本设计中用555振荡器产生一定周期的矩形脉冲作为计数器的CP脉冲也就是标准频率。同时把待测电容C转换成宽度为tw的矩形脉冲，转换的原理是单稳态触发器的输出脉宽tw与电容C成正比。把此脉冲作为闸门时间和标准频率脉冲相“与”，得到计数脉冲，该计数脉冲送计数—译码显示系统就可以得到电容量的数据。外部旋钮控制量程的选择。用计数器控制电路控制总量程。 三．设计框图 图1 数字电容测量仪原理图 四．设计过程 （1）多谐振荡器电路的设计 振荡器是数字电容测量仪的核心，振荡器的稳定性以及其所产生的基准频率的稳定性决定了数字电容测量仪的精确度。在要求不高的情况下可以选用555构成的多谐振荡器如果图2所示。 555组成多谐振荡器的工作原理如下：
简易数显式电容测试仪的设计 一.实验目的 o1 熟悉电子电路的设计的一般方法、步骤。 o2 掌握数字电子技术的综合应用技术。 o3 掌握电子电路的安装、调试及测量方法。 o4 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： 要求测量的电容量能数字显示。 测量电容量的范围是1uF~10uF。 测量精度±10%。 分辨率0.1uF。 三、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图。其基本思路是将被测电容C X通过单稳态触发器转换成与其成正比的正脉冲宽度T W=K RC X，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C X的数值。 四、电路图及参数计算
总电路图： 参数计算： 多谐振荡器的周期：7（R+2R）C=2.1ms
若要求数字电容测试仪的数字显示值等于被测电容的电容值，试确定电阻R T的大小。因为要求0.1uF的分辨率。 Multisim仿真电路图如下：
五. 调试方法 ①各个击破: 多谐振荡器→单稳态触发器→计数、译码、显示→整体调试 ②调试手段： 数字显示器查看结果，万用表测试状态，示波器观察波形。 ③常见故障： 接线错误，接触不良，元件损坏。 ④查找方法： 观察法：检查接线，发现错误。 测试法：万用表电阻档测试两点之间是否接通；直流电压档
简易电阻、电容和电感测试仪 1.1 基本设计要求 （1）测量范围：电阻100Ω～1MΩ；电容100pF～10000pF；电感100μH～10mH。 （2）测量精度：±5% 。 （3）制作4位数码管显示器，显示测量数值。 示意框图 1.2 设计要求发挥部分 （1）扩大测量范围； （2）提高测量精度； （3）测量量程自动转化。
摘要：本系统是依赖单片机MSP430建立的的，本系统利用555多谐振荡电路将电阻，电容参数转化为频率，而电感则是根据电容三点式振荡转化为频率，这样就能够把模拟量近似的转换为数字量，而频率f是单片机很容易处理的数字量，一方面测量精度高，另一方面便于使仪表实现自动化，而且单片机构成的应用系统有较大的可靠性。系统扩展、系统配置灵活。容易构成何种规模的应用系统，且应用系统较高的软、硬件利用系数。单片机具有可编程性，硬件的功能描述可完全在软件上实现，而且设计时间短，成本低，可靠性高。综上所述，利用振荡电路与单片机结合实现电阻、电容、电感测试仪更为简便可行，节约成本。所以，本次设计选定以单片机为核心来进行。 关键词：430单片机，555多谐振荡电路，，电容三点式振荡 一、系统方案 电阻测量方案：555RC多谐振荡。 利用RC和555定时器组成的多谐振荡电路，通过测量输出振荡频率的大小即可求得电阻的大小，如果固定电阻值，该方案硬件电路实现简单，通过选择合适的电容值即可获得适当的频率范围，再交由单片机处理。 综合比较，本设计采用方案三，采用低廉的NE555构建RC多谐振荡电路，电路简单可行，单片机易控制。 电容测量方案：555RC多谐振荡 同样利用RC和555定时器组成的多谐振荡电路，通过测量输出振荡频率的大小即可求得电容的大小，如果固定电阻值，该方案硬件电路实现简单，能测出较宽的电容范围，能够较好满足题目的要求。 采用低廉的NE555构建RC多谐振荡电路，电路简单可行，单片机易控制。 电感测量方案：电容三点式 采用LC配合三极管组成三点式震荡振荡电路，通过测输出频率大小的方法来实现对电感值测量。该方案成本低，其输出波形为正弦波，将其波形整形后交给单片机测出其频率，并转换为电感值。 二、理论分析与计算 1.电阻测量的分析及计算 根据题目要求，如图2.1，采用555多谐振电路，将电阻量转化为相应的频率信号 值。考虑到单片机对频率的敏感度，具体的讲就是单片机对10KHz-100KHz的频率计数 精度最高。所以要选用合理的电阻和电容大小。同时又要考虑到不能使电阻的功率过
1 绪论 1.1课程设计的背景 很多电子产品中，电容器都是必不可少的电子元件，它在电子设备中充当整流器的平滑滤波、电源的退耦、交流信号的旁路、交直流电路的交流耦合等。固定电容的容量可直接从标称容量上读出，而可调电容的容量则不确定。传统的测量方法都采用交流电桥法和谐振法，通常采用刻度读数，此方法不够直观，因此，设计一个简易电容测试仪作为测量工具是有必要的。 1.2课程设计的内容 本次课程设计的内容是独立完成一个数字电容测试仪的设计，采用EWB电路仿真设计软件完成数字电容测试仪电路的设计及仿真调试，在微机上仿真实现数字电容测试仪的设计。 课程设计具体内容：框图中的外接电容是定时电路中的一部分。当外接电容的容量不同时，与定时电路所对应的时间也有所不同，即C=f(t)，而时间与脉冲数目成正比，脉冲数目可以通过计数译码获得。 1.3课程设计的目的 掌握multisim在电子设计中的仿真，分析，调试等应用。 掌握电容数字测量仪的设计组装与调试方法。 熟悉相应的中大规模集成电路的使用方法，并掌握其工作原理 1.4课程设计指标与要求： 指标： (1) 被测电容的容量在0.01μF至100μF范围内。 (2) 设计测量量程。
(3) 用3 位数码管显示测量结果，测量误差小于20%。 课题任务要求： 1、画出总体设计框图，以说明数字电容测试仪由哪些相对独立的功能模块组成，标出各个模块之间互相联系，时钟信号传输路径、方向和频率变化。并以文字对原理作辅助说明。 2、设计各个功能模块的电路图，加上原理说明。 3、选择合适的元器件，在EWB上连接验证、仿真、调试各个功能模块的电路。在连接验证时设计、选择合适的输入信号和输出方式，在充分电路正确性同时，输入信号和输出方式要便于电路的仿真、调试和故障排除。 4、在验证各个功能模块基础上，对整个电路的元器件和连接，进行合理布局，进行整个数字钟电路的连接验证、仿真、调试。 5、自行接线验证、仿真、调试，并能检查和发现问题，根据原理、现象和仿真结果分析问题所在，加以解决。学生要解决的问题包括元器件选择、连接和整体设计引起的问题。
简易电容测量仪 电容是电子线路中最常用的元器件之一，对电容值的测量一般采用利用振荡电路将电容值转换为频率值，再通过频率计数器测量，或利用PWM（脉冲宽度调制）电路将电容值转换为模拟电压值，再通过电压表测量的方法进行。本题要求利用以上所述两种原理中的一种，设计一个简易电容测量仪。 1．实验目的 理解电容的测量原理；掌握利用555集成电路设计振荡器的方法；掌握555单稳态电路的设计方法和应用；理解PWM信号的概念和意义；掌握利用PWM信号发生电路产生模拟直流电压信号的原理和方法；掌握数字电压表或数字频率计的工作原理和设计制作方法。2．设计要求及技术指标 基本部分： (1)系统采用+9V单电源供电； (2)电容测试范围：33～470nF，测量误差≤15%。（测试时分别对33nF、47nF、100nF、 220nF、330nF、470nF等6种电容进行测试）； (3)测试结果通过数字电压表（数字万用表直流电压测量档）或自制的数字频率计显示。 采用数字电压表显示时要求电压表示数数值（单位V）为电容值（单位nF）的百分 之一。例如，470nF显示为4.70V，33nF显示为0.33V或330mV；采用自制数字频 率计显示时示数直接代表电容值（单位：nF）。要求示数比较稳定，不乱跳。 (4)在电路板靠边的显著位置焊出被测电容插座和万用表测试孔，用来插被测电容和连 接万用表。电路板焊好后应在每个测试孔的相应位置做出标记。 发挥部分： (1)自制数字电压表，用以代替数字万用表显示被测电容值。要求所显示数值直接表示 被测电容的容值（单位：nF）； (2)增加电容测试范围至：1nF～10μF，可手动切换量程； (3)在发挥（2）中要求基础上增加自动量程切换功能； (4)提高测量精度，测量误差≤10%； 3．设计任务 (1)设计，安装、调试所设计的电路； (2)画出完整电路图，详细说明电路原理，写出设计总结报告。 4．工作原理及设计思路参考 555时基电路是一种用途非常广泛的数字-模拟混合集成电路。555时基电路内部结构简单，使用非常灵活，可以组成产生各种波形的脉冲振荡器、定时延时电路、双稳态电路、检测电路、电源变换电路、频率变换电路等。具有工作电压范围宽、输出驱动能力强、应用范围广等特点，已被广泛应用于自动控制、测量、通信等各种领域。 555时基电路常用有单稳态、双稳态和无稳态等三种电路形式。其中单稳态和双稳态电路常用于定时，无稳态电路则多用于多谐振荡器。单稳态电路工作原理见《数字电子技术（第二版）》（侯建军主编，高等教育出版社出版）第八章第四节第三部分（P.396～398）。可知，
目录 摘要................................................................................................................................................................ 综述............................................................................................................................... 错误!未定义书签。 1 方案设计与分析 (2) 1.1恒压充电法测量 (2) 1.2恒流充电法测量 (2) 1.3脉冲计数法测量 (2) 2 电路设计框图及功能描述 (3) 2.1 电路设计框图 (3) 2.2 电路设计功能描述 (3) 3 电路原理设计及参数计算 (4) 3.1电路原理设计 (4) 3.2单元电路设计与参数计算 (4) 3.2.1控制器电路 (4) 3.2.2时钟脉冲发生器 (5) 3.2.3计数和显示电路 (6) 4 单元电路仿真波形及调试 (8) 4.1多谐振荡器 (8) 4.2单稳态触发器 (9) 4.2.1稳定状态 (9) 4.2.2暂稳态状态 (9) 4.2.3 自动回复状态 (9)
4.3电路原理图与仿真结果显示 (10) 4.3.1电路原理图 (10) 4.3.2仿真结果显示 (11) 5课程设计体会 (14) 参考文献 (15)
摘要 本设计是基于555定时器，连接构成多谐振荡器以及单稳态触发器而测量电容的。单稳态触发器中所涉及的电容，即是被测量的电容 C。其脉冲输入信号是555定时器构 x 成的多谐振荡器所产生。信号的频率可以根据所选的电阻，电容的参数而调节。这样便可以定量的确定被测电容的容值范围。因为单稳态触发器的输出脉宽是根据电容 C值的 x 不同而不同的，所以脉宽即是对应的电容值，其精确度可以达到0.1%。单稳态触发器输出的信号滤波，使最终输出电压 v与被测量的电容值呈线性关系。最后是输出电压的数 o 字化，将 v输入到74160计数译码器中翻译成BCD码，输入到LED数码管中显示出来。 o 关键词：电容；555定时器；线性；计数译码器；LED数码管
课程设计任务书 题目: 简易电阻、电容和电感测试仪设计 初始条件： LM317 LM337 NE555 NE5532 STC89C52 TLC549 ICL7660 1602液晶 要求完成的主要任务: 1、测量范围：电阻 100Ω-1MΩ； 电容 100pF-10000pF； 电感 100μH-10mH。 2、测量精度：5%。 3、制作1602液晶显示器，显示测量数值，并用发光二级管分别指示所测元件的类别。 时间安排： 指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：__________ 年月日
目录 摘要 (4) ABSTRACT (5) 1、绪论 (7) 2、电路方案的比较与论证 (7) 2.1电阻测量方案 (7) 2.2电容测量方案 (9) 2.3电感测量方案 (10) 3、核心元器件介绍 (12) 3.1LM317的介绍 (12) 3.2LM337的介绍 (13) 3.3NE555的介绍 (13) 3.4NE5532的介绍 (15) 3.5STC89C52的介绍 (17) 3.6TLC549的介绍 (18) 3.7ICL7660的介绍 (20) 3.81602液晶的介绍 (21) 4、单元电路设计 (23) 4.1直流稳压电源电路的设计 (24) 4.2电源显示电路的设计 (24) 4.3电阻测量电路的设计 (25) 4.4电容测量电路的设计 (26) 4.5电感测量电路的设计 (27) 4.6电阻、电容、电感显示电路的设计 (28) 5、程序设计 (29) 5.1中断程序流程图 (29) 5.2主程序流程图 (30) 6、仿真结果 (30) 6.1电阻测量电路仿真 (30) 6.2电容测量电路仿真 (31) 6.3电感测量电路仿真 (32) 7、调试过程 (33) 7.1电阻、电容和电感测量电路调试 (33) 7.2液晶显示电路调试 (33) 8、实验数据记录 (34)
电子电路综合实验 总结报告 题目：数字式电阻电容测量仪设计实现 班级： 学号： 姓名： 成绩： 日期：
题目：数字式电阻电容测量仪设计实现 一、实验目的 1、熟悉振荡电路的设计 2、熟悉单稳态电路的设计 3、熟悉计数器的级联工作原理 4、集成芯片7400、7404的工作原理 5、熟悉数码管显示原理。 二、所用仪器 函数信号发生器、示波器、直流稳压源 三、总体框图设计 四、设计步骤 1、显示电路由数码管静态显示 数码管是由发光二极管组成的。在焊接前应该确定其极性是否与设计相符及检测其完好性。数码管按极性可分为共阳型和共阴型。按显示方式又可分动态显示和静态显示。数码管的极性确定可用5V稳压电源串联300欧姆电阻接触数码管管脚的方式。数码管管脚如下图所示。
2、译码器 4511译码器管脚图及功能表如下图所示。 译码器的主要作用是把输入信号转换成下一级芯片/电路可以处理的信号。 根据4511真值表，其主要功能是把二进制信号转换成相应十进制的显示信号。当LE=0，LT非=1，BL非=1时，转换信号。 3、计数器74HC160 计数器的主要作用是计算输入脉冲的个数。74HC160是边沿触发型。74HC160管脚如下图所示。A、B、C、D是置数输入。 参考电路图：
4. 基准时钟信号为电路提供最小计时单位。此设计中，采用的是皮尔斯晶体振荡电路。 皮尔斯电路结构如图所示。二极管用于垫的静电放电。7404是个大增益的放大器。反馈电阻R3大于1M 欧。它使反相器在工作初期处于线形区。 R2作为驱动电位调整之用，可以防止晶振被过分驱动而工作在高次谐波频率上。电容三点式电路的分压电容，接地点就是分压点。分压点为参考点，输入和输出是反相的，形成一个正反馈以保证电路持续振荡。 任选一初始时刻，记录下基准周期。稳定后记录下周期，据此计算单稳态阻容参数。 5. 555管脚图及单稳态触发器 单稳态触发器的特点是电路有一个稳定状态和一个暂稳状态。在触发信号作用下，电路将由稳态翻转到暂稳态，暂稳态是一个不能长久保持的状态，由于电路中RC 延时环节的作用，经过一段时间后，电路会自动返回到稳态，并在输出端获得一个脉冲宽度为w t 的矩形波。 在单稳态触发器中，输出的脉冲宽度w t ，就是暂稳态的维持时间，其长短取决于555外接 电阻电容值。 单稳态触发器脉冲宽度公式: 33 2 0ln ln RC V V V RC t CC CC CC w =--=