近代电子学实验_数字电容测量仪

电容测量仪原理
电容测量仪是一种用于测量电容值的仪器，其原理基于电容器的充电和放电过程。

在测量电容之前，仪器需要先将电容器充电至一定电压，然后记录下充电时间和电容器上达到的电压。

接着，仪器将电容器放电，记录下放电时间和电容器上的电压。

根据电容器的基本公式Q=CV，我们可以得到电容C与电压V、电荷量Q之间的关系。

根据充放电过程中的电流关系
I=dQ/dt，我们可以得到电流I与电容C、时间t之间的关系。

通过测量电容器在充放电过程中产生的电压和电流，并利用上述关系，就可以计算出电容器的电容值。

这种测量原理可适用于各种类型的电容器，包括固定电容器、调谐电容器和变压电容器等。

然而，需要注意的是，在实际的电容测量中，电容器的内阻必须被考虑进去。

由于电容器的内阻会对充放电过程产生影响，测量结果可能会有一定的误差。

因此，对于精确测量电容值的需求，测量仪器还需要进行校准和修正。

综上所述，电容测量仪通过测量电容器在充放电过程中的电压和电流，利用电容和电流之间的关系计算出电容值。

通过准确的校准和修正，电容测量仪可以提供准确的电容测量结果。

数字电子技术课程设计报告项目名称：数字电容测试仪班级：1611电子姓名：李瑞（2016111123）程家豪（2016111104）胡焱（2016111115）胡永凯（2016111116）指导老师：王正强1.1引言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，此次我们的课程设计就是用数字显示方式对电容进行测量。

它由测试电路和显示电路两部分组成。

通过使用测试电路中555定时器做多谐振荡器，电容配合电阻充放电产生一系列的方波脉冲，再通过计数器记数算出电容的值，从而实现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。

1.2设计任务及要求1.2.1基本要求(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%。

1.2.2发挥部分（选做）(1)另增一个测量量程，使被测电容的容量扩大到100PF至100μF范围内。

(2)测量误差小于10%。

1.2.3设计任务及目标（1）根据原理图分析各单元电路的功能；（2）熟悉电路中所用到的各集成块的管脚及其功能；（3）进行电路的装接、调试，直到电路能达到规定的设计要求；（4）写出完整、详细的课程设计报告。

2．1设计原理本设计中用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。

用这个宽度的矩形脉冲作为闸门信号控制计数器计数，合理处理计数系统电路，可以使计数器的计数值即为被测电容值。

或者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—锁存—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。

2．2单元电路设计分析2.2.1用555定时器构成的多谐振荡器电路图及其输出波形如图2所示，其工作原理如下：由图2所示，可以求得电容C1上的充电时间T 1和放电时间T 2：T 1=（R 1+R 2）C ㏑2≈0.7（R 1+R 2）CT 2=R 2C ㏑2≈0.7R 2C所以输出波形的周期为T=T 1+T 2=（R 1+2R 2）C ㏑2≈0.7（R 1+2R 2）CR 1=4.7k ，R 2=12k ，T≈2ms振荡频率f=1／T≈1.44／[（R 1+2R 2）C]≈500Hz 占空比q=（R 1+R 2）／（R 1+2R 2）≈58.2％定时电路多谐振荡器计数器译码器数码显示器微分电路自动调零图1原理框图被测电容图2多谐振荡电路及输出波形2.2.2用555定时器构成的单稳态电路用555定时器构成的单稳态触发器及其工作波形如图3所示，其工作原理如下：接通电源瞬间，V c=0，输出V o=1，放电三极管T截止。

附录A 数字电容测量仪（9题）设计与总结报告摘要：本设计是基于集成芯片的技术，采用555定时器构成多谐振荡器产生周期2s的脉冲，作为另一个用555定时器构成单稳态触发器的输入。

利用单稳态触发器，将被测电容Cx变换成与之对应的脉冲宽度Tw ( Tw= )。

用这一脉冲宽度Tw作门控信号去控制一个计数器对时基脉冲（1000hz）的计数，然后对计数值译码，最后用7490计数器计数并将数值传递给7448七段显示译码器显示输出。

测量可分多种量程，其中之一是改变单稳态电路中积分常数中的R值，也可以改变时基脉冲的频率。

Numeral capacitance meterThis design is based on an integrated chip technology, the adoption of 555 timer constitute multi-vibrator pulse generation cycle include, as an alternative a 555 timer constitute MONOSTABLE input. Use MONOSTABLE, will be measuring capacitance Cx into corresponding pulse width/tw (/TW = . This pulse width/TW for gatedl signal to control a counter on the time-based pulse (the count of 1000hz), and then on the final count MLC／MSD, count with 7490 counters and numerical values are passed to the 7448 seven sections display decoder display output. Measurement can be divided into a variety of ranges, one of which is to change MONOSTABLE circuit integral constant of R value, you can change the frequency of these MySQL impulsives.目录✧第1章--电容数字测量仪设计方案及目的要求 (1)⏹电容数字测量仪的设计要求 (1)⏹电容数字测量仪的整体设计方案 (1)⏹设计的思路 (1)⏹方案论证与比较 (1)✧第2章--电容数字测量仪单元电路设计 (2)⏹多谐电路分析设计 .......................................................................................................................⏹单稳态电路分析设计 (3)⏹计数器的电路设计 (4)⏹译码及数码显示电路设计 (5)⏹超量程控制电路分析设计（发挥部分）....................................................................................⏹单位显示电路分析设计（发挥部分）......................................................................................⏹频率计改装电路分析设计（发挥部分）....................................................................................✧第3章---电容数字测量仪整体电路设计⏹整体电路原理图及工作原理 (6)⏹电路参数计算 (7)⏹整体电路性能分析 (8)✧第4章--器件清单 (9)✧参考文献 (9)1系统设计1.1设计要求1、基本要求（1）要求能测试的电容容量在100nF至100μF范围内；（2）至少设计制作两个以上的测量量程；（3）用三位数码管显示测量结果。

1 课程设计目的在实际的电子线路的设计中经常要用到电容器，而电容器的容量值大小直接影响它在电路中的作用。

电容容量的测量一般不够直观，为了方便人们对电容的直接测量，我们组通过查阅资料并结合自己所学的知识设计了一个能直接显示被测电容容量大小的数字电容测量仪。

2 课程设计指标（1）被测电容的容量在μF至100μFX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10%。

（4）响应时间在2s内3 课程设计原理3.1 设计方案利用单稳态触发器和电容器充放电规律，可以把被测电容的大小转换成对应脉冲的宽窄，即脉冲宽度与电容器容量大小成正比。

只要把此脉冲与频率固定不变的方波即时钟脉冲相连，便可得到计数脉冲，把计数脉冲传送给计数器计数，然后再给显示器显示。

若时钟脉冲的频率等参数选择得当，数字显示器显示的数字便是待测电容器容量的大小。

我们之所以会选择该方案是由于我们刚学到的数字电子技术书中学到了单稳态触发器的原理、用多谐振荡器产生时钟脉冲的原理，考虑到选这个方案设计比较容易，而且所需电路图及原理都比较熟悉，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。

3.2 设计原理框图图中多谐振荡器产生时钟脉冲，控制电路将待测电容的容量值转化成相应宽度的脉冲，计数器记录这段宽度脉冲数目，并由显示器显示出来，清零模块用于将计数器清零。

4 设计的步骤和过程4.1 控制电路控制电路的主要功能是根据被测电容 Cx 的容量大小形成与其成正比的控制脉冲宽度 Tx ，下图所示为单稳态控制电路的原理图。

该电路的工作原理如下：多谐振荡器 控制电路计数器显示器待测电容清零模块当被测电容 Cx接到电路中之后，只要接通开关 S，电源电压Vcc 经由微分电路C1、Rl和反向器，送给 555定时器的低电平触发端TRI一个负脉冲信号使单稳态触发器由稳态变为暂稳态，使其输出端OUT由低电平变为高电平．该高电平控制与门使时钟脉冲信号通过，送入计数器计数端3*Cx。

数字电容测量仪课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解数字电容测量仪的工作原理，掌握其操作步骤。

2. 学生能够运用数字电容测量仪进行电容的测量，并准确读取测量结果。

3. 学生能够掌握电容的基本概念，如电容的单位、电容器的构造及其功能。

技能目标：1. 学生能够正确操作数字电容测量仪，进行简单的电容测量实验。

2. 学生能够通过实验数据分析，解决实际问题，提高实验操作能力和问题解决能力。

3. 学生能够运用所学知识，设计简单的电容测量实验，提升实验设计和实践能力。

情感态度价值观目标：1. 学生对物理学产生兴趣，认识到物理实验在科学研究和实际应用中的重要性。

2. 学生在实验过程中，培养合作精神，学会与他人共同解决问题。

3. 学生能够养成严谨的科学态度，对待实验数据和结果认真负责，树立正确的价值观。

课程性质：本课程为物理学科实验课程，旨在让学生通过实际操作，掌握电容测量方法，提高实验技能。

学生特点：学生处于初中阶段，具有一定的物理知识基础，对实验充满好奇心，但实验操作能力有待提高。

教学要求：注重理论与实践相结合，引导学生通过实验探究，培养实验操作能力和问题解决能力，同时关注学生情感态度价值观的培养。

将课程目标分解为具体的学习成果，便于后续教学设计和评估。

二、教学内容1. 理论知识：- 电容的定义、单位及公式。

- 电容器的构造、类型及其工作原理。

- 数字电容测量仪的原理、结构及使用方法。

2. 实践操作：- 数字电容测量仪的操作步骤及注意事项。

- 电容测量实验：使用数字电容测量仪测量不同电容器的电容值。

- 数据处理与分析：对测量结果进行记录、计算和误差分析。

3. 教学大纲：- 第一阶段：回顾电容基础知识，介绍电容器的构造和工作原理。

- 第二阶段：讲解数字电容测量仪的原理、结构及使用方法。

- 第三阶段：组织学生进行电容测量实验，指导学生操作数字电容测量仪。

- 第四阶段：对测量数据进行处理和分析，讨论实验结果。

stm32电容测量仪实验报告实验目的：本实验旨在通过使用STM32单片机设计和制作一个电容测量仪，用于测量电路中的电容值。

实验原理：电容是电子元件中常见的一种被动电子元件，其主要功能是储存电荷。

在电容测量仪中，我们使用了STM32单片机的内部模拟数字转换器（ADC）来测量电容。

ADC将电容的电压信号转换为数字信号，然后通过计算可以得到电容的值。

实验器材：1. STM32F103C8T6开发板2. 电容3. 电阻4. 面包板5. 连接线实验步骤：1. 将STM32开发板插入面包板中，并连接相应的电源线。

2. 将电容和电阻连接在面包板上，组成一个简单的RC电路。

3. 使用连接线将RC电路与STM32开发板的ADC引脚相连。

4. 在STM32开发板上编写程序，配置ADC并进行电容测量。

5. 将程序下载到STM32开发板中，并进行实验测量。

6. 根据实验结果，计算并记录电容的测量值。

实验结果与分析：通过实验测量，我们得到了电容的测量值。

根据测量值和实际电容的理论值进行对比，可以评估测量的准确性和精度。

如果测量值与理论值相差较大，则可能存在测量误差或电路中存在其他因素影响测量结果。

实验结论：本实验成功设计和制作了一个基于STM32的电容测量仪。

通过该仪器可以准确测量电路中的电容值，并可以用于实际的电子电路设计和测试中。

实验结果的准确性和精度对于保证电路正常工作和性能的提升具有重要意义。

拓展：在实际应用中，电容测量仪可以用于故障诊断、质量控制和电路设计等领域。

通过测量电容值，可以判断电容的健康状况，避免因电容老化或损坏引起的电路故障。

此外，电容测量仪还可以用于电路的质量控制，确保电路的性能和可靠性。

在电路设计中，测量电容值可以用于验证设计参数的准确性，并为电路的优化和改进提供参考。

因此，电容测量仪在电子领域具有广泛的应用前景。

简易数字电容测量仪设计引言电容是电子电路中常见的元件之一，用于存储电荷和调节电路的频率响应。

因此，对电容进行准确测量是电子工程师和爱好者常常面临的挑战之一。

本文将介绍一种简易数字电容测量仪的设计，该仪器可以实现对电容的快速、准确测量。

一、设计原理数字电容测量仪的设计基于计时电路的原理。

当一个已知电容通过一个已知电阻充电或放电时，可以测量所需的时间来计算电容的值。

具体而言，我们需要设计一个计时电路，通过测量电容充电或放电所需的时间，然后使用公式 C = t / (R * ln(2)) 来计算电容的值。

二、硬件设计1. 电路图我们的数字电容测量仪的电路图如下所示：2. 元件选择为了简化设计，我们选择了一些常用的元件。

电阻选用1kΩ的标准电阻，电容选用10μF的陶瓷电容。

此外，我们还需要一个微控制器来处理计时和计算电容值。

3. 电路实现根据电路图，我们可以使用常见的电子元件将电路实现。

首先，将电容和电阻按照图中的连接方式进行连接。

然后，将微控制器与电路连接，以便进行计时和计算。

最后，将电路供电，即可完成硬件的设计。

三、软件设计1. 计时和计算我们需要编写一个程序来实现计时和计算电容值。

首先，我们需要初始化计时器，并设置为充电或放电模式。

然后，我们可以使用计时器来测量所需的时间，并存储在一个变量中。

最后，我们使用上述公式来计算电容的值。

2. 显示结果为了方便使用者查看测量结果，我们可以在液晶显示屏上显示电容的值。

我们需要编写一个程序来将计算得到的电容值转换为适当的格式，并将其显示在液晶屏上。

四、实验结果与讨论我们通过使用实际的电容进行测试，验证了我们设计的数字电容测量仪的准确性和可靠性。

实验结果表明，我们的测量仪可以精确地测量电容的值，并将其显示在液晶屏上。

五、总结本文介绍了一种简易数字电容测量仪的设计。

通过使用计时电路和微控制器，我们可以实现对电容的快速、准确测量。

该仪器的设计原理简单，硬件和软件设计也相对简单，适合初学者和爱好者使用。

《电子技术》课程设计报告题目简易数字式电容测试仪学院（部）电子与控制工程学院专业电气工程及其自动化班级01学生姓名阿不都热扎克·阿不都拉学号01376 月24 日至7 月 4 日共2 周指导教师（签字）简易数字电容测试仪摘要本设计是基于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C。

其输出信号输入容的。

单稳态触发器中所涉及的电容，即是被测量的电容x到555定时器构成的多谐振荡器的是能端。

555定时器构成的多谐振荡器产生的信号的频率是1kHZ固定不变的。

通过改变单稳态触发器中与cx串联的电阻的大小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C值的不同而不同的，所以脉宽即是对应的电容值。

最终多谐振荡器的振荡容x次数与被测量的电容值呈线性关系。

最后是多谐振荡器次数的数字化，将f*t输入到4543译码器中翻译成BCD码，输入到LED数码管中显示出来。

关键词：:电容，555定时器，单稳态触发器，计数器，译码器，LED数码管设计内容要求1 测量电容容量范围为100pF~100μF。

2 应设计3个以上的测量量程。

3 用四位数码管显示测量结果。

4 用红、绿色发光二极管表示单位。

一 、系统概述此简易数字电容测试仪是基于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x C 。

当按下“开始”按钮时cx 开始充电，单稳态触发器的输出为“1”，单稳态触发器的输出信号输入到555定时器构成的多谐振荡器的是能端。

555定时器构成的多谐振荡器产生的信号的频率是1kHZ 固定不变的。

当单稳态触发器的输出为“1”时多谐振荡器开始振动74160开始计数。

当cx 充电冲到2/3Vcc 时单稳态触发器的输出为“0”，多谐振荡器停止工作，74160也停止计数。

通过改变单稳态触发器中与cx 串联的电阻的大小可以定量的确定被测电容的容值范围。

电子技术课程设计报告课程名称：数字式电容测量仪系部：专业班级：学生姓名：指导教师：完成时间数字式电容测量仪设计报告一内容提要:电容元件广泛应用于各种电子产品和电路中，具有十分广泛的应用。

电容的容值参数是设计中应考虑的重要参数。

常见的电容分为有极电容和无极电容。

电容的容值与电容的直对面积、形状、电解质等有关系。

目前的电容体积小，用常规方法难以精确测出。

为解决该问题。

我们设计了简易数字式电容测试仪。

该设计将电容的测量转化为频带宽度的测量，具有便携、易操作、高精度等特点。

本文粗略讲述了我在本次实习中的整个设计过程及收获。

讲述了数字电容测量仪的工作原理以及其各个组成部分，记述了我在整个设计过程中对各个部分的设计思路、对各部分电路设计方案的选择、元器件的筛选、以及对它们的调试、对调试结果的分析，到最后得到比较满意的实验结果的方方面面。

二设计内容及要求:1.被测电容的容量在0.01μF至100μF范围内。

2.设计两个的测量量程。

3.用3为数码管显示测量结果。

4.显示小数点和单位。

三设计思路及原理:1. 系统概述（1）将待测电容构成单稳态电路，在一定条件下，则单稳态电路的暂稳态时间与电容值成正比。

（1）用这个暂稳态时间作为一个时间窗（Tc），在这个时间窗内，对标准脉冲信号进行计数，从而测出时间窗的宽度，进而得到电容值。

Tc=K·Cf&en计数脉冲个数——N时间窗中脉冲个数：N=Tc×f=K’f×Cnum选择电阻R使K’f=1，则N=Cnum例如：C=0.11μF，Cnum=11C=11 μF，Cnum=11Tc=K·C=K·Cnum× 10-8F(秒)Tc=K·C=K·Cnum×10-6F(秒)时间窗中脉冲个数：N=Tc×f=K·10-8·f×Cnum=Cnum N=Tc×f=K·10-6·f×Cnum=Cnum 即K·10-8·f=1即K·10-6·f=1所以改变量程时，要改变K(R)或f就可以，我们选择的是改变R。