13 简易数显式电容测试仪的设计

简易数字电容测试仪的设计作者：吴乃刚来源：《数字技术与应用》2013年第06期摘要：本文介绍了一种简易的数字式显示电容测试仪的设计思路及硬件结构，研究了数字电容测试仪的基本原理，画出整机框图，提出系统的性能指标，计算确定电路形式和元器件参数，将电容值通过译码器翻译成BCD码，通过LED数码管准确的显示出来。

关键词：电容数字式 555定时器译码器 LED显示中图分类号：TM934.2 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）06-0188-011 引言随着电子工业的发展，电子元器件急剧增加，电容因其独特的功能，广泛应用于隔直、耦合、旁路、滤波、调谐回路、能量转换、控制电路等方面，是电子设备中大量使用的电子元件之一。

而选择一个合适的电容就成为设计人员必须注意的问题。

数字电容测试仪的应用也就逐渐广泛起来。

2 系统概述2.1 测量系统构成2.2 系统的总体方案设计利用NE555电路的多谐振荡器或单稳态电路来测量。

本方案采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的宽窄，即控制脉冲宽度TX严格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CX的大小。

3 各部分电路设计3.1 单稳态触发器3.2 计数、译码和显示电路3.3 LED数码显示LED数码管分为共阳极与共阴极两种，对于共阳极LED数码管，将8只发光二极管的阳极短接后作为公共阳极，接+5V电源。

共阴极LED数码管则与之相反，它是将发光二极管的阴极短接后作为公共阴极，接地。

4 结语简易电容测试仪的构造比较简单，所使用的元器件相对用以找到，结构也不复杂，但是非常的方便实用，是一种非常有效的测量工具。

参考文献[1]童诗白.模拟电子技术基础[M].第2版，北京：高等教育出版社，1986.[2]杨兴琼，张益清，杨震绪.新编实用电子电路500例[M].北京：化学工业出版社，2006.[3]蒋立平.数字逻辑电路与系统设计[M].北京：电子工业出版社，2009.[4]刘修文主编，新编电子控制电路300例，北京：机械工业出版社，2006出版.[5]陈有卿，叶桂娟.555时基电路原理设计与应用[M].北京：电子工业出版社，2007.[6]谢自美.电子线路设计.实验·测试.华中科技大学出版社，2000.。

电平跳变为高电平 ， 电路进入暂稳态 ， 放 电三极管Ｔ 截止。 此后 电容 ｃ 充电， 当 充 电至 ＝ ＿ 时， 电路的输出端 电压 由高 电平翻 转为低 电平 ， 同时Ｔ 导通 ， 于是电容 ｃ 放 电， 电路返回到稳定状态 。
２
２
如 果 忽 略Ｔ的饱 和压 降 ， 则 从 零 电平上 升 到 ＿ 的 时 间 ， 即
２系统概述
２ ． １ 测 量 系统构 成 该系统主要 由标准脉冲发生器 、 单稳态触发器、 测量控制 电路 、 计数器 、 译码器和显示器等部分组成。 其原理 图如（ 图１ ） 所示。 ２ ． ２系统 的 总体 方 案设 计 利用 ＮＥ ５ ５ ５ 电路 的多 谐 振 荡器 或 单 稳 态 电路 来 测量 。 本 方 案 采 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 冲的宽 窄 ， 即控 制 脉冲宽 度Ｔｘ严格 Ｃ Ｘ成 正 比。 只要 把 图 １ 数 字 电容 测 试 仪 的原 理 框 图 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 Ｃ Ｘ的大 小 。 简易 数 字 式 电 容测试仪主要分为 六大 板 块 ： 由５ ５ ５ 定 时器 构成 的多 谐 振
为输 出电压 的脉宽 ｔ 。
Ｔｗ ＝ＲＣｘ ｌ ｎ ３ １ ． １ ＲＣｘ
３ ． ２计数 、 译 码 和 显示 电路 （ １ ） 计 数器 。 计数器主要用来对时钟进行计数并送入显示 电路 显示 。 ４ ５ １ ８ ： ￣ ： ｇ Ｔ ． Ｂ Ｃ Ｄ 码同步十进制计数器 ， 每个计数器包含两个时 钟输入端 ： Ｃ Ｐ 和Ｅ Ｎ。 Ｃ Ｐ 用于上升沿触 发， 要求Ｅ Ｎ＝１ ； Ｅ Ｎ用于下降 沿触发 ， 要求 Ｃ Ｐ ＝Ｏ 。 Ｃ Ｒ是异步复位 端 ， 高 电平有效 ， 正常计 数时 Ｃ Ｒ＝ Ｏ 。 这里 ， 我们要测量的 电容范围是０ ￣ Ｊ ９ ９ ９ ｐ Ｆ， 需要三位十进 制 计数 器 进 行 级联 。 其级联 的方 法 是将 低 位 的Ｑ ３ 端 接高 位 的Ｅ Ｎ端 ， 高 位 计 数器 的 Ｃ Ｐ 端接地。 其 输 出 端Ｑ３ Ｑ ２ Ｑ１ Ｑ Ｏ 输出８ ４ ２ １ Ｂ Ｃ Ｄ 码， 接 显 示译码器 的代码 输入端 。 电路 图比较简单 ， 在这里就不再赘述 了。 （ ２ ） 译码 器 电路 。 译 码 显 示 电路 的 设计 比较 简 单 ， 选 用４ ５ １ １ ， 该 译 码器 为Ｂ Ｃ Ｄ一七段 锁存 ／译 码 ／驱 动 器 ， 其 数据 输 入端 接计 数器 Ｑ３ Ｑ ２ Ｑ１ Ｑ Ｏ 端输出的Ｂ Ｃ Ｄ 码， 译码器 的输 出端接共 阴极七段半导体 数码 显 示 器 。

六. 思考题
1．在本设计方案中，若要扩大电容的测量范围，其 解决方法是什么？ 2．在本设计方案中，若要提高电容的测量精度，其 方法是什么？ 3．在本设计方案中，被测电容的大小和测量时间有 什么关系？ 4．在本设计方案中，试设计加入自动量程转换电 路，要求画出电路图。
七. 参考器件
NE555 2块；74LS160 3块；74LS47 3块； 74LS00 2块；按键开关 2个；电位器 5k 2只； 5.1k 3只；2k 1只；（300～５１０Ω） ５只； 二极管 1N4148 1只；发光二极管LED 1只； 1k ３只；电容10uF 1只；0.1uF 3只；LED数码管 （共阳） 3只。
1. 要求测量的电容量能数字显示。
2. 测量电容量的范围是1uF~100uF。
3. 测量精度±10%。
4. 分辨率0.1uF。 5. 有超量程指示。
三.预习要求
1. 根据设计任务要求，确定设计方案。 2．画出设计电路的系统框图和单元电路图。 3．对设计电路中的相关器件进行参数计算和 选择。 4. 将设计好的相关电路在Multisim软件上 进行电路设计与仿真。
COM
g
b c
DP
220W
a
……
b c d e b c d e f
f
g DP
c DP
a
g
译码器
D C B A Q3 Q2 Q1 Q0
LED共阳显示器
+ 5V -
B
＆ ＆
E
tW 1.1RTCX
R
R
+5V R
+5V
R
+5V & & C
译码器

122科技资讯 SC I EN C E & TE C HN O LO G Y I NF O R MA T IO N动力与电气工程在电子产品的生产和维修中,电容在基本的电子产品集成电路部分有着其不可替代的作用,电子器件的好坏决定了电子产品的好与坏。

电容测量这一环节至关重要,电容测试仪便有着非常重要的作用。

因此,设计可靠、安全、便捷的电容测量仪具有极大的现实必要性,本文介绍了一种实用的电容测试仪的设计方法。

1 测量原理本设计采用NE555多谐振荡器原理测量电容,多谐振荡器原理图如图1所示。

电容C1、电阻R1、R2和NE555芯片构成一个多谐振荡电路。

在电源接通时,电容C1上的电压Vc 为零,多谐振荡器Vo 输出为高电平,电源通过R1和R2对电容C1充电。

当C1上的电压Vc=V T+时,施密特触发器翻转,V o变为低电平,C 又通过R 2放电,V c 下降。

当Vc=VT时施密特触发器又翻转,输出Vc 又变为高电平,如此往复产生震荡的方波信号。

由理论分析可知,电路的振荡频率如公式1所示。

①作者简介:黄璞(1982—),女,汉,湖北省宜昌市人,鄂东职业技术学院,讲师,主要从事工业控制与检测技术方面研究。

黎会鹏(1981—),男,汉,湖北省荆门市人,鄂东职业技术学院,讲师,主要从事嵌入式系统设计方面研究。

21)221(11Ln C R R T f(1)2 系统组成及工作原理系统由电源电路、振荡电路、档位开关电路、控制电路和显示电路几个部分组成。

待测电容与振荡电路电阻组成RC 网络,振荡信号经过比较电路整形成方波,单片机测量方波信号频率,计算出待测电容值,系统结构图如图2所示。

2.1多谐振荡电路本设计利用NE555多谐振荡器原理产生振荡信号,送控制电路进行测量。

2.2显示电路该部分主要是显示当前测量电容值的大小,采用4位7段数码管进行显示。

为增加数码管亮度,选取74LS245芯片增加驱动电流。

简易电容测试仪的设计①黄璞 黎会鹏(鄂东职业技术学院机电系 湖北黄冈 438000)摘 要:介绍了一种基于AT89C51单片机的电容测试仪的硬件结构和设计思想。