目录
1实习目的、内容和要求 (1)
2设计原理及软件简介 (3)
2.1 设计原理 (3)
2.2 Multisim软件简介 (3)
3 设计步骤和过程 (4)
3.1多谐振荡器电路 (4)
3.2单稳态触发器电路 (5)
3.3计数和显示电路 (7)
3.4 总电路原理图 (8)
4 设计的仿真和运行结果 (9)
4.1 电路的调试 (9)
4.2 结果及分析 (10)
5结论 (11)
5.1实习过程中遇到的困难及解决办法 (11)
5.2结论 (11)
参考文献 (12)
附录 (13)
附录A 数字式电容测量仪电路图 (13)
附录B 数字式电容测量仪元器件清单 (14)
第1页共17页
1实习目的、内容和要求
1.1实习目的
本次实习的目的在于掌握数字电容测试仪的设计、组装与调试方法。在日常的电路工程或者是电路试验中，电容是一个最常见的元器件，实际应用中，对电容的电容值的准确度要求也是很高的。但是由于电容自身特性决定了电容和电阻的测量是不一样的，电容的测量相对于电阻测量复杂，精确度不高。因此我们旨在设计一种可以测量电容大小的电路，并且采用七段数码管直接在屏幕上显示电容的大小，方便在以后的实验中对电容的使用。
1.2实习内容
1.2.1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。
外接电容
图 1 电容测量仪原理框
1.2.2设计要求：
1.2.2.1基本部分
(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，测量误差小于20%
1.2.2.2 发挥部分
(1) 至少设计两个以上的测量量程，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%。
1.3实习要求
（1）画出总体设计框图，以说明数字式电容测量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，在仿真软件上连接验证、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。
2设计原理及软件简介
2.1设计原理
外接电容
图2电容测量仪原理图
图框图
多谐振荡器产生矩形脉冲波与定时电报和微分电路产生的信号相与后送入计数器，然后通过译码器连接数码显示器，对电容大小进行显示。
2.2Multisim软件简介
Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE 技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。
3设计步骤和过程
3.1多谐振荡器电路
由555定时器构成的多谐振荡器来产生标准脉冲，电路和输出脉冲如图
图3 多谐振荡器电路图
图4 输出信号波形
在接通电源后，不需要外加触发信号，便能自动的产生矩形脉冲。此电路中用来产生时钟脉冲信号（如图所示）。周而复始，形成振荡。其振荡周期与电
容充放电时间有关，充电时间为：T1=（R4+R5）Cln2,，放电时间为T2=R5Cln2,则时钟信号一个周期为T=T1+T2=(R4+2R5)Cln2。
通过上述分析可知，电容充电时，定时器输出u=1电容放电时，u=0，电容不断地进行充、放电，输出端便获得矩形波。多谐振荡器无外部信号输入，却能输出矩形波，其实质是将直流形式的电能变为矩形波形式的电能。
3.2单稳态触发器电路
由555定时器构成的单稳态触发器。2端作为触发信号的输入端，由U1产生的时钟脉冲信号来提供。
图5 单稳态触发器电路图
图6 输出信号波形
单稳态触发器有稳态和暂稳态两个不同的工作状态。当被测电容Cx接到电路中之后，只要按一下开关S，电源电压Vcc 经微分电路C1、R1和反向器，送给555定时器的低电平触发端2一个负脉冲信号使单稳态触发器由稳态变为暂稳态，其输出端3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．暂稳态的脉冲宽度为Tx=1.1RCx．然后单稳态电路又回到稳态。输出脉冲的宽度tw等于暂稳态的持续时间，而暂稳态的持续时间取决于外接电阻R和电容C的大小。即：tw=R2*C2*Ln2=1.1R2*C2。
