簡(jiǎn)易電容測(cè)試電路

1、1、題目: 簡(jiǎn)易電容測(cè)試電路要求：能夠測(cè)微法 99 微法范圍內(nèi)的電容值，且可以換檔操作。用兩個(gè)數(shù)碼管作為顯 示原件。測(cè)試時(shí)，測(cè)試電容接至測(cè)試端自動(dòng)顯示出被測(cè)電容值，且響應(yīng)時(shí)間不超過(guò) 2 秒。2、主要技術(shù)指標(biāo)：（1）設(shè)計(jì)制作一個(gè)具有數(shù)字顯示功能的電容測(cè)量?jī)x。（2）測(cè)量電容范圍為 卩F99卩F。（ 3）設(shè)計(jì)電容數(shù)字測(cè)量?jī)x的電路圖。（ 4）組裝、調(diào)試電容數(shù)字測(cè)量?jī)x單元電路和整機(jī)系統(tǒng)。3、方案論證及選擇（電路仿真部分） ：數(shù)字式電容測(cè)量?jī)x的方案分析方案一容抗法測(cè)量電容電路其設(shè)計(jì)思想是首先利用一定頻率（例為400Hz）的正弦波信號(hào)將被測(cè)量電容量Cx變成容抗Xc,然后進(jìn)行C / VCA轉(zhuǎn)換，把Xc轉(zhuǎn)換成交

2、流信號(hào)電壓， 再經(jīng)過(guò)AC / DC轉(zhuǎn)換期取出平均值電壓 V0,送至31/2位或41/2位A/D轉(zhuǎn)換器。由于平均 值電壓VgCx,只要適當(dāng)調(diào)節(jié)電路參數(shù)，即可直讀電容量。容抗法測(cè)電容的優(yōu)點(diǎn)是能自動(dòng) 調(diào)零，縮短了測(cè)量時(shí)間。優(yōu)缺點(diǎn)：容抗法測(cè)電容的優(yōu)點(diǎn)是能自動(dòng)調(diào)零，縮短了測(cè)量時(shí)間。但精度不高，分立元 件太多。方案二 單片機(jī)法測(cè)電容其設(shè)計(jì)思想是利用對(duì)被測(cè)電容進(jìn)行沖放電， 通過(guò)施密特觸發(fā)器 輸出相應(yīng)的時(shí)間脈沖寬度，送入單片機(jī)處理，最后送出正確的顯示信號(hào)給顯示電路。方案三電容、電阻和施密特觸發(fā)器構(gòu)成一個(gè)多諧振蕩器。在電源剛接通時(shí)，電容 C上 的電壓為0,多諧振蕩器輸出Vo為高電平，Vo通過(guò)R對(duì)電容C充電。當(dāng)C

3、上充得的電壓 Vc=Vt+時(shí)，施密特觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，Vo變成低電平，Vc又通過(guò)R放電，Vc下降，當(dāng)Vc=Vt-時(shí) 施密特觸發(fā)器又翻轉(zhuǎn)，輸出Vo又變成高電平。如此往復(fù)振蕩產(chǎn)生一系列時(shí)間脈寬送入單片 進(jìn)行中央處理，最后送出顯示信號(hào)通過(guò) LED顯示。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要采用555集成定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器等電路把被測(cè)電 容的電容量轉(zhuǎn)換成電壓量，再把電壓量通過(guò)譯碼器把電壓量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量并顯示，從而實(shí) 現(xiàn)電容測(cè)量。4、系統(tǒng)組成框圖：它由測(cè)試電路和顯示電路兩部分組成。在測(cè)試電路中，第一個(gè)555定時(shí)器做多諧振電路，它通過(guò)電容配合電阻沖放電產(chǎn)生一系方波脈沖。第二個(gè)555定時(shí)器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它利用被測(cè)電容

4、Cx的充放電過(guò)程去調(diào)制一個(gè)頻率和占空比均固定的脈沖波形，使其占空比q與C成正比，顯然經(jīng)過(guò)衰減電路取出合適的脈寬的直流電壓 Voo然后由MC14433!過(guò)A/D 轉(zhuǎn)換，同時(shí)由 MC1403提供合適的基準(zhǔn)電壓，再通過(guò)七段鎖存譯碼驅(qū)動(dòng)器CD4511譯碼和MC1413的達(dá)林頓反向驅(qū)動(dòng)從LED顯示器上讀出電容。電容數(shù)字測(cè)量?jī)x基本原理在數(shù)字電路中常使用矩形脈沖作為信號(hào)，進(jìn)行信息傳遞，或作為時(shí)鐘信號(hào)用來(lái)控制和 驅(qū)動(dòng)電路。本實(shí)驗(yàn)是自激多諧振蕩器，它是不需要外加信號(hào)觸發(fā)的矩形波發(fā)生器。另一類(lèi) 是他激多諧振蕩器，有單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它需要在外加觸發(fā)信號(hào)的作用下輸出具有一定寬度 的矩形脈沖波；有施密特觸發(fā)器（整形電路）

5、，它對(duì)外加輸入的正弦波等波形進(jìn)行整形，使 電路輸出矩形脈沖波。在單穩(wěn)態(tài)電路中，當(dāng)它輸出的的脈沖幅度一定時(shí)，其輸出脈沖電壓的平均值只與脈沖 的頻率或脈寬成正比。如果將單穩(wěn)態(tài)電路CP端輸入的觸發(fā)脈沖的頻率固定，那么輸出脈沖 電壓打的平均值就只與脈沖的寬度成正比了。電容測(cè)量的基本原理是：把電容量通過(guò)電路轉(zhuǎn)換成電壓量，然后把電壓量經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量進(jìn)行顯示。電容數(shù)字測(cè)量?jī)x可由多種方法設(shè)計(jì)。如由555集成定時(shí)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器等電路，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出電壓的脈寬為：Tw=RCI n3 式（1）這種電路產(chǎn)生的脈寬可以從幾個(gè)微秒到數(shù)分鐘，從式 （1）可以看到，當(dāng)R固定時(shí)，改變 電容c則輸出脈

6、寬TW跟著改變，由Tw的寬度可以求出電容的大小。把單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸 出電壓V o取平均值，由于電容量的不同，Tw的寬度也不同，貝U Vo的平均值也不同，由 Vo的平均值大小也就可以得到電容 C的大小。如果把這個(gè)Vo的平均值送到3位A/D轉(zhuǎn)換 器，經(jīng)顯示器顯示的數(shù)據(jù)就是電容量的大小。由于單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出脈沖寬度 Tw與電容C成正比，還可利用數(shù)字頻率計(jì)的知識(shí)，把此脈沖作閘門(mén)時(shí)間和標(biāo)準(zhǔn)脈沖相“與”，得到 計(jì)數(shù)脈沖，該計(jì)數(shù)脈沖送計(jì)數(shù)-鎖存-譯碼顯示系統(tǒng)就可以得到電容量的數(shù)據(jù)。4511BC7段鎖存/譯碼/驅(qū)動(dòng)器4518 雙BCD碼計(jì)數(shù)器（十進(jìn)制）6、總體電路圖：7、調(diào)試過(guò)程及測(cè)試結(jié)果：由于對(duì)方案的理解

7、不夠深刻，使我們最后的設(shè)計(jì)不正確，改變思路、修改方案、仔細(xì) 檢查后最后終于能夠顯示正確結(jié)果，但由于誤差及焊接電路問(wèn)題較多，還是不夠準(zhǔn)確。這 也是我們以后應(yīng)該注意的。8、主要元件清單:1電阻150、1K各2個(gè)2電阻10K、各1個(gè)3電容2個(gè)4電容、1uF各1個(gè)5開(kāi)關(guān)1個(gè)674LS001個(gè)745181個(gè)845112個(gè)9陰極數(shù)碼管2個(gè)10待測(cè)電容、47uF各1個(gè)115552個(gè)9、總結(jié)：通過(guò)這周對(duì)電容測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)，使我們了解很多芯片的功能及應(yīng)用，更重要的是我們 對(duì)芯片理解加深，豐富的了這方面的知識(shí)，課程設(shè)計(jì)是在模擬電路和數(shù)字電路理論基礎(chǔ)上 進(jìn)行的一次綜合性系統(tǒng)設(shè)計(jì)，通過(guò)設(shè)計(jì)和實(shí)踐，培養(yǎng)了我們的綜合運(yùn)用知識(shí)、實(shí)踐操作及 解決實(shí)際問(wèn)題的能力，使我們牢固掌握課程中學(xué)到的電子線路的工作原理、分析方法和設(shè) 計(jì)方法，學(xué)會(huì)電路的一般設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)流程，并應(yīng)用這些方法進(jìn)行一個(gè)實(shí)際的電子線路 的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。因種種原因調(diào)試不出正確結(jié)果，在不斷的調(diào)整和修改后，終于有了正確的結(jié) 果，在失敗中也學(xué)到很多，這對(duì)我們以后學(xué)習(xí)中將會(huì)有很大的幫助，也會(huì)激勵(lì)我們?cè)诶щy 面前勇敢向前。10、參考文獻(xiàn)：1 .邱關(guān)源電路第四版高等教育出版社2 .沙占友.新編實(shí)用數(shù)字化測(cè)量技術(shù).國(guó)防工