1、艾美特電器（深圳）有限公司簡易電容測試儀摘要數(shù)字電容測量儀是計算機、通訊設備、音頻視頻等科研生產領域不可缺少的 測量儀器。現(xiàn)在常用的測量方法是電容表法和充放電法。本設計使用兩個555定時器，其中一個555定時器搭建成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，通 過給端腳2 一個負脈沖使定時器由單穩(wěn)態(tài)進入暫穩(wěn)態(tài)，從而在輸出端輸出一個高電平的單脈沖，通過計算這個單脈沖的寬度便可由公式算出電容值，另一個555定時器搭建成多諧振蕩器，通過電容充放電產生固定周期的脈波，作為計數(shù)脈沖； 將計數(shù)脈沖接到74161構成的4位計數(shù)器的低位的計數(shù)脈沖輸入端進行計算，每 個74161的四個輸出端接到數(shù)碼管進行顯示，用置數(shù)法對74161賦初值；

2、采用直流穩(wěn)壓為系統(tǒng)提供+5V電壓。設計中使用開關轉換來達到 3個大量程測量電容，能夠測量 1pF1000PF 1n1000nf, 1u1000uf的電容值；其中100pf100u為所要求的測量量程，在這 個量程范圍內，可很精確地測量到電容值，誤差范圍為 0百分之一。關鍵詞555定時器，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，多諧振蕩器，74161構成的計數(shù)器技術要求1. 測試電容容量范圍為100PF100卩F;2. 應設計3個以上的測量量程；3. 用四位數(shù)碼管顯示測量結果4. 用紅、綠、藍色發(fā)光二極管表示單位。、系統(tǒng)綜述1.1基本設計思路:Vcc 0RCxln將需要測量的電容接到單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的 6和7引腳端，另一端接地

3、，6和7引腳通過電阻值與電源正極相連，而通過改變該電阻的阻值可以獲得2VCCV CC3到不同的量程，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器產生的脈沖寬度為:RCxl n3 1.1RCx;把該脈沖接到多諧振蕩器的 REST端控制多諧振蕩器的工作，通過多諧振蕩器產 生的計數(shù)脈沖對單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器產生的高電平單脈沖進行計數(shù)，（當取合適電容電阻參數(shù)時，便可使單穩(wěn)態(tài)產生的單脈沖寬度內多諧振蕩器產生的脈沖數(shù)等于電容數(shù)值，用不同顏色的LED燈便知道電容單位1.2、系統(tǒng)方案論證與選擇：方案一 容抗法測量電容電路其設計思想是首先利用一定頻率（例為400Hz）的正弦波信號將被測量電容 量Cx變成容抗Xc,然后進行C / VCA專換，把Xc轉換

4、成交流信號電壓，再經過 AC / DC轉換期取出平均值電壓 V0,送至31/2位或41/2位A/D轉換器。由于平均 值電壓VO*Cx,只要適當調節(jié)電路參數(shù)，即可直讀電容量。優(yōu)缺點：容抗法測 電容的優(yōu)點是能自動調零，縮短了測量時間。但精度不高，分立元件太多方案二利用充放電法測量電容其設計思想是利用對被測電容進行充放電，將脈波輸入計數(shù)器通過計數(shù)，最后送出正確的顯示信號給顯示電路。 其原理流程方框圖1如下：由555構成一個 多諧振蕩器。在電源剛接通時，電容 C上的電壓為0,多諧振蕩器輸出Vo為高 電平，Vo通過R對電容C充電。由555構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器外加一反向器作為 控制計數(shù)脈波，將所計下的數(shù)送給

5、 74161計數(shù)，然后送給顯示管顯示。綜上所述，選擇第二種方案進行設計。1.3總體設計框圖：（內容用小4號字宋體）二、單元電路設計（內容用小 4號字宋體）2.1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路：（小4號字宋體）電路如圖2.2所示，由555定時器組成的單穩(wěn)觸發(fā)器，它為下級多諧振蕩器提供單脈沖，控制多諧振蕩器的工作。單穩(wěn)觸發(fā)器占空比為VCC 0 tw RCxInCC2Vcc 3VccRCxl n3 1.1RCx為了使計數(shù)器在單穩(wěn)觸發(fā)器高電平時開始計數(shù)， 應在單穩(wěn)波形后加一級反相由555組成的多諧振蕩器的振蕩周期為TR1 2R2 C0 In 2為了便于計算，式中取 Ri R2，則上式可化為T 3RiCln2。計數(shù)器

6、在單穩(wěn)觸發(fā)器高電平時（經過反相器變換為低電平后）開始計多諧振蕩器的周期數(shù)，滿足下述關系式tw T即1. 1RCx N 3R1C0I n2若要顯示器直接顯示出 Cx的值，則應該滿足Cx N，所以1.1R 3R1C0I n22.2多諧振蕩器電路:其產生的波形一方面用于計數(shù)，另一方面作為單穩(wěn)態(tài)電路的輸入。電路如圖4所示：圖4多諧振蕩器電路其工作原理如下:*片“7嚴0 L=!：=：=： t圖5多諧振蕩器波形多諧振蕩器只有兩個暫穩(wěn)態(tài)。假設當電源接通后，電路處于某一暫穩(wěn)態(tài)，電容C上電壓UC略低于3Ucc，Uo輸出高電平，V1截止，電源UCC通過R1、12U cc U c U ccR2給電容C充電。隨著充電

7、的進行UC逐漸增高，但只要33 ，輸出電壓Uo就一直保持高電平不變，這就是第一個暫穩(wěn)態(tài)。當電容 C上的電壓2 2UC略微超過3Ucc時（即U6和U2均大于等于3U時），ccccRS觸發(fā)器置0，使頁腳內容8輸出電壓Uo從原來的高電平翻轉到低電平，即Uo=0, V1導通飽和，此時電容2 1 U cc U c U ccC通過R2和V1放電。隨著電容C放電，UC下降，但只要33，Uo就一直保持低電平不變，這就是第二個暫穩(wěn)態(tài)當UC下降到略微低于1ucc時,RS觸發(fā)器置1,電路輸出又變?yōu)閁o=1, V1截止，電容C再次充電，又重復上述 過程，電路輸出便得到周期性的矩形脈沖。其工作波形如圖5所示。2.3 7

8、4161構成的4位計數(shù)器電路:2.4數(shù)碼管顯示電路:2.5總電路圖:U4CRA1 74LS161Ddai K pt OR -|C E E C23I彳34T| 1.736快033LEU3U2U120J11624)0D74S00D74S00D74S00D94X Id74LS161D2474S00D工: I*.(4)當電容值為 C=1OOOpf時仿真波形與結果如下：U3U2n2010111JJ1DE2474S00D74S00D74S00DT74S04N74S04N74S00DI74S04NCR74LS161Dd A4 K PT DR-I C E E L COR74LS161Dd A3K PT DR c E E L C5OR9171819QDQBQACR74LS161DdA1K P T DR -iC E E C74LS161DDA2pt OrE E CDDCCQBQAQDQCQBQA150 Q42S1XSC14 2850 Q0 Q2k QR9RSTRST3840DIS31RED1GreTHR469743TRICON3930GNDrS4100nFC510nFC2100pFC1 100nF351.8k Q 150 Q 5QR8 廠 R72k Q牛9 |R11en1廣R1 10k QDIS27THRTRICONR25k QC4_AZA TjLSdOta4 la