簡(jiǎn)易電容測(cè)試電路(經(jīng)典)

1、 簡(jiǎn)易電容測(cè)試電路簡(jiǎn)易電容測(cè)試電路要求：能夠測(cè)0.01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2秒。寡人豬八戒 制作方案論證方案論證o 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R對(duì)電容C充電。當(dāng)C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LED顯示。o

2、 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。A1555_VIRTUALGNDDISOUTRSTVCCTHRCONTRIU1A74LS00DU2B74LS00DR31k J1Key = BC310uF VCC5VJ2R8100kR91.0MR21K_LINKey = A 50%R110kR12470VCC414039003632313027142C10.1uF-POLCx1.0uF系統(tǒng)組成框圖系統(tǒng)組成框圖o 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

3、做多諧振電路，它通過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Cx的充放電過程去調(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)過衰減電路取出合適的脈寬的直流電壓Vo。然后由MC14433通過A/D轉(zhuǎn)換，同時(shí)由MC1403提供合適的基準(zhǔn)電壓，再通過七段鎖存譯碼驅(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。VCC5VA2555_VIRTUALGNDDISOUTRSTVCCTHRCONTRIR51k C410nFC5100nFR1010kR1110kR410K_LINKey = C 50%333534

4、VCC02單穩(wěn)態(tài)電路多諧振蕩器提供合適的基準(zhǔn)電壓譯碼數(shù)碼管顯示單元電路設(shè)計(jì)及說明單元電路設(shè)計(jì)及說明（電容數(shù)字測(cè)量?jī)x基本原理）o 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)，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。電容數(shù)字測(cè)量?jī)x基本原理o 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

5、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。o 電容測(cè)量的基本原理是：把電容量通過電路轉(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。電容數(shù)字測(cè)量?jī)x基本原理o 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，則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

6、送到3 位AD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)。閘門電路：閘門電路：NE555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)電路構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)電路 （觸發(fā)時(shí)間為一秒）（觸發(fā)時(shí)間為一秒）o 右圖是人工啟動(dòng)單穩(wěn)，右圖是人工啟動(dòng)單穩(wěn)，定時(shí)電阻定時(shí)電容位定時(shí)電阻定時(shí)電容位置分別為圖中的置分別為圖中的Rt和和Ct，也就是電路的結(jié)，也就是電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：構(gòu)特點(diǎn)是：“RT-6.2-CT”。 以下為以下為555芯片內(nèi)部電路圖以及單穩(wěn)態(tài)電路芯片內(nèi)部電

7、路圖以及單穩(wěn)態(tài)電路工作波形（圖中電容工作波形（圖中電容C即為測(cè)試電容即為測(cè)試電容Cx）RCRCVVVRCtCCCCCCW1.13ln320ln連續(xù)觸發(fā)電路：連續(xù)觸發(fā)電路：NE555電路組成的多電路組成的多諧振蕩器諧振蕩器o連續(xù)觸發(fā)電路：連續(xù)觸發(fā)電路：NE555電路組成的多諧電路組成的多諧振蕩器振蕩器o根據(jù)電路圖a，即T=0.7（R1+2R2）C1.(2)o(1)/(2)得到計(jì)數(shù)N，N=Tw/T=1.1RCx/0.7(R1+2R2)C。當(dāng)Cx=1uF時(shí)，計(jì)數(shù)N為Cx以u(píng)F為單位的倍數(shù)。而電路中出現(xiàn)的檔位操作是用來調(diào)節(jié)單穩(wěn)態(tài)電路出現(xiàn)高電平的時(shí)間，也是切換電容的單位的操作。計(jì)數(shù)單元：（雙十進(jìn)制計(jì)數(shù)單

8、元：（雙十進(jìn)制BCD計(jì)數(shù)器）計(jì)數(shù)器）顯示電路：（顯示電路：（CD4511驅(qū)動(dòng)共陰數(shù)碼管）驅(qū)動(dòng)共陰數(shù)碼管）4511BCD7段鎖存段鎖存/譯碼譯碼/驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器 4518雙雙BCD碼計(jì)數(shù)器碼計(jì)數(shù)器（十進(jìn)制）（十進(jìn)制）R61k R71k U4A BC D E F GCKU5A BC D E F GCAHU64511BD_5VDA7DB1DC2DD6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14EL5BI4LT3U74511BD_5VDA7DB1DC2DD6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14EL5BI4LT3VCC5VVCC5VU8A4518BP_5V1A31B41C51D

9、6EN12MR17CP11U9B4518BP_5V1A31B41C51D6EN12MR17CP11VCC5VVCCVCC13 14 15 1617 18 19VCC222423 25 26 27 28 29 30313233343536372012調(diào)試過程及測(cè)試結(jié)果調(diào)試過程及測(cè)試結(jié)果o 由于對(duì)方案的理解不夠深刻，使我們最后的調(diào)試不正確，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題較多，還是不夠準(zhǔn)確。這也是我們以后應(yīng)該注意的。主要元件清單主要元件清單1. 電阻電阻 10K、5.7K 各各1個(gè)個(gè)2. 電容電容 0.01uF 2個(gè)個(gè)3. 電容電容 0.1uF、1uF 各各1個(gè)個(gè)4. 開關(guān)開關(guān) 1個(gè)個(gè)5. 74LS00 1個(gè)個(gè)6. 4518 1個(gè)個(gè)7. 4電阻電阻 150、1K 各各2個(gè)個(gè)8. 511 2個(gè)個(gè)9. 七段共陰數(shù)碼管七段共陰數(shù)碼管 2個(gè)個(gè)10.待測(cè)電容待測(cè)電容 0.01uF、0.1uF、47uF 各各1個(gè)個(gè)11.555 2個(gè)個(gè)總結(jié)總結(jié)o 通過這周對(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)際問題的