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【摘 要】该测量仪由测试电路和显示电路两部分组成，采用测脉宽法。设计的电容测量仪的测量范围是10uF～990Uf，显示的数值N是00～99，数字显示器所显示的数字N与被测电容量CX的函数关系是 当被测电容值超出量程时数码管呈灭零状态，报警二极管发光。
【关键词】数显 二极管发光报警 电容测量仪 555定时器 多谐振荡器 测脉宽法 闸门信号
一、引言
电容具有隔直流同交流的能力，在电子电路中是十分重要的元件，电容的容值在使用一段时间之后将会产生偏差，为了能得到正确电容值，在使用时往往要测量其电容值。传统的测量方法都采用交流电桥法和谐振法，通常采用刻度读数，此方法不够直观。该电容测量仪相对比较直观，且误差较小，将在电容测量方面显示出它读数方便，精确的优越性。
二、数字电容测量仪组成
（一）元器件例化
（1）555
555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。555 定时器的电源电压范围宽，可在4.5V～16V工作，7555 可在3～18V工作，输出驱动电流约为200mA，因而其输出可与 TTL、CMOS或者模拟电路电平兼容。
（2）74LS160
74LS160是同步四位十进制加法计数器。74LS160的清零端/MR是异步的，当清零端/MR为低电平是，不管时钟端CP状态如何，都可完成清零功能。74LS160计数是同步的，靠CP同时加在四个触发器上实现。
（3）74LS273
74LS273是数据/地址锁存器触发器，能同时锁住8位数，只有在清除端保持高电平时，才具有锁存功能，锁存控制端为11脚CLK，采用上升沿锁存。 CPU 的ALE信号必须经过反相器反相之后才能与74LS273的控制端CLK 端相连。
（4）74LS48
74LS48是BCD七段字型译码，具有灭零输入端的功能。输出端（Ya-Yg）为高电平有效，可驱动灯缓冲器或共阴极 VLED。
（5）7SEG
7SEG是共阴极数码管显示器
（6）74LS74
置位输入SD和复位输入RD接至基本RS触发器的输入端，它们分别是预置和清零端。当SD=0且RD=1时，不论输入端D为何种状态，都会使输出端Q=1，Q=0，即触发器置1；当SD=1且RD=0时，触发器的状态为0，SD和RD通常又称为直接置1和置0端。我们设它们均已加入了高电平，不影响电路的工作。
（二）模块组成
（1）时钟脉冲发生电路
时钟脉冲发生电路为由555定时器构成的多谐振荡器。此电路中用来产生时钟脉冲信号。电源接通后，VCC通过电阻R1、R2向电容充电，当 =2/3VCC时，因为2端与6端相连，则有=V6，使比较器C1输出翻转，输出电压V0=0。同时，放电管T导通，电容C通过R2放电；当电容电压下降至1/3VCC时，比较器C2工作，输出电压V0变成高电平，C放电终止，VCC通过电阻R1，R2又开始充电；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：，放电时间为，则时钟信号一个周期为。
（2）闸门信号产生电路
闸门信号产生电路为由555定时器构成的单稳态触发器。TR端作为触发信号的输入端，由时钟脉冲发生电路产生的时钟脉冲信号来提供。它有稳态和暂稳态两个不同的工作状态。在外界脉冲作用下，能从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持一段时间后，再自动返回到稳态。这段时间称为暂稳态时间取决于外界R、C的值。即：。U2产生的信号用来作为门控信号。
（3）计数脉冲产生电路
根据计数原理列出参数关系：2 =，化简得。调节、、的值使其满足关系。把由时钟脉冲发生电路产生的时钟脉冲信号与闸门信号产生电路产生的门控信号相与，就能得到与成正比的计数脉冲。
（4）计数电路
计数电路由两片74LS160计数器和74LS273锁存器构成，两片计数器通过置数法将两片计数器连接成百进制计数器，计数范围为0到99。两片计数器的MR端和LOAD端均接测量电路的单稳态输出端，保证计数器在有效技术范围内计数。当超出计数范围时，Q3和Q1为1通过74LS08与门输入到下一级电路。计数电路中的锁存功能由锁存器74LS273完成。时钟信号由测量电路中的单稳态触发器输出端经过反相得到，使其在计数结束时进行锁存。
三、设计思路
本设计选择了测脉宽法，用闸门信号来控制时钟信号产生的CP脉冲个数，使其来反映被测电容Cx的数值。当电容的取值在10uF～990Uf时，LED用来显示后两位，均用十进制数表示，显示的数值N是00～99中的一值，数字显示器所显示的数字N与被测电容量的函数关系是 N=/（10μF）。当被测电容值超出量程时数码管呈灭零状态，报警二极管发光。
（一）设计流程图
该系统的系统框图如图3.1所示。
四、功能特点
1、能测量10μF-990μF范围内的电容量。
2、若被测电容超过990uF，则数码管呈全暗状态，发光二极管呈亮状态，表示超量程。
3、该电容测量仪相对直观，误差较小，在电容测量方面显示出它读数方便，精确的优越性。
五、结束语
该电容测量仪观察直观，误差小，制作方便，价格便宜，适合学生使用，当被测电容接入电路后，在两秒内即可显示相应数值。在实验室使用起来方便，功耗低，方便学生动手实践，加深对电容的测量。
参考文献：
[1]康光华.电子技术基础（模拟部分）（M）. 北京：高等教育出版社，1998.
[2]胡辉.原理与应用（M）.北京：中国水利水电出版社，2007.
【关键词】数显 二极管发光报警 电容测量仪 555定时器 多谐振荡器 测脉宽法 闸门信号
一、引言
电容具有隔直流同交流的能力，在电子电路中是十分重要的元件，电容的容值在使用一段时间之后将会产生偏差，为了能得到正确电容值，在使用时往往要测量其电容值。传统的测量方法都采用交流电桥法和谐振法，通常采用刻度读数，此方法不够直观。该电容测量仪相对比较直观，且误差较小，将在电容测量方面显示出它读数方便，精确的优越性。
二、数字电容测量仪组成
（一）元器件例化
（1）555
555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。555 定时器的电源电压范围宽，可在4.5V～16V工作，7555 可在3～18V工作，输出驱动电流约为200mA，因而其输出可与 TTL、CMOS或者模拟电路电平兼容。
（2）74LS160
74LS160是同步四位十进制加法计数器。74LS160的清零端/MR是异步的，当清零端/MR为低电平是，不管时钟端CP状态如何，都可完成清零功能。74LS160计数是同步的，靠CP同时加在四个触发器上实现。
（3）74LS273
74LS273是数据/地址锁存器触发器，能同时锁住8位数，只有在清除端保持高电平时，才具有锁存功能，锁存控制端为11脚CLK，采用上升沿锁存。 CPU 的ALE信号必须经过反相器反相之后才能与74LS273的控制端CLK 端相连。
（4）74LS48
74LS48是BCD七段字型译码，具有灭零输入端的功能。输出端（Ya-Yg）为高电平有效，可驱动灯缓冲器或共阴极 VLED。
（5）7SEG
7SEG是共阴极数码管显示器
（6）74LS74
置位输入SD和复位输入RD接至基本RS触发器的输入端，它们分别是预置和清零端。当SD=0且RD=1时，不论输入端D为何种状态，都会使输出端Q=1，Q=0，即触发器置1；当SD=1且RD=0时，触发器的状态为0，SD和RD通常又称为直接置1和置0端。我们设它们均已加入了高电平，不影响电路的工作。
（二）模块组成
（1）时钟脉冲发生电路
时钟脉冲发生电路为由555定时器构成的多谐振荡器。此电路中用来产生时钟脉冲信号。电源接通后，VCC通过电阻R1、R2向电容充电，当 =2/3VCC时，因为2端与6端相连，则有=V6，使比较器C1输出翻转，输出电压V0=0。同时，放电管T导通，电容C通过R2放电；当电容电压下降至1/3VCC时，比较器C2工作，输出电压V0变成高电平，C放电终止，VCC通过电阻R1，R2又开始充电；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：，放电时间为，则时钟信号一个周期为。
（2）闸门信号产生电路
闸门信号产生电路为由555定时器构成的单稳态触发器。TR端作为触发信号的输入端，由时钟脉冲发生电路产生的时钟脉冲信号来提供。它有稳态和暂稳态两个不同的工作状态。在外界脉冲作用下，能从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持一段时间后，再自动返回到稳态。这段时间称为暂稳态时间取决于外界R、C的值。即：。U2产生的信号用来作为门控信号。
（3）计数脉冲产生电路
根据计数原理列出参数关系：2 =，化简得。调节、、的值使其满足关系。把由时钟脉冲发生电路产生的时钟脉冲信号与闸门信号产生电路产生的门控信号相与，就能得到与成正比的计数脉冲。
（4）计数电路
计数电路由两片74LS160计数器和74LS273锁存器构成，两片计数器通过置数法将两片计数器连接成百进制计数器，计数范围为0到99。两片计数器的MR端和LOAD端均接测量电路的单稳态输出端，保证计数器在有效技术范围内计数。当超出计数范围时，Q3和Q1为1通过74LS08与门输入到下一级电路。计数电路中的锁存功能由锁存器74LS273完成。时钟信号由测量电路中的单稳态触发器输出端经过反相得到，使其在计数结束时进行锁存。
三、设计思路
本设计选择了测脉宽法，用闸门信号来控制时钟信号产生的CP脉冲个数，使其来反映被测电容Cx的数值。当电容的取值在10uF～990Uf时，LED用来显示后两位，均用十进制数表示，显示的数值N是00～99中的一值，数字显示器所显示的数字N与被测电容量的函数关系是 N=/（10μF）。当被测电容值超出量程时数码管呈灭零状态，报警二极管发光。
（一）设计流程图
该系统的系统框图如图3.1所示。
四、功能特点
1、能测量10μF-990μF范围内的电容量。
2、若被测电容超过990uF，则数码管呈全暗状态，发光二极管呈亮状态，表示超量程。
3、该电容测量仪相对直观，误差较小，在电容测量方面显示出它读数方便，精确的优越性。
五、结束语
该电容测量仪观察直观，误差小，制作方便，价格便宜，适合学生使用，当被测电容接入电路后，在两秒内即可显示相应数值。在实验室使用起来方便，功耗低，方便学生动手实践，加深对电容的测量。
参考文献：
[1]康光华.电子技术基础（模拟部分）（M）. 北京：高等教育出版社，1998.
[2]胡辉.原理与应用（M）.北京：中国水利水电出版社，2007.