目录1、设计指标 (3)2、设计原理 (3)2.1设计原理框图 (3)2.2设计方案 (3)2.3模块介绍 (4)2.3.1 控制电路 (4)2.3.2 时钟脉冲发生器 (4)2.3.3 计数器和显示器 (6)3、单元电路的设计 (6)3.1多谐振荡器 (6)3.2单稳态触发器 (8)3.3.1整流电路采用直流稳压电源设计思路 (9)3.3.2直流稳压电源的原理框图分析 (9)3.3.3直流稳压电源特点 (10)4、设计制作过程及整体电路图 (10)4.1设计制作过程 (10)4.2整体电路图 (11)5、芯片介绍 (11)5.1555芯片功能介绍 (11)5.274LS192芯片介绍 (13)总结 (14)致谢 (15)参考文献 (16)1、设计指标1.1 设计目的(1) 掌握数字电容测试仪的构成、原理和设计方法。
(2) 掌握集成电路的使用方法。
1.2 基本要求（1）电容测量范围为1000pF～10uF，输出应能直接显示其值，误差≤5%，电源电压为+5V。
（2）量程可切换，显示值能够标定。
（3）要求最终正确无误地完成全部电路设计，并具有一定先进性，对电路设计也应提出建议性意见并写出合格的课程设计说明书，圆满完成各项任务。
2、设计原理2.1设计原理框图图1.电容测试仪原理框图2.2 设计方案利用单稳态触发器或电容器充放电规律等，可以把被测电容的大小转换成脉冲宽窄，即控制脉冲宽度Tx 与Cx成正比。
只要把此脉冲与频率固定不变的方波即时钟脉冲相与，便可得到计数脉冲，把计数脉冲送给计数器计数，然后再送给显示器显示。
如果时钟脉冲的频率等参数合适，数字显示器显示的数字N便是电容Cx的大小。
之所以选择该方案是考虑到这个方案不仅设计比较容易实现，而且更重要的是该方案设计出来的数字测试仪测量的结果比较精确。
2.3 模块介绍2.3.1 控制电路控制器的主要功能是根据被测电容Cx的容量大小形成与其成正比的控制脉冲Tx。
图2所示为单稳态控制电路的原理图。
该电路的工作原理如下：图2.单稳态控制电路原理图当被测电容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C、1R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1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，其输出端3变为低电平，从而封锁与门，停止计数。
可见，控制脉冲宽度Tx与RCx成正比。
如果R固定不变，则计数时钟脉冲的个数将与Cx的容量值成正比，可以达到测量电容的要求。
由于设计要求，Cx的变化范围为1000pF～10uF，且测量的时间小于2s，即Tx<2s，也就是Cx最大(10uF)时，Tx<2s，根据Tx=1.1RCx可求得：R<T X/(1.1C X)=2/(1.1×10×10-6)欧=181.8千欧。
取R3=180K。
微分电路可取1R=1K，2R=10K，1C=l F2.3.2 时钟脉冲发生器这里选用由555定时器构成的多谐振荡器来实现时钟产生功能。
电路原理图如图3所示：振荡波形的周期为：图3.由555定时电路构成的多谐振荡器 T=tp1+tp2≈0.7(R 2+R 1)C 3其中tp1≈ 0.7(R 2+R 1)C 2 ,tp2≈0.7R 1C 2占空比为：q=tp1/T=（R 2+R 1）/(R 2+2R 1)因为时钟周期T ≈0.7(R 2+R 1) 是在忽略了555定时器6脚的输入电流条件下得到的，而实际上 6脚有10F μ的电流流入。
因此，为了减小该电流的影响，应使流过的电流最小值大于10uF 。
又因为要求 Cx =10uF 时，Tx=2s ，所以需要时钟脉冲发生器在 2s 内产生脉冲。
即时钟脉冲周期应为T=2ms ．即：122Ttp tp ms =+=。
如果选择占空比q=0.6，即 q=1tp T =0.6 由此可求得： 10.60.62 1.2tp T ms ms ==⨯=21取2C =0.1F μ，则 ： 4R =220.7tp C ≈11.43K 3R =120.7tp C -4R 521521100%0%20%521-⨯=<≈5.713K ． 取标称值：3R =5.6K ，4R =12K ．最后还要根据所选电阻3R 、4R 的阻值，校算流过3R 、4R 的最小电流是否大于10uA 。
从图可以看出，当2C 上电压c U 达到23V 时，流过3R 、4R 的电流最小，为: m I in =2334VCC VCC R R -+≈95uA 振荡周期：3420.7(2) 2.07T R R C ms ≈+=可见所选元件基本满足设计要求，为了调整振荡周期，3可选用5.6K 的电位器。
2.3.3 计数器和显示器由于计数器的技术范围为1uF ～9999uF ，因此需要4个二——十进制加数计数器。
这里用4片74LS192级联起来构成所需的计数器。
四片74LS192和四个数码管的连接如下图4所示：图4.四片74LS192和四个数码管连接的电路图3、单元电路的设计3.1 多谐振荡器由555定时电路构成的多谐振荡器如图5所示，它既为下一级的单稳态触发器提供输入脉冲，又为后面计数器开始计数提供信号脉冲。
其工作原理如下：多谐振荡器只有两个暂稳态。
假设当电源接通后，电路处于某一暂稳态，电容C 上电压UC 略低于cc U 31 ，Uo 输出高电平，V1截止，D1导通，D2截止，电源Ucc 通过R1、R2 给电容C 充电。
随着充电的进行Uc 逐渐增高，但只要cc c cc U U U 3231<<， 输出电压Uo 就一直保持高电平不变，这就是第一个暂稳态。
当电容C 上的电压Uc 略微超过cc U 32 时(即U6和U2均大于等于cc U 32 时)， RS 触发器置 0，使输出电压Uo 从原来的高电平翻转到低电平，即Uo=0，V1导通饱和，此时电容C 通过D2、R2和V1放电。
随着电容C 放电，Uc 下降，但只要cc c cc U U U 3132>>， Uo 就一直保持低电平不变，这就是第二个暂稳态。
当Uc 下降到略微低于cc U 31 时，RS 触发器置 1，电路输出又变为Uo=1，V1截止，电容C 再次充电，又重复上述过程，电路输出便得到周期性的矩形脉冲。
其振荡周期为：()2ln 12Rw T 21C Rw +=图5.多谐振荡器工作波形如图6所示：图6.多谐振荡器的工作波形3.2 单稳态触发器由555定时器构成的单稳态触发电路如图7所示，它可以产生占空比一定的脉波，此脉波用来控制计数。
在单稳态触发电路后加反相器用来控制74273锁存计数值。
单稳态触发器的工作原理如下：1、无触发信号输入时电路工作在稳定状态当电路无触发信号时，u i 保持高电平，电路工作在稳定状态，Q=0,即输出端u o 保持低电平，555内放电三极管VT 饱和导通，管脚7“接地”，电容电压u c 为0V 。
图7.单稳态触发器2、充电过程当触发信号到来是时，555触发器输入端2脚由高电平变为低电平，电路被触发，Q=1，u o 由低电平跳变为高电平，因此三极管VT 截止，电路开始有电源Vcc 经电阻R对电容C 充电，电路由稳态转入暂稳态。
当cc c cc U U U 3231<<时，处于中间保持状态，仍有输出u o =1，这个充电过程为电路的暂态过程。
3、放电过程当电容C 的电位u c 由于充电而不断上升，趋势是U （∞）=Vcc ，但当u c 刚刚略大于cc U 32时，此时由于2脚的负尖脉冲早已过去，故R=0，S=1，进而有Q=0，此时输出应为u o =0, 三极管VT 导通，电容上充的电将通过VT 迅速放电，致使6脚的电压为0V ，这进一步保证了输出又回到了u o =0的稳定状态。
4、恢复过程当暂稳态结束后，电容C通过饱和导通的三极管VT放电，经过一段时间后，电容放电完毕，恢复过程结束，恢复过程结束后，电路返回稳定状态，单稳态触发器又可以接收新的触发信号。
3.3 直流稳压电源的设计3.3.1整流电路采用直流稳压电源设计思路（1）电网供电电压为交流220V（有效值），50Hz，要获得低压直流输出，首先须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要的交流电压。
（2）降压后的交流电压，通过整流电路变成单向的直流电，但其幅值变化大，与理想的直流电压相差很远。
（3）脉动大的直流电压须经过滤波电路变成平滑的，脉动小的直流电，即将交流成分滤掉，保留其直流成分。
（4）滤波后的直流电压再通过稳压电路，稳压电路利用自动调整的原理，使输出的电压基本不受电网电压或负载电流变化的影响，便可得到基本上不受外界影响的稳定的直流电压输出，供给负载。
3.3.2直流稳压电源的原理框图分析采用电源变压器将电网220V，50Hz交流电降压后送整流电路，整流电路采用桥式整流电路，整流桥选用的二极管需要考虑允许承受的电压和电流值。
图8.直流稳压电源的原理框图滤波器常采用无源元件R，L，C构成的不同类型滤波电路。
由于本电路为小功率电源，故可用电容滤波电路。
稳压电路采用串联反馈式稳压电路。
比较放大单元采用分立三极管组成的差动放大器或者集成运算放大器，可提高电路的稳定性。
过流保护器：串联稳压电路中，调整管与负载串联，当输出电流过大或者输出短路时，调整管会因电流过大或电压过高使管耗过大而损坏，所以须对调整管采取保护措施。
3.3.3直流稳压电源特点采用集成稳压器构成直流稳压电源，具有使用方便，结构简单及性能优良等许多特点，因而得到广泛应用。
图9. 直流稳压电源电路图从电路中我们可看出，此电路多加了一只三极管和几只电阻，R2与D组成BG2的基准电压，R3，Rp，R4组成了输出电压取样支路，T2b点的电位与T2e点的电位进行比较（由于DZ1的存在，所以T2e点的电位是恒定的），比较的结果有T2的集电极输出使T2c点电位产生变化从而控制T1的导通程度（此时的BG1在电路中起着一个可变电阻的作用），使输出电压稳定，Rp是一个可变阻器，调整它就可改变A点的电位（即改变取样值）由于T2e点的变化，T2c点电位也将变化，从而使输出电压也将发生变化。
这种电路其输出电压灵活可变，所以在各种电路中被广泛应用。
4、设计制作过程及整体电路图4.1设计制作过程(1) 查阅资料，了解数字电容测试仪的基本工作原理和工作原理电路图，把整体电路图分解成一个个单独的模块。
(2) 通过查阅集成块的参考书，了解各个模块中的集成块的构造就作用，对集成块的使用方法已经集成块的输入输出端以及集成块的进制有一定得了解。