利用Multisim设计电容测量电路(2)

定的值。

本设计方案中，由于量程为0.2uF—20uF,因此要计数的数值将达上百，因此用3片74LS160N连成计数可以从0到999的电路。将第一片的进位输出端连接到第二片的计数控制端，而第二片的进位输出端连接到第三片的计数控制端以达到设计要求。

锁存器74LS273是一个8位数据/地址锁存器，其是一种带清除功能的8D触发器，管脚图如图7所示。

图7 74LS273N管脚图

256912151619347813141718功能表如表3所示。

表3 74LS237功能表 CLR 0 1 1 1 输 入 CLK D × × ↑ 1 ↑ 0 0 × 11174LS273NU11Q2Q3Q4Q5Q6Q7Q8Q~CLRCLK1D2D3D4D5D6D7D8D输出 Q 0 1 0 保持前态 其中D1—D8为输入端，连接计数器；Q1—Q8为输出端，连接数码管；CLR为主清除端，低电平触发，即当输入为低电平是，芯片被清除，输出全为0；CLK为锁存控制端，上升沿触发，即当CLK输入信号从低电平到高电平时，数据通过芯片，当输入信号为低电平时，数据将被锁存，不论输入端D1—D8数据如何改变，输出端Q1—Q8数据不变，从而达到锁存功能。因此CLR接高电平，使锁存器一直处于工作状态，单稳态触发器的输出信号通过非门后的输出信号作为锁存器的锁存信号，其目的是在计数器在一个脉冲宽度时间内计数后，清零之前将数据进行锁存，以此达到显示的数字呈稳定状态。

最后的显示电路由3片自带译码器的数码显示管组成，其管脚图如图8所示。

U1DCD_HEX图8 数码显示管

用3片数码显示管分别显示个位、十位和百位的数值。数码管显示的数值是

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经过计数器的计数，锁存器锁存后的数值。由于单稳态触发器输出信号的脉冲宽度固定且多谐振荡器输出信号的频率不变，因锁存器锁存的数一直为固定值，固数码显示管显示的数不变。

四、性能测试

首先是对5V电流源电路进行测试，测试电路如图9所示，仿真数据如图10所示，其测试数据如表4所示。

XMM1XSC1GT15LM7805KC2U1ABCDV1T14D51LINEVOLTAGEVREG8探针2,探针14COMMON220 Vpk 50 Hz 0° NLT_PQ_4_102C3100uF 33C21B4B42 V: V(峰-峰): V(有效值): 100uF V(直流): I: 0 I(峰-峰): I(有效值): I(直流): 频率: 图9 电源测试电路

图10 5V电压源输出波形图

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表4 5V电压源测试数据表

频率（HZ） 103 阻值（MΩ） 500.497 电压（V） 5.004 其次是对总电路分别用2uF、4uF、6uF、8uF、10uF、12uF、14uF、16uF、18uF和20uF电容作为待测电容进行测试，选其中3个电容进行测试，结果如下，相对误差的计算公式为：相对误差 = | 测试值- 真实值 |/真实值。

测试电容为2uF时显示的数值如图11所示，各输出波形如图12所示。

图11 测试电容为2uF时显示的数值

图12 单稳态输出、非门输出、多谐振荡器输出、与门输出

根据设计的原理，得出测试结果为1.8uF，相对误差为10%，符合设计要求。 测试电容为8uF时显示的数值如图13所示，其个输出波形如图14所示。

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图13 测试电容为8uF时显示的数值

图14 单稳态输出、非门输出、多谐振荡器输出、与门输出

根据设计的原理，得出测试结果为8.4uF，相对误差为5%，符合设计要求。 测试电容为20uF时显示的数值如图15所示，各输出波形如图16所示。

图12 测试电容为20uF时显示的数值

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图16 单稳态输出、非门输出、多谐振荡器输出、与门输出

根据设计的原理，得出测试的结果为20.2uF，相对误差为1%，符合设计要求。

将上述3个测试结果和其它7个数据记入下表：

表5 所有测试数据 待测电容（uF） 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 实际测量（uF） 1.8 3.8 5.8 8.4 10.4 12.4 13.6 15.6 17.6 20.2 相对误差 10% 5% 3.3% 5% 4% 3.3% 2.8%% 2.5% 2.2% 1% 五、结论

当待测电容接入电路后，在2秒左右即可显示出数值。而且当电容取0.2uF到20uF时，数码管显示的数值应该是000到100中的一个值。相对误差是一直存在的，避免不了，因为数据的传输以及器件的反应都需要消耗一定的时间。本

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