在设计过程中，我们对这次的设计任务和要求是：1．实现电容容量的基本测量功能；2．实现电容容量的数字显示；3．实现分档测量功能，能测量较大范围内的电容容量；4．精度要求。这样一来，我们的电容计不仅能实现产量的功能而且可以非常方便的读取测量结果。
一、方案选择
对于一个容量不变的电容只要外部的充电电路参数被确定下来，则充放电的时间就被唯一确定下来，在这里我们可以应用电容的充电时间来控制计数器计数。既将电容的充电时间作为门控信号，将基准脉冲发生器提供的基准脉冲的宽度作为测量的模，在本电路中用脉宽TS=10Os（100KH）代表电容lpF的电容量。在被测电容充电时间内，被测电容开始充电时将闸门打开，充电结束时将闸门关闭。在闸门开放时间内，计数器所计得的基本脉冲数乘以模，即为电容的容量。 如果改变充放电时间的数量级就可以改变测量电容的量程。
闸门控制器可以用电容，电阻构成充放电路，将充电波形用555构成的整形电路进行整形，将整形后的信号用于控制基准脉冲为计数器提供计数脉冲的时间。基准信号可由555集成电路构成，计数器可用十进制加法计数器构成，然后将计数器的输出通过译码电路显示出来。从上面分析可见用该方法测量电容是合理的，而且在精度的要求上也是能满足一般的业余测量的，所以我们选择该方案作为设计方案。
二、设计步骤
1．初步设计的提出
从前面的分析可以总结出我们设计原理应该由基准脉冲发生器、闸门控制电路、计数器、译码器、充放电电路、显示器等六部分组成。
（1）充放电电路
对于该设计来说电容测量结果是否准确，充放点电路起着很大的作用，所以我们先对电容的充电电路进行设计，选用最简单的电路。但是对于该电路的输出没有良好的边缘，不能将电容的充电时间准确地表达出来，不能准确地控制闸门电路，所以考虑用整形电路，在这里我们选用555集成电路构成的单稳态电路进行整形。整形后，信号从555集成电路的out脚输出，在EWB上我们进行了仿真，观察到波形有了明显的改善。
（2）基准脉冲发生电路
基准脉冲是用来做为计数器的CP用，所以一般的多谐振荡器和整形电路就可以完成，由于我们选用比较高的频率（1o0KHz）做计数频率，为了使频率比较稳定我们选用石英晶体来构成振荡器。
从仿真的波形来看，该基准脉冲发生电路产生的脉冲波并不怎么接近理想的方波，但是在这里用于计数器的CP是完全可以的。
（3）计数器电路
为了满足量程和精度要求，我们需要四位输出，我们选择用4片十进制计数器74LS160做成计数器，在设计过程中为保证计数的准确，160计数器就不能从一开始就计数，应该在刚开始时给一个异步置0，所以在CD端要加启动控制信号。
在设计过程中一开始我们没有加入电路中的3个非门，但是发现在低位片是9时就发生了进位，为了消除这个误差我们将3个非门加到进位信号上产生延迟，这样就不会发生显示错误了。
（4）闸门控制电路
根据理论，整形后的波形是一个有一次正跳变的信号，我们将这个信号取反，这时电容充电时，输出保持为l，充电完毕后保持为0，将该信号与基本脉冲相与，得到的信号再去控制计数器计数。
（5）译码器和显示器
为了制作方便和可操作，我们选用4片CH283L寄存——译码——数字显示器，这样译码和显示都由同一器件完成。
2．设计与计算
从上面的分析可见电路的组成还要变为基准脉冲发生108器、启动控制、闸门控制电路、计数器、译码器、整形电路、显示器、充放电电路等七部分组成。
（1）启动控制电路
为了将计数和闸门控制信号同步设计该启动控制电路，既在启动电路要给出一个负脉冲控制计数器异步置零，同时开启启动单稳，所以启动控制电路用低频振荡器形成，频率为：f=1．443／（R2+2R。）C．≈O．15KH。接通电源后电路起振，第一个脉冲使计数器清零，同时经过C，将单稳触发器启动。
（2）门控电路
这里我们把电容充放电电路和整形电路合为门控电路。门控电路～和它的充电电路电阻作为主要元件与555时基电路共同组成脉冲启动型单稳态触发器。单稳态触发器的单稳时间td=1．1RC，被测电容c与充电电阻R决定着门控电路的控制时间，决定脉冲计数器对基准脉冲计数的多少。由于每个脉冲代表1PF的电容量，所以测得脉冲数越多，被测电容的容量就越大。为了使被测电容的时间常数RC在C=1PF时与测量的模（1Oos）相等，需要对电阻进行计算：R==9．1MtQ式中c为lPF。
（3）其它电路
除了上面两个功能电路外，其他的功能电路在前面已经完成，主要有：控制闸门电路，基准脉冲产生电路，脉冲计数电路，显示电路。
（4）数字电容计电路
通过上面对数字电容计的各功能电路进行设计后，现在将各功能电路组合起来就可得到总的电原理图。本次设计在理论上，肯定存在不足与错漏，恳请各位踊跃批评指正。
参考文献：
[1]贾秀美．数字电路实践技术[M]冲国科学技术出版社，2000．
[2]肖景和．数字集成电路应用精粹[M]．人民邮电出版社，2002．
[3]王毓银．数字电路逻辑设计[M]．高等教育出版社，2002．
[4]绳广基．实用数字逻辑电路100例[1vf]．上海交通大学出版社，1991．
[5]中国计量出版社组编．通用数字电路[M]．中国计量出版社，2001．
点击下载：谈数字电容计的设计
