第二章 方案比较与论证
将C x= (?S/?) 代入上式得
uC? ?S式中负号表明输出电压与电源电压反相。显然，输出电压与电容极板间成Usc??线性关系，这就从原理上保证了变极距型电容传感器的线性。这里是假设放大器开环放大倍数A=∞,输入阻抗Z =∞，因此仍然存在一定的非线性误差，但一般A和Z足够大，所以该误差很小、其灵敏度可达0.01um。缺点是运算放大器电源电压低，灵敏度受限制且输出稳定性将受信号源及放大器影响
6. 方案六 脉宽调制法
电路由显示电路、测量电路、量程转换及符号控制电路、电源电路组成。把要测量的容量转换成一定的脉冲宽度，此脉冲用来控制一个电子开关，让固定频率的脉冲通过电子开关送往显示电路，即可达到测量显示的目的。显示电路由MC14543和MC14553数码管及周围电路组成，来显示相应电容的大小。测量电路由MC14060、MC14040及周围电路组成，稳定的基准脉冲通过电子开关的控制送往显示电路，把需测量的电容的充电时间转换成相应的脉冲来控制电子开关的开启时间让相应数量的基准脉冲通过，进行计数和译码。量程转换及符号控制电路由时基电路NE555接成单稳电路和分频计数电路MC14017及周围电路组成来控制量程和符号。（详细分析见第三章）
2.2 方案比较及确定
结合任务书中的要求：
1. 测量范围：第一档0pF—99999pF，第二档0.001μF—99.999μF，第三档0.1μF—9999.9μF
2. 测量小电容时有校正电路。
3. 显示方式：七位LED数码管显示，五位LED显示电容量，两位LED显示单位。
4. AC220V供电
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第二章 方案比较与论证
方案一采用了A/D转换器，价格比较昂贵，精度不高，不适合设计要求。方案二元器件简单，容易实现，测大电容时误差较大，测量范围不够宽，顾也无法实现目标。方案三适合于高频，那么低频测量就会受到影响，所以也不选择它。方案四要求元件稳定，输出的非线性误差大。方案五运算放大器电源电压低，灵敏度受限制且输出稳定性将受信号源及放大器影响。方案六稳频误差小，耗电量小，测量范围宽，但要求频率稳定。
通过以上方案的比较，各个方案各有特点，适合测量的电容也各有千秋。但结合任务书中的要求和自己实际情况，经过反复思考和多次讨论，决定采用方案六，因为它的特点:测量方法和硬件电路比较简单；频率稳定加一个1MHz的晶振就可以。由三档量程可以测任何大小的电容，误差小，花钱不多，易于动手制作。能很好的满足设计任务的要求。所以选择该方案。
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第三章 总体电路设计
第三章 总体电路设计
3.1 原理方框图
量程、符号及小数点转换电路译码显示电路闸门控制电路测量及电容脉冲转换电路 基准脉冲 发生器12V稳压电源分频电路及清零电路负脉冲形成电路
图3-1原理方框图
此电路由译码显示电路、电容测量电路、量程转换及符号控制电路、电源电路组成。
把要测量的容量转换成一定的脉冲宽度，此脉冲用来控制一个电子开关，让固定频率的脉冲通过电子开关送往显示电路，即可达到测量显示的目的。显示电路由MC14543和MC14553数码管及周围电路组成，来显示相应电容的大小。测量电路由MC14060、MC14040及周围电路组成，稳定的基准脉冲通过电子开关的控制送往显示电路，把需测量的电容的充电时间转换成相应的脉冲来控制电子开关的开启时间让相应数量的基准脉冲通过，进行计数和译码。量程转换及符号控制电路由时基电路NE555接成单稳电路和分频计数电路MC14017及周围电路组成来控制量程和符号。
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第三章 总体电路设计
3.1.1 容量测量原理
要用数字电路来测量电容的容量可以把容量转换成相对应脉冲宽度，次脉冲用来控制一个电子开关，让固定频率的脉冲通过电子开关送往显示电路，即可达到测量显示的目的。如测量一个1pF的电容，将电容接入一个单稳态电路（如图3-2所示），此为NE555的典型应用。此电路的暂稳态时间即脉宽T=1.1×910×103×10-12=1.001×10-6=1μS基准频率取1MHz，其周期也是1μS，也就是说1μS的暂稳态时间即脉宽控制的电子开关能通过一个脉冲到达显示电路，即显示1pF。电子开关的开启由基准脉冲控制。测量其它量程电容容量的方法以此类推，只是测量电阻不同而已。本表分为三个量程，即第一档0pF—99999pF，第二档0.001μF—99.999μF，第三档0.1μF—9999.9μF。
图3-2 单稳态电路
3.1.2 NE555的介绍
555定时器是一种将模拟功能和逻辑功能结合在同一块芯片上的集成电路，8脚封装。最初由美国SIGNETICS公司在1972推出投放市场,很快得到广泛应用，也因为应用广泛，许多其它公司也推出了功能一样的类似型号。此芯片内使用了3个精度较高的5K分压电阻，型号由此而得名。NE555是双极性器件的
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第三章 总体电路设计
集成电路，内含2个555电路的型号为NE556，为14脚。另有CMOS工艺的7555和7556。NE555电压使用范围为4.5V - 18V.7555则为3V - 15V。
a.NE555引脚位配置说明下：
图3-3 NE555接脚图
Pin 1 (接地) -地线(或共同接地) ，通常被连接到电路的共同接地端。 Pin 2 (触发点) -这个脚位是触发NE555使其启动它的时间周期。触发信号上缘电压须大于2/3 VCC，下缘须低于1/3 VCC 。
Pin 3 (输出) -当时间周期开始输出555的输出脚位，移至比电源电压少1.7伏的高电位。周期的结束输出回到0伏左右的低电位。于高电位时的最大输出电流大约200 mA 。
Pin 4 (重置) -一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器和使输出回到一个低电位。它通常被接到正电源或忽略不用。
Pin 5 (控制) -这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压。当计时器工作在稳定或振荡的运作方式下,这输入能用来改变或调整输出频率。
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