基于--單片機電容測量儀設計

1、-PAGE . z.摘 要目前，隨著電子工業(yè)的開展，電子元器件急劇增加，電子元器件的適用圍也逐漸廣泛起來，在應用中我們常常要測定電容的大小。在電子產品的生產和維修中，電容測量這一環(huán)節(jié)至關重要，因此，設計可靠，平安，便捷的電容測試儀具有極大的現(xiàn)實必要性。本文提出了以MCS-51單片機為控制核心，結合多諧振蕩器來實現(xiàn)電容測量的方法。并介紹了測量原理并給出了相應的電路及軟件設計。關鍵詞：電容測試儀；單片機；測量-. z目錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc22794 1概述1 HYPERLINK l _Toc9771 1.1 設計目的和意義1 HYPERLINK l _To

2、c21801 1.2 設計任務與要求1 HYPERLINK l _Toc32061 2 硬件電路設計及其描述1 HYPERLINK l _Toc15684 2.1 設計方案1 2.2 原理框圖.2 HYPERLINK l _Toc3608 2.3 基于AT89C51電容測量系統(tǒng)硬件設計詳細分析2 HYPERLINK l _Toc31701 2.3.1 AT89C51單片機工作電路2 HYPERLINK l _Toc6438 2.3.2 基于AT89C51電容測量系統(tǒng)復位電路3 HYPERLINK l _Toc14347 2.3.3 基于AT89C51電容測量系統(tǒng)時鐘電路4 HYPERLINK

3、l _Toc14210 2.3.4 基于AT89C51電容測量系統(tǒng)按鍵電路4 HYPERLINK l _Toc8855 2.3.5 基于AT89C51電容測量系統(tǒng)555芯片電路5 HYPERLINK l _Toc27414 2.3.6 基于AT89C51電容測量系統(tǒng)顯示電路6 HYPERLINK l _Toc25044 2.4 各局部電路連接成整個電路圖9 HYPERLINK l _Toc1178 2.5 系統(tǒng)所用元器件102.6 PCB制圖.11 HYPERLINK l _Toc24628 3 軟件流程及程序設計11 HYPERLINK l _Toc14037 3.1 系統(tǒng)模塊層次構造圖11

4、 HYPERLINK l _Toc5913 3.2 程序設計算法設計12 HYPERLINK l _Toc10372 3.3 軟件設計流程13 3.4 源程序代碼13 HYPERLINK l _Toc394 4 系統(tǒng)調試及仿真17 HYPERLINK l _Toc8915 5 總結 PAGEREF _Toc8915 18 HYPERLINK l _Toc32090 5.1 本系統(tǒng)存在的問題及改良措施 PAGEREF _Toc32090 18 HYPERLINK l _Toc10320 5.2 心得體會18 HYPERLINK l _Toc22204 參考文獻19-. z1設計任務1.1 設計目

5、的和意義目前，隨著電子工業(yè)的開展，電子元器件急劇增加，電子元器件的適用圍也逐漸廣泛起來，在應用中我們常常要測定電容的大小。在電子產品的生產和維修中，電容測量這一環(huán)節(jié)至關重要，一個好的電子產品應具備一定規(guī)格年限的使用壽命。因此在生產這一環(huán)節(jié)中，對其產品的檢測至關重要，而檢測電子產品是否符合出產要求的關鍵在于檢測其部核心的電路，電路的好壞決定了電子產品的好與壞，而電容在根本的電子產品的集成電路局部有著其不可替代的作用。同樣，在維修人員在對電子產品的維修中，電路的檢測是最根本的，有時需要檢測電路中各個部件是否工作正常，電容器是否工作正常。因此，設計可靠，平安，便捷的電容測試儀具有極大的現(xiàn)實必要性。1

6、.2 設計任務與要求1采用MCS-51系列單片機以及多諧振蕩器進展電容測量儀設計；2能測試0.10.99UF的電容，其準確度為0.01UF;3用2行16個字的LCD1602顯示測量結果。2 基于單片機電容測量硬件設計 2.1 設計方案 本設計選擇基于AT89C51單片機和555芯片構成的多諧振蕩電路的電容測量方法。這種電容測量方法主要是通過一塊555芯片來測量電容，讓555芯片工作在直接反應無穩(wěn)態(tài)的狀態(tài)下，555芯片輸出一定頻率的方波，其頻率的大小跟被測量的電容之間的關系是：f=0.772/R*C*，我們固定 R 的大小，其公式就可以寫為：f=k/C*，只要我們能夠測量出555芯片輸出的頻率，

7、就可以計算出測量的電容。計算頻率的方法可以利用單片機的計數(shù)器T0和中斷INT0，配合使用來測量，系統(tǒng)框圖見圖1所示。圖中給出了整個系統(tǒng)設計的系統(tǒng)框圖，系統(tǒng)主要由四個主要局部組成：單片機和晶振電路設計、555芯片電路設計、顯示電路設計、復位電路設計。2.2原理框圖圖1 系統(tǒng)框圖2.3 基于AT89C51電容測量系統(tǒng)硬件設計詳細分析2.3.1 AT89C51單片機工作電路單片機電路是本設計的核心局部，本設計選用了常用的AT89C51單片機。AT89C51是低功耗、高性能、經濟的8位CMOS微處理器，工作頻率為024MHz，置4K字節(jié)可編程只讀閃存，128*8位的部RAM，16位可編程IO總線。AT

8、89C51工作的最簡單的電路是其外圍接一個晶振和一個復位電路，給單片機接上電源和地，單片機就可以工作了。其最簡單的工作原理圖如圖2所示。圖2工作原理圖2.3.2基于AT89C51電容測量系統(tǒng)復位電路MCS-51的復位是由外部的復位電路來實現(xiàn)的。MCS-51單片機片復位，復位引腳RST通過一個斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，在每個機器周期的S5P2，斯密特觸發(fā)器的輸出電平由復位電路采樣一次，然后才能得到部復位操作所需要的信號。本設計采用按鍵手動脈沖復位方式，按鍵脈沖復位是利用RC微分電路產生的正脈沖來實現(xiàn)的。復位電路如圖3所示。圖3復位電路 一般的，單片機的復位速度比外圍I/O快些。假設RC上電復位電

9、路接MCS-51單片機和外圍電路復位端，則能使系統(tǒng)可靠地同步復位。為保證系統(tǒng)可靠復位，在初始化程序中應用到一定的復位延遲時間。復位電路軟件程序或者硬件發(fā)生錯誤的時候產生一個復位信號，控制MCS-51單片機從0000H單元開場執(zhí)行程序，重新執(zhí)行軟件程序。此電路的輸出端RESET接在單片機的復位引腳。 基于AT89C51電容測量系統(tǒng)時鐘電路時鐘在單片機中非常重要，單片機各功能部件的運行都是以時鐘頻率為基準。時鐘頻率直接影響單片機的速度，時鐘電路的質量也直接影響單片機系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的時鐘電路有兩種方式，一種是部時鐘方式，另一種為外部時鐘方式。 本設計使用部時鐘方式，其部時鐘方式電路圖如圖4所示。

10、圖4部時鐘方式電路圖 MCS-51單片機部有一個用與構成振蕩器的高增益反相放大器，該高增益反相放大器的輸入端為芯片引腳*TAL1，輸出端為引腳*TAL2。這兩個引腳接石英晶體振蕩器和微調電容，就構成一個穩(wěn)定的自激振蕩器電路。電路中的電容C1和C2典型值通常選擇為30PF左右。對外接電容的值雖然沒有嚴格的要求，但是電容的大小會影響振蕩器頻率的上下、振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性。晶體的振蕩頻率的圍通常是在1.2MHz12MHz之間。很設計中單片機選擇12MHz的石英晶體。 基于AT89C51電容測量系統(tǒng)按鍵電路按鍵是實現(xiàn)人機對話的比擬直觀的接口，可以通過按鍵實現(xiàn)人們想讓單片機做的不同的工作。鍵盤是

11、一組按鍵的集合，鍵是一種常開型開關，平時按鍵的兩個觸點處于斷開狀態(tài)，按下鍵是它們閉合。圖5就是一種比擬典型的按鍵電路，在按鍵沒有按下的時候，輸出的是高電平，當按鍵按下去的時候，輸出的低電平。圖5按鍵電路 基于AT89C51電容測量系統(tǒng)555芯片電路對于555電路等效看成一個帶放電開關的RS觸發(fā)器，這個特殊的觸發(fā)器有兩個輸入端：閾值端TH可看成是置零端R，要求高電平，觸發(fā)端R可看成置位端低電平有效。它只有一個輸出端Vo，Vo可等效為觸發(fā)器的Q端。放電端DIS可看成由部放電開關控制的一個接點，放電開關由觸發(fā)器的端控制：Q=1時DIS端接地；Q=0時，DIS端懸空。此外，這個觸發(fā)器還有復位端MR加上

12、低電平(0;mm-) for(i=100;i0;i-);/*檢查忙否*/void Checkstates() unsigned char dat; RS=0; RW=1; doEN=1;/下降沿 _nop_();/保持一定間隔_nop_(); dat=DATA; _nop_();_nop_(); EN=0; while(dat&0*80)=1);/*LCD寫命令函數(shù)*/void wd(unsigned char cmd) Checkstates(); RS=0; RW=0; DATA=cmd; EN=1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); EN=0;/*L

13、CD寫數(shù)據函數(shù)*/void wdata(unsigned char dat) Checkstates(); RS=1; RW=0; DATA=dat; EN=1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); EN=0;/*初始化*/void LCDINIT() Delay1ms(15); wd(0*38);/功能設置 Delay1ms(5); wd(0*38);/功能設置 Delay1ms(5); wd(0*01);/清屏 Delay1ms(5); wd(0*08);/關顯示 Delay1ms(5); wd(0*0c);/開顯示，不開光標 /*顯示函數(shù)*/void

14、Display(void) /顯示函數(shù) unsigned char i,j; unsigned char a12=0*4D,0*45,0*41,0*53,0*55,0*52,0*45,0*4D,0*45,0*4E,0*54,0*53; /顯示measurements LCDINIT(); for(i=0;i12;i+) /寫顯示第一行 wd(0*80+i); Delay1ms(1); wdata(ai); Delay1ms(1); for(j=0;j5000) /設置最長等待時間 _reset=0; /最長等待時間到還沒有中斷，停頓555 if(N=1000) /如果計數(shù)值大于1000，顯示L

15、A，表示應換用大一點的量程 b2=0*1C; b3=0*11; b4=0*5E; b5=0*5E; b6=0*5E; b7=0*5E; if(N=100&N1000) b3=0*FE; /計算電容的大小 b4=N/100; b5=(N/10)%10; b6=0*25; b7=0*16; Display(); /顯示電容的大小 void int0(void) interrupt 0 /第一次中斷開場計數(shù)，第二個中斷停頓計數(shù) T_flag=!T_flag; if(T_flag=1) TR0=1; /開場計時 if(T_flag=0) TR0=0; /停頓計時 E*0=0; /關閉中斷 _reset

16、=0; /停頓發(fā)出方波 N=TH0*256+TL0; /計算計數(shù)器的值 N=N*5/3; TH0=0*00; /恢復初值 TL0=0*00; 4 系統(tǒng)調試及仿真講上面所編的C語言程序在Keil uVision3軟件上、編譯后，無誤，并給總電路圖中的單片機AT89C51加載程序進展仿真，得到仿真結果如下所示。(1)待測電容C5在0.10.99uf例如C5=0.55uf、0.99uf時，仿真構造如下列圖14所示。A、C5=0.55uf時仿真圖 B、C5=0.99uf時仿真圖圖14 仿真圖5 總結 5.1 本系統(tǒng)存在的問題及改良措施本設計基于單片機AT89C51的計數(shù)器和中斷配合使用來計算RC振蕩電

17、路輸出的頻率，設計中使R固定不變，從而推算出C的大小。由于單片機的計數(shù)器的值N=065535，為了測量的精度，N的取值一般在1005000，所以所設計的電容測量儀的量程受較小。5.2 心得體會 本次課程設計是一次非常好的將理論與實際相結合的時機，通過對電容測試儀的課題設計，鍛煉了我的實際動手能力，增強了我解決實際工程問題的能力，同時也提高我查閱文獻資料、設計規(guī)以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平。本設計通過由555芯片和電容電阻組成的振蕩電路來輸出方波，通過單片機定時器T0測量其輸出頻率，再通過單片機軟件編程，對數(shù)據進展進一步的計算從而得出被測電容的值，再通過LCD1602顯示出其測量值。 系統(tǒng)的軟件局部是系統(tǒng)實現(xiàn)功能的關鍵，軟件局部是在Keil51的平臺上使用是