基于单片机的电容测试仪论文

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1、平顶山学院2012届本科生毕业设计基于单片机的电容测试仪设计曹振亚目录1绪论11.1设计背景及研究意义11.2国内外研究现状11.3本设计研究内容22系统设计22.1系统设计任务及要求22.2系统总体方案设计22.2.1方案论证22.2.2总体方案设计33硬件电路设计43.1单片机主控电路设计43.1.1单片机介绍43.1.2单片机最小系统53.1.3主控电路的工作原理63.2电容测量电路设计73.2.1电容测量电路原理及工作过程73.2.2电容测量电路原理图83.3显示电路设计93.4按键电路设计113.5电源电路设计124软件设计134.1主程序设计134.2子程序

2、设计145总结16附录17参考文献26致谢2727平顶山学院2012届本科生毕业设计基于单片机的电容测试仪设计曹振亚1绪论1.1设计背景及研究意义电容量是电工电子信息行业中非常关键的一项物理量，在信息、工业、各种高新技术的开发和研究中也是一个非常普遍和常用的测量参数。目前，随着电子信息技术的发展，智能技术的广泛应用，电容量测量技术已向自动化、智能化方向发展。基于此，提出了电容量的数字化测量。随着经济的发展和科技水平的提高，很多智能芯片的制造，使电子测量仪表向数字化、智能化方向发展。电容量的测量是电子测量中最基本的参数测量，要求有一定的精确度，同时要求测量的量程要宽，测量

3、的速度要快。因此，设计可靠、安全、便捷的电容测试仪具有极大的现实必要性。1.2国内外研究现状近年来测量仪器的可靠性和稳定性问题得到了很多方面的重视，状况有了很大改观。测试仪器行业目前已经越过低谷阶段，重新回到了快速发展的轨道。随着模块化和虚拟技术的发展，为测试测量仪器行业带来了新的契机。电容器作为非常重要的一个电学元件在现代电子技术中有着非常广泛的用途，电容定义为：电容器所带的电荷量Q与电容器两极板间的电势差U的比值，即：。这种原始的方法必须通过测量两个物理量来计算电容的大小，而其中的Q是比较难以测量的量。传统常用测量电容的方法两种：一是利用多谐震荡产生脉冲宽度与电容值

4、成正比信号，通过低通滤波后测量输出电压实现；二是采用经典电桥法，80年代之前采用手动电桥，测试结果需要大量的换算，对操作技能要求较高，测试工效很低。80年代数字自动电桥的问世，使电桥在内部微机的控制下自动平衡，最终结果直读得到，大大方便了使用。而目前国内外对电容量的测试常用积分法或斜率法（含双斜率）测试电容，原理是测试RC积分时间或以恒流源对被测电容充电，用充电时间或充电终止电压来计算被测电容的电容量，可以达到比较高的测试精度、测量范围广、读数方便，而且能够实现量程自动转换，方便可靠。27平顶山学院2012届本科生毕业设计基于单片机的电容测试仪设计曹振亚1.3本设计研究

5、内容该设计以AT89S52单片机为控制器，通过单片机测量电容的充电时间来计算电容值，在基准电压一定时电容量和电容充放电时间成正比，通过电源给被测电容器充电，充电开始给单片机一个信号使单片机开始计数，充电到基准电压值后通过比较器给单片机一个信号使单片机停止计数，然后把计数值转化成电容量。内部通过软件自动转换量程，采用LCD1602液晶显示测量结果，界面清晰，结果清楚。测量准确、量程宽、速度快，使测量方便快捷。2系统设计2.1系统设计任务及要求(1)设计任务：设计并制作一台数字显示的简易电容表。(2)基本要求：测量范围：10pF~999.9μF；测量误差：≤5.0%（以实验

6、室标准电容或电容表为准）。设置量程选择：×0.01μF、×0.1μF、×1μF、×10μF、×100μF。显示器：十进制数字显示，采用液晶LCD1602显示。自动量程转换。自行设计并制作满足本设计任务要求的稳压电源。2.2系统总体方案设计2.2.1方案论证(1)电容测量方案方案1：采用交流电桥法测量电容值，使电桥达到平衡的参数不宜调节和自动控制，且电路麻烦，不宜达到电桥平衡，此方案不予考虑。27平顶山学院2012届本科生毕业设计基于单片机的电容测试仪设计曹振亚方案2：利用单片机测量脉冲来测时间常数RC再计算电容，其测量原理是把被测电容和电阻串联构成RC网络，然后根据这个

7、时间常数利用定时芯片NE555搭建一个振荡电路[1][2]，调好震荡信号的波形然后开始计数脉冲值，周期T=A0×RC，A0为一个常数，通过周期可以计算出C的值。此方案电路复杂，且电路振荡波形不易调试，不予采用。方案3：利用电容充放电原理，通过电源给电容器充电，充电开始给单片机一个信号使单片机开始计数，在基准电压一定时电容量和电容充放电时间成正比，充电到基准电压值后通过比较器给单片机一个信号使单片机停止计数，然后把计数值转化成电容量。此电路方案简单且测量比较准确，容易实现电路，且能实现量程自动转换[3]，故采用此方案。(2)显示方案论证方案