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1、南京信息工程大学滨江学院电子测量技术基础题目：数字电容测量仪设计专业名称：电子信息工程姓名：丁亮学号：20122305905班级：12电信3指导教师：周欣随着科技的不断发展，人类的不断进步，在电子技术领域的发展可谓突飞猛进，然而电容器在电子线路中得到广泛的应用，它的容量大小对电路的性能有着重要的作用。因此，电容量的测量在R常使用屮就不可避免。本设计详细介绍了一种基于单片机的数字式电容测量仪设计方案及实现方法。设计的主要方法是采用555芯片构成单稳态触发器，将电容容量转换为脉冲宽度。通过单片机的计时器测量脉宽，根据己知的R值，通过单片机的运算功能，计算出电容容量,最后，再通过单片机的普通I/
2、O口控制液晶屏显示出电容容量的计算结果。系统的测量范围为50pF〜500uF,具冇多个量程,可根据用户需耍由用户选择，与用户的交互是通过键盘实现，不同量程的实现是通过单片机的I/O口控制继电器的吸合与断开來选择不同的R值，从而实现不同的量程。同时，本设计注重设计方法及流程，首先根据原理设计电路，再通过protues仿真，利用keil编程，进而借助肚es制作PCB,最后到焊接元器件，调试直至成功。关键词单片机电容器555芯片脉冲宽度摘要21前言42.1设计方案选择52.3测量电路53系统软件设计63.1程序设计算法设计64PCB设计84.1元器件的封装设计86致谢10参考文献10目前，随着电
3、子工业的发展，电子元器件急剧增加，电子元器件的适用范围也逐渐广泛起来，在应用小我们常常要测定电容的大小。在电子产品的生产和维修中，电容测量这一环节至关重要，一个好的电子产品应具备一定规格年限的使用寿命。因此在生产这一环节中，对其产品的检测至关重耍，而检测电子产品是否符合岀产耍求的关键在于检测其内部核心的电路，屯路的好坏决定了电子产品的好与坏，而电容在基本的电子产品的集成电路部分有着其不可替代的作用。同样，在维修人员在对电子产品的维修中，电路的检测是最基木的，有吋需要检测电路中各个部件是否工作正常，屯容器是否工作正常。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。当今电子测试领
4、域，电容的测量已经在测量技术和产品研发中应用的十分广泛。电容通常以传感器形式岀现，因此，电容测量技术的发展归根结底就是电容传感器的发展。由最初的用交流不平衡电桥就能测量基本的电容传感器。最初的电容传感器有变面积型，变介质介电常数型和变极板间型。现在的电容式传感器越做越先进，现在用的比较多的有容栅式电容传感器，陶瓷电容压力传感器等。电容测量技术发展也很快现在的电容测量技术也由单一化发展为多元化。现在国内外做传感器的厂商也比较多，在世界范围内做电容传感器做的比较好的公司有：日本figarox徳国tecsis、美国alphasense。屮国本土测量仪器设备发展的主要瓶颈。尽管本土测试测量产业得到
5、了快速发展，但客观地说中国开发测试测量仪器还普遍比较落后。2系统硬件电路设计2.1设计方案选择基于AT89C51单片机和555芯片构成的多谐振荡屯路屯容测量这种电容测量方法主要是通过一块555芯片来测量电容，让555芯片工作在直接反馈无稳态的状态下，555芯片输出一定频率的方波，其频率的大小跟被测量的电容之间的关系是:f=0.772/(R*Cx),我们固定尺的大小，其公式就可以写为:f二k/Cx,只要我们能够测量出555芯片输出的频率，就可以计算出测量的电容。计算频率的方法可以利用单片机的计数器To和中断工而配合使用来测量，这种研究方法相当的简单。系统框图见图2.1。LCD1602显示复位
6、电路>T89C52555祓测电容晶振电路图2.1系统框图2.3测量电路2.3.1555测量电路-rm»>3x»»m3021112131415gQroIZBn/RtD3系统软件设计2.1程序设计算法设计整个程序设计过程屮遇到的最大的问题的如何根据测量到的方波的频率来计算所测量的电容的大小。在前面的介绍中我们知道：555时基芯片的输出频率跟所使用的电阻R和电容C的关系是：f二0.772/(R*Cx)。又因为T=l/f,所以T二R*Cx/0.772(3.1)即:如果单片机釆用12M的晶振，计数器TO的值增加1,时间就增加1US,我们采用屮断的方式来启动和停止计数器TO,屮断的触发方式为脉冲下降沿
7、触发，第一次中断到来启动TO,计数器的值为N1,第二次中断到来停止TO,计数器器的值为N2,则测量方波的周期为T二（N2-Nl）*lus,如何开始时刻计数器的值N1,则T二N*10-6简单时序图如图3-1所示。555输出的方泯T<启动TO停止TO图3.1时序图0772/C=N汰—*10"R则：(3.3)单片机的计数器的值20-65535,为了测量的精度，N的取值一般在100^5000,当电阻R越大，电容C的值就越小。我们
