课程设计（论文）-基于单片机的电容表设计

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1、一、概述测量技术是信息化制造技术的关键和基础。可广泛用于电容的参数测量、分析和元件筛选的电容参数测量仪更是不可或缺。本文介绍了一种基于AT89C51单片机的电容参数测量仪。本设计的电容参数测量仪成本低，体积小，且有如下特征：测量范围广，且测量范围可通过增加基准点的方法进一步扩大；测量结果不易受环境温度影响；能通过键盘电路便捷的改变测量量程和测量类型；能自动根据不同频率调整测频算法；采用固定插座使对元件的测量更加方便、稳定。二、方案论证（1）主要内容：设计一个电容测量仪。该测量仪设计工作包括2个部分：硬件设计和软件设计。硬件设

2、计主要包括电容参数测量电路和显示等。软件设计主要完成插值测量方法。（2）主要功能：电容测量精度±5%，范围：100pF—10000pF。方案一：基于单片机的频率测量法。把待测电容接入到由NE555芯片构成的多谐振荡电路中振荡，输出端将会产生相应的振荡频率f，然后用单片机对该振荡频率f测量后，便可运算求出电容的值并显示。方案一原理框图如图1所示：555多谐振荡电路单片机数码管显示被测电容量程选择图1基于单片机的频率测量法原理框图方案二：模拟电路法。如果三角波输入给以被测电容器作为微分电容的微分电路，在电路参数选择适当的条件下，

3、微分电路的输出幅度与成正比。再经峰值检测电路或精密整流及滤波电路，可以得到与Cx成正比的直流电压Ux。然后再进行A/D转换，便可实现所要求的函数关系，将结果送给数字显示器。原理框图如图2所示：16RixCxUiUx+整流滤波或峰值检测电路三角波发生器-+A/D转换器数字显示器R图2模拟电路法原理方框图本设计采用的是方案一，555构成单稳态电路实现延时较容易实现且电路不复杂，操作简单，体积小、受外界环境影响小、精度高、价格低廉等特点，具有较好的市场前景。三、电路设计总体思路：待测电容Cx通过555多谐振荡电路输出频率f,由于被

4、测电容范围是100～10000pF，所以谐振电路输出频率在Hz左右。该频率通过单片机的定时器T1使频率降低20000倍以方便测量，产生的新频率再进入单片机的定时器T0，利用T0的门控制位GATE测量脉冲宽度。得到单个脉冲中的机械周期数。由于采用的单片机晶振是12MHz，所以一个机械周期为1μs。设量程为1000～10000pF时，Cx=A×F(1000

5、可在电容选择上完成，最后将所得B输出并显示在数码管上即完成电容的测量。假设待测电容Cx为3000pF，则数码管显示器上应显示3000，单位默认为pF。同理，当量程为100～1000pF时，使，得到的B=10A，只要将数码管的第三位的小数点点亮即完成，此调节在量程选择时同步完成。假设待测电容Cx为400pF，则数码管显示器上应显示400.0，单位默认为pF。161.电容转换电路设计待测电容Cx容值的测量，是通过测量将其接到555多谐振荡电路中输出的频率f而得到。依照设计要求，电容的测量范围为100pF～10000pF，那么根据

6、555多谐振荡电路输出频率的公式电容转换电路图如图3所示：图3电容转换电路图2.量程选择电路设计本实验将量程分为100～1000pF和1000～10000pF两段量程。通过开关SW-DPDT改变的值和数码管的小数点以改变量程，令为43Ω，调节开关SW1，使其与相连，为50.6Ω，则，并点亮第三位小数点，此为1000～10000pF16量程档；调节开关SW1，使其与相连，为700Ω，则，并熄灭第三位小数点，此为10000～pF量程档。电路图如图4所示：图4量程选择电路3.单片机基本电路设计本设计运用的主处理器为AT89C51单

7、片机。单片机通常是指芯片本身，在它上面集成的是一些作为基本组成部分的运算器电路、控制器电路、存储器、中断系统、定时器/计数器以及输入/输出口电路等。但一个单片机芯片并不能把主处理器单元的全部电路都集成到其中，在实际的控制应用中，常常还需要扩展外围电路和外围芯片。如晶振电路、复位电路、蜂鸣电路、LED指示灯电路等，这些电路的元件在单片机系统中只能以散件的形式出现。本设计中的主处理单元主要应用了晶振电路和复位电路，其详细设计如下。(1)晶振电路晶振是一种能把电能和机械能相互转化，产生稳定、精确的共振频率的元件。在单片机系统里晶振

8、作用非常大，全称叫晶体振荡器，他结合单片机内部电路产生单片机所需的时钟频率。单片机晶振提供的时钟频率越高，那么单片机运行速度就越快，单片接的一切指令的执行都是建立在单片机晶振提供的时钟频率。在通常工作条件下，普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十。高级的精度更高。在晶振电路中，由于晶振与单