畢業(yè)設(shè)計（論文）基于單片機電容測量儀設(shè)計

1、摘 要目前，隨著電子工業(yè)的發(fā)展，電子元器件急劇增加，電子元器件的適用范圍也逐漸廣泛起來，在應(yīng)用中我們常常要測定電容的大小。在電子產(chǎn)品的生產(chǎn)和維修中，電容測量這一環(huán)節(jié)至關(guān)重要，因此，設(shè)計可靠，安全，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(jié)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(yīng)的電路及軟件設(shè)計。關(guān)鍵詞：電容測試儀；單片機；測量目錄1設(shè)計任務(wù)11.1 設(shè)計目的和意義11.2 設(shè)計任務(wù)與要求12 基于單片機電容測量硬件設(shè)計12.1 設(shè)計方案12.2 基于AT89C51電容測量系統(tǒng)硬件設(shè)計詳細分析22.2.1 AT89C51單片機工作電路

2、22.2.2 基于AT89C51電容測量系統(tǒng)復位電路32.2.3 基于AT89C51電容測量系統(tǒng)時鐘電路32.2.4 基于AT89C51電容測量系統(tǒng)按鍵電路42.2.5 基于AT89C51電容測量系統(tǒng)555芯片電路52.2.6 基于AT89C51電容測量系統(tǒng)顯示電路62.3 各部分電路連接成整個電路圖92.4 系統(tǒng)所用元器件113 軟件流程及程序設(shè)計113.1 軟件系統(tǒng)總體設(shè)計方案113.2 程序設(shè)計算法設(shè)計123.3 軟件設(shè)計流程134 系統(tǒng)調(diào)試及仿真135 總結(jié)155.1 本系統(tǒng)存在的問題及改進措施155.2 心得體會15參考文獻16附錄1：源程序清單17附錄2：電路原理圖221設(shè)計任務(wù)

3、1.1 設(shè)計目的和意義目前，隨著電子工業(yè)的發(fā)展，電子元器件急劇增加，電子元器件的適用范圍也逐漸廣泛起來，在應(yīng)用中我們常常要測定電容的大小。在電子產(chǎn)品的生產(chǎn)和維修中，電容測量這一環(huán)節(jié)至關(guān)重要，一個好的電子產(chǎn)品應(yīng)具備一定規(guī)格年限的使用壽命。因此在生產(chǎn)這一環(huán)節(jié)中，對其產(chǎn)品的檢測至關(guān)重要，而檢測電子產(chǎn)品是否符合出產(chǎn)要求的關(guān)鍵在于檢測其內(nèi)部核心的電路，電路的好壞決定了電子產(chǎn)品的好與壞，而電容在基本的電子產(chǎn)品的集成電路部分有著其不可替代的作用。同樣，在維修人員在對電子產(chǎn)品的維修中，電路的檢測是最基本的，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(shè)計可靠，安全，便捷的電容測試儀具有極

4、大的現(xiàn)實必要性。 1.2 設(shè)計任務(wù)與要求（1）采用MCS-51系列單片機以及多諧振蕩器進行電容測量儀設(shè)計（2）能測試0.11UF、1050UF兩個檔位的電容；兩個檔位精確度分別為0.1UF、1UF;（3）用2行16個字的LCD1602顯示測量結(jié)果。2 基于單片機電容測量硬件設(shè)計 2.1 設(shè)計方案 本設(shè)計選擇基于AT89C51單片機和555芯片構(gòu)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芯片工作在直接反饋無穩(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(guān)系是：f=0.772/（R*Cx），我們固定 R 的大小，其公式

5、就可以寫為：f=k/Cx，只要我們能夠測量出555芯片輸出的頻率，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(shè)計的系統(tǒng)框圖，系統(tǒng)主要由四個主要部分組成：單片機和晶振電路設(shè)計、555芯片電路設(shè)計、顯示電路設(shè)計、復位電路設(shè)計。圖1 系統(tǒng)框圖 2.2 基于AT89C51電容測量系統(tǒng)硬件設(shè)計詳細分析 2.2.1 AT89C51單片機工作電路圖2 工作原理圖單片機電路是本設(shè)計的核心部分，本設(shè)計選用了常用的AT89C51單片機。AT89C51是低功耗、高性能、經(jīng)濟的8位CMOS微處理器，工作頻率為024MHz，內(nèi)置

6、4K字節(jié)可編程只讀閃存，128x8位的內(nèi)部RAM，16位可編程IO總線。AT89C51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。 2.2.2 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單片機片內(nèi)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，然后才能得到內(nèi)部復位操作所需要的信號。 本設(shè)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(chǎn)生的正脈沖來實現(xiàn)的。復位電路如圖3所示。圖

7、3 復位電路 一般的，單片機的復位速度比外圍I/O快些。若RC上電復位電路接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(yīng)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(chǎn)生一個復位信號，控制MCS-51單片機從0000H單元開始執(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。2.2.3 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(zhì)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，一種是內(nèi)部時

8、鐘方式，另一種為外部時鐘方式。 本設(shè)計使用內(nèi)部時鐘方式，其內(nèi)部時鐘方式電路圖如圖4所示。圖4 內(nèi)部時鐘方式電路圖 MCS-51單片機內(nèi)部有一個用與構(gòu)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XTAL1，輸出端為引腳XTAL2。這兩個引腳接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，就構(gòu)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高低、振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性。晶體的振蕩頻率的范圍通常是在1.2MHz12MHz之間。很設(shè)計中單片機選擇12MHz的石英晶體。 2.2.4 基于AT89C51

9、電容測量系統(tǒng)按鍵電路按鍵是實現(xiàn)人機對話的比較直觀的接口，可以通過按鍵實現(xiàn)人們想讓單片機做的不同的工作。鍵盤是一組按鍵的集合，鍵是一種常開型開關(guān)，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就是一種比較典型的按鍵電路，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2.2.5 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(guān)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可看成由內(nèi)部放電開關(guān)

10、控制的一個接點，放電開關(guān)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&0x80)=1);/*LCD寫命令函數(shù)*/void wcomd(unsigned char cmd) Checkstates(); RS=0; RW

11、=0; DATA=cmd; EN=1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); EN=0;/*LCD寫數(shù)據(jù)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); wcomd(0x38);/功能設(shè)置 Delay1ms(5); wcomd(0x38);/功能設(shè)置 Delay1ms(5); wcomd(0x01);/清屏

12、 Delay1ms(5); wcomd(0x08);/關(guān)顯示 Delay1ms(5); wcomd(0x0c);/開顯示，不開光標 /*顯示函數(shù)*/void Display(void) /顯示函數(shù) unsigned char i,j; unsigned char a12=0X4D,0X45,0X41,0X53,0X55,0X52,0X45,0X4D,0X45,0X4E,0X54,0X53;/顯示measurements LCDINIT(); for(i=0;i12;i+)/寫顯示第一行 wcomd(0x80+i); Delay1ms(1); wdata(ai); Delay1ms(1); fo

13、r(j=0;j5000) /設(shè)置最長等待時間 _reset=0; /最長等待時間到還沒有中斷，停止555 if(N5000) /如果計數(shù)值大于5000，顯示LA，表示應(yīng)換用大一點的量程 b3=0X11; b2=0X1C; if(N=100 & N=100&N=1000) b2=0X00; /計算電容的大小 b3=0XFE; b4=N/100+1; b5=0X5E; b6=0X5E; else C=N/100; /計算電容的大小 b2=C/10; /計算電容值的十位 b3=(C-b2*10); /計算電容值的各位 b4=0X5E; b5=0X5E;b6=0X5E; Display(); /顯示電容的大小 void int0(