數(shù)字電容表課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、-. z單片機(jī)課程設(shè)計(jì) 題目: 數(shù)字電容表設(shè)計(jì) 專(zhuān) 業(yè)： 電子信息工程 班 級(jí)： 電信2班 *姓 名：目 錄摘 要 2實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)目的3實(shí)驗(yàn)儀器與件 3實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求 44 實(shí)驗(yàn)工作原理及實(shí)現(xiàn)44.1 硬件組成局部 44.2 工作原理54.3系統(tǒng) 實(shí)現(xiàn) 55 電容測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)66 程序設(shè)計(jì)77仿真調(diào)試結(jié)果 98 實(shí)驗(yàn)實(shí)物焊接、調(diào)試 109 結(jié)論 1110程序設(shè)計(jì)12摘 要近年來(lái)隨著科技的飛速開(kāi)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測(cè)日新月益更新。單片機(jī),是集CPU ,RAM ,ROM ,計(jì)數(shù)和多種接口于一體的微控制器。自20世紀(jì)70年代問(wèn)世以來(lái)，以其極高的性能價(jià)格比，受到人們的重視和

2、關(guān)注。它體積小、重量輕、抗干擾能力強(qiáng)、環(huán)境要求不高、價(jià)格低廉、可靠性高、靈活性好、開(kāi)發(fā)較為容易，廣泛應(yīng)用于智能生產(chǎn)和工業(yè)自動(dòng)化上。在實(shí)時(shí)檢測(cè)和自動(dòng)控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往是作為一個(gè)核心部件來(lái)使用，僅單片機(jī)方面知識(shí)是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件構(gòu)造，以及針對(duì)具體應(yīng)用對(duì)象特點(diǎn)的軟件結(jié)合，以作完善。本課題選用AT89C51單片機(jī)來(lái)設(shè)計(jì)數(shù)字電容表，數(shù)字電容表程序由用C語(yǔ)言編寫(xiě)，由主程序、定時(shí)中斷效勞子程序等模塊組成。調(diào)試工作主要是通過(guò)對(duì)RPl的調(diào)節(jié)來(lái)調(diào)整基準(zhǔn)電壓。51單片機(jī)通過(guò)軟件編程，通過(guò)對(duì)時(shí)間的換算而得到容值的大??；本文并詳細(xì)介紹了AT89C51單片機(jī)的根本原理，分析了AT89C51各個(gè)管腳

3、的功能及它在設(shè)計(jì)電路中的作用。一、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)目的1、運(yùn)用已根本掌握的具有不同功能的單元電路的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試方法，在單元電路設(shè)計(jì)的根底上，設(shè)計(jì)出具有各種不同用途和一定工程意義的電子裝置。2、深化所學(xué)理論知識(shí)，培養(yǎng)綜合運(yùn)用能力，增強(qiáng)獨(dú)立分析與解決問(wèn)題的能力。3、訓(xùn)練培養(yǎng)嚴(yán)肅認(rèn)真的工作作風(fēng)和科學(xué)態(tài)度，為以后從事電子電路設(shè)計(jì)和研制電子產(chǎn)品打下初步根底。二、實(shí)驗(yàn)儀器及器件1數(shù)碼管 1個(gè)2電容 電阻 假設(shè)干3AT89C2051 一個(gè)4741 兩個(gè)5SWSPDT 一個(gè)6非門(mén) 一個(gè)7滑動(dòng)變阻器 一個(gè)三、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求 1利用給定的元器件設(shè)計(jì)一個(gè)能測(cè)量并顯示電容容值大小的數(shù)字電容表；2用5位數(shù)碼管顯示；3測(cè)量圍1

4、nf-655nf，誤差小于10% 。4在計(jì)算機(jī)上用仿真軟件仿真優(yōu)化。5在單片機(jī)板上安裝、調(diào)試。6寫(xiě)出設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告。四.電路工作原理及實(shí)現(xiàn) 4.1系統(tǒng)的硬件組成局部該設(shè)計(jì)原理圖 由單片機(jī)電路、電容充電測(cè)量電路和數(shù)碼顯示電路等局部組成。 AT89C2051作為AT89C51的簡(jiǎn)化版雖然去掉了P0、P2等口，使I/O口減少了，但是卻增加了一個(gè)電壓比擬器，因此其功能在*些方面反而有所增強(qiáng)，如能用來(lái)處理模擬量、進(jìn)展簡(jiǎn)單的模數(shù)轉(zhuǎn)換等。本文利用這一功能設(shè)計(jì)了一個(gè)數(shù)字電容表，可測(cè)量容量小于655微法的電容器的容量，采用5位數(shù)碼管顯示，最大顯示值為655，讀數(shù)單位統(tǒng)一采用毫微法nf. 4.2 電路工作原理： 本

5、數(shù)字電容表以電容器的充電規(guī)律作為測(cè)量依據(jù)，測(cè)試原理見(jiàn)圖2.1。 圖2.1測(cè)試原理圖A為AT89C2051內(nèi)部構(gòu)造的電壓比擬器，AT89C2051的P1.0和P1.1口除了作I/O口外，還有一個(gè)功能是作為電壓比擬器的輸入端，P1.0為同相輸入端，P1.1為反相輸入端，電壓比擬器的比擬結(jié)果存入P3.6口對(duì)應(yīng)的存放器，P3.6口在AT89C2051外部無(wú)引腳。電壓比擬器的基準(zhǔn)電壓設(shè)定為0.632E+，在C*兩端電壓從0升到0.632E+的過(guò)程中，P3.6口輸出為0，當(dāng)電池電壓C*兩端電壓一旦超過(guò)0.632E+時(shí)，P3.6口輸出變?yōu)?。以P3.6口的輸出電平為依據(jù)，用AT89C2051內(nèi)部的計(jì)時(shí)器T0

6、對(duì)充電時(shí)間進(jìn)展計(jì)數(shù)，再將計(jì)數(shù)結(jié)果顯示出來(lái)即得出測(cè)量結(jié)果。4.3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)AT89C2051部的電壓比擬器和電阻等組成測(cè)量電路，電壓比擬器的基準(zhǔn)電壓由5V電源電壓經(jīng)R9、RP1、R10分壓后得到，調(diào)節(jié)RP1可調(diào)整基準(zhǔn)電壓。當(dāng)P1.2口在程序的控制下輸出高電平時(shí)，電容C*即開(kāi)場(chǎng)充電。 數(shù)碼管采用動(dòng)態(tài)掃描顯示的方式，用軟件對(duì)字形碼譯碼。P3.0-P3.5、P3.7口作數(shù)碼顯示七段筆劃字形碼的輸出，P1.3-P1.7口作為5個(gè)數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)掃描位驅(qū)動(dòng)碼輸出。這里采用了共陽(yáng)數(shù)碼管，由于AT89C2051的P1.3-P1.6口有25mA的下拉電流能力，所以不用三極管就能驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管。用以驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各字段，當(dāng)

7、P3的*一端口輸出高電平時(shí)其對(duì)應(yīng)的字段筆劃不點(diǎn)亮，而當(dāng)其輸出低電平時(shí)，則對(duì)應(yīng)的上拉電阻即能點(diǎn)亮相應(yīng)的字段筆劃五 電容測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì) 軟件的總體設(shè)計(jì)程序由主程序、定時(shí)中斷效勞子程序等模塊組成。定時(shí)器T0作被測(cè)電容器充電時(shí)間的計(jì)數(shù)用。定時(shí)器T1用于定時(shí)中斷效勞，定時(shí)時(shí)間為5ms，即5ms產(chǎn)生一次中斷。數(shù)組BitTab5用來(lái)存儲(chǔ)位驅(qū)動(dòng)碼，DispTab11用來(lái)存儲(chǔ)字形碼，數(shù)組DispBuf4的4個(gè)元素分別用來(lái)存儲(chǔ)從定時(shí)器T0讀出的數(shù)據(jù)的萬(wàn)、個(gè)、十百千位的5位數(shù)字。程序顯示每一位數(shù)碼的時(shí)間為5ms，因此顯示完整的4位數(shù)的周期為20ms4次中斷。每過(guò)500ms100次中斷刷新一下數(shù)據(jù)，即每過(guò)240ms測(cè)一

8、下電容量，測(cè)量時(shí)間小于2ms，由于這一時(shí)間小于中斷的時(shí)間5ms，因此在測(cè)量過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)中斷現(xiàn)象。測(cè)量電容時(shí)P1.2口輸出高電平，電容開(kāi)場(chǎng)充電，與此同時(shí)定時(shí)器T0開(kāi)場(chǎng)計(jì)數(shù)，當(dāng)電容器充電到達(dá)基準(zhǔn)電壓時(shí)，P3.6口輸出高電平，據(jù)此程序作出判斷停頓T0的計(jì)數(shù)，并讀出數(shù)據(jù)送數(shù)碼管顯示。如果被測(cè)電容器的容量超出測(cè)試檔的量程，顯示結(jié)果為萬(wàn)位數(shù)顯示1，其它四位數(shù)不顯示，這和數(shù)字萬(wàn)用表超過(guò)量程的顯示模式一樣。這時(shí)可選擇大一檔的量程進(jìn)展測(cè)試。經(jīng)仿真和電路測(cè)試，發(fā)現(xiàn)單片機(jī)判斷P3.6口是否輸出高電平要化3個(gè)機(jī)器周期，這會(huì)使顯示值增加3，因此在程序中對(duì)此誤差進(jìn)展了修正，對(duì)計(jì)數(shù)值減去了3。字形碼的輸出用了P3口的P3

9、.0-P3.5、P3.7，P3.6為空，P3口輸出的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)組DispTab獲得。表3.1數(shù)據(jù)位和字形的對(duì)應(yīng)關(guān)系數(shù)據(jù)位P3.7P3.6P3.5P3.4P3.3P3.2P3.1P3.0字形碼筆段位A空BCDEFG數(shù)字0111111100*fe1011100000*702111011010*ed3111110010*f94011100110*735110110110*db6110111110*df7111100000*f08111111110*ff9111110110*fb不顯示010000000*40六 設(shè)計(jì)程序*include unsigned char i,j,n,t,DispBuf5;u

10、nsigned int cap;unsigned char code BitTab5=0*7f,0*bf,0*df,0*ef,0*f7;/位驅(qū)動(dòng)碼unsigned char code DispTab11=0*fe,0*70,0*ed,0*f9,0*73,0*db,0*df,0*f0,0*ff,0*fb,0*40;/字形碼sbit cfang=P12;sbit flag =P36;main() /主程序TMOD=0*11; /定時(shí)器T0、T1均工作于定時(shí)方式1TH1=0*ec;TL1=0*78; /T1定時(shí)時(shí)間為5ms EA=1; /開(kāi)總中斷 ET1=1; /翻開(kāi)T1中斷TR1=1; /開(kāi)定時(shí)器

11、T1cfang=0; /電容放電while(1); /無(wú)限循環(huán)，定時(shí)中斷返回點(diǎn)Timer1() interrupt 3 /定時(shí)中斷效勞程序TH1=0*ec;/裝初值TL1=0*78;t=BitTabj; /取位值P1=P1|0*f8; /P1.3P1.7送1P1=P1&t; /P1.3-P1.7輸出取出的位值 if(j=0 & DispBufj=0) t=DispTab10; /最高位為0時(shí)，取空格字形碼 else t=DispBufj; /取出待顯示的數(shù) t=DispTabt; /取字形碼 P3=t; /字型碼由P3輸出顯示j+; /j作為數(shù)碼管的計(jì)數(shù)器,取值0-5,顯示程序通過(guò)它確認(rèn)顯示哪

12、個(gè)數(shù)碼管if(j=5) j=0;n+;if(n=100) /每過(guò)100個(gè)中斷測(cè)一次電容量 n=0; TH0=0; TL0=0; cfang=1; /電容開(kāi)場(chǎng)充電 TR0=1; /開(kāi)定時(shí)器T0 while (flag = 0); TR0=0; /充電電壓到達(dá)參考電壓,關(guān)定時(shí)器T0 cfang=0; /電容放電 cap=TL0|(TH0=50000) DispBuf4=10; DispBuf3=10;DispBuf2=10; DispBuf1=10;DispBuf0=1; /超量程,最高位顯示1,其余各位不顯示(滅)if(cap50000) /不超量程,取各位數(shù)值 DispBuf4=cap%10;

13、/取個(gè)位數(shù)cap=cap/10;DispBuf3=cap%10;/取個(gè)位數(shù)cap=cap/10;DispBuf2=cap%10;/取十位數(shù)cap=cap/10;DispBuf1=cap%10;/取百位數(shù)cap=cap/10;/取千位數(shù)DispBuf0=cap%10;七 仿真調(diào)試結(jié)果C=50nf的仿真結(jié)果 C=1nf的仿真結(jié)果 誤差為電容值超過(guò)量程時(shí)的仿真結(jié)果八 實(shí)物焊接與調(diào)試8.1 實(shí)驗(yàn)儀器 烙鐵、焊錫、穩(wěn)壓電源。8.2 焊接首先將要焊接的主要元件在板上排列，大致方案好各個(gè)單元電路所占的面積以及各個(gè)單元電路之間的連接關(guān)系盡量使焊接簡(jiǎn)單，方便測(cè)試和檢查錯(cuò)誤。接下來(lái)開(kāi)場(chǎng)固定單元電路主器件的管座。然

14、后對(duì)照電路圖將各個(gè)分立元件焊到板上，并用導(dǎo)線(xiàn)參照電路圖將管腳和分立元件連接起來(lái)，如果有短路的情況，則應(yīng)立即更正。8.3 調(diào)試1.檢查線(xiàn)路在細(xì)心安裝焊接好電路完畢后，我們首應(yīng)該檢查線(xiàn)路接線(xiàn)是否正確，否存在虛焊、漏焊以及短路等情況。2.通電檢測(cè)將焊接完電路的最終輸入輸出端分別接上5V電壓，檢查數(shù)碼管是否能夠正常顯示數(shù)字，手摸各元器件看是否發(fā)燙，如果出現(xiàn)異常，立即關(guān)掉電源，待故障排除后才可以重新通電。然后再測(cè)量各個(gè)單元電路，各元器件電壓，以保證元器件能正常工作，看最終是否能到達(dá)預(yù)期要求的效果。3.調(diào)試先檢查開(kāi)關(guān)量程選擇和電容檢測(cè)電路，看所提供的電壓是否為工作電壓。接通電源，先C*不接電容，看數(shù)碼管是

15、否顯示最大數(shù)值，然后把C*之間的導(dǎo)線(xiàn)短接，看數(shù)碼顯示是否為0。本電路采用逐步調(diào)試的方法。在調(diào)試之前，對(duì)照原理圖，檢查裝置中的各個(gè)元件和它們相互的連接關(guān)系是否正確，并確保裝置中無(wú)漏焊或虛焊等錯(cuò)誤現(xiàn)象。5.調(diào)試過(guò)程總結(jié) 當(dāng)整體電路焊接完成并檢查無(wú)誤，插好芯片后，接通電源發(fā)現(xiàn)無(wú)任何反響。首先檢查各個(gè)芯片是否正常供電，發(fā)現(xiàn)2051并未得電，于是再次檢查芯片的電源與接地端是否接觸良好。找出斷路處重新焊接。 6測(cè)試分析從測(cè)試結(jié)果來(lái)看，測(cè)量有誤差，與仿真結(jié)果比擬誤差增大，主要原因如下：在焊接的過(guò)程中，由于萬(wàn)用板的質(zhì)量問(wèn)題，造成許多焊盤(pán)脫落，因此會(huì)有一些管腳或者元件接觸不良。實(shí)際取到的電阻與其標(biāo)稱(chēng)值相差大，造

16、成系統(tǒng)誤差。由于焊接技術(shù)有限，增大了測(cè)量系統(tǒng)誤差。九 結(jié)論本次設(shè)計(jì)根本完成在誤差圍，設(shè)計(jì)制作的一個(gè)簡(jiǎn)易數(shù)字電容表。在制作的過(guò)程中，遇到了很多的問(wèn)題。設(shè)計(jì)初期，通過(guò)查閱各種芯片的資料和簡(jiǎn)易數(shù)字電容的工作原理，初步確定了制作方案。制作方案確定后開(kāi)場(chǎng)了仿真，仿真過(guò)程中出現(xiàn)了很多問(wèn)題，也正是不斷的解決這些問(wèn)題，制作的方案才日漸成熟。在仿真已經(jīng)成型并且實(shí)現(xiàn)的誤差不大時(shí)，我便開(kāi)場(chǎng)了硬件局部的制作，剛開(kāi)場(chǎng)以為硬件局部的制作應(yīng)該會(huì)很快而且不會(huì)有很大問(wèn)題，可是結(jié)果卻恰恰相反。當(dāng)我們信心滿(mǎn)滿(mǎn)的開(kāi)場(chǎng)焊接時(shí)才發(fā)現(xiàn)焊接的過(guò)程是很重要的，也是會(huì)很容易出問(wèn)題的，一旦引腳接錯(cuò)就不能實(shí)現(xiàn)功能，而且檢查起來(lái)也會(huì)比擬困難十 收獲與體會(huì)通過(guò)這次的單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，我深深的體會(huì)到理論結(jié)合實(shí)際的重要性，在設(shè)計(jì)過(guò)程中要特別細(xì)心，在軟件中可能是一個(gè)標(biāo)點(diǎn)或一個(gè)字母的問(wèn)題，