基于單片機電容測量儀設(shè)計

基于單片機電容測量儀設(shè)計基于單片機電容測量儀設(shè)計基于單片機電容測量儀設(shè)計全文共基于單片機電容測量儀設(shè)計全文共21頁，當(dāng)前為第1頁。PAGEPAGE1————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：基于單片機電容測量儀設(shè)計全文共21頁，當(dāng)前為第2頁?；趩纹瑱C電容測量儀設(shè)計全文共21頁，當(dāng)前為第2頁。個人收集整理勿做商業(yè)用途PAGEPAGE16個人收集整理勿做商業(yè)用途摘要目前，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；測量基于單片機電容測量儀設(shè)計全文共基于單片機電容測量儀設(shè)計全文共21頁，當(dāng)前為第3頁。目錄TOC\o"1-3"\h\u227941概述 197711.1設(shè)計目的和意義 1218011。2設(shè)計任務(wù)與要求 1320612硬件電路設(shè)計及其描述 1156842.1設(shè)計方案 12.2原理框圖……………………….。236082。3基于AT89C51電容測量系統(tǒng)硬件設(shè)計詳細分析 2317012。3.1AT89C51單片機工作電路 264382。3。2基于AT89C51電容測量系統(tǒng)復(fù)位電路 3143472.3。3基于AT89C51電容測量系統(tǒng)時鐘電路 4142102。3。4基于AT89C51電容測量系統(tǒng)按鍵電路 488552。3.5基于AT89C51電容測量系統(tǒng)555芯片電路 5274142。3。6基于AT89C51電容測量系統(tǒng)顯示電路 6250442.4各部分電路連接成整個電路圖 911782.5系統(tǒng)所用元器件 102。6PCB制圖……………………。.11246283軟件流程及程序設(shè)計 11140373.1系統(tǒng)模塊層次結(jié)構(gòu)圖 1159133。2程序設(shè)計算法設(shè)計 12103723.3軟件設(shè)計流程 133。4源程序代碼……………………133944系統(tǒng)調(diào)試及仿真 1789155總結(jié) 18320905。1本系統(tǒng)存在的問題及改進措施 18103205。2心得體會 1822204參考文獻 19基于單片機電容測量儀設(shè)計全文共基于單片機電容測量儀設(shè)計全文共21頁，當(dāng)前為第4頁。1設(shè)計任務(wù)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。1～0。99UF的電容，其精確度為0.01UF;（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(fù)位電路設(shè)計?；趩纹瑱C電容測量儀設(shè)計全文共21頁，當(dāng)前為第5頁。2.2基于單片機電容測量儀設(shè)計全文共21頁，當(dāng)前為第5頁。圖1系統(tǒng)框圖圖1系統(tǒng)框圖2。3基于AT89C51電容測量系統(tǒng)硬件設(shè)計詳細分析2。3.1AT89C51單片機工作電路單片機電路是本設(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0—24MHz，內(nèi)置4K字節(jié)可編程只讀閃存，128x8位的內(nèi)部RAM,16位可編程I／O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(fù)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。圖2工作原理圖2.3.2基于AT89C51電容測量系統(tǒng)復(fù)位電路MCS-51的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實現(xiàn)的.MCS—51單片機片內(nèi)復(fù)位，復(fù)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(fù)位電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號。基于單片機電容測量儀設(shè)計全文共21頁，當(dāng)前為第6頁。本設(shè)計采用按鍵手動脈沖復(fù)位方式,按基于單片機電容測量儀設(shè)計全文共21頁，當(dāng)前為第6頁。圖3復(fù)位電路一般的,單片機的復(fù)位速度比外圍I/O快些。若RC上電復(fù)位電路接MCS-51單片機和外圍電路復(fù)位端，則能使系統(tǒng)可靠地同步復(fù)位。為保證系統(tǒng)可靠復(fù)位，在初始化程序中應(yīng)用到一定的復(fù)位延遲時間。復(fù)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(fù)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(fù)位引腳。2。3.3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(zhǔn).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)部時鐘方式電路圖基于單片機電容測量儀設(shè)計全文共21頁，當(dāng)前為第7頁。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)定的自激振蕩器基于單片機電容測量儀設(shè)計全文共21頁，當(dāng)前為第7頁。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(yán)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1.2MHz—12MHz之間。很設(shè)計中單片機選擇12MHz的石英晶體。2。3。4基于AT89C51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(dāng)按鍵按下去的時候，輸出的低電平。圖5按鍵電路2.3。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)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(fù)位端MR加上低電平（〈0．3V）時可使輸出為低電平。該特殊的RS觸發(fā)器有兩個輸入端，這兩個輸入端的觸發(fā)電平要求一高一低,其中置零端R即閾值端TH要求高電平,置位端即觸發(fā)端則要求低電平，也就是使它們翻轉(zhuǎn)的閾值電壓值不同。當(dāng)VK端不接控制電壓時，對TH端(即R端）來講，大于2／3VDD是高電平1,小于2／3VDD時是低電平0；而對TR端（即端)來講,大于1／3VDD是高電平1，小于1／3VDD是低電平O。55芯片電路的應(yīng)用電路很多,本次設(shè)計應(yīng)用直接反饋型無穩(wěn)類電路.電路如圖6所示?；趩纹瑱C電容測量儀設(shè)計全文共21頁，當(dāng)前為第8頁。基于單片機電容測量儀設(shè)計全文共21頁，當(dāng)前為第8頁。圖6555產(chǎn)生方波電路555芯片芯片輸出的頻率為f=0。772/（R*C),只要我們改變電阻R，就可以達到改變電阻量程的目的，本設(shè)計提供了一組電阻，所以說有電容測量量程為(0.01～1UF）。在555芯片輸出方波后，由于硬件的原因，輸出的方波會有很多毛刺，為了去除這些毛刺本設(shè)計中使用了一個兩輸入與門（74HC08)，讓信號通過74HC08后會使輸出的波形毛刺減少很多，使單片機的測量結(jié)果變得精確.74HC08如圖7所示。圖774HC08 2.3.6基于AT89C51電容測量系統(tǒng)顯示電路本設(shè)計使用的是2行16個字的1602液晶模塊作為測量值顯示部分。其中字符型液晶模塊是一種用5x7點陣圖形來顯示字符的液晶顯示器，根據(jù)顯示的容量可以分為1行16個字、2行16個字、2行20個字等等.如圖8為LCD1602引腳圖。圖8LCD1602引腳圖 基于單片機電容測量儀設(shè)計全文共21頁，當(dāng)前為第9頁?；趩纹瑱C電容測量儀設(shè)計全文共21頁，當(dāng)前為第9頁。第1腳:VSS為地電源第2腳：VDD接5V正電源第3腳：V0為液晶顯示器對比度調(diào)整端,接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高,對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。第5腳：RW為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當(dāng)RS和RW共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平RW為高電平時可以讀忙信號，當(dāng)RS為高電平RW為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端,當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時,液晶模塊執(zhí)行命令.第7～14腳：D0~D7為8位雙向數(shù)據(jù)線.第15～16腳：空腳1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（CGROM）已經(jīng)存儲了160個不同的點陣字符圖形，如表1所示，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼,比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時模塊把地址41H中的點陣字符圖形顯示出來,我們就能看到字母“A”基于單片機電容測量儀設(shè)計全文共21頁，當(dāng)前為第10頁?；趩纹瑱C電容測量儀設(shè)計全文共21頁，當(dāng)前為第10頁。1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令，其控制命令如下表所示。表2LCD1602內(nèi)部11條控制指令它的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的。（說明：1為高電平、0為低電平）指令1：清顯示，指令碼01H,光標(biāo)復(fù)位到地址00H位置指令2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址00H指令3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置I/D：光標(biāo)移動方向,高電平右移，低電平左移S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效指令4:顯示開關(guān)控制。D：控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電平表示關(guān)顯示C：控制光標(biāo)的開與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無光標(biāo)B：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍指令5:光標(biāo)或顯示移位S/C：高電平時移動顯示的文字,低電平時移動光標(biāo)基于單片機電容測量儀設(shè)計全文共21頁，當(dāng)前為第11頁?；趩纹瑱C電容測量儀設(shè)計全文共21頁，當(dāng)前為第11頁。指令7：字符發(fā)生器RAM地址設(shè)置指令8：DDRAM地址設(shè)置指令9:讀忙信號和光標(biāo)地址BF：為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。指令10:寫數(shù)據(jù)指令11：讀數(shù)據(jù)表3LCD1602的內(nèi)部顯示地址液晶顯示模塊是一個慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認模塊的忙標(biāo)志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。要顯示字符時要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符，LCD1602的內(nèi)部顯示地址如下。表3LCD1602的內(nèi)部顯示地址圖圖9顯示電路圖2。4各部分電路連接成整個電路圖完成各個部分的電路設(shè)計后，即可組合成一個總的電路圖.本設(shè)計中使用Proteus完成電路圖。總電路圖10所示.基于單片機電容測量儀設(shè)計全文共基于單片機電容測量儀設(shè)計全文共21頁，當(dāng)前為第12頁。圖10總電路2。5系統(tǒng)所用元器件本系統(tǒng)所用的元器件清單如下所示?；趩纹瑱C電容測量儀設(shè)計全文共21頁，當(dāng)前為第13頁?；趩纹瑱C電容測量儀設(shè)計全文共21頁，當(dāng)前為第13頁。2.6、PCB板制圖如圖11圖11PCB制圖3軟件流程及程序設(shè)計主程序鍵盤模塊中斷模塊振蕩模塊顯示模塊主程序鍵盤模塊中斷模塊振蕩模塊顯示模塊要完成的任務(wù)是：初始化程序設(shè)計、按鍵程序設(shè)計、中斷處理程序，計數(shù)器計數(shù)程序，顯示程序設(shè)計等。 基于單片機電容測量儀設(shè)計全文共基于單片機電容測量儀設(shè)計全文共21頁，當(dāng)前為第14頁。3.2程序設(shè)計算法設(shè)計整個程序設(shè)計過程中遇到的最大的問題的如何根據(jù)測量到的方波的頻率來計算所測量的電容的大小。在前面的介紹中我們知道:555時基芯片的輸出頻率跟所使用的電阻R和電容C的關(guān)系是:又因為，所以（7）即：(8)因單片機采用12M的晶振,計數(shù)器T0的值增加1，時間就增加1μS ，所以采用中斷的方式來啟動和停止計數(shù)器T0,中斷的觸發(fā)方式為脈沖下降沿觸發(fā),第一次中斷到來啟動T0，計數(shù)器的值為，第二次中斷到來停止T0，計數(shù)器器的值為，則測量方波的周期為，令開始時刻計數(shù)器的值，則。簡單時序圖12所示.圖圖12簡單時序 則：(9）基于單片機電容測量儀設(shè)計全文共21頁，當(dāng)前為第15頁。單片機的計數(shù)器的值N=0-65535，為了測量的基于單片機電容測量儀設(shè)計全文共21頁，當(dāng)前為第15頁。第一檔:10～50uF第二檔:0.1～5uF為了編寫程序的方便，我們只計算,后面的單位可以根據(jù)使用的量程自行添加。3.3軟件設(shè)計流程流程圖是一種傳統(tǒng)的算法表示法，它利用幾何圖形的框來代表各種不同性質(zhì)的操作,用流程線來指示算法的執(zhí)行方向。本設(shè)計的程序的流程圖如圖13所示。圖圖13流程圖3.4源程序代碼＃include”reg51。h"＃include”intrins.h”//庫函數(shù)＃defineDATAP0sbitRW=P2^1;//1602寫數(shù)據(jù)sbitRS=P2^0；//1602寫地址sbitEN=P2^2;//1602工作使能sbitb_test0=P3^7；//開始測量電容的按鍵輸入//sbitb_test1=P1^7;sbit_reset=P3^5;//555時基芯片工作控制信號unsignedintT_flag,N，C，i，Dis1,Dis0；unsignedintb[8］={0X13，0X0D，0X00，0X00,0X00，0X00,0X25,0X16｝;//顯示C=0000UF/＊＊＊*＊***＊＊＊延時1MS**＊＊**＊**＊＊＊*****＊/voidDelay1ms（unsignedintmm）｛unsignedinti;for（mm；mm>0；mm—-）for(i=100;i>0;i—-）；｝/*＊＊＊＊*＊*＊*＊＊＊＊＊檢查忙否＊*****＊＊＊**＊*＊**＊/voidCheckstates(）｛unsignedchardat；RS=0;RW=1；基于單片機電容測量儀設(shè)計全文共21頁，當(dāng)前為第16頁?；趩纹瑱C電容測量儀設(shè)計全文共21頁，當(dāng)前為第16頁。_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)＊＊＊*＊**＊*/voidwcomd(unsignedcharcmd)｛Checkstates();RS=0；RW=0;DATA=cmd;EN=1；_nop_()；_nop_（);_nop_(）;_nop_(）;EN=0;}/*＊＊*＊＊＊＊*＊LCD寫數(shù)據(jù)函數(shù)**＊***＊＊*＊＊*＊*/voidwdata(unsignedchardat)｛Checkstates();RS=1;RW=0;DATA=dat；EN=1;_nop_（）；_nop_（）；_nop_（）；_nop_()；EN=0;}/***＊＊＊****＊**＊＊＊*初始化***＊＊***＊＊＊＊***＊**＊*/voidLCDINIT(){Delay1ms（15)；wcomd（0x38)；//功能設(shè)置Delay1ms（5);wcomd（0x38）；//功能設(shè)置基于單片機電容測量儀設(shè)計全文共21頁，當(dāng)前為第17頁?；趩纹瑱C電容測量儀設(shè)計全文共21頁，當(dāng)前為第17頁。wcomd（0x01）；//清屏Delay1ms(5)；wcomd(0x08）；//關(guān)顯示Delay1ms（5）；wcomd（0x0c）;//開顯示，不開光標(biāo)｝/＊＊＊＊*＊＊*＊*＊顯示函數(shù)**＊*＊****＊＊*＊*/voidDisplay(void）//顯示函數(shù)｛unsignedchari，j;unsignedchara［12]={0X4D，0X45，0X41，0X53，0X55，0X52,0X45，0X4D，0X45,0X4E，0X54，0X53}；//顯示measurementsLCDINIT(）；for（i=0;i〈12；i++)//寫顯示第一行{wcomd（0x80+i）;Delay1ms（1);wdata(a［i］）；Delay1ms（1）;｝for（j=0；j〈8;j++）//寫顯示第二行{wcomd(0xc0+j)；Delay1ms(1）;wdata（0x30+b［j]);Delay1ms(1）；}Delay1ms(150)；｝voidmain（）｛IE=0x81;//打開全部的中斷控制,并開啟外部中斷允許TMOD=0x09；//T0為16位計數(shù)工作方式1IT0=1；//設(shè)置外部中斷的觸發(fā)的方式為脈沖觸發(fā)TH0=0x00；TL0=0x00;T_flag=0;_reset=0;while(1）｛while（!b_test0）//如果有測量按鍵輸入就往下執(zhí)行｛ i=0;基于單片機電容測量儀設(shè)計全文共21頁，當(dāng)前為第18頁?；趩纹瑱C電容測量儀設(shè)計全文共21頁，當(dāng)前為第18頁。EX0=1;//開啟中斷0while(_reset)//超出等待時間，中斷還沒有過來，就退出{ i++;if（i>5000）//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(N〈100）//如果計數(shù)值小于100，顯示SM，表示應(yīng)換用小一點的量程{ b［2]=0X23;b[3］=0X1D； b[4]=0X5E； b［5]=0X5E; b［6]=0X5E； b[7］=0X5E；}if(N〉=1000)//如果計數(shù)值大于1000，顯示LA，表示應(yīng)換用大一點的量程｛ b[2］=0X1C;b[3］=0X11； b［4］=0X5E； b［5]=0X5E; b[6]=0X5E; b[7］=0X5E；}if(N>=100&＆N〈1000） { b［3］=0XFE；//計算電容的大小b［4]=N/100; b[5］=(N/10)%10； b[6]=0X25; b［7］=0X16； ｝ ｝ Display（）；//顯示電容的大小｝｝voidint0（void)interrupt0//第一次中斷開始計數(shù),第二個中斷停止計數(shù)｛基于單片機電容測量儀設(shè)計全文共21頁，當(dāng)前為第19頁。基于單片機電容測量儀設(shè)計全文共21頁，當(dāng)前為第19頁。if(T_flag==1）｛TR0=1；//開始計時}if(T_flag==0）{TR0=0;//停止計時EX0