51单片机做电容测量仪

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1、第十三届“长通杯”大学生电子设计竞赛电容测量仪（A题）2016年5月14日摘要电容测量仪装置是一种精度高、测试范围宽、操作简便、功能完善的电容测量仪。随着科技的不断发展，电容在电路中有着越来越多的应用，其容量大小直接决定着电路的稳定性和准确性。因此，电容值的的测量在日常使用中不可避免。为了深入了解和学习52单片机的功能，本设计采用STC89C52和555振荡器为主要元件对电容进行测量。先将555设计为多谐振荡器产生输入脉冲信号，然后利用单片机对脉冲进行中断计数，再使用公式计算出电容值。在多谐振荡器终端加一个HD74LS08（二输入与门）

2、稳定输出波形，从而使测量中更精确。多谐振荡器会因为连接电阻值的不同而产生的方波的频率不同，从而可以变换档位测量容量差距较大的电容。如果在工程问题中想寻找出符合要求的电容，便可通过矩阵键盘输入相应的电容值的范围，以方便筛选。当电容测定完以后，其数值通过LCD1602显示出来，以便阅读。关键词：STC89C52单片机；电容测量；555定时器；LCD1602；目录1系统方案11.1电容测量仪的论证与选择11.2控制系统的论证与选择12系统理论分析与计算12.1设计方案的分析12.1.1利用电容器放电测电容实验原理12.1.2利用放电时间比率来

3、测电容12.1.3利用单片机测脉冲来测时间常数RC再计算电容12.2电容的计算12.2.1计算振荡周期12.2.2计算频率12.2.3计算Cx13电路与程序设计23.1电路的设计23.1.1系统总体框图23.1.2系统框图23.1.3总程序框图23.1.4电源23.2程序的设计23.2.1程序功能描述与设计思路23.2.2程序流程图34测试方案与测试结果34.1测试方案34.2测试条件与仪器34.3测试结果及分析34.3.1测试结果(数据)34.3.2测试分析与结论4附录1：电路原理图5电容测量仪（A题）1设计方案设计一：利用电容器放电

4、测电容实验原理电容器充电后，所带电量Q与两极板间电压U和电容C之间满足Q＝CU的关系。U可由直流电压表测出，Q可由电容器放电测量。使电容器通过高电阻放电，放电电流随电容器两极板间的电压下降而减少，通过测出不同时刻的放电电流值，直至I＝0，作出放电电流I随时间变化的曲线，曲线下的面积即等于电容器所带电量。由C＝Q/U可求出电容器的电容值。但此方法操作性差，很难实现其功能，故舍之。设计二：利用放电时间比率来测电容其测量原理是把被测电容和基准电容连接到同一电阻上，构成RC网络。通过测量两个电容放电时间的比率，就可以求出被测电容的电容值。充电前

5、电容的电压为0，放电时电容电压与时间的关系为：当Vc达到Vth时从而由于R和Vth/E已知，可根据Tc算出C。此方法的测量范围从pF(10-12F)到几十个nF(10-9F)，并且在寄生电容的抑制和温度稳定性方面具有极很大的优势，但此方法适用于电解电容，对于瓷片电容并不适用。设计三：利用单片机测脉冲来测时间常数RC再计算电容其测量原理是把被测电容和电阻串联，构成RC网络，然后可利用这个时间常数去利用多谐振荡器，调好振荡信号的波形然后开始计数脉冲值，可能的周期为T=A0×RC，A0为一个常数，可通过周期可以计算出C的值。这个可以用单片机来

6、测，理论上可以从测的值可以为N多个，大大超过前面所讲述的。考虑到实用性和可操作性，我们选择设计三。利用555构成单稳态电路（如图****），待测电容是电路中的Cx，再把”OUT”口输出的信号的频率输入单片机的P1.0口，CX的一端连接单片机的P2.3口，通过公式换算得到电容值。P3.7口接一独立按键，当其按下时，555定时器的3引脚输出方波，3脚与P1.0口相接，可通过程序测出其频率，进而求出Cx的值，并显示在LCD1602液晶屏上。由分析可知其振荡周期为：由单稳态电路的特性知：使R1=R2,则：电容测量电路如图1所示：图1555定时器

7、构成单稳态的电容测量电路图此方案从计算公式可知，只需要通过单片机处理频率信号即可得到待测电容值，对测量精度要求而言，还是比较符合要求的，由于是通过单片机读取转化，精确度会明显的提高。核心元器件简介STC89C52的介绍STC89C52是STC公司生产的一种低耗能、性能高的CMOS8位微控制器。具有以下标准功能：内置4KBEEPROM，有MAX810复位电路，3个16位定时器/计数器，4个外部中断，8k字节Flash，32位I/O口线，512字节RAM，看门狗定时器，一个7向量4级中断结构，全双工串行口。另外STC89C52可降至0Hz静

8、态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继