基于51单片机的数字电容测量仪

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1、电子技术实验报告设计课题基于单片机的数字式电容仪设计学院信科院姓名陈见峰学号3100718110专业班级电信10-1指导教师蒋存波设计时间2013.7.10-41-【摘要】随着科技的不断发展，人类的不断进步，在电子技术领域的发展可谓突飞猛进，然而电容器在电子线路中得到广泛的应用，它的容量大小对电路的性能有着重要的作用。因此，电容量的测量在日常使用中就不可避免。本设计详细介绍了一种基于单片机的数字式电容测量仪设计方案及实现方法。设计的主要方法是采用555芯片构成单稳态触发器,将电容容量转换为脉冲宽度。通过单片机的计时器测量脉宽,根据已知的R值，通过单片机的运算功能

2、，计算出电容容量,最后，再通过单片机的普通I/O口控制液晶屏显示出电容容量的计算结果。系统的测量范围为10pF~500uF,具有多个量程，可根据用户需要由用户选择，与用户的交互是通过键盘实现，不同量程的实现是通过单片机的I/O口控制继电器的吸合与断开来选择不同的R值，从而实现不同的量程。同时，本设计注重设计方法及流程，首先根据原理设计电路，再通过protues仿真，利用keil编程，进而借助altiumdesigner制作PCB，最后到焊接元器件，调试直至成功。【关键词】电容测量;脉冲宽度;单稳态触发器;单片机;lcd显示目录-41-1系统方案设计-5-1.1设

3、计说明及要求-5-1.1.1设计说明-5-1.1.2设计要求-5-1.2方案Ⅰ-6-1.3方案Ⅱ-7-1.4方案Ⅲ-7-1.5三种方案作简单的比较-8-2单元电路设计-9-2.1工作原理-9-2.2硬件电路设计-11-2.2.1单片机电路设计-11-2.2.2555时钟芯片与单片机连接-12-2.2.3低脉冲产生电路-13-2.2.4键盘电路-13-2.2.5指示灯电路-14-2.2.6量程选择电路-14-2.2.7液晶显示电路-16-2.3软件设计-17-2.4量程范围设置-17-2.5altiumdesigner原理图设计及PCB制作-18-2.4.1原理图

4、设计-18-2.4.2PCB制作-18-2.4.3设计结果-19-3系统测试-19-3.1测量100nf的电容-19-3.2测量2nf的电容-20---41-3.2测量4.7uf的电容-21-3.3测试结果-22-3.1误差分析-22-4结论与心得体会-23-5参考文献-24-6附录-24-附录1元器件清单-24-附录2程序清单-25-1系统方案设计1.1设计说明及要求1.1.1设计说明框图中的外接电容是定时电路中的一部分。当外接电容的容量不同时，与定时电路所对应的时间也有所不同，即C=f(t)，而时间与脉冲数目成正比，脉冲数目可以通过计数译码获得。-41-1.

5、1.2设计要求（1）基本要求①自制稳压电源。②被测电容的容量在10pF至10000μF范围内③设计四个的测量量程。④显示测量结果，测量误差小于2.5%。数字显示：显示分辨率:每档满量程的0.1%；电容测量：电压可选择5V,25V,50V；为实现该设计，达到相应的设计要求，本次设计中考虑了三种设计方案，三种设计方案中主要区别在于硬件电路和软件设计的不同，对于本设计，三种方案均能够实现，最后根据设计要求、可行性和设计成本的考虑选择了基于STC89C52单片机和555芯片构成的单稳态触发电路测量电容的方案。现在一一介绍论证如下。1.2方案Ⅰ如果三角波输入给以被测电容器

6、作为微分电容的微分电路，在电路参数选择适当的条件下，微分电路的输出幅度与Cx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转换送给数字显示器，便可实现所要求的函数关系。（电路如图1—1所示）设三角波函数式为：UI=Kｔ　　　　（0≤ｔ<ｔ1）UI=－Kｔ　　　（ｔ１≤ｔ<ｔ2）-41-因为　所以　（0≤ｔ<ｔ1）（ｔ１≤ｔ<ｔ2）图1-1方案Ⅰ电容测量框图1.3方案Ⅱ根据积分电路原理可得C=Ui*dt/R*Uo，将经过RC充电电路后，输出的与电容对应的电压值输入到ADC0809中，经过处理后，将相应的数值传到单

7、片机里，再通过公式运算，求得相应的电容C值，在LCD上显示。-41-图1-2方案Ⅱ电容测量框图1.4方案Ⅲ单稳态触发器接收单片机的窄脉冲触发信号Trig,输出一个脉冲宽度与待测电容CX的容量成正比的信号VO。单片机通过检测VO高电平持续时间来计算电容大小,并将结果显示在液晶屏上。测量过程中,通过控制单稳态触发器的充电电阻阻值,实现10pF~500uF范围内电容的测量。（电路如图1-3所示）-41-图1-3方案Ⅲ电容测量框图1.5三种方案作简单的比较比较上述三种方案可知，方案Ⅰ和ⅠⅠ采用了A/D转换器，价格比较昂贵；而且根据公式可知，再换算电压与电容值时，时间参数

8、t起着至关重要的作用，对