【正文】 ............. 15 系統(tǒng)測(cè)試 ................................................................................................................ 15 測(cè)試結(jié)果分析 ........................................................................................................ 15 5 設(shè)計(jì)心得 .................................................................................................................................... 16 【致謝】 ....................................................................................................................................... 17 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................. 18 附錄 .......................................................................................................................................... 19 3 附錄 1 元器件清單 ................................................................................................................. 19 附錄 2 原理圖 .............................................................................................................................. 20 附錄 3 PCB 圖 .......................................................................................................................... 21 附錄 4 實(shí)物圖 ......................................................................................................................... 22 附錄 5 部分代碼如下 ............................................................................................................. 22 4 1 緒論 概述 近年來(lái)隨著科技的飛速發(fā)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。 由于單片機(jī)具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，集成度高，處理能力強(qiáng)，可靠性高，價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)，因此已被 廣泛應(yīng)用于智能生產(chǎn)和工業(yè)自動(dòng)化上 。近年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)在社會(huì)領(lǐng)域的滲透，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷地走向深入。通過(guò)定時(shí)計(jì)數(shù)系統(tǒng) 來(lái)對(duì)時(shí)間進(jìn)行有效的控制。在電容測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)的定時(shí)計(jì)數(shù)系統(tǒng)中將得到更好的應(yīng)用 . 通常 情況下，電路參數(shù)的數(shù)字化測(cè)量是把被測(cè)參數(shù)傳換成直流電壓或頻率后進(jìn)行測(cè)量。傳統(tǒng)的測(cè)量電容方法有諧振法和電橋法兩種。前者速度快，電路簡(jiǎn)單，但精度低；后者測(cè)量精度高，但速度慢。伴隨著測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，在測(cè)量精度和速度上有非常大的改善，電容的數(shù)字化測(cè)量常采用恒流法和比較法。 在本設(shè)計(jì)中 本課題 選用 STC89C52 單片機(jī)來(lái)設(shè)計(jì) 電容測(cè)量?jī)x ， 電容測(cè)量?jī)x 程序由 用 C 語(yǔ)言編寫(xiě) ， 由主程序、 計(jì)數(shù) 定時(shí)中斷服務(wù)子程序等模塊組成 ， 顯示是LCD1602 液晶顯示屏， 此設(shè)計(jì)中用了繼電器控制電容充放電， 測(cè)試原理見(jiàn)圖 ,電源經(jīng)電阻 R 給被測(cè)電容 充電， 被測(cè)電容 兩端原電壓隨充電時(shí)間的增加而上升。當(dāng)充電時(shí)間 t 等于 RC 時(shí)間常數(shù) τ 時(shí) ,被測(cè)電容 兩端電壓約為電源電壓的％ ，也就達(dá)到 Vth，測(cè)量電容器充電達(dá)到該電壓的時(shí)間，便能知道電容器的容量。為了判斷電容 C 上的充電電壓是否達(dá)到電源電壓 的 ％，可以用電壓比較器來(lái)檢測(cè)，本設(shè)計(jì)中用了 LM393 電壓比較器。 系統(tǒng)的性能要求及特點(diǎn) 基于單片機(jī)的電容測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)應(yīng)能達(dá)到以下功能要求： （ 1）測(cè)量 1nF— 50uF的電容大小，可以設(shè)置測(cè)量的 4個(gè)檔： （ 2）測(cè)量輸出值，使用液晶顯示數(shù)值。 （ 3）其他創(chuàng)新功能 電容測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)的意義 本課題 選用 STC89C52 單片機(jī)來(lái)設(shè)計(jì) 電容測(cè)量?jī)x。目前大部分電容測(cè)量方法集成化水平低 ,精度低 ,因而對(duì)電容特別是對(duì)常用電容的精確測(cè)量始終是一個(gè)很重要的課題 .在某些場(chǎng)合 ,傳感電容的變化量往往僅有幾個(gè)或幾十個(gè)皮法大小 ,這就 5 STC89C52 對(duì)電容測(cè)量電路提出了更高的要求 。 綜合以上功能，該電容測(cè)量?jī)x系統(tǒng)有很好的應(yīng)用價(jià)值和研究意義。 2 系統(tǒng)分析及硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路與方案比較論證 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思 路 本 設(shè)計(jì) 利用電容器充放電的規(guī)律 。通過(guò) 單片機(jī)定時(shí)器 0 和定時(shí)器 1 和外部中斷 0 實(shí)現(xiàn)電容的測(cè)量 。顯示部分利用液晶顯示模塊， 具有 顯示 電容大小 等功能。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理 根據(jù) 電容測(cè)量?jī)x 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，將整體電路分成為五部分 : 復(fù)位 電路、 晶振 電路、 電容充放電 電路、顯示 液晶 模塊、 單片機(jī) STC89C52。 根據(jù)以上的設(shè)計(jì)思路及設(shè)計(jì)原理確定系統(tǒng)組成框圖如 下 圖 所示 。 圖 21 系統(tǒng)組成框圖 中心控制模塊 方案一： 采用 CPLD 或 FPGA 實(shí)現(xiàn)應(yīng)用 ,目前廣泛應(yīng)用的 Verilog HDL 硬件電路描述語(yǔ)言，實(shí)現(xiàn) 電容測(cè)量測(cè)試儀 的設(shè)計(jì)，利用 MAXPLUSII 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境仿真、綜合，并下載到 CPLD 或 FPGA 可編程邏輯器件中，完成系統(tǒng)的控制作用。但 相對(duì)而言 結(jié)構(gòu)復(fù)雜、規(guī)模大，綜合本設(shè)計(jì) 不需要大規(guī)模的 FPGA。 5V電壓 LCD1602顯示電路 被測(cè)電路 晶振電路 復(fù)位電路 6 方案二：全部采用模擬電路模塊。 三角波輸入給以被測(cè)電容器作為微分電容的微分電路，在電路參數(shù)選擇適當(dāng)?shù)臈l件下，微分電路的輸出幅度與被測(cè)電容成正比，再整流 或峰值檢波電路及濾波電路，可以得到與被測(cè)電容成正比的直流電壓 ，然后再進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換送給數(shù)字顯示器，便可實(shí)現(xiàn)所要求電容測(cè)量。但是利用模擬電路，硬件設(shè)計(jì)太過(guò)復(fù)雜，故不采取。 方案三：采用單片機(jī)控制，利用單片機(jī)的內(nèi)部時(shí)鐘與外部中斷就能滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，且成本較低，適合電容測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)。 因此， 我們選擇方案三。 顯示模塊 方案一：用 LED 顯示 方案二：采用 LCD 液晶顯示 考慮到本題的要求，只需要一片 LCD1602 就可以實(shí)現(xiàn)，故我們選擇方案二。 被測(cè)電路模塊 方案一：利用 555 定時(shí)器組建定時(shí)模塊 555， 555定時(shí)器具有成本低， 性能可靠 等優(yōu)勢(shì)，雖然能夠做到精確定時(shí)但要進(jìn)行量程換擋，測(cè)量不夠直觀方便。 方案二： 以電容器的充電規(guī)律作為測(cè)量依據(jù) ， 電源經(jīng)電阻 R 給被測(cè)電容 充電， 被測(cè)電容 兩端原電壓隨充電時(shí)間的增加而上升。當(dāng)充電時(shí)間 t 等于 RC 時(shí)間常數(shù) τ 時(shí) ,被測(cè)電容 兩端電壓約為電源電壓的 ％ ，也就達(dá)到 Vth，測(cè)量電容器充電達(dá)到該電壓的時(shí)間，便能知道電容器的容量 ，直觀，便捷。 所以選擇方案二。 綜合以上方案最后確立了各個(gè)模塊所使用的方案為 表 21 模塊所使用的方案表 中心控制模塊 STC89C52 被測(cè)電路模塊 充放電電路 顯示模塊 1602 液晶顯示器 各個(gè)模塊的硬件電路設(shè)計(jì) 中央控制模塊設(shè)計(jì) 1. STC89C52 單片機(jī)概述 STC89C52 是一種帶 8K 字節(jié)閃爍可編程可檫除只讀存儲(chǔ)器（ FPEROMFlash Programable and Erasable Read Only Memory ）的低電壓，高性能 COMOS8 的微 7 處理器，俗稱單片機(jī)。該器件與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。 全雙工 UART 串行通道、八個(gè)中斷源、低功耗空閑和掉電模式、看門(mén)狗定時(shí) 器、掉電后中斷可喚醒 、雙數(shù)據(jù)指針、掉電標(biāo)識(shí)符 ]1[ 。 2. STC89C52 功能特性描述 STC89C52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器。片上 Flash