【正文】 沈陽(yáng)航空 航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) I 袖珍式智能化電容表軟件設(shè)計(jì) 沈陽(yáng)航空 航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) II 摘 要 電容是重要的電子器件， 本文設(shè)計(jì)了一個(gè)袖珍式智能化電容表以測(cè)量電容，其量程為 ～ 和 199pf～ 1999pf 兩段，對(duì)算法原理和軟件設(shè)計(jì)做了較詳細(xì)的描述。 通過(guò) 獲取 CF 曲線并分段線性化， 給出 測(cè)量頻率導(dǎo)出電容的算法 。系統(tǒng) 以單片機(jī)為核心，并由 555 定時(shí)器搭接成 RC振蕩電路，與單片機(jī)相連。針對(duì)具體硬件設(shè)計(jì)頻率采集程序和電容計(jì)算程序， 最終實(shí)現(xiàn)了電容測(cè)量。具有體積小，自動(dòng)更換量程且成本低的優(yōu)點(diǎn) 。 關(guān)鍵字 ： 線性化； 電容；頻率 沈陽(yáng)航空 航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) III Abstract Capacitors are important electronic device,this paper designs a pocket watch to measure of intelligent capacitance,its range to capacitance pf and 199pf capacitance 1999pf two paragraphs,principle and software design of the algorithm is to make a detailed accessing C F curve and given piecewise linear frequency,and the algorithm are based on singlechip and 555 timing of overlapped by into rc oscillating light of the specific hardware design frequency calculation program acquisition program and capacitance,finally realizes the capacitance the advantages of small size,low cost and automatic replacement range. Key words: Linearization； capacitance measure； Frequency 沈陽(yáng)航空 航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) IV 目 錄 1 緒 論 ................................................................ 1 電容的定義及測(cè)量的意義和作用 ...................................... 1 電容測(cè)量技術(shù)的發(fā)展概況 ............................................ 2 2 基于單片機(jī)電容測(cè)量設(shè)計(jì) ............................................... 3 方案論 證 .......................................................... 3 555 定時(shí)器 ........................................................ 6 STC89C51 單片機(jī) .................................................. 10 3 基于單片機(jī)電容測(cè)量軟件設(shè)計(jì) .......................................... 14 軟件設(shè)計(jì) ......................................................... 14 軟件設(shè)計(jì)任務(wù) ..................................................... 14 軟件設(shè)計(jì)的步驟 ................................................... 14 軟件設(shè)計(jì)的工具 ................................................... 15 MedWin 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境的特點(diǎn) ................................... 15 MedWin 開(kāi)發(fā) ................................................. 16 不使用項(xiàng)目管理方式開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序 ............................... 16 使用項(xiàng)目管理方式開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序 ................................. 18 算法設(shè)計(jì) ......................................................... 20 4 程序設(shè)計(jì) ............................................................ 27 程序流程圖 ....................................................... 27 中斷系統(tǒng)程序 ..................................................... 28 STC89C51 的中斷源 ............................................ 28 STC89C51 的中斷控制寄存器及結(jié)構(gòu) .............................. 28 中斷程序 ..................................................... 31 LCD 顯示程序 ..................................................... 31 關(guān)于 LCD 顯示方式 ............................................. 31 關(guān)于 LCD 編程流程 ............................................. 33 沈陽(yáng)航空 航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) V 編寫(xiě)程序 ......................................................... 33 5 結(jié)論 ................................................................ 34 致 謝 ................................................................ 35 參考文獻(xiàn) .............................................................. 36 附錄Ⅰ ................................................................ 37 沈陽(yáng)航空 航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 1 1 緒 論 測(cè)量的意義和作用 電容（或稱(chēng)電容量）是表征電容器容納電荷本領(lǐng)的物理量 。 電容 的主要物理特征是儲(chǔ)存電荷。電容有固定電容和可變電容之分。 電容的用途非常多，主要有如下幾種：固定電容在電路中常常用來(lái)做為耦合，濾波，積分，微分，與電阻一起構(gòu)成 RC 充放電電路，與電感一起構(gòu)成 LC振蕩電路等。 此外還用于 ： 1．隔直流：作用是阻止直流通過(guò)而讓交流通過(guò) 。 2．旁路（去耦）：為交流電路中某些并聯(lián)的元件提供低阻抗通路 。 3．耦合：作為兩個(gè)電路之間的連接，允許交流信號(hào)通過(guò)并傳輸?shù)较乱患?jí)電路 。 4．濾波：這個(gè)對(duì) DIY 而言很重要，顯卡上的電容基本都是這個(gè)作用。 5．溫度補(bǔ)償：針對(duì)其它元件對(duì)溫度的適應(yīng)性不夠帶來(lái)的影響，而 進(jìn)行補(bǔ)償，改善電路的穩(wěn)定性。 6．計(jì)時(shí)：電容器與電阻器配合使用，確定電路的時(shí)間常數(shù)。 7．調(diào)諧：對(duì)與頻率相關(guān)的電路進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)諧，比如手機(jī) 、 收音機(jī)、電視機(jī)。 8．整流：在預(yù)定的時(shí)間開(kāi)或者關(guān)半閉導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件。 9．儲(chǔ)能： 儲(chǔ)存電能，用于必須要的時(shí)候釋放。例如相機(jī)閃光燈，加熱設(shè)備等等。 如今某些電容的儲(chǔ)能水平已經(jīng)接近鋰電池的水準(zhǔn)，一個(gè)電容儲(chǔ)存的電能可以供一個(gè)手機(jī)使用一天。 在電子產(chǎn)品的生產(chǎn)和維修中，電容測(cè)量這一環(huán)節(jié)至關(guān)重要，一個(gè)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(duì)其產(chǎn)品的檢測(cè)至關(guān)重要，而檢測(cè)電 子產(chǎn)品是否符合出產(chǎn)要求的關(guān)鍵在于檢測(cè)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(duì)電子產(chǎn)品的維修中，電路的檢測(cè)是最基本的，有時(shí)需要檢測(cè)電路中各個(gè)部件是否工作正常，電容器是否工作正常。 隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，工業(yè)自動(dòng)化日趨走向成熟，以傳統(tǒng)的手工控制生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)過(guò)程的方式，已經(jīng)滿足不了現(xiàn)代企業(yè)高質(zhì)量、高效益的要求，漸漸成為企業(yè)擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本的一個(gè)障礙。只有采用現(xiàn)代的電子 測(cè)量技術(shù)和以計(jì)算機(jī)技術(shù)為主體的 測(cè)控 系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)先進(jìn)的生產(chǎn)檢測(cè)設(shè)備與系統(tǒng)，才是行之有效的解決方案。 傳統(tǒng)的測(cè)量電容的儀表體積都比較龐大，不同量程的測(cè)量需手動(dòng)按沈陽(yáng)航空 航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 2 鍵選擇，測(cè)量的效率就比較低而且費(fèi)時(shí)費(fèi)力，就需要一種體積更小，更省電更智能化的儀表來(lái)滿足如今測(cè)量電容的需要。 電容測(cè)量技術(shù)是伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的 ,它是科技發(fā)展的產(chǎn)物。電容通常以傳感器形式出現(xiàn)，因此，電容測(cè)量技術(shù)的發(fā)展歸根結(jié)底就是電容傳感器的發(fā)展。由最初的用交流不平衡電橋就能測(cè)量基本的電容傳感器。最初的電容傳感器有變面積型，變介質(zhì)介電常數(shù)型和變極板間型。 現(xiàn)在的電容式傳感器越做越先進(jìn)，現(xiàn)在用的比較多的有容柵式電容傳感器，陶瓷電容壓力傳感器等。電容測(cè)量技術(shù)發(fā)展也很快現(xiàn)在的電容測(cè)量技術(shù)也由單一化發(fā)展為多元化?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)外做傳感器的廠商也比較多 ,在世界范圍內(nèi)做電容傳感器做的比較好的公司有：日本 figaro 德國(guó) tecsis 和美國(guó)的alphasense。 電容器作為非常重要的一個(gè) 元件在現(xiàn)代電子技術(shù)中有著非常廣泛的用途，電容定義為：電容器所帶的電荷量 Q 與電容器兩極板間的電勢(shì)差 U 的比值，即： C=Q/U。 這種原始的方法必須通過(guò)測(cè)量?jī)蓚€(gè)物理量來(lái)計(jì)算電容的大小，而其中的 Q是比較難 以測(cè)量的量。目前常用的兩種測(cè)量電容的實(shí)現(xiàn)方法：一是利用多諧振蕩產(chǎn)生脈沖寬度與電容值成正比信號(hào)，通過(guò)低通濾波后測(cè)量輸出電壓實(shí)現(xiàn)；二是利用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)裝置產(chǎn)生與電容值成正比門(mén)脈沖來(lái)控制通過(guò)計(jì)數(shù)器的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)數(shù)脈沖的通斷，即直接根據(jù)充放電時(shí)間判斷電容值。 利用多諧振蕩原理測(cè)量電容的方案硬件設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，但是軟件實(shí)現(xiàn)相對(duì)比較復(fù)雜，而直接根據(jù)充放電時(shí)間判斷電容值的方案雖然基本上沒(méi)有用到軟件部分，但是硬件卻又十分的復(fù)雜。而且他們都無(wú)法直觀的把測(cè)量的電容值大小顯示出 來(lái)。 根據(jù)上面兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)提出了硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè) 計(jì)都相對(duì)比較簡(jiǎn)單的方案：基于 STC89C51 單片機(jī)和 555 定時(shí)器芯片的數(shù)顯式電容測(cè)量。 該方案主要是根據(jù) 555 時(shí)基芯片的應(yīng)用特點(diǎn)，把電容的大小轉(zhuǎn)變成 555 輸出頻率的大小，進(jìn)而可以通過(guò)單片機(jī)對(duì) 555 輸出的頻率進(jìn)行測(cè)量。本方案具有硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)都相對(duì)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn) 。 沈陽(yáng)航空 航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 3 2 基于 單片機(jī)電容測(cè)量設(shè)計(jì) 基于 STC89C51 單片機(jī) 電容測(cè)量 系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 方案 是整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中的最重要的部分，也是最困難的部分。需要充分了解設(shè)計(jì) 的各種 需求，確定合適的解決方案。啟動(dòng)一個(gè)硬件開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，原始的推動(dòng)力會(huì)來(lái)自于很多方面，比如市場(chǎng)的需要，基于 整個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)的需要，應(yīng)用軟件部門(mén)的功能實(shí)現(xiàn)需要，提高系統(tǒng)某方面能力的需要等等，所以作為一個(gè)硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者，要主動(dòng)的去了解各個(gè)方面的需求，并且綜合起來(lái)，提出最合適的硬件解決方案。 本次設(shè)計(jì)中考慮了三種設(shè)計(jì)方案，三種設(shè)計(jì)方案中主要區(qū)別在于硬件電路和軟件設(shè)計(jì)的不同，對(duì)于本設(shè)計(jì)三種方案均能夠?qū)崿F(xiàn)，最后根據(jù)設(shè)計(jì)要求、可行性和設(shè)計(jì)成本的考慮選擇了基于 STC89C51 單片機(jī)和 555 時(shí)基芯片的數(shù)顯式電容測(cè)量的方案?，F(xiàn)在一一介紹論證如下： 方案一、利用多諧振蕩原理測(cè)量電容 測(cè)量電容 C( 0C 或 xC )電阻 R和施密特觸發(fā)器 (74IS14)構(gòu)成一個(gè)多諧振蕩器。 在電源剛接通 ( 0K 或 1K 合上 )時(shí)，電容 C 上的電壓為 0，多諧振蕩器輸出 0V 為高電平。 0V 通過(guò) R 對(duì)電容 C 充電。當(dāng) C上充得的電壓 CTVV??時(shí)，施密特觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，0V 變成低電平。 C又通過(guò) R放電， CV 下降。當(dāng) CTVV??時(shí)施密特觸發(fā)器又翻轉(zhuǎn)，輸出0V 又變成高電平。如此往復(fù)產(chǎn)生振蕩。 由理論分析可知： PH O H T O H T