【正文】 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 簡易 數(shù)字電容表 的設(shè)計 The Design of Simple Digital Capacitor Published 2020屆 電氣工程 系 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 學(xué) 號 學(xué)生姓名 指導(dǎo)老師 完成日期 2020 年 5 月 27 日 畢業(yè)設(shè) 計成績單 學(xué)生姓名 學(xué)號 班級 方 專業(yè) 電氣工程及其自動化 畢業(yè)設(shè)計題目 簡易 數(shù)字電容表 的設(shè)計 指導(dǎo)教師姓名 楊彥彬 指導(dǎo)教師職稱 講師 評 定 成 績 指導(dǎo)教師 得分 評閱人 得分 答辯小組組長 得分 成績： 院長 (主任 ) 簽字： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書 題 目 簡易 數(shù)字電容表 的設(shè)計 學(xué)生姓名 學(xué)號 21 班級 方 1 專業(yè) 電氣工程及其自動化 承擔(dān)指導(dǎo)任務(wù)單位 電氣工程系 導(dǎo)師 姓名 楊彥彬 導(dǎo)師 職稱 講師 一、主要內(nèi)容 設(shè)計一個可以直接測量無極性電容容量值的儀表，通過字符液晶顯示測量對象的測量對象的電容值。 二、基本要求 單片機(jī)建議選用 STC12C520XAD 系列 SKDIP28 封裝。字符液晶選用 LCD1602A。 如果需要用到運(yùn)放，可以選用 LM358 或 324。 三、主要技術(shù)指標(biāo) 測量范圍： 100Pf— 100nf 精度要求：誤差不大于 20% 顯示要求：保留 1 位小數(shù)點(diǎn)，單位用 N。 供電： 9V萬用表干電池或用 DC912V電源代替 論文正文不少于 1萬字，查閱文獻(xiàn)資料不少于 10篇，其中 外文文獻(xiàn) 2 篇以上，翻譯與課題有關(guān)的外文資料不少于 3000 漢字。 四、電路提示： 建議用振蕩法測量，其他方法也可以。 被測電容范圍較大，選用振蕩電路時，要考慮這個因素。 用外部中斷測量震蕩頻率，然后計算電容值。 必要時可用施密特觸發(fā)器對信號整形。 五、進(jìn)度計劃 第 1 周 — 第 3 周 收集資料，完成開題報告 第 4 周 需求分析，概要設(shè)計 第 5 周 — 第 7 周 詳細(xì)設(shè)計 第 8 周 中期檢查 第 9 周 — 第 12 周 寫論 文 第 13 周 — 第 14 周 論文審核 定稿 第 15 周 — 第 16 周 答辯 教研室主任簽字 時 間 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計開題報告 題 目 簡易 數(shù)字電容表 的設(shè)計 學(xué)生姓名 學(xué)號 班級 專業(yè) 電氣工程及其自動化 一、研究背景 隨著計算機(jī)的更新與發(fā)展，大大促進(jìn)了工業(yè)信息化自動化的發(fā)展，數(shù)字電容表的優(yōu)越性日益表現(xiàn)出來。由于它具有功能強(qiáng)、體積小、功耗低、價格便宜、工作可靠、讀數(shù)方便，精度高等特點(diǎn)，因此特別適用于工業(yè)控制或與控制有關(guān)的數(shù)處理系統(tǒng)，越來越廣發(fā)被各個領(lǐng) 域和項目采用。它的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)決定了他的強(qiáng)大用途，使得它在智能儀表、儀器、小型檢測及控制系統(tǒng)、家用電器中大展身手，倍受青睞。因此掌握好精密型數(shù)字電容表制作的一般設(shè)計方法，對于工程設(shè)計和開發(fā)有十分重要的指導(dǎo)意義。 數(shù)字電容表的發(fā)展與模擬電路、數(shù)字電路一樣經(jīng)歷了由電子管、半導(dǎo)體分立器件到集成電路等幾個階段的發(fā)展，到位處理器的出現(xiàn)，使數(shù)字電容表的性能產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。 本文設(shè)計的基于單片機(jī)的數(shù)字電容表，其主要構(gòu)成采用的是單片機(jī)和字符液晶 LCD1602A。它具有功能強(qiáng)、體積小、功耗低、價格便宜、工作可靠、讀數(shù)方 便，精度高等特點(diǎn)，因此特別適用于工業(yè)控制或與控制有關(guān)的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。集成芯片比分立元器件控制電路具有更簡單，更可靠的特點(diǎn)和易于調(diào)試的優(yōu)點(diǎn)，可以提高電容表工作的可靠性和性能指標(biāo)。 二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1．國外研究現(xiàn)狀及特點(diǎn)： 國外的產(chǎn)品集成化， 世界著名電子測量儀器廠商美國福祿克 (Fluke)公司 2 月 24日在北京宣布 :新研制雙通道、手持式 Fluke123 工業(yè)示波表正式進(jìn)入中國市場 ,為機(jī)床、儀器、電源和控制系統(tǒng)故障診斷提供了便捷的工具。 Fluke 123集示波器、萬用表和記錄儀于一體 ,有 26 種示波器和萬用表測量 功能 。一對測量導(dǎo)線可滿足波形、數(shù)字多用表、電容、電阻和通斷性全部測量功能的需要 ,操作簡便 。獨(dú)特的即觸即測功能 ,快速發(fā)現(xiàn)故障 。可檢查調(diào)速驅(qū)動系統(tǒng)輸出電壓和電流 ,給出電壓、頻率、電流、占空比的讀數(shù)及電壓、電流波形 。通過產(chǎn)品安全性的 UL認(rèn)證 。采樣模式有正常、單次、滾動、包絡(luò)和平滑 。僅重 磅 ,輕松握在手中 。采用了 Flex Core 新技術(shù)和 ASICs專用芯片 。有英文和中文幫助信息 ?？蓱?yīng)用于電子、機(jī)械、廠化、電力、冶金等領(lǐng)域。 目前國外的數(shù)字電容表向著結(jié)構(gòu)更小，更美觀，更實用 ，用戶不需要擴(kuò)充資源就可以 更方便的使用， 不僅是開發(fā)簡單，產(chǎn)品小巧美觀，同時系統(tǒng)也更加穩(wěn)定，對數(shù)字電容表的研究 ，通過將科學(xué)技術(shù)應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)，從而使得人們真正體會到科技的發(fā)展給自己的現(xiàn)實生活所帶來的方便和舒適。 2．我國研究現(xiàn)狀及特點(diǎn)： 在我國很流行的是數(shù)字電容表 ,以其精度高、價格低而聞名，特別是 LED 顯示的數(shù)字面板表占據(jù)了大半市場。內(nèi)部含有自校零雙積分電容表所需的全部模擬和數(shù)字電路。只外接少量的電阻電容和 LED 數(shù)碼管就可組成一只精確而穩(wěn)定的數(shù)字電容表。 將單片機(jī)用于電容式傳感器轉(zhuǎn)換測量技術(shù)長期被人們所重視， ,以實現(xiàn)單芯片提供完整的前級傳感器激勵與檢測方案 ,然而這種方案仍然需要另外選用單片機(jī)與這類芯片配套 ,才能最終構(gòu)成實現(xiàn)電容測量的系統(tǒng) ,相應(yīng)地增加了成本和復(fù)雜性 ,不適于量大價 低的諸如傾角傳感器或電子水平儀等方面的應(yīng)用。綜合以上問題 ,本文根據(jù)片上系統(tǒng)思路 ,設(shè)計了一種僅采用一個單片機(jī)芯片和幾個基本的電容量轉(zhuǎn)換電路元件構(gòu)成的單 CPU 芯片電容量轉(zhuǎn)換、測量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) ,尤其適合集成模塊化和高性價比應(yīng)用場合。 三、論文進(jìn)行的主要工作 本文設(shè)計的基于單片機(jī) STC12C520XAD 系列的數(shù)字電容表，其主要構(gòu)成采 用的是單片機(jī)和字符液晶 LCD1602A，采用外部中斷測量震蕩頻率，必要時可以采用 LM358 進(jìn)行運(yùn)算放大，然后計算電容值。它具有功能強(qiáng)、體積小、功耗低、價格便宜、工作可靠、讀數(shù)方便，精度高等特點(diǎn)，因此特別適用于工業(yè)控制或與控制有關(guān)的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。集成芯片比分立元器件控制電路具有更簡單，更可靠的特點(diǎn)和易于調(diào)試的優(yōu)點(diǎn)，可以提高電容表工作的可靠性和性能指標(biāo)。 四、采用的方法、手段 硬件電路采用單片機(jī)設(shè)計電路，使用軟硬件結(jié)合的方法，電路結(jié)構(gòu)簡單，清晰，元件個數(shù)少，整體體積小，攜帶方便，調(diào)試也極其方便，只需調(diào)試有關(guān)程序 軟件即可，可謂一勞永逸。同時，也是最重要的一點(diǎn)，靈敏系數(shù)高，誤差很小，在現(xiàn)代技術(shù)行業(yè)，必須使用這種方式的數(shù)字電容表。并且是數(shù)字式的，優(yōu)點(diǎn)是非常明顯的。 顯示方面采用 字符液晶 LCD1602A的動態(tài)顯示， 需要 CPU時刻對顯示器件進(jìn)行數(shù)據(jù)刷新，顯示數(shù)據(jù)會有閃爍感，占用的 CPU 時間多，但使用的硬件少，能節(jié)省線路板空間 。 五、預(yù)期結(jié)果 采用 12V電源進(jìn)行供電，完全能夠滿足常用電容的測量，測量范圍： 100PF— 100NF，而且精度控制在計劃范圍以內(nèi)，實現(xiàn)精度誤差不大于 20%，要求顯示保留 1 位小數(shù)點(diǎn)，單位用 N，具有很好 的實用性。 指導(dǎo)教師簽字 時 間 年 月 日 摘 要 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，正在不斷地走向深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測日新月益更新 。 在應(yīng)用中我們常常要測定電容的大小 ，本文設(shè)計了一種測定電容的數(shù)字電容表。 本課題選用 STC12C5204AD 單片機(jī) 作為一個核心部件 來設(shè)計 數(shù)字電容表 ， 該 設(shè)計的 系統(tǒng) 是由 ：單片機(jī) 、 555 芯片電路 、 顯示電路 等 部分組成 。采用 Keil C 語言進(jìn)行編程，通過由 555 芯片和電容、電阻組成的振蕩電路來輸出方波，通過單片機(jī)軟件計數(shù)，從而達(dá)到測量其 頻率 ,對數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的計算從而得出被測電容的值，通過LCD1602 顯示出其測量值。 本次設(shè)計的數(shù)字電容表 通過實際證明，該系統(tǒng)具有硬件設(shè)計簡單，軟件可調(diào)整性大，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn) ，并且在體積方面比較小，方便攜帶，在生活生產(chǎn)中可以得到更普遍的應(yīng)用。 關(guān)鍵字： 單片機(jī) LCD1602 數(shù)字電容表 555 芯片 Abstract While the traditional control test drive the crescent benefit update. With the development of electronic industry, electronic ponents increases rapidly, the scope of electronic ponents widely up gradually, in applications we often measured capacitance. The project uses STC12C5204AD MCU to design the digital capacitance meter, the design of the system is posed of MCU, 555: chip circuit, display circuit. Using Keil C programming language, through an oscillation circuit posed of 555 chip and capacitance, resistance to output square wave, measuring the pulse width of the microcontroller timer T0, so as to achieve the measurement of its cycle, and then through the singlechip microputer software counting, make further calculation of the data so that the measured capacitance value,the LCD1602 displays the measured value. The design of the digital capacitance meter through practice, this system has simple hardware design, the software can be adjusted, the advantages of the system is stable and reliable, and the volume is small, easy to carry, can be more generally applied in life and production. Key words： Singlechip LCD1602 Digital capacitance meter 555 chips 目 錄 第 1 章 緒論 1 課題研究的目的及意義 1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 主要研究內(nèi)容 2 第 2 章 設(shè)計方案 3 設(shè)計要求 3 設(shè)計方案選擇 183