【正文】 摘 要 目前，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，在應(yīng)用中我們常常要測(cè)定電容的大小。 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， 因此，設(shè)計(jì)可靠，安全，便捷的電容測(cè)試儀具有極大的現(xiàn)實(shí)必要性。本文提出了 以 MCS51 單片機(jī)為控制核心 ， 結(jié)合多諧振蕩器 來實(shí)現(xiàn)電容測(cè)量的方法。并介紹了測(cè)量原理并給出了相應(yīng)的電路及軟件設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞： 電容測(cè) 試 儀 ； 單片機(jī) ； 測(cè)量 目錄 1 設(shè)計(jì)任務(wù) ............................................................................................................................ 1 設(shè)計(jì)目的和意義 ..............................................................................................................1 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 ..............................................................................................................1 2 基于單片機(jī)電容測(cè)量硬件設(shè)計(jì) ....................................................................................... 1 設(shè)計(jì)方案 .........................................................................................................................1 基于 AT89C51 電容測(cè)量系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)詳細(xì)分析 ...............................................................2 AT89C51 單片機(jī)工作電路 ...........................................................................................2 基于 AT89C51 電容測(cè)量系統(tǒng)復(fù)位電路 ........................................................................3 基于 AT89C51 電容測(cè)量系統(tǒng)時(shí)鐘電路 ........................................................................3 基于 AT89C51 電容測(cè)量系統(tǒng)按鍵電路 ........................................................................4 基于 AT89C51 電容測(cè)量系 統(tǒng) 555 芯片電路 .................................................................5 基于 AT89C51 電容測(cè)量系統(tǒng)顯示電路 ........................................................................6 各部分電路連接成整個(gè)電路圖 .........................................................................................9 系統(tǒng)所用元器件 .......................................................................................................... 11 3 軟件流程及程序設(shè)計(jì) ......................................................................................................11 軟件系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 .................................................................................................. 11 程序設(shè)計(jì)算法設(shè)計(jì) ......................................................................................................... 12 軟件設(shè)計(jì)流程 ................................................................................................................ 13 4 系統(tǒng)調(diào)試及仿真 ............................................................................................................. 13 5 總結(jié) ................................................................................................................................. 14 本系統(tǒng)存在的問題及改進(jìn)措施 ....................................................................................... 15 心得體會(huì) ....................................................................................................................... 15 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................. 16 附錄 1：源程序清單 .......................................................................................................... 17 附錄 2：電路原理圖 .......................................................................................................... 22 基于單片機(jī)的電容測(cè)試儀 的設(shè)計(jì) 1 1 設(shè)計(jì) 任務(wù) 設(shè)計(jì)目的和意義 目前，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，在應(yīng)用中我們常常要測(cè)定電容的大小。 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。 因此，設(shè)計(jì)可靠，安全，便捷的電容測(cè)試儀具有極大的現(xiàn)實(shí)必要性。 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 （ 1） 采用 MCS51 系列單片機(jī) 以及 多諧振蕩器 進(jìn)行電容測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì) （ 2）能測(cè)試 ～ 1UF、 10～ 50UF 兩 個(gè)檔位的電容； 兩 個(gè)檔位精確度分別為 、 1UF。 （ 3）用 2 行 16 個(gè)字的 LCD1602 顯示測(cè)量結(jié)果。 2 基于單片機(jī)電容測(cè)量硬件設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)方案 本設(shè)計(jì)選擇基于 AT89C51 單片機(jī)和 555 芯片構(gòu)成的多諧振蕩電路的 電容 測(cè)量方 法。 這種電容測(cè)量方法主要是通過一塊 555 芯片來測(cè)量電容，讓 555 芯片工作在直接反饋無穩(wěn)態(tài)的狀態(tài)下， 555 芯片輸出一定頻率的方波，其頻率的大小跟被測(cè)量的電容之間的關(guān)系是： f=（ R*Cx） ，我們固定 R 的大小，其公式就可以寫為： f=k/Cx，只要我們能夠測(cè)量出 555 芯片輸出的頻率，就可以計(jì)算出測(cè)量的電容。計(jì)算頻率的方法可以利用單片機(jī)的計(jì)數(shù)器 T0和中斷 INT039。， 配合使用來測(cè)量，系統(tǒng)框圖見圖 1 所示 。圖中給出了整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)框圖，系統(tǒng)主要由四個(gè)主要部分組成 ： 單片機(jī)和晶振電路設(shè)計(jì) 、555 芯片電路設(shè)計(jì) 、 顯示電路設(shè)計(jì) 、 復(fù)位電路設(shè)計(jì)。 基于單片機(jī)的電容測(cè)試儀 的設(shè)計(jì) 2 基于 AT89C51 電容測(cè)量系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)詳細(xì)分析 AT89C51 單片機(jī)工作電路 單片機(jī)電路是本設(shè)計(jì)的核心 部分，本設(shè)計(jì) 選用了常用的 AT89C51 單片機(jī)。 AT89C51 是低功耗、高性能、經(jīng)濟(jì)的 8 位 CMOS 微處理器，工作頻率為 0—24MHz，內(nèi)置 4K 字節(jié)可編程只讀閃存， 128x8位的內(nèi)部 RAM， 16 位可編程 I／ O 總線。 AT89C51 工作的最簡(jiǎn)單的電路是其外圍接一個(gè)晶振和一個(gè)復(fù)位電路，給單片機(jī)接上電源和地，單片機(jī)就可以工作了。其最簡(jiǎn)單的工作原理圖如圖 2 所示 。 圖 1 系統(tǒng)框圖 圖 2 工作原理圖 基于單片機(jī)的電容測(cè)試儀 的設(shè)計(jì) 3 基于 AT89C51 電容測(cè)量系統(tǒng)復(fù)位電路 MCS51 的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)的。 MCS51 單片機(jī)片內(nèi)復(fù)位，復(fù)位引腳RST 通過一個(gè)斯密特觸發(fā)器用 來抑制噪聲，在每個(gè)機(jī)器周期的 S5P2，斯密特觸發(fā)器的輸出電平由復(fù)位電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號(hào)。 本設(shè)計(jì)采用 按鍵手動(dòng)脈沖復(fù)位方式 ， 按鍵脈沖復(fù)位是利用 RC 微分電路產(chǎn)生的正脈沖來實(shí)現(xiàn)的。 復(fù)位電路如圖 3 所示。 一般 的 ，單片機(jī)的復(fù)位速度比外圍 I/O 快些。若 RC 上電復(fù)位電路接 MCS51 單片機(jī)和外圍電路復(fù)位端，則能使系統(tǒng)可靠地同步復(fù)位。為保證系統(tǒng)可靠復(fù)位，在初始化程序中應(yīng)用到一定的復(fù)位延遲時(shí)間。 復(fù)位電路軟件程序或者硬件發(fā)生錯(cuò)誤的時(shí)候產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位信號(hào)，控 制 MCS51 單片機(jī)從 0000H 單元開始執(zhí)行程序，重新執(zhí)行軟件程序。此電路的輸出端 RESET 接在單片機(jī)的復(fù)位引腳 。 基于 AT89C51 電容測(cè)量系統(tǒng)時(shí)鐘電路 時(shí)鐘在單片機(jī)中非常重要，單片機(jī)各功能部件的運(yùn)行都是以時(shí)鐘頻率為基準(zhǔn)。時(shí)鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時(shí)鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的時(shí)鐘電路有兩種方式，一種是內(nèi)部時(shí)鐘方式，另一種為外部時(shí)鐘方式。 本設(shè)計(jì)使用 內(nèi)部時(shí)鐘方式 ，其 內(nèi)部時(shí)鐘方式電路圖如圖 4 所示 。 圖 3 復(fù)位電路 基于單片機(jī)的電容測(cè)試儀 的設(shè)計(jì) 4 MCS51 單 片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用與構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，該高增益反相放大器的輸入端為芯片引腳 XTAL1，輸出端為引腳 XTAL2。這兩個(gè)引腳接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，就構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器電路。 電路中的電容 C1 和 C2 典型值通常選擇為 30PF 左右。對(duì)外接電容的值雖然沒有嚴(yán)格的要求，但是電容的大小會(huì)影響振 蕩器頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性。晶體的振蕩頻率的范圍通常是在 —12MHz 之間。 很設(shè)計(jì)中單片機(jī)選擇 12MHz的石英晶體。 基于 AT89C51 電容測(cè)量系統(tǒng)按鍵電路 按鍵是實(shí)現(xiàn) 人機(jī)對(duì)話的比較直觀的接口，可以通過按鍵實(shí)現(xiàn)人們想讓單片機(jī)做的不同的工作。鍵盤是一組按鍵的集合，鍵是一種常開型開關(guān)，平時(shí)按鍵的兩個(gè)觸點(diǎn)處于斷開狀態(tài)，按下鍵是它們閉合 。 圖 5 就是一種比較典型的按鍵電路，在按鍵沒有按下的時(shí)候，輸出的是高電平，當(dāng)按鍵按下去的時(shí)候，輸出的低電平。 圖 4 內(nèi)部時(shí)鐘方式電路圖 圖 5 按鍵電路 基于單片機(jī)的電容測(cè)試儀 的設(shè)計(jì) 5 基于 AT89C51 電容測(cè)量系統(tǒng) 555 芯片電路 對(duì)于 555電路等效看成一個(gè)帶放電開關(guān)的 RS觸發(fā)