【正文】 wEwZQcUE% amp。MuWFA5ux^Gj qv^$UE9wEwZQcUE% amp。 MuWFA5uxY7JnD6YWRr Wwc^vR9CpbK! zn%Mz849Gx^Gjqv^$UE9wEwZQcUE% amp。 MuWFA5uxY7JnD6YWRr Wwc^vR9CpbK! zn% Mz849Gx^Gj qv^$UE9wEwZQcUE% amp。 MuWFA5ux^Gj qv^$UE9wEwZQcUE% amp。 MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK! zn%Mz849Gx^Gj qvz849Gx^Gj qv^$U*3tnGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。ksv*3tnGK8! z89Am YWpazadNuGK8!z89AmYWpazadNuKNamp。ksv*3tnGK8! z89AmYWpazadNuKNamp。ksv*3tnGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。ksv*3t nGK8!z89AmYWv*3tnGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。ksv*3tnGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。ksv*3tnGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。ksv*3t nGK8!z89AmYWpazadNuKNamp。 ksv*3tnGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。由最初的用交流不平衡電橋就能測量基本的電容傳感器?，F(xiàn)在國內(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 tecsis、 美國alphasense。實際上，這些都還是表面現(xiàn)象，真正影響中國測量儀器發(fā)展的瓶頸為： 。實際上，即便是研發(fā)隊伍本身，對測試的重視度以及對儀器本身的研究也明顯不夠。所以，為了快速縮小與國外先進公司之間的差距，國內(nèi)儀器研發(fā)企業(yè)應加速實現(xiàn)從面向仿制的研發(fā)向面向應用的研發(fā)的過渡。雖然目前已有較大的改觀，但距離整個產(chǎn)業(yè)的要求還有一定距離， 所以，還應把標準化和模塊化的研究放到重要的位置。測試儀器行業(yè)目前已經(jīng)越過低谷階段，重新回到了快速發(fā)展的軌道，尤其最近幾年，中國本土儀器取得了長足的進步，特別是通用電子測量設備研發(fā)方面，與國外先進產(chǎn)品的差距正在快 速縮小，對國外電子儀器巨頭的壟斷造成了一定的沖擊。 現(xiàn)今的電容測量技術手段 電容器作為非常重要的一個電學元件在現(xiàn)代電子技術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差 U的比值，即： QC U? 。而且他們都無法直觀的把測量的電容值大小顯示出來?；趩纹瑱C的 電容測試儀設計 第 4頁（共 42頁） 2 基于單片機電容測量硬件設計 設計方案 本次設計中考慮了三種設計方案， 三種設計方案中主要區(qū)別在于硬件電路和軟件設計的不同，對于本設計三種方案均能夠?qū)崿F(xiàn)，最后根據(jù)設計要求、可行性和設計成本的考慮選擇了基于 AT89C51 單片機和 555 芯片構(gòu)成的多諧振蕩電路的測量的方案。 當 C 上沖得的電壓 CV = +TV 時 ， 施密特觸發(fā)器翻轉(zhuǎn) ， 0V 變?yōu)榈碗娖?， C 又通過 R 放電 ， CV 下降 。這樣單片機晶振頻率的絕對精度，環(huán)境溫度的變化和電源電壓的絕對精度引起的誤差被消除。這種方法中應用了 555 芯片組成的單穩(wěn)態(tài)觸 發(fā)器，在秒脈沖的作用下產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，來控制門電路實現(xiàn)計數(shù)，從而確定脈沖時間，通過設計合理的電路參數(shù)，使計數(shù)值與被測電容相對應。 反向器 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 顯示 窄脈沖觸發(fā)器 秒脈沖發(fā)生器 譯碼器 鎖存器 記數(shù)器 標準記數(shù)脈沖 基于單片機電容測量硬件設計 第 7頁（共 42頁） 方案三、基于 AT89C51 單片機和 555 芯片構(gòu)成的多諧振蕩電路電容測量 這種電容測量方法主要是通過一塊 555 芯片來測量電容，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量的電容之間的關系是： /( * )xf R C? ，我們固定 R 的大小，其公式就可以寫為：/ xf k C? ，只要我們能夠測量出 555 芯片輸出的頻率，就可以計算出測量的電容。 硬件設計的任務 AT89C51 基本工作電路設計：使單片機正常工作； 時鐘電路：為單片機提供時鐘信號； 復位電路：為單片機提供高電平復位信號； 555 芯片 電路：把電容的大小轉(zhuǎn)變成輸出頻率的大小； AT89C51 555 晶振電路 被 測 電 容 LCD1602 顯示 復位電路 測量按鍵 基于單片機的 電容測試儀設計 第 8頁（共 42頁） 顯示電路：顯示當前測量電容的大??； 按鍵電路：開始測量電容； 基于 AT89C51 電容測量系統(tǒng)硬件設計詳細分析 AT89C51 單片機工作電路 本設計的核心是單 片機電路，考慮到 需要一個中斷輸入，存 儲容量、外部接口對單片機端口的需要以及兼顧到節(jié)約成本的原則， 選用了常用的 AT89C51 單片機。其將通用的微處理器和 Flash存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復擦寫的 Flash 存儲器 可有效地降低開發(fā)成本。 MCS51 單片機片內(nèi)復位，復位引腳 RST 通過一個斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，在每個機器周期的 S5P2， 斯密特觸發(fā)器的輸出電平由復位電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復位操作所需要的信號。除了上電復位外，有時還需要按鍵手動復位。 圖 6 上電復位電路 上圖兼有上電復位和按鈕復位的電路。若 RC 上電復位電路接 MCS51 單片機 和外圍電路復位端，則能 使 系統(tǒng)可靠地同步復位。 基于 AT89C51 電容測量系統(tǒng)時鐘電路 時鐘在單片機中非常重要，單片機各功能部件的運行都是以時鐘頻率為基準。 圖 7 內(nèi)部時鐘電路 MCS51 單片機內(nèi)部有一個用與構(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。晶體的振蕩頻率的范圍通常是在 — 12MHz 之間。 外部時鐘方式：外部時鐘方式電路圖如下圖所示 。由于XTAL2 的邏輯電平不是 TTL 的，因此要外接一個 ～ 10k 的上拉電阻。 基于 AT89C51 。因為外部時鐘方式是用外部振蕩脈沖信號，用于多片 MCS51 單片機同時工作。對外部脈沖信號只要求高電平的持續(xù)時間大于 20us， 一般為低于 12MHz的方波。為了提高溫度穩(wěn)定性，應采用溫度穩(wěn)定性能好的 NPO高頻電容。 電路中的電容 C1 和 C2 典型值通常選擇為 30PF 左右。常用的時鐘電路有兩種方式，一種是內(nèi)部時鐘方式，另一種為外部時鐘方式。 基于單片機的 電容測試儀設計 第 10頁（共 42頁） 復位電路軟件程序跑飛或者硬件發(fā)生錯誤的時候產(chǎn)生一個復位信號 ，控制MCS51 單片機從 0000H 單元開始執(zhí)行程序，重新執(zhí)行軟件程序。如果單片機 MCS51 單片機與外圍 I/O 接口電路的復位電路和復位時間不完全一致，使單片機初始化程序不能正常運行，外圍 I/O 接口電路的復位也可以不和 MCS51單片機復位端相連，僅采用獨立的上電復位電路。其中電平復位是通過 RST 端經(jīng)電阻與電源 Vcc 接通而實現(xiàn)的。上電自動復位是通過外部復位電路的電容充電來實現(xiàn)的。其最簡單的工作原理圖如下 圖。它采用 Atmel 公司的非易儲器制造技術，與 MCS51 的指令設置和芯片引腳可兼容。系統(tǒng)框圖見圖 4。 圖 3 電路原理框圖 誤差分析：這種電容測量方法的誤差主要由兩部分組成：一部分是由 555 芯片構(gòu)成的振蕩電路和觸發(fā)電路由于非線性造成的誤差，其中最重要的是單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路的非線性誤差， 00//C C T T? ? ? (T 由充放電時間決定 ， 0C 是被測電容值 )；另一部分是由數(shù)字電路的量化誤差引起，是數(shù)字電路特有的誤差該誤差相對影響較小，可忽略不計。 方案二、直接根據(jù)充放電時間判斷電容值 這種電容測量方法主要利用了電容的充放電特性 Q UC? ，放電常數(shù) RC?? ，通過測量與被測電容相關電路的充放電時間來確定電容值。 由 理論分析可知 O H T += R C ln ( V V ) / ( V V )P H O H Tt （ 1） += R C ln ( ) / ( )P L O L T O L Tt V V V V （ 2） =+PH PLT t t + + = ( l n ( ) / ( ) + l n ( ) / ( )O H T O H T O L T O L TR C V V V V V V V V (3) 令 + + = l n ( ) / ( ) + l n ( ) / ( )O H T O H T O L T O L TD V V V V V V V V （ 4） 則 00= , = , =XXT R C D T R C D T R C D 00/ = /XXT T C C （ 5） 0 0 0 0= ( / ) = ( / )X X xC T T C f f C （ 6） 有式 (6)和測得 的校準值 0T 測量值 XT 及存放的軟件中的標準電容值 C 可得出待測電容值 XC 。 電容 C 電阻 R 和 555芯片構(gòu)成一個多諧振蕩電路 。該方案主要是根據(jù)555 芯片 的應用特點，把電容的大小轉(zhuǎn)變成 555 輸出頻率的大小，進而可以通過單片機對 555 輸出的頻率進行測量。目前常用的兩種測量電容的實現(xiàn)方法：一是利用多諧 震蕩 產(chǎn)生脈沖寬度與電容值成正比信號，通過低通濾波后測量輸出電壓實現(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脈沖來控制通過計數(shù)器的標準計數(shù)脈沖的通斷，即直接根據(jù)充放電時間判斷電容值。從中國電子信息產(chǎn)業(yè)統(tǒng)計年鑒中可以看出，中國的測試測量儀器每年都以超過 30%以上的速度在快速增長。上述這些都是制約本土儀器發(fā)展的因素。 。本土儀器設備廠商只是重研發(fā)，重視生產(chǎn)， 重視狹義的市場，還沒有建立起一套完整的現(xiàn)代營銷體系和面向應用的研發(fā)模式。關于這一點，在幾乎所有的研究機構(gòu)部門配置上即可窺其一斑。盡管本土測試測量產(chǎn)業(yè)得到了快速發(fā)展，但客觀地說中國開發(fā)測試測量儀器還普遍比較落后?，F(xiàn)在的電容式傳感器越做越先進，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。3Q3vdWe3YXvbJr 基于單片機的 電容測試儀設計 第 2頁（共 42頁） 基于單片機的 電容測試儀設計 第 2頁（共 42頁） 1 選題背景 電容測試儀的發(fā)展歷史及研究現(xiàn)狀 當今電子測試領域，電容的測量已經(jīng)在測量技術和產(chǎn)品研發(fā)中應用的十分廣泛。qYpEh5pDx2zVkumamp。qYpEh5pDx2zVkum amp。qYpEh5pDx2zVkumamp。qYpEh5pDx2zVkumamp。qYpEh5pDx2zVkum amp。qYpEh5pDx2zVkumamp。qYpEh5pDx2zVkumamp。qYpEh5pDx2zVkumamp。 gTXRm6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm6X4NGpP$vSTTamp。gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。gTXRm6X4NGpP$vSTTamp。gTXRm6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK! zn% Mz849Gx^Gjqvt nGK8! z89Am YWv*3t nGK8!z89Am YWpazadNuKNamp。 MuWFA5ux^Gj qv^$UE9wEwZQcUE%amp。 MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK! zn% Mz849Gx^Gj qv^$UE9wEwZQcUE%amp。MuWFA5uxY7JnD6YWRr Wwc^vR9CpbK!zn%Mz849Gx^Gj qv^$UE9wEwZQcUE%amp。MuWFA5ux^Gjqv^$UE9wEwZQcUE% amp。 MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK! zn% Mz849Gx^Gjqv^$UE9wEwZQcUE% amp。 MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK! zn% Mz849Gx^Gjqv^$UE9wEwZQcUE% amp。qYpEh5pDx2zVkumamp。 MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9amp。qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 qYpEh5pDx2zVkum amp。gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm 6X4NGpP$v