基于單片機(jī)的電容測量89671(編輯修改稿)
2025-07-24 20:01 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 振蕩回路的頻率，然后根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)電容，求出電容，其中，F(xiàn)1是固有頻率，F(xiàn)2是接入測試電容后的頻率。只要我們能夠測量出LC 振蕩器電路的頻率，就可以計算出測量的電容。計算頻率的方法可以利用單片機(jī)的計數(shù)器和中斷配合使用來測量，這種研究方法相當(dāng)?shù)暮唵?。系統(tǒng)框圖見圖4。STC89C52LM393晶振電路被測電容測北容LCD1602顯示復(fù)位電路按鍵圖4 系統(tǒng)框圖圖中給出了整個系統(tǒng)設(shè)計的系統(tǒng)框圖，系統(tǒng)主要由四個主要部分組成，單片機(jī)工作電路設(shè)計，LM393芯片電路設(shè)計，按鍵電路設(shè)計，顯示電路設(shè)計。這種方法硬件和軟件設(shè)計都比較簡單，且測量精度較高,因此選用方案三。3 硬件設(shè)計小電容測量電路是一個由LM393（U1A）組成的LC振蕩器。由單片機(jī)測量LC振蕩回路的頻率，然后根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)電容，求出求出小電容。電解電容的測量是基于對RC 電路的時間常數(shù)的計算，電容的充電速度與R 和C 的大小有關(guān)，R 與C 的乘積越大，充電時間就越長。這個RC 的乘積就叫做RC電路的時間常數(shù)τ，即τ=R?C。若R的單位用歐姆，C 的單位用法拉，則τ的單位為秒。圖5 電容充電時間與電容兩端電壓之間的函數(shù)關(guān)系圖示曲線可以得到充電過程的一般規(guī)律：是按指數(shù)規(guī)律上升的， 開始變化較快，以后逐漸減慢，并緩慢地趨近其最終值，當(dāng)t=τ時，= (E為電源電壓)；本測量儀就是利用單片機(jī)測量=，用下列式子計算被測電容值：電路由比較器U1B,放電晶體管QQ2等組成。設(shè)定比較器正輸入端為，（=，調(diào)節(jié)Rref 獲得），反向輸入端接被測電容，當(dāng)單片機(jī)P15 引腳為低電平時，電容放電。注意51單片機(jī)引腳的拉電流很小，不能直接驅(qū)動Q1，否則放電時間會很長。當(dāng)單片機(jī)P15 引腳為高電平時,電容充電，當(dāng)充電到 時，比較器翻轉(zhuǎn)，觸發(fā)單片機(jī)外部中斷0，通過測得的充電時間和充電電阻的大小可以計算出電容大小。圖6是LM393芯片（U1A）構(gòu)成的LC振蕩器。由單片機(jī)測量LC振蕩回路的頻率，然后根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)電容，求出求出電容。圖6 小電容測量電路圖7是LM393芯片比較器U1B,放電晶體管QQ2等組成的電容充放電電路，通過測得的充電時間和充電電阻的大小可以計算出電容大小。圖7 電解電容電容測量電路 單片機(jī)最小系統(tǒng)本設(shè)計的核心是單片機(jī)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(jī)端口的需要以及兼顧到節(jié)約成本的原則，選用了常用的STC89C52單片機(jī)。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 存儲器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM，32 位I/O 口線， 看門狗定時器，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復(fù)位電路，三個16 位 定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口。另外 STC89X52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種 軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率35MHz，6T/12T可選。STC89C52工作的最簡單的電路是其外圍接一個晶振和一個復(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。其最簡單的工作原理圖如下圖：圖8 單片機(jī)最小系統(tǒng)由圖8可知，9腳外接的是按鍵復(fù)位電路，18,19腳外接的是晶振電路，這樣，就構(gòu)成了單片機(jī)正常工作的必備電路。同時，為使P0口正常工作，并增加其帶負(fù)載能力，P0口需接上拉電阻（在圖中未畫出）。按鍵是實現(xiàn)人機(jī)對話的比較直觀的接口，可以通過按鍵實現(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)，平時按鍵的兩個觸點處于斷開狀態(tài)，按下鍵是它們閉合。鍵盤分編碼鍵盤和非編碼鍵盤，案件的識別由專用的硬件譯碼實現(xiàn)，并能產(chǎn)生鍵編號或鍵值的稱為編碼鍵盤，而缺少這種鍵盤編碼電路要靠自編軟件識別的稱為非編碼鍵盤。在單片機(jī)組成的電路系統(tǒng)及智能化儀器中，用的更多的是非編碼鍵盤。圖9就是一種比較典型的按鍵電路，在按鍵沒有按下的時候，輸出的是高電平，當(dāng)按鍵按下去的時候，輸出的低電平。圖9 按鍵電路其中Btn1是單片機(jī)復(fù)位按鈕；Btn2是校準(zhǔn)按鈕，在測量小電容時候可以隨時按下清零顯示；Btn3 是功能切換按鈕，用來在測量LCF(頻率、小電容、電感)和測量電解電容之間切換。 顯示電路LCD以其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點，在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。這里介紹的字符型液晶模塊是一種用5x7點陣圖形來顯示字符的液晶顯示器，根據(jù)顯示的容量可以分為1行16個字、2行16個字、2行20個字等等，這里我們使用的是2行16個字的1602液晶模塊。圖10就是常見的LCD1602液晶顯示屏引腳圖:圖10 LCD1602引腳圖1602 采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其中:第1腳：VSS為地電源第2腳：VDD接5V正電源第3腳：V0為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K 的電位器調(diào)整對比度第4 腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。第5腳：RW為讀寫信號線，高電平時進(jìn)行讀操作，低電平時進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和RW共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平RW為高電平時可以讀忙信號，當(dāng)RS為高電平RW 為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。第6 腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15～16腳：空腳如圖11所示，LCD1602接與P0口，用于顯示電容值以及一些相應(yīng)的測量信息。
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