基于AT89C2051单片机的字电容表设计.doc

绪 论 随着人们生活水平的不断提高,单片机控制无疑是人们追求的目标之一。由于单片机适用与机，电，仪一体化的智能产品，它具有精度高，低功耗，控制功能强，小巧等优点。把它用到仪器仪表上，可使产品的体积缩小，功能增强，实现不同程度的智能化。因而受到人们高度重视，并取得了一系列科研成果，成为传统工业技术改造和新产品更新换代的理想机种，更有广阔的发展前景。 数字电容表就是单片机应用的一个实例，在实际应用中给人民带来了极大的便利。测量电容器充电达到该电压的时间，便能知道充电器的容量。现在国内市场上上海，广东等电子科技发达地区比较火爆，而在国际上则是日本，美国，德国的产品处于领先地位。近年来随着国内电子事业的飞速发展，广东，台湾等地的产品已经赶上或是接近了国际先进水平，其精确度，稳定性，以及多功能的设计得到了人们的认可，被越来越多的工作者所接受。 本文介绍了一种对电容器进行数字测量的设计方案，数字电容表采用AT89C2051单片机做编程控制器，实现对电容器的测量。此仪器是一种性能价格比高的具有结构简单，精度高的智能仪表。其量程范围采用3位半数字显示，最大显示值为1999，读数单位统一采用毫微法（nf），量程分四挡，实际电容值为读书乘以相应的倍数；测量误差各挡误差均小于0.5%；显示方式为4位LED显示，并具有超量程显示功能。 系统组成框图 由图一可知，本电容表的硬件电路由AT89C2051单片机、复位电路、时钟振荡电路、电源滤波电路、键盘扫描电路、数码管显示电路、测试电路以及电源电路组成。其中89C2051单片机是中央计算处理器，它内中ROM烧录了程序，它统一调度和管理所有接口电路工作。复位电路是为单片机提供复位信号而设计的。时钟振荡电路是为单片机提供时钟振荡信号而设计的。电源滤波电路是为系统抗高频或低频干扰而设计的。键盘扫描电路是为扫描人机键盘接口而设计的。数码管显示电路是为显示测量结果而设计的。测试电路是为测试电容冲充电且电容充电过程中与基准电压比较而知道电容充电完毕而设计的。电源电路是提供系统电源而设计的 系统硬件设计 3．1 系统原理图 以下是系统原理图，下面对每块电路详细讲解。 3．2 单片机 单片机采用美国ATMEL公司生产的AT89C2051单片机。AT89C2051是低电压，高性能CMOS八位单片机，片内含2K字节的可反复擦写的只读程序存储器和128字节的随机存取数据存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失存储技术生产与标准MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容，片内置通用八位中央处理器和Flash存储单元，功能强大适合于许多较复杂控制应用场合。 AT89C2051主要性能参数： 与MCS-51产品指令和引脚完全兼容 2K字节可重复擦写Flash闪速存储器 1000次擦写周期 全静态操作：0Hz—24MHz 三级加密程序存储器 128x8字节内部RAM 15个可编程I/O口线 2个16位定时/计数器 5个中断源 可编程串行UART通道 低功耗空闲和掉电模式 3．3 复位电路 复位电路采用RC充电电路组成上电复位单片机电路，当系统上电时，在上电初期，电容C充电，使复位脚持续高电平，当C充电到达一定程度复位脚电位会慢慢变低，最后被电阻R完全拉低，高电平复位的时间由充电的时间决定，充电时间又由R与C的阻值和容值之积决定。 3．4 时钟振荡电路 AT89C2051中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或者陶瓷谐振器一起构成自激振荡器。片外石英晶体或者陶瓷谐振器及电容C1、C2接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。对外接电容C1、C2虽然没有十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程序及温度稳定性，这里我们采用电容30pF，晶振采用11.0592M。时钟振荡电路如下图： 3．5 电源滤波电路 在电源电路中我们使用了三个滤波电容，使用滤波电容主要目的是为了消除电源波动对系统的干扰，提高系统的抗干扰能力，其中0.01μF（103）电容是用来滤高频杂波干扰，470u电容是用来滤低频杂波干扰。 3．6 键盘扫描电路 本系统键盘只有1个按键组成，键盘采用动态扫描方式得到键值。如图：ST的电位在没有按键按下的时候是高电平，当K1按下后，ST会迅速拉低成低电平，然后再判断K1键是不是松开，若松开得到键值后调用键盘按下功能程序，注意：键盘加上去键盘抖动程序能准确可靠的工作。这里K1键是开始测试键。 3．7 数码管显示电路 显示屏由四位七段数码共阴管组成，采用3位半数字显示，最大显示值为1999。其中数码管段选数据由单片机的P1口提供，数码管片选信号由74HC595增加驱动能力后提供