实用电容测量仪设计(DOC).doc

. . 实用电容测量仪设计 姓名: 刘立鹏 专业: 电子信息工程 班级: 电子10 学号: 20104075008 时间: 2013年4月8日 目录 1功能说明……………………………………………………………………… 3 2 整体方案设计………………………………………………………………… 4 2.1 方案论证……………………………………………………………………4 2.2 方案选择……………………………………………………………………6 3 单元模块设计…………………………………………………………………6 3.1 AT89C51单片机工作电路 …………………………………………………6 3.2 系统时钟电路 ………………………………………………………………7 3.2.1 内部时钟电路……………………………………………………………7 3.2.2 外部时钟电路……………………………………………………………8 3.3 555芯片电路………………………………………………………………9 3.4 系统显示电路……………………………………………………………10 3.5 系统按键电路………………………………………………………………11 3.6 系统总电路图………………………………………………………………12 4 软件设计………………………………………………………………………13 4.1 软件设计原理及所用工具…………………………………………………13 4.2 软件设计流程图……………………………………………………………15 4.3 编写程序……………………………………………………………………16 6 设计总结………………………………………………………………………22 7 参考文献………………………………………………………………………23 1功能说明：基于AT89C51单片机和555芯片的数显式电容测量。该方案主要是根据555芯片的应用特点，把电容的大小转变成555输出频率的大小，进而可以通过单片机对555输出的频率进行测量，再通过该频率计算出被测参数。在系统软件设计中，是以Proteus为仿真平台，使用C语言编程编写了运行程序。该测量仪具有结构简单，成本低廉，精度较高，方便实用等特点。 2 整体方案设计 本设计的整体思路是：基于AT89C51单片机和555芯片的数字式电容测量。该方案主要是根据555芯片的应用特点，把电容的大小转变为555输出频率的大小，进而可以通过单片机对555输出的频率进行测量。 2.1 方案论证 设计中采用了两个方案，具体的方案见方案一和方案二。 方案一：利用多谐振荡原理如图2.1所示。电容C电阻R和555芯片构成一个多谐振荡电路。在电源刚接通时，电容C上的电压为零，多谐振荡器输出V0为高电平V0通过R对电容C充电。当C上冲得的电压Vc=Vr时，施密特触发器翻转，V0变为低电平，C又通过R放电，Vc下降。当Vc=Vr时施密特触发器又翻转，输出Vc又变为高电平，如粗往复产生震荡波形。 图2.1 多谐振荡原理图 这种方法是利用了一个参考的电容实现，虽然硬件结构简单，软件实现却相对比较复杂。 方案二：直接根据充电放电时间判断电容值 这种电容测量方法主要利用了电容的充放电特性Q=UC，放电常数r=RC，通过测量与被测电容相关电路的充放电时间来确定电容值。一般情况下，可设计电路使T=ARC（T为振荡周期或处罚时间；A为电路常数与电路参数有关）。这种方法中应用于555芯片组成的单稳态触发器，在秒脉冲的作用下产生触发脉冲，来控制门电路实现计数，从而确定脉冲时间，通过设计合理的电路参数，使计数值与被测电容相对应。其原理如图2.2所示. 图2.2 根据充电放电时间判断电容值原理 这种方法硬件结构相对复杂，实际上是通过牺牲硬件部分来减轻软件部分的负担，但在具体设计中会碰到很大的问题，而且硬件一旦设计好，可变性不大。 方案三：基于AT89C51单片机和555芯片构成的多谐振荡电路电容测量 这种电容测量方法主要是通过一块555芯片来测量电容，让555芯片工作在直接反馈无稳态的状态下，555芯片输出一定频率的大小跟被测量的电容之间的关系是：f=0.772/(R*Cx),我们固定R的大小，其公式就可以写为：f=k/C x，只要我们能测量出555芯片输出的频率，就可以计算出测量的电容。如图2.3所示。 图2.3 基于AT89C51单片机和555芯片构成的多谐振荡电路电容测量 2.2 方案选择 通过对上述方案的比较，已知方案三不仅硬件结构简单，而且软件设计业简便。能够满足测量精度高、易于实现自动化测量等设计需要，而且单片机构成的应用系统有较大的可靠性、系统扩展、系统配置灵活，容易构成各种规模的系统。所