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1、班级代号学号密级09物 3110320公开09223034本科毕业论文（设计） （物理与电子工程学院）题（中、英文）目基于C52单片机的电容测试仪设计Design of Capacitance Tester Based On C52 Single Chip Microcomputer作者姓名徐金富 指导教师姓名魏明生学科门类电子与通信提交论文日期二零一三年五月专 业 名 称电子科学与技术（师范）基于C52单片机的电容测试仪设计 摘 要: 本文主要设计了一个简单的数显式电容值测量仪，全文介绍了电容测试仪的设计思想及硬件结构。该测容仪以STC89C52单片机和555振荡器作为主要元件，首先由555
2、振荡器构成多谐振荡器来产生一个脉冲信号，555振荡器所产生振荡信号的频率由被测电容和电路电阻共同决定。通过STC89C52单片机对555输出脉冲频率进行测量，从而可以计算出测量的电容值。为了避免噪声的影响，提高测量精度，设计中在多谐振荡器输出端加入一个74HC08使输出波型毛刺减少，进而提高了测量精度。最后通过LCD1602显示器显示被测电容容值。在软件设计中，该设计使用C语言来编写程序。该仪器具有方便快捷，结构简单实用，精度较高，价格低廉等特点。关键词：电容测量 555振荡器 STC89C52 LCD1602 IDesign of Capacitance TesterBased On C52
3、 Single Chip Microcomputer Abstract: This paper designed a simple digital capacitance measuring instrument, this paper introduces the design thought and the hardware structure of capacitance tester. The capacity measurement instrument based on STC89C52 microcontroller and 555 oscillator as the main
4、element, first by the 555 oscillator multi-vibrator generates a pulse signal, the oscillation signal generated by the 555 oscillator frequency is decided by the measured capacitance and resistance. Measured by STC89C52 microcontroller pulse frequency of 555 output, which can be calculated by measuri
5、ng the capacitance value. In order to avoid the influence of noise, improve the measurement accuracy, in the design of the multi-vibrator output by adding a 74HC08 to make the output wave type burr reduces, and improves the measuring precision. Finally, through the LCD1602 display shows the measured
6、 capacitance value. In the software design, the design uses C language to write the program. This instrument is convenient, simple and practical structure, high precision, low price and so on.Keywords: capacitance measurements 555 oscillator STC89C52 LCD1602目 录目 录- 1 -1 绪 论- 2 -1.1 设计背景及意义- 2 -1.2 电
7、容测试仪的发展历史及研究现状- 2 -1.3 本设计所做的工作- 2 -2 数显测容仪的系统设计- 4 -2.1 电容测试仪设计方案比较- 4 -2.2 系统的原理框图- 4 -3 数字显示测容仪整体设计方案- 6 -3.1 整体方案设计- 6 -4 数字显示测容仪的硬件设计- 7 -4.1 STC89C52单片机的基本功能及应用- 7 -4.1.1 STC89C52芯片介绍- 7 -4.1.2 STC89C52应用说明- 10 - 9 -4.1.3 单片机工作的最小化配置- 10 -4.2 系统按键电路- 11 - 10 -4.3 系统复位电路- 12 - 11 -4.4 555芯片电路-
8、13 - 12 -4.5 整形方波电路- 15 - 14 -4.6 系统显示电路- 16 - 15 -5 数显测容仪的软件设计- 17 - 16 -5.1 主程序流程图- 17 - 16 -5.2 频率参数计算的原理- 18 - 17 -6 数显测容仪的调试与测试结果- 20 - 19 -6.1 系统的调试- 20 - 19 -6.2 系统的测试- 21 - 20 -7工作总结与展望- 22 - 21 -7.1 工作总结- 22 - 21 -7.2 技术展望- 22 - 21 -8 致 谢- 24 - 22 -参考文献- 25 - 23 -附 录- 26 - 24 -附录1- 26 - 24
9、-附录2 系统原理图- 27 - 25 -附录3 实物图- 28 - 26 -附录4 程序清单- 29 - 26 - 1 -1 绪 论1.1 设计背景及意义目前，随着电子工业的发展，电子元器件急剧增加，电子元器件的适用范围也逐渐广泛起来，在应用中我们常常要测定电容的大小。因此，设计可靠，安全，便捷的电容测试仪具有极大的现实必要性。通常情况下，电路参数的数字化测量是把被测参数传换成直流电压或频率后进行测量。由于测量电容方法多并具有一定的复杂性，所以本次设计是在参考555定时器基础上拟定的一套自己的设计方案。是尝试用555定时器将被测参数转化为频率，这里我们将RLC的测量电路产生的频率送入STC8
10、9C52RC的计数端端口，通过定时并且计数可以计算出被测频率再通过该频率计算出各个参数。1.2 电容测试仪的发展历史及研究现状当今电子测试领域，电容测量已经在测量技术和产品研发中应用的十分广泛。电容测试发展已经很久，方法众多，常见测量方法如下。近年来我国测量仪器的可靠性和稳定性问题得到了很多方面的重视，状况有了很大改观。测试仪器行业目前已经越过低谷阶段，重新回到了快速发展的轨道，尤其最近几年，中国本土仪器取得了长足的进步，特别是通用电子测量设备研发方面，与国外先进产品的差距正在快速缩小，对国外电子仪器巨头的垄断造成了一定的冲击。随着模块化和虚拟技术的发展，为中国的测试测量仪器行业带来了新的契机
11、，加上各级政府日益重视，以及中国自主应用标准研究的快速进展，都在为该产业提供前所未有的动力和机遇。从中国电子信息产业统计年鉴中可以看出，中国的测试测量仪器每年都以超过30%以上的速度在快速增长。在此快速增长的过程中，无疑催生出了许多测试行业新创企业，也催生出了一批批可靠性和稳定性较高的产品。1.3 本设计所做的工作本设计是以555为核心的振荡电路，将被测参数模拟转化为频率，并利用单片机计算频率，所以，本毕业设计需要做好以下工作：(1) 学习STC89C52RC单片机原理等材料；(2) 学习Keil3.0等工具软件的使用；(3) 设计测量电容的振荡电路；(4) 设计LED动态显示电路；(5) 设
12、计软件程序；(6) 安装和调试，实际测试，记录测试数据及结果。2 数显测容仪的系统设计2.1 电容测试仪设计方案比较电容测试仪的设计可用多种方案完成，例如使用纯模拟电路，使用可编程逻辑控制器(PLC)，CPLD与EDA相结合或振荡电路与单片机结合等等来实现。在设计前对各种方案进行了比较：(1)利用纯模拟电路虽然避免了编程的麻烦，但电路复杂，所用器件较多，灵活性差，测量精度低，现在已较少使用。 (2)可编程逻辑控制器(PLC) 应用广泛，它能够非常方便地集成到工业控制系统中。其速度快，体积小，可靠性和精度都较好，在设计中可采用PLC对硬件进行控制，但是用PLC实现价格相对昂贵，因而成本过高。 (
13、3)采用CPLD或FPGA实现应用目前广泛应用的VHDL硬件电路描述语言，实现电阻，电容，电感测试仪的设计，利用MAXPLUSII集成开发环境进行综合、仿真，并下载到CPLD或FPGA可编程逻辑器件中，完成系统的控制作用。但相对而言规模大，结构复杂。(4)利用振荡电路与单片机结合利用555多谐振荡电路将电容参数转化为频率，这样就能够把模拟量近似的转换为数字量，而频率f是单片机很容易处理的数字量，一方面测量精度高，另一方面便于使仪表实现自动化，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应用系统。单片机具有可编程性，硬件的功能描述可完全在软件上实现，而且设计
14、时间短，成本低，可靠性高。综上所述，利用振荡电路与单片机结合实现电容测试仪更加简便可行，节约成本。所以，本次设计选定以单片机为核心来进行。2.2 系统的原理框图本设计的设计思想是把电容C通过RC振荡转换成频率信号f，这样就把模拟量转化为数字量，然后送入核心进行计数后再对数据进行处理和运算求出被测电容的值，并送显示器显示。首先设计RC振荡电路，接入被测电容后，由555定时器构成振荡器产生方波。然后，把此脉冲信号通过接口传到STC89C52RC单片机上，对此脉冲信号进行计数，通过软件编程，使之转换成电容值，最后由1602液晶屏显示电容值。系统主要由测量电路和控制电路两部分组成。测量电路主要用于产生RC振荡频率f，而控制电路则用于对所产生的振荡频率进行计数处理控制并送显示等。系统设计框图如图1如下所示：图1 系统设计框图框图各部分说明如下：(1)测量部分：该部分的功能是把电容C通过RC振荡转换成频率信号f，这样就把模拟量转化为数字量。本设计中RC振荡是利用555定时器的振荡电路产生的。由于555内部的比较器灵敏度较高，而且采用差分电路形式，它的振荡频率受电源电压和温度变化的影响很小，故能保证检测结果的准确性。通过MCS - 51单片机的I/O口自动识别，实现自动测量。(2)控制部分：本设计以STC89C51RC单片机为核心，利
