电容测量仪设计说明书

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1、单片机技术课程设计说明书 电容测量仪 学 院： 电气与信息工程学院 学生姓名： 唐慧 指导教师： 王韧 职称 副教授 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 电气1301班 学 号： 1330140126 完成时间： 2016年06月 湖南工学院单片机技术课程设计课题任务书学院：电气与信息工程学院 专业：电气工程及其自动化指导教师王韧学生姓名唐慧课题名称电容测量仪内容及任务一、设计任务设计一个基于单片机的电容测量仪。二、设计内容1、电容测量仪的硬件系统（1）、单片机最小系统模块（2）、供电模块（3）、显示模块（4）、外围测量电路2、电容测量仪的软件系统（1）、定时器/计数器程序模块（2）、显示

2、程序模块（3）、按键处理程序模块（4）、控制与计算程序模块三、设计要求电容测量仪上电或按键复位后能自动显示系统提示符“S.”或其它开启标示符，进入准备工作状态。电容测量仪可通过LCD1602液晶屏或数码管来显示当前测量值；当把待测的元件插上测试端子后，按下按键即开始进行相应测量。主要参考资料1李广弟.单片机基础M.第3版.北京：北京航空航天大学出版社，2003.6.2李全利.单片机原理及应用（C51编程）M.北京：高等教育出版社，2012.12.3马忠梅.单片机的C语言应用程序设计M.第4版.北京：北京航空航天大学出版社，2003.6. 4李光飞.单片机C程序设计指导M.北京:北京航空航天大学

3、出版社，2003.01.5李光飞.单片机课程设计实例指导M.北京:北京航空航天大学出版社，2004.9.教研室意见 教研室主任：（签字）年 月 日摘 要当前现代化电子市场正朝着快速及便利同时大容量的方向发展，现代电子产品几乎能运用到社会的各个领域当中，有力的推动了社会现代化的发展。同时，电子产品也被要求以更快速度的升级和更快速的处理。在电容测量仪系统硬件设计中，以AT89S52单片机为核心，使用对应的振荡电路转化为频率实现参数的测量。电容是采用555多谐振荡电路产生的，将振荡频率送入AT89S52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被测参数，最后通过数码管显示测

4、量值。在电容测量仪系统软件设计中，使用C语言编程编写了运行程序；包括主程序模块、显示模块、电容测试模块。同样，在维修人员在对电子产品的维修中，电路的检测是最基本的，有时需要检测电路中各个部件是否工作正常，电容器是否工作正常。做出实物，通过实验测试，结果表明电容测量仪样机的功能和指标达到了设计要求。 关键词：555多谐振荡电路；单片机；三位数码管III目 录1 绪论11.1 电容测量仪研究意义11.2 实现功能11.3 总体方案介绍11.4 工作原理说明22 电容测量仪硬件系统设计32.1 AT89S52单片机简介32.2 电源电路42.3 复位电路42.4 晶振电路52.5 下载电路62.6

5、数码管显示电路62.7 RC振荡电路7 2.7.1 555定时器的简介7 2.7.2 RC振荡电路9 2.8 电路原理图112.9 实物图112.10 元器件清单113 电容测量仪软件系统设计123.1 单片机片外资源123.2 主程序模块123.3 数码管显示模块133.4 按键程序模块133.5 频率测量模块143.6 系统程序清单144 设计结果及误差分析154.1 电容测量仪使用说明154.2 电容测量仪调试结果15V4.3 电容测量仪误差分析164.4 设计结论164.5 设计体会16结束语17参考文献18致谢19附录20附录A 电路原理图20附录B 电路实物图23附录C 元器件清单

6、24附录D 程序清单25V1 绪论 1.1 电容测量仪研究意义近年来，测试仪器行业已经越过低谷阶段，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，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

7、出了一批批可靠性和稳定性较高的产品。由于测量电容方法多并具有一定的复杂性，所以电容测量仪的设计是在参考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，这里将电容的测量电路产生的频率送入AT89S52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 实现功能（1） 电容测量仪在接入稳压电源后能显示初始化状态。（2） 电容测量仪进入待测量状态。（3） 接入被测量电容后三位数码管显示测量数据。（4） 按复位键可以进行重新测量。1.3 总体方案介绍电容测量仪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

8、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AT89S52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，最后由三位数码管显示电容值。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所示。图1 系统设计框图1.4 工作原理说明（1）测量部分测量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。设计中RC振荡

9、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AT89S52单片机的I/O口自动识别，实现自动测量。 （2）控制部分控制部分以AT89S52单片机为核心，利用其管脚的特殊功能以及所具备的中断系统，定时/计数器和LED显示功能等。设计中采用三位数码管构成显示器，直观易懂，操作简单，且能降低功耗。2 电容测量仪硬件系统设计2.1 AT89S52单片机简介 以AT89S52单片机为控制核心，外扩外围电路，完成频率计所需要的外围电路。显示电路，键盘输入电路，复位电路等。AT89S52

10、单片机内部配以基本单元：即三个定时/计数器、5个中断源。可由编程来实现根据定时、计数时计数溢出而产生的中断申请信号中断功能，并由三位数码管对被测值进行显示。AT89S52系列单片机，具有反应速度极快，工作效率特高的特点。 AT89S52单片机的基本特点是低功耗、高性能，片内由4KB可编程/擦除只读存储器的8位COMS微控制器组成，通过结合高密度、非易失存储技术来保证单片机引脚与相应指令系统的高兼容度。由于芯片里FLASH的存在，因此可以通过通用的非易失存储编程器实现在线编程以及重复编程等功能。在通常情况下，当系统掉电时，数据存储器的内容立即会被保存下来，而此时单片机其他一切都会停止工作，直到产

11、生下一个中断或硬件复位信号整个系统才会重新开始工作。AT89S52的内部特点：具有40个引脚、8K片内程序存储器空间、256B的随机存取数据存储器，32个外部双向输入/输出I/O口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。AT89S52引脚图如图2所示。图2 AT89S52引脚图2.2 电源电路电源电路是给数字频率计提供电源，此电路包括一个输入220V输出为15V的变压器，一个六脚开关，一个发光二极管、电容、电阻、导线组成。其中根据经验值可取C1=2200F,C2=470F,C3=C4=0.1F,R1=300，其中C1与C3组成滤波

12、结构，具有滤波作用，发光二极管的作用主要是：运用二极管的单向导电特性来提示电源是否接通或观察电源是否一直保持通电正常、稳定，并且300的电阻与二极管串联，其作用是保护二极管不会因为电流突然变大而被烧坏。本电路采用的是+5V直流稳压电源对整个系统进行供电。如图3所示。图3 电源电路2.3 复位电路复位电路的作用是按下复位键可以使显示界面回到最开始的地方。课程设计按键复位电路由两个电阻一个电容和一个按键组成，大小分别为22F，1K，200，1K电阻一端接电源，另一端接电容的正极接到单片机的复位引脚，200电阻按键串联后与22F电容并联，当按键按下时，200电阻与VCC直接相连，和1K电阻产生分压，

13、在RST产生复位所需的高电平。当按键松开的，VCC给电容充电，RST仍为高电平，而当电容充电完成后，相当于短路，则为低电平，正常工作。复位电路如图4所示。图4 复位电路2.4 晶振电路晶振电路的作用是产生单片机所必须的时钟频率。单片机工作所需的同步时钟信号由由以下两种方法获得，第一：由单片机片内时钟电路结合外部晶振、电容产生；第二：直接从单片机外部引入脉冲信号。设计中用第一方法，有石英晶体和微调电容（一般取值30pF左右）组成，石英晶体产生震荡，单片机振荡电路产生的脉冲信号称振荡信号，它的频率等于石英晶体的振荡频率（fosc）,简称晶振频率，振荡脉冲信号还不是单片机工作所需的时钟信号，时钟信号

14、必须由振荡脉冲信号经单片机片内时钟电路的处理后才能产生。课程设计晶振电路主要由振荡电路和分频电路组成。其中振荡电路由高增益反相器以及并联外接的石英晶体和电容构成产生振荡脉冲。而分频电路则用于把振荡脉冲分频，已得到所需的时钟信号。振荡电路由单片机芯片的XTAL1端输入，XTAL2端输出。此时同时并接一个石英晶体振荡器以及两个33pF电容。而AT89S52中自带有分频电路所以不需要外接电路对脉冲信号进行分频。晶振频率是12MHz。如图5所示。图5 晶振电路2.5 下载电路由于AT89S52支持flash在线写入、擦除，所以下载电路是必不可少的部分。由下载口进行单片机与电脑的连接。并有下载电路产生电源提供给单片机工作。主要是USB下载口（ISP）构成，1脚接P1.5；3脚接RET；4脚接P1.7；5脚接P1.6；6脚接VCC，7、8、9、10脚接GND；。通过下载口实现计算机与单片机的通信。