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1、 编号 毕业设计题 目电容测试仪设计学生姓名学 号系 部专 业班 级指导教师电容测试仪设计摘 要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。在系统硬件设计中，以STC89C52RC单片机为核心的电容测试仪，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STC89C52RC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。在系统软件设计中，是以Keil4.0为仿真平台，使用C语言编程编写了运行程序
2、；包括主程序模块、显示模块、电容测试模块。最后，实际制作了一台样机，在实验室里进行了测试，结果表明该样机的功能和指标得到了设计要求。关键词：单片机，555多谐振荡电路，1602液晶屏The design of Capacitance testerAbstractWith the development of electronic industry,electronic components rapidly increased the scope of electronic components widely up gradually,in applications we often measu
3、red capacitors size.Therefore,the design of reliable,safe,convenient capacitance tester of great practical necessity.In the system hardware design,take the MCS-51 monolithic integrated circuit as the core resistance,the use correspondences oscillating circuit transforms for the frequency realizes ea
4、ch parameter survey. And the electric capacity is use 555 multi resonant circuits to produce,the oscillation frequency will send STC89C52RC the counting to be neat,through and fixed time counts may calculate by the frequency measurement rate,figures out again through this frequency meter is measured
5、 the parameter.In systems software design is take Keil4.0 as the simulation platform,used the C language programming has compiled the system application software;including master routine module,display module,display module,electric capacity test module and inductance test module.Finally,the actual
6、production of a prototype,tested in the laboratory results show that the prototype of the functions and indicators are the design requirements.Key Words：Single slice of machine;555 multi resonant circuit; 1602 dynamic display module目 录摘 要Abstract第一章 引 言11.1 设计背景及意义11.2 电容测试仪的发展历史和研究现状11.3 本设计所做的工作1第
7、二章 电容测试仪的系统设计32.1 电容测试仪设计方案比较32.2 系统的原理框图4第三章 电容测试仪系统的硬件设计53.1 RC振荡电路的设计53.1.1 555定时器简介53.1.2 RC振荡电路的设计83.2 单片机电路的设计93.2.1 单片机的选择-STC89C52RC93.2.2 单片机时钟电路设计113.2.3 单片机复位电路设计133.2.4 单片机定时器/计数器设置153.3 显示电路的设计163.3.1 液晶显示器的选择163.3.2 显示电路设计17第四章 电容测试仪系统的软件设计184.1 主程序流程图184.2 频率参数计算的原理18第五章 PCB板的设计及系统的调试
8、205.1 Protel99SE介绍与PCB板的设计205.2 系统的调试225.3 系统的测试23第六章 总结与展望256.1 工作总结256.2 技术展望25参考文献27致谢28附录29附录 系统原理图及PCB29第一章 引 言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
9、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STC89C52RC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
10、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) 学习单片机原理等材料；(2) 学习Protel99SE，Kei
11、l4.0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) 设计软件程序；(6) 用Protel99SE软件绘制电路原理图和PCB图；(7) 安装和调试，实际测试，记录测试数据及结果。第二章 电容测试仪的系统设计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
12、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。 (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
13、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STC89C
14、52RC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2.2如下所示。图2.1 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
15、 - 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。本设计中采用1602液晶屏构成显示器，直观易懂，操作简单，且能降低功耗。第三章 电容测试仪系统的硬件设计3.1 RC振荡电路的设计建立振荡，就是要使电路自激，从而产生持续的振荡，由直流电变为交流电，对于RC振荡电路来说，直流电源即是能源，自激的因素是微弱的信号经过放大，通过正反馈的选频网络，使输出幅度越来越大，最后受电路中非线性元件的限制，使振荡幅度自动地稳定下来，为此采用555定时器来产生RC振荡频率。3.1.1 555定时器简介555定时器是一种模拟电路和数字电路相结合的中规模集成器件，它性能优良，适用范围很广，外部加接少量的
