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数显式大电容测量电路的设计 
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数显式大电容测量电路的设计
摘要:电容在电路研究与设计生产中有重要的作用。如今工业信息化、自动化发展迅猛,可见十分需要设计一款精准便携的电容测试仪。本文提出一种数显式大电容测试电路的设计方案,基于单片机控制电路,单稳态电路将被测电容的容量大小转变为单稳态电路输出的脉冲宽度,单片机中断接口接收从单稳态电路传输过来的信号,通过计数器计算脉冲宽度中的标准计数脉冲个数,被测电容的大小从而被运算得出,再控制液晶屏展现出来。
关键词:数显电容测量;单片机;单稳态触发电路;脉冲宽度

Design of Digital Capacitance Measuring circuits
Abstract: Capacitance is important in circuit. With the development of industrial automation, it is very necessary to design a precise and portable capacitance meter.In the paper, a design scheme of a digital capacitance measuring circuit is proposed. Based on a single chip microcomputer, monostable flip-flop whichconsisting of 555 chips is used toconverted the value of capacitance to pulses width of the output of the monostable circuit. The counter of the MCU calculates the number of standard count pulses in the pulse width, so as to calculate the value of the capacitance. Finally display the result.
Key words:capacitance measure;MCU;monostable flip-flop; pulse width

 

 

 

 

 

 

 

 


目录
目录
第一章 绪论 4
1.1电容测量的研究背景及意义 4
1.2设计方案的论证与选择 4
第二章 基于AT89C51数显电容测量系统的总体设计 5
2.1 设计框图 5
2.2设计原理 5
2.3?电容测量误差分析 7
第三章 基于AT89C51数显电容测量系统的硬件设计 8
3.1 AT89C51单片机最小系统 8
3.2 单稳态触发电路与单片机相接 8
3.3 量程选择电路 9
3.4 键盘电路 11
3.5显示电路 11
第四章 基于AT89C51数显电容测量系统的软件设计 12
4.1 主程序 12
4.2初始化子程序 13
第五章 调试 13
5.1 调试方法 13
5.2 调试结果 14
第六章 总结 14
致谢 14
参考文献 15

 

 

第一章 绪论
1.1电容测量的研究背景及意义
电容作为最基础的电子元件,电路的性能因电容容量值的改变会有很大的不同,不管是在电学理论分析中,还是在电子产品的设计制作与维护中,都发挥着重要作用。由此可见,在工业信息化、自动化的进展飞速的今日,数显电容测试仪的重要性也愈来明显。
但是电容量不能简单地用常用的数字万用表来测量,专用的电容测试仪价格比较贵,不像万用表那样普及,由此需要设计一款便捷的数显电容测试仪。
1.2设计方案的论证与选择
测量电容值的基本原理就是将电容值转换成和它成正比的脉冲数、宽度或电压,经过计算得出结果,再由显示电路展现出来。
1.2.1主体电路方案选择
方案一:构造基本模拟电路:向待测电容输入信号构成微分电路,使输出的信号幅度与待测电容成正比,整流后对得到的电压进行A/D转换后传送至显示电路,即可实现测量电容的功能。其结构杂乱繁复,易发生故障而不便调试,误差大且精度低,故不采用。
方案二:设计单片机电路:编写程序控制单片机接收硬件电路将被测电容值转换成的信号,控制计数器计算信号周期,通过计算得到电容值再通过显示电路显示结果从而实现测量电容的功能。软硬结合使电路设计更为简单,便于调试,电路灵敏系数高从而使测量误差减少。综上所述选用方案二。
1.2.2测量方法的选择
常用方法有:
(1)、交流电桥平衡法:虽然测量准确,但是操作繁琐,不能实现自动化。
(2)、采用多谐振荡原理:多谐振荡产生与容量成正比的信号,滤波计算实现测量;
(3)、根据放电时间计算:单稳态电路产生与容量成正比脉冲宽度,通过计数器计数得到结果。本设计选用该测量方法。
1.2.3显示电路方案选择
方案一:数码管显示
只可显示数字和部分字母、比划,可显示的内容单一。
方案二:LED静态显示
软件设计简单,显示稳定,但会占用很多管脚,线路复杂,成本较高。
方案三:LED动态显示
图像以肉眼不可见的频率显示。显示电路部分只需一个锁存器,占用电路板空间较少。
因为本设计需要提示用户信息,而不单单只需要显示数据,所以选用液晶屏显示,综上所述选择方案三。
第二章 基于AT89C51数显电容测量系统的总体设计
2.1 设计框图
设计方案如图1所示,由NE555芯片、待测电容组成的单稳态触发电路和51单片机系统构成电路设计的框架,单片机的外设由按键输入电路和显示输出电路组成。芯片接收来自51 P3.7管脚产生的窄脉冲Vtr,并传送给单片机与Cx值成正比的信号Vx,通过计数Vx周期时间,来得出电容容量值,并通过显示电路展现出电容大小。使用仪器过程中,可通过改变电阻阻值,来实现选择电容测量的量程大小的功能。
参考文献
[1]杨金峰,刘鸣.简易电容测量仪的设计与调试[J].实验科学与技术,2005,(9): 110-112.
[2]张毅刚. 单片机原理及接口技术(C51编程) [M].北京:人民邮电出版社, 2011.
[3]华成英,童诗白,等.模拟电子技术基础[M].北京:高等教育出版社,2005.
[4]陈光梦.数字逻辑基础(第3版).上海:复旦大学出版社,2009.
[5]楼然苗.51系列单片机设计实例.北京:航空航天出版社,2003.
[6]杨志忠,华沙,康广荃.电子技术课程设计[M].北京:机械工业出版社,2008:173- 176.
[7]刘克刚,陈曦,等.复杂电子系统设计与实践[M].北京:电子工业出版社,2010.
[8]李群芳,张士军,等.单片微型计算机与接口技术(第3版) [M].北京:电子工业出版社,2008.
 

 
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