基于單片機的電容測量儀的設計與實現(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 允許程序存儲器在系統可編程，亦適于常規編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在線系統可編程 Flash，使得 STC89C52 為眾多嵌入式控制應用系統提供高靈活、超有效的解決方案。 ]2[ 3. STC89C52 單片機最小系統介紹 單片機最小系統由晶振電路和復位電路構成 C22 2 p FC32 2 p FY112MR11KV C CD1P O W E R12J11 P 1 .02 P 1 .13 P 1 .24 P 1 .35 P 1 .46 P 1 .57 P 1 .68 P 1 .79 R S T1 0 R X D1 1 T X D1 2 I N T 01 3 I N T 11 4 T 01 5 T 11 6 W R1 7 R D1 8 X T A L 21 9 X T A L 12 0 G N D P 2 . 0 2 1P 2 . 1 2 2P 2 . 2 2 3P 2 . 3 2 4P 2 . 4 2 5P 2 . 5 2 6P 2 . 6 2 7P 2 . 7 2 8P S E N 2 9A L E 3 0E A 3 1P 0 . 7 3 2P 0 . 6 3 3P 0 . 5 3 4P 0 . 4 3 5P 0 . 3 3 6P 0 . 2 3 7P 0 . 1 3 8P 0 . 0 3 9V C C 4 0V C CV C CP 1 0P 1 1P 1 2P 1 3P 1 4P 1 5P 1 6P 1 7P 3 0P 3 1P 3 2P 3 3P 3 4P 3 5P 3 6P 3 7X T A L 1X T A L 2R E S TR210KS1V C CC1104S21234J2V C CP 3 6P 2 0P 2 1P 2 2P 2 3P 2 4P 2 5P 2 6P 2 7P 0 0P 0 1P 0 2P 0 3P 0 4P 0 5P 0 6P 0 7 圖 22 單片機最小系統 顯示模塊設計 1． 1602 液晶概述 液晶是一種高分子材料，因為特殊的物理、化學、光學特性，被廣泛應用于輕薄顯示器上。本系統顯示模塊采用了 LCD1602 液晶顯示器每行能夠顯示 16 個字符，可以顯示兩行。主要的功能是顯示系統設定的時間以及顯示燈的開關時間 ]3[ 。 （ 1） LCD1602 讀操作時序如下圖所示 8 圖 23 LCD1602讀操作時序 （ 2） LCD1602 寫操作時序如下圖所示 圖 24 LCD1602寫操作時序 （ 3）時序相關參數如下表所示 表 22 1602時序相關參數 時序參數 符號 極限值 單位 測試條件 最小值 典型值 最大值 E 信號周期 tc 400 ns 引腳 E E 脈沖寬度 tPW 150 ns E 上升沿 /下降沿時間 tR,tF 25 ns 地址建立時間 tSP1 30 ns 引腳 E、 RS、 R/W 地址保持時間 tDH1 10 ns 數據建立時間（讀操作） tD 100 ns 引腳 DB0~DB7 數據保持時間（讀操作） tHD2 20 ns 數據建立時間（寫操作） tSP2 40 ns 數據保持時間（寫操作） tHD2 10 ns ： 9 圖 25 液晶顯示與單片機連接圖 被測電路模塊設計 ]4[ 該電容表是基于 RC 充放電的原理測量電容量的。如圖 26 所示，在開關斷開前，電容上的電壓為 0，開關斷開后電容上的電壓與時間的關系為： 當 Vc達到 Vth時，有 從而 由于 R 和 EVth 為已知，所以可以根據 Tc算出 C 10 圖 26RC 充放電原理圖 被測電路模塊主要的功能是對電容充放電時間進行定時計數，主要由時間繼電器實現， RC 時間繼電器。圖 27是一種最簡單的 RC 晶體管時間繼電器電路圖。它用 RC 作延時環節； 穩壓管與晶體三極管作比較放大環節； 電磁繼電器 KA 為執行環節。 RC 晶體管時間繼電器的基本工作原理是 電容電壓不能突變而只能緩慢升高的特性來延時的。 圖 27時間繼電器的基本環節 當合上開關 S時， t=0，電源電壓就通過電阻 R 開始向電容 C 充電， 電容被立即擊穿，三極管不能導通， KA 處于釋放 ； 當 t=t1 時， Uc 到 U1，于是穩壓管被擊穿，三極管導通，電源經電阻與穩壓管供給三極管以基極電流 Ib， 放大后推動繼電器 KA吸合，達到延時動作的目的。在延時時間 t1 內， Uc 隨時間的變化規律如圖 2b 中曲線段 obc 。當斷開 S時， C 就通過穩壓管與三極管很快放電， Uc 很快下降，但當 Uc稍許減小后穩壓管就恢復阻斷 ；三極管截止， KA 釋放，可見釋放過程是非常快的，延時很小， 該繼電器為吸合時釋放后電容上電荷將自然地放掉，到等于零時就接受下一次動作了 ]5[ 。 電壓比較器的工作原理 11 LM393 是由兩個獨立、低功率、低失調電壓雙比較器的集成電路，它將模擬量輸入電壓與參考電壓進行比較，輸入信號是連續變化的模擬量，而輸出信號是數字量 1或 0這兩種狀態，所以 LM393 集成運放常常工作在非線性去，處于開環狀態，在本設計中把充電的模擬量 N與基準電壓 N+比較輸出低電平進入單片機觸發外部中斷 0 ]6[ 。 LM393 的概述 LM393 特點 （ 1）電源電壓范圍寬，單電源是 。 （ 2）差模輸入電壓范圍等于電源電壓。 （ 3）輸出電平兼容 TTL/DTL/ECL/MOS 和 CMOS 邏輯系統。 LM393 的優勢： （ 1）兼容邏輯電路。 （ 2）高精度比較器。 （ 3）減少溫漂引起的失調電壓。 （ 4）輸入共模電壓范圍接近地電平。 LM393 極限值（ Ta=25℃），如下表所示 表 23 LM393極限值 項目 符號 最小 最大 單位 差模輸入電壓 VIDR 36 V 輸入電流 IIN 50 mA 功耗 PD 780 mW 12 I N I N +84U 5AL M 39 3V C CR510KR4300R710KV C CV C CK1V C CQ185 5 0R61KP 331234J3V C CP 32W110KW2 10K 圖 28 被測電路工作原理圖 3 軟件設計 軟件設計的關鍵是按要求對電容進行充放電定時計數，測量出來并進行顯示。程序由主程序、定時中斷服務子程序等模塊組成。定時器 T0 作被測電容器充電時間的計數用。定時器 T1 用于定時中斷服務，定時時間為 125ms，即 125ms 產生一次中斷，即每過 ,125ms 測一下電容量，測量時間小于 2ms，由于這一時間小于中斷的時間 5ms，因此在測量過程中不會出現中斷現象。 測量電容時 口輸出高電平，電容開始充電， 與此同時定時器 T0 開始計數，當電容器充電達到基準電壓時， 口輸出低電平，據此程序作出判斷停止 T0 的計數，并讀出數據液晶顯示]7[ 。 軟件設計功能 電容測量儀主程序設計流程圖 13 Y N 放點 圖 31 電容測量儀主程序設計流程圖 液晶顯示頁面 圖 32液晶顯示頁面 設計流程圖 開始 主頁面顯示 0 顯示電容值 顯示 返回主頁面 開始 液晶初始化 定時器 0、 1 外部中斷0 初始化 校驗 顯示 放電充電 開定時器 0 開始計數 外部中斷 0 觸發 關定時器 計算電容值并顯示