畢業設計論文--基于單片機的電容測量儀設計-資料下載頁

【導讀】也逐漸廣泛起來，在應用中我們常常要測定電容的大小。品應具備一定規格年限的使用壽命。因此在生產這一環節中，對其產品的檢測至。關重要，而檢測電子產品是否符合出產要求的關鍵在于檢測其內部核心的電路，有著其不可替代的作用。是最基本的，有時需要檢測電路中各個部件是否工作正常，電容器是否工作正常。因此，設計可靠，安全，便捷的電容測試儀具有極大的現實必要性。電容通常以傳感器形式出現，因此，電容測量技術的發展歸根結底就是電容。電容傳感器有變面積型，變介質介電常數型和變極板間型。越做越先進，現在用的比較多的有容柵式電容傳感器，陶瓷電容壓力傳感器等。中國本土測量儀器設備發展的主要瓶。每當提起中國測試儀器落后的原因，就會有許多不同的說法，成相關的基礎科學研究比較薄弱，這是中國測量儀器發展的一個主要瓶頸。由于歷史的原因，中國儀器配套行業的企業。出，中國的測試測量儀器每年都以超過30%以上的速度在快速增長。

　　

【正文】 成內部振蕩器的高增益反相放大器，引腳 XTAL1 和XTAL2 分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構成自激振蕩器。外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容C C2 接在放大器的反饋回路中構成并聯振蕩電路。 對外接電容 C C2 雖然沒有十分嚴格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器的穩定性、起振的難易程度及溫度穩定性，如果使用石英晶體，我們推薦電容使用30PF，而如使用陶瓷諧振器建議選擇 40PF。 用戶也可以采用外部時鐘。這種情況下，外部時鐘脈沖接到 XTAL1 端，即內部時鐘發生器的輸入端， XTAL2 則懸空。 由于外部時鐘信號是通過一個 2 分頻觸發器后作為內部時鐘信號的，所以對外部時鐘信號的占空比沒有特殊要求，但最小高電平持續時間和最大的低電平持續時間應符合產品技術要求。在空閑工作模式狀態， CPU 保持睡眠狀態而所有片內的外設仍保持激活狀態，這種方式由軟件產生。此時，片內 RAM 和所有特殊功能寄存器的內容保持不變。空閑模式可由任何允許的中斷請求或硬件復位終止。終止空閑工作模式的方法有兩種，其一是任何一條被允許中斷的事件被激活，即可終止空閑工作模式。程序會首先響應中斷，進入中斷服務程序，執行完中斷服務程序并僅隨終端返回指令，下一條要執行的指令就是使單片機進入空閑模式那條指令后面的一條指令。其二是通過硬件復位也可將空閑工作模式終止，需要注意的是，當由硬件復位來終止空閑模式時， CPU 通常是從激活空閑模式那條指 令的下 圖 21 外部時鐘電路 圖 22 外部時鐘輸入 一條指令開始繼續執行程序的，要完成內部復位操作，硬件復位脈沖要保持兩個機器周期（ 24 個時鐘周期）有效，在這種情況下，內部禁止 CPU 訪問片內RAM，而允許訪問其它端口。為了避免可能對端口產生以外寫入，激活空閑模式的那條指令后一條指令不應該是一條對端口或外部存儲器的寫入指令。 在掉電模式下，震蕩器停止工作，進入掉電模式的指令是最后一條被執行的指令，片內 RAM 和特殊功能寄存器的內容在終 止掉電模式前被凍結。退出掉電模式的唯一方法是硬件復位，復位后將重新定義全部特殊功能寄存器但不改變 RAM中的內容，在 VCC 恢復到正常工作電平前，復位應無效，且必須保持一定時間以使振蕩器重啟動并穩定工作。 表 6 編程電壓 VPP 12V VPP 5V 標志 AT89C51 XXXX YYWW AT89C51 XXXX5 YYWW 地址 030H 1EH 031H 51H 032H FFH 030H 1EH 031H 51H 032H 05H 編程方法： 編程前，需設置好地址， 數據及控制信號， AT89C51 編程方法如下： 在地址線上加上要編程單元的地址信號； 在數據線上加上要寫入的數據字節； 激活相應的控制信號； 在高電壓編程方式時，將 EA/VPP 端加上 +12V 編程電壓； 每對 FLASH 存儲陣列寫入一個字節或每寫入一個程序加密位，加上一個ALE/PROG 編程脈沖，改變編程單元的地址和寫入的數據，重復 1― 5 步驟，直到全部文件編程結束。每個字節寫入周期是自身定時地，通常約為 。 數據查詢： AT89C51 單片機用數據查詢方式來檢測一個寫周期是否結束，在一個寫周期中，如需要讀取 最后寫入的那個字節，則讀出的數據的最高位（ ）是原來寫入字節最高位的反碼。寫周期完成后，有效的數據就會出現在所有輸出端上，此時，可進入下一個字節的寫周期，寫周期開始后，可在任意時刻進行數據查詢。 READY/BUSY：字節編程的進度可通過“ RDY/BSY”輸出信號監測，編程期間，ALE 變為高電平“ H”后 RDY/BSY 端電平被拉低，表示正在編程狀態（忙狀態）。編程完成后， 變為高電平表示準備就緒狀態。 程序校驗：如果加密位 LB LB2 沒有進行編程，則代碼數據可通過地址和數據線讀回原編 寫的數據。加密位不可能直接變化。證實加密位的完成通過觀察它們的特點和能力。 芯片擦除：利用控制信號的正確組合（表 1）并保持 ALE/PROG 引腳 10ms 的低電平脈沖寬度即可將 PEROM 陣列（ 4k 字節）整片擦除，代碼陣列在擦除操作中將任何非空單元寫入“ 1”，這步驟需要再編程之前進行。 讀片內簽名字節： AT89C51 單片機內有 3 個簽名字節，地址為 030H、 031H和 032H。用于聲明該器件的廠商、型號和編程電壓。讀簽名字節的過程和單元030H、 031H 和 032H 的正常校驗相仿，只電平，返回值意義如下：（ 030H） 1EH聲明產品由 ATMEL 公司制造；（ 031H） 51H 聲明為 AT89C51 單片機；（ 032H） FFH聲明為 12V 編程電壓；（ 032H） 05H 聲明為 5V 編程電壓。 編程接口：采用控制信號的正確組合可對 FLASH 閃速存儲陣列中的每一代碼字節進行寫入和存儲器的整片擦除，寫操作周期是自身定時的，初始化后它將自動定時到操作完成 5 結 論 畢業論文是一次非常好的將理論與實際相結合的機會，通過對電容測試儀的課題設計，鍛煉了我的實際動手能力，增強了我解決實際工程問題的能力，同時也提高我查閱文獻資料、設計規范以 及電腦制圖等其他專業能力水平。 本設計的硬件電路比較簡單，這大大的降低了成本。而采用單片機可以提高系統的可靠性和穩定性，縮小系統的體積 ,調試和維護方便。本設計通過由 555芯片和電容電阻組成的振蕩電路來輸出方波，通過單片機定時器 T0 測量其脈沖寬度，從而達到測量其周期的目的，再通過單片機軟件編程，對數據進行進一步的計算從而得出被測電容的值，再通過 LCD1602 顯示出其測量值。 系統的軟件部分是系統實現功能的關鍵，軟件部分是在 Keil51 的平臺上使用是 C 語言編寫程序。本系統通過一個測量按鍵啟動整個測量程序，通過外 部中斷零 INT0 來控制計數器 T0 的開始和停止， INT0 采用邊沿觸發方式，在第一個脈沖邊沿啟動 T0，使 T0 開始計數，在第二個脈沖邊沿停止 T0 計數，然后通過對數據的計算和處理最后將數據顯示在 LCD1602 上。 總之，整個系統的工作正常，完成了設計任務的全部要求 雖然本設計完成了設計任務，但無法得到十分精確的測量結果，這主要是有以下幾點原因，首先單片機對于脈沖寬度的測量精確度有限，其次是外界的干擾對波形有一定的影響，還有硬件自身也有一部分原因。希望在之后的設計之中能夠得到進一步解決。 6 參考文獻 [1] 康華光 主編 ,電子技術基礎 模擬部分 ,北京 :高等教育出版社 , [2] 康華光主編 ,電子技術基礎 數字部分 ,北京 :高等教育出版社 , [3] 謝自美主編 ,電子線路設計 /實驗 /測試 ,武漢 :華中科技大學出版社， [4] 吳黎明主編 ,單片機原理及其應用技術，北京：科學出版社， [5] 丁英麗主編，交流型微小電容測量電路的設計，北京：電工技術雜志， [6] 王毓銀主編，數字電路邏輯設計，北京：高等教育出版社， [7] 李海清，黃志遙，王寶涼主編，電容傳 感器新型微弱電容測量電路，北京：傳感技術學報， [8] 羅民昌主編，集成電路系統，北京：中國鐵道出版社， [9]張毅剛主編， MCS51 單片機應用系統，哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社， [10]申忠如，申淼，譚亞麗主編， MCS51 單片機原理及系統設計，西安：西安交通大學出版社， 2020 年 3 月第 1 版 [11]付曉光主編，單片機原理與使用技術，北京：清華大學出版社， [12]李桂安主編，電子技術實驗及課程設計，南京：東南大學出版社， [13]夏繼強 主編，單片機實驗與實踐教程，北京：北京航空航天大學出版社， [14]肖洪兵主編，跟我學用單片機，北京：北京航空航天大學出版社， [15]申忠如，郭福田，丁暉主編，現代測試技術與系統設計，西安：西安交通大學出版社， [16]郝波主編，數字電子技術，西安：西安電子科技大學出版社， [17]趙文博主編，新型常用集成電路速查手冊，北京 :人民郵政出版社， [18]薛文 ,華慧明主編，新編實用電子技術快速入門，福州 :福建科學技術出版社 , 7 致 謝 此次設計實踐是本科四年來對自己所學知識的一個總結，其難度、復雜性、對設計的要求都是以前所不能比擬的。所要用到的知識及相關的資料有相當部分超出我們四年的所學，需要通過其他途徑獲取信息。 在此特別感謝我的指導老師，在此次設計中給予我很多幫助，并對我要求嚴格，在各方面對我進行細心指導，在此表示誠摯的致意和衷心的感謝。 在這四年中，還要感謝全體老師，是他們在教學上的認真負責，為廣大學生創造了良好的學習環境。 還要特別感謝我的同學，正是與他們在許多問題上的交流、討論，在他們的幫助之下，我的論文才得以順利完成。 最 后向所有關心和幫助過我的人表示真心的感謝 ! 8 附錄 圖 23 C 35uf 時的測量結果 圖 24 C 25uf 時的測量結果 圖 25 C 10uf 時的測量結果 圖 26 C 5uf 時的測量結果 V0L V0H VT+ CX C0 K0 K1 555 AT8 9C51 LED 數碼管 圖 1 電容測量原理圖 VC VT t V0 t 圖 2 震蕩波形圖 R 反向器 單穩態觸發器 顯示 窄脈沖觸發器 秒脈沖發生器 譯碼器 鎖存器 記數器 標準記數脈沖 AT89C51 555 晶振電路 被 測 電 容 LCD1602 顯示 復位電路 測量按鍵 T 555 輸出的方波 啟動 T0 停止 T0 T0， INT0 初始化 啟動 555 有無中斷 有無按鍵 有無中斷 啟動計數器 T0 停止計數器 T0 計算電容的大小 顯示電容值 有無按鍵 N Yn N Y N Y N Y C2 C1 XTAL2 XTAL1 GND XTAL2 XTAL1 GND NC 外部時鐘信號