基于单片机的电容测量仪的设计与实现(编辑修改稿)

基于单片机的电容测量仪的设计与实现(编辑修改稿)内容摘要：

允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。 在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在线系统可编程 Flash，使得 STC89C52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 ]2[ 3. STC89C52 单片机最小系统介绍 单片机最小系统由晶振电路和复位电路构成 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 图 22 单片机最小系统 显示模块设计 1． 1602 液晶概述 液晶是一种高分子材料，因为特殊的物理、化学、光学特性，被广泛应用于轻薄显示器上。 本系统显示模块采用了 LCD1602 液晶显示器每行能够显示 16 个字符，可以显示两行。 主要的功能是显示系统设定的时间以及显示灯的开关时间 ]3[。 （ 1） LCD1602 读操作时序如下图所示 8 图 23 LCD1602读操作时序 （ 2） LCD1602 写操作时序如下图所示 图 24 LCD1602写操作时序 （ 3）时序相关参数如下表所示 表 22 1602时序相关参数 时序参数 符号 极限值 单位 测试条件 最小值 典型值 最大值 E 信号周期 tc 400 ns 引脚 E E 脉冲宽度 tPW 150 ns E 上升沿 /下降沿时间 tR,tF 25 ns 地址建立时间 tSP1 30 ns 引脚 E、 RS、 R/W 地址保持时间 tDH1 10 ns 数据建立时间（读操作） tD 100 ns 引脚 DB0~DB7 数据保持时间（读操作） tHD2 20 ns 数据建立时间（写操作） tSP2 40 ns 数据保持时间（写操作） tHD2 10 ns ： 9 图 25 液晶显示与单片机连接图 被测电路模块设计 ]4[ 该电容表是基于 RC 充放电的原理测量电容量的。 如图 26 所示，在开关断开前，电容上的电压为 0，开关断开后电容上的电压与时间的关系为： 当 Vc达到 Vth时，有 从而 由于 R 和 EVth 为已知，所以可以根据 Tc算出 C 10 图 26RC 充放电原理图 被测电路模块主要的功能是对电容充放电时间进行定时计数，主要由时间继电器实现， RC 时间继电器。 图 27是一种最简单的 RC 晶体管时间继电器电路图。 它用 RC 作延时环节； 稳压管与晶体三极管作比较放大环节； 电磁继电器 KA 为执行环节。 RC 晶体管时间继电器的基本工作原理是 电容电压不能突变而只能缓慢升高的特性来延时的。 图 27时间继电器的基本环节 当合上开关 S时， t=0，电源电压就通过电阻 R 开始向电容 C 充电， 电容被立即击穿，三极管不能导通， KA 处于释放 ； 当 t=t1 时， Uc 到 U1，于是稳压管被击穿，三极管导通，电源经电阻与稳压管供给三极管以基极电流 Ib， 放大后推动继电器 KA吸合，达到延时动作的目的。 在延时时间 t1 内， Uc 随时间的变化规律如图 2b 中曲线段 obc。 当断开 S时， C 就通过稳压管与三极管很快放电， Uc 很快下降，但当 Uc稍许减小后稳压管就恢复阻断 ；三极管截止， KA 释放，可见释放过程是非常快的，延时很小， 该继电器为吸合时释放后电容上电荷将自然地放掉，到等于零时就接受下一次动作了 ]5[。 电压比较器的工作原理 11 LM393 是由两个独立、低功率、低失调电压双比较器的集成电路，它将模拟量输入电压与参考电压进行比较，输入信号是连续变化的模拟量，而输出信号是数字量 1或 0这两种状态，所以 LM393 集成运放常常工作在非线性去，处于开环状态，在本设计中把充电的模拟量 N与基准电压 N+比较输出低电平进入单片机触发外部中断 0 ]6[。 LM393 的概述 LM393 特点 （ 1）电源电压范围宽，单电源是。 （ 2）差模输入电压范围等于电源电压。 （ 3）输出电平兼容 TTL/DTL/ECL/MOS 和 CMOS 逻辑系统。 LM393 的优势： （ 1）兼容逻辑电路。 （ 2）高精度比较器。 （ 3）减少温漂引起的失调电压。 （ 4）输入共模电压范围接近地电平。 LM393 极限值（ Ta=25℃），如下表所示 表 23 LM393极限值 项目 符号 最小 最大 单位 差模输入电压 VIDR 36 V 输入电流 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 图 28 被测电路工作原理图 3 软件设计 软件设计的关键是按要求对电容进行充放电定时计数，测量出来并进行显示。 程序由主程序、定时中断服务子程序等模块组成。 定时器 T0 作被测电容器充电时间的计数用。 定时器 T1 用于定时中断服务，定时时间为 125ms，即 125ms 产生一次中断，即每过 ,125ms 测一下电容量，测量时间小于 2ms，由于这一时间小于中断的时间 5ms，因此在测量过程中不会出现中断现象。 测量电容时 口输出高电平，电容开始充电， 与此同时定时器 T0 开始计数，当电容器充电达到基准电压时， 口输出低电平，据此程序作出判断停止 T0 的计数，并读出数据液晶显示]7[。 软件设计功能 电容测量仪主程序设计流程图 13 Y N 放点 图 31 电容测量仪主程序设计流程图 液晶显示页面 图 32液晶显示页面 设计流程图 开始 主页面显示 0 显示电容值 显示 返回主页面 开始 液晶初始化 定时器 0、 1 外部中断0 初始化 校验 显示 放电充电 开定时器 0 开始计数 外部中断 0 触发 关定时器 计算电容值并显示。