自動(dòng)化綜合設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告電容數(shù)字測量儀

1、 自動(dòng)化綜合設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告 題目：電容數(shù)字測量儀 二級(jí)學(xué)院 電子信息與自動(dòng)化學(xué)院 專 業(yè) 自動(dòng)化專業(yè) 班 級(jí) 自動(dòng)化2班、3班 指導(dǎo)老師 組員 考核項(xiàng)目設(shè)計(jì)50分平時(shí)成績20分答辯30分得分總分考核等級(jí)教師簽名電容數(shù)字測量儀摘要本設(shè)計(jì)是基于555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器產(chǎn)生輸入脈沖信號(hào)，然后通過at89c51對(duì)方波脈沖中斷計(jì)數(shù)而測量電容的。在多諧振蕩器輸出端加入一個(gè)74hc08對(duì)方波消除毛刺產(chǎn)生方波輸入到單片機(jī)外部中斷0，再通過單片機(jī)內(nèi)部計(jì)數(shù)器對(duì)方波進(jìn)行脈寬計(jì)數(shù)。555定時(shí)器中所涉及的電容，即是被測量的電容。信號(hào)的頻率可以根據(jù)所選的電阻，電容的參數(shù)而調(diào)節(jié)，這樣便可以定量的確定被測電容的容值范圍。最后

2、通過lcd1602顯示被測電容數(shù)值。關(guān)鍵詞：電容，555定時(shí)器，at89c51，lcd1602目錄1、 引言 當(dāng)前數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)正朝著快速以及大容量和便利的方向發(fā)展。現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎幾乎應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，有力推動(dòng)了現(xiàn)代社會(huì)信息化的進(jìn)展，這反過來也要求電子產(chǎn)品要以更快的速度節(jié)奏升級(jí)。 在日常的電路工程或者電路試驗(yàn)中，電容為一個(gè)最常見的電子元件，在實(shí)際電路中對(duì)電容的要求也愈加精確，傳統(tǒng)的電容測量儀表現(xiàn)的不夠直觀、精確度不高以及便利。因此，這次，我們選擇一個(gè)數(shù)字式電容測量儀，只要打開開關(guān)就可以直觀的觀察電容數(shù)量值大小。相比以前的更為方便、高精確度的有點(diǎn)，這也為本次選題帶來了意義，同時(shí)也提高了我們對(duì)設(shè)計(jì)

3、的興趣。2.1 設(shè)計(jì)要求1、設(shè)計(jì)電容數(shù)字測量儀電路，測量并顯示電容大小2、測量電容范圍為100pf50f3、系統(tǒng)工作滿足電容測量一般要求。2.2 系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)是通過一塊555芯片來測量電容，讓555芯片工作在直接反饋無穩(wěn)態(tài)的狀態(tài)下，555芯片輸出一定頻率的方波，其頻率的大小跟被測量的電容之間的關(guān)系是：，我們固定的大小，其公式就可以寫為：，只要我們能夠測量出555芯片輸出的頻率，就可以計(jì)算出測量的電容。計(jì)算頻率的方法可以利用單片機(jī)的計(jì)數(shù)器和中斷配合使用來測量，這種研究方法相當(dāng)?shù)暮唵?。系統(tǒng)框圖見下圖。at89c51 555晶振電路被測電容lcd1602顯示復(fù)位電路測量按鍵 系統(tǒng)框圖圖中給

4、出了整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)框圖，系統(tǒng)主要由四個(gè)主要部分組成，單片機(jī)和晶振電路設(shè)計(jì)，555芯片電路設(shè)計(jì)，lcd1602顯示電路，復(fù)位電路設(shè)計(jì)。3、 硬件電路設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)at89c51簡介mcs-51單片機(jī)是美國inte公司于1980年推出的產(chǎn)品，與mcs-48單片機(jī)相比，它的結(jié)構(gòu)更先進(jìn)，功能更強(qiáng)，在原來的基礎(chǔ)上增加了更多的電路單元和指令，指令數(shù)達(dá)111條，mcs-51單片機(jī)可以算是相當(dāng)成功的產(chǎn)品，一直到現(xiàn)在，mcs-51系列或其兼容的單片機(jī)仍是應(yīng)用的主流產(chǎn)品，各高校及專業(yè)學(xué)校的培訓(xùn)教材仍與mcs-51單片機(jī)作為代表進(jìn)行理論基礎(chǔ)學(xué)習(xí)。at89c51是一個(gè)低電壓，高性能cmos 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4

5、k bytes的可反復(fù)擦寫的flash只讀程序存儲(chǔ)器和128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ram），器件采用atmel公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)mcs-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和flash存儲(chǔ)單元，內(nèi)置功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的at89c51提供了高性價(jià)比的解決方案。at89c51是一個(gè)低功耗高性能單片機(jī)，40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出（i/o）端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，at89c51可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的flash存儲(chǔ)

6、器可有效地降低開發(fā)成本。3.2.2單片機(jī)最小系統(tǒng)復(fù)位電路與1、從原理上，一般采用上電復(fù)位電路。這種復(fù)位電路的工作原理是：通電時(shí)，電容兩端相當(dāng)于短路，于是rst引腳上為高電平，然后電源通過電阻對(duì)電容充電，rst端電壓慢慢下降到一定程序，即為低電平，單片機(jī)開始正常工作。該設(shè)計(jì)中復(fù)位電路采用按鍵復(fù)位方式。電路選用22uf的電容、200k歐姆的電阻、1000歐姆電阻和一個(gè)按鍵組成。2、內(nèi)部時(shí)鐘電路和晶振頻率一般選擇在4mhz12mhz之間（該設(shè)計(jì)選用12mhz），外接兩個(gè)諧振電容。本系統(tǒng)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式。3.2.3 按鍵控制電路 本設(shè)計(jì)采用3個(gè)按鍵來執(zhí)行檢測作用，因?yàn)楦鶕?jù)測量范圍要求該設(shè)計(jì)制定了3個(gè)檔

7、位，每個(gè)按鍵對(duì)應(yīng)555定時(shí)器上規(guī)定檔位，該按鍵在軟件程序用來控制程序是否往下面執(zhí)行，如檢測到按鍵按下，再對(duì)程序變量置位進(jìn)而控制顯示程序的執(zhí)行；同時(shí)單片機(jī)上設(shè)定了開始測量電容輸入的按鍵，單片機(jī)通過p3.7端口對(duì)按鍵進(jìn)行檢測；該四個(gè)按鍵如圖所示： 3.2 555定時(shí)器多諧振蕩器3.2.1 555定時(shí)器概述555芯片電路是一種將模擬功能與邏輯功能巧妙結(jié)合在同一硅片上的組合集成電路。它設(shè)計(jì)新穎，構(gòu)思奇巧，用途廣泛，備受電子專業(yè)設(shè)計(jì)人員和電子愛好者的青睞，人們將其戲稱為偉大的小ic。1972年，美國西格尼蒂克斯公司(signetics)研制出tmer ne555雙極型時(shí)基電路，設(shè)計(jì)原意是用來取代體積大,

8、定時(shí)精度差的熱延遲繼電器等機(jī)械式延遲器。但該器件投放市場后，人們發(fā)現(xiàn)這種電路的應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出原設(shè)計(jì)的使用范圍，用途之廣幾乎遍及電子應(yīng)用的各個(gè)領(lǐng)域，需求量極大。美國各大公司相繼仿制這種電路 1974年西格尼蒂克斯公司又在同一基片上將兩個(gè)雙極型555單元集成在一起，取名為nf556。1978年美國英特錫爾(intelsil)研制成功cmos型時(shí)基電路icm555 icm556,后來又推出將四個(gè)時(shí)基電路集成在一個(gè)芯片上的四時(shí)基電路558 由于采用cmos型工藝和高度集成，使時(shí)基電路的應(yīng)用從民用擴(kuò)展到火箭、導(dǎo)彈、衛(wèi)星、航天等高科技領(lǐng)域。在這期間，日本、西歐等各大公司和廠家也競相仿制、生產(chǎn)。盡管世界各大半

9、導(dǎo)體或器件公司、廠家都在生產(chǎn)各自型號(hào)的555556時(shí)基電路，但其內(nèi)部電路大同小異，且都具有相同的引出功能端。555電路，也稱555芯片電路，是一種中規(guī)模集成電路。它具有功能強(qiáng)、使用靈活、適用范圍寬的特點(diǎn)。通常只要外接少量幾個(gè)元件，就可構(gòu)成各種不同用途的脈沖電路以及許多實(shí)用電路，如多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)電路及施密特觸發(fā)器等等。從而能夠?qū)崿F(xiàn)振蕩、定時(shí)、調(diào)光、調(diào)壓、調(diào)速等。555集成電路有雙極型和cmos兩種。cmos型的優(yōu)點(diǎn)是功耗低、電源電壓低、輸入阻抗高。對(duì)于初學(xué)者來說，可以把555電路等效看成一個(gè)帶放電開關(guān)的rs觸發(fā)器，這個(gè)特殊的觸發(fā)器有兩個(gè)輸入端：閾值端th可看成是置零端r，要求高電平，觸發(fā)端r

10、可看成置位端低電平有效。它只有一個(gè)輸出端vo，vo可等效為觸發(fā)器的q端。放電端dis可看成由內(nèi)部放電開關(guān)控制的一個(gè)接點(diǎn)，放電開關(guān)由觸發(fā)器的端控制：q=1時(shí)dis端接地；q=0時(shí)，dis端懸空。此外，這個(gè)觸發(fā)器還有復(fù)位端mr加上低電平(0;mm-) for(i=100;i0;i-);void checkstates()/*檢查忙否*/ unsigned char dat; rs=0; rw=1; doen=1;/下降沿 _nop_();/保持一定間隔_nop_(); dat=data; _nop_();_nop_(); en=0; while(dat&0x80)=1);void wcomd(un

11、signed char cmd)/*lcd寫命令函數(shù)*/ checkstates(); rs=0; rw=0; data=cmd; en=1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); en=0;void wdata(unsigned char dat)/*lcd寫數(shù)據(jù)函數(shù)*/ checkstates(); rs=1; rw=0; data=dat; en=1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); en=0;void lcdinit()/*初始化*/ delay1ms(15); wcomd(0x38);/功能設(shè)置 delay1m

12、s(5); wcomd(0x38);/功能設(shè)置 delay1ms(5); wcomd(0x01);/清屏 delay1ms(5); wcomd(0x08);/關(guān)顯示 delay1ms(5); wcomd(0x0c);/開顯示，不開光標(biāo)void display(void) /顯示函數(shù)unsigned char i,j; unsigned char a12=0x4d,0x45,0x41,0x53,0x55,0x52,0x45,0x4d,0x45,0x4e,0x54,0x53;/顯示measurements lcdinit(); for(i=0;i12;i+)/寫顯示第一行 wcomd(0x80+i

13、); delay1ms(1); wdata(ai); delay1ms(1); for(j=0;j5000) /設(shè)置最長等待時(shí)間 _reset=0; /最長等待時(shí)間到還沒有中斷，停止555 if(n10000) /如果計(jì)數(shù)值大于5000，顯示la，表示應(yīng)換用大一點(diǎn)的量程 b2=0x1c; b3=0x11; b4=0x22; b5=0x17; b6=0x15; b7=0xf0; b8=0xf0; b9=0xf0; /* if(n=50)&(n=1000)&(n=100)&(n=50)&(n=50)&(n=1000)&(n=100)&(n50)&(n=50)&(n=1000)&(n=100)&(n=50)&(n=99) b2=n/10; b3=n%10; b4=0x40; b5=0x16; b6=0xf0; b7=0xf0; b8=0xf0; b8=0xf0; display(); /顯示電容的