基于單片機(jī)的電容測量儀設(shè)計(jì)摘要：本設(shè)計(jì)詳細(xì)介紹了一種基于單片機(jī)的數(shù)字式電容測量儀設(shè)計(jì)方案及實(shí)現(xiàn)方法。設(shè)計(jì)的主要方法是由LM393組成的LC振蕩器，由單片機(jī)測量LC振蕩回路的頻率,根據(jù)的電容值，通過單片機(jī)的運(yùn)算功能，計(jì)算出電容容量，最后，再通過單片機(jī)的普通I/O口控制液晶屏顯示出電容容量的計(jì)算結(jié)果。系統(tǒng)的測量圍為1pF~12000μF,具有多個(gè)量程，可根據(jù)用戶需要由用戶選擇，與用戶的交互是通過按鍵實(shí)現(xiàn)，不同量程的實(shí)現(xiàn)是通過開關(guān)的閉合與斷開來選擇不同的R值，從而實(shí)現(xiàn)不同的量程，系統(tǒng)具有一定的實(shí)用價(jià)值。關(guān)鍵詞：電容；LM393；LC振蕩；單片機(jī)；LCDDesignofcapacitancemeasuringinstrumentbasedonsinglechipmicroputerAbstract:ThisdesignintroducesadesignschemeofdigitalcapacitancemeasuringinstrumentbasedonMCUandtherealizationmethod.ThedesignmethodoftheLCoscillatorisposedbyLM393,measuredbysinglechipmicroputerLCoscillatingcircuitfrequency,accordingtotheknowncapacitancevalue,throughthesingle-chipputingfunction,calculatecapacity,finally,throughthemicrocontrollerI/OportcontrolLCDscreenshowsthecalculationresultsoftheelectricalcapacitance.Themeasurementrangeof1pF~12000μF,havingapluralityofrange,accordingtouserneedscanbeselectedbytheuser,theinteractionwiththeuserisachievedthroughthekey,toachievedifferentrangeisthroughtheon-offoftheopenselectionofdifferentRvalue,soastoachievedifferentrange,Systemhascertainpracticalvalue.Keywords:capacitance;LM393;LCshocks;MCU;LCD目錄TOC\o"1-3"\h\u110271前言1163141.1電容測試儀的開展歷史及現(xiàn)狀197281.2電容測量手段2196282系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)3147552.1設(shè)計(jì)要求3183032.2方案論證3308693硬件設(shè)計(jì)726903.1電容原理714423.1.1電容測量原理7246353.1.2電容測量電路842153.2單片機(jī)最小系統(tǒng)950833.3按鍵電路1043053.4顯示電路11312924軟件設(shè)計(jì)13244845系統(tǒng)測試13205395.1測量小電容14268655.2測量電解電容16269615.3測量結(jié)果17109695.4誤差分析18306506完畢語184186參考文獻(xiàn)1928062附錄A2112698附錄B227870附錄C23辭271前言1.1電容測試儀的開展歷史及現(xiàn)狀當(dāng)今電子測試領(lǐng)域，電容的測量已經(jīng)在測量技術(shù)和產(chǎn)品研發(fā)中應(yīng)用的十分廣泛。電容通常以傳感器形式出現(xiàn)，因此，電容測量技術(shù)的開展歸根結(jié)底就是電容傳感器的開展。由最初的用交流不平衡電橋就能測量根本的電容傳感器。最初的電容傳感器有變面積型，變介質(zhì)介電常數(shù)型和變極板間型?，F(xiàn)在的電容式傳感器越做越先進(jìn)，現(xiàn)在用的比擬多的有容柵式電容傳感器，瓷電容壓力傳感器等。電容測量技術(shù)開展也很快現(xiàn)在的電容測量技術(shù)也由單一化開展為多元化?，F(xiàn)在國外做傳感器的廠商也比擬多,在世界圍做電容傳感器做的比擬好的公司有：日本figaro、德國tecsis、美國alphasense。中國外鄉(xiāng)測量儀器設(shè)備開展的主要瓶頸。盡管外鄉(xiāng)測試測量產(chǎn)業(yè)得到了快速開展，但客觀地說中國開發(fā)測試測量儀器還普遍比擬落后。每當(dāng)提起中國測試儀器落后的原因，就會有許多不同的說法，諸如精度不高，外觀不好，可靠性差等。實(shí)際上，這些都還是外表現(xiàn)象，真正影響中國測量儀器開展的瓶頸為：1.測試在整個(gè)產(chǎn)品流程中的地位偏低。由于人們的傳統(tǒng)觀念的影響，在產(chǎn)品的制造流程中，研發(fā)始終處于核心位置，而測試則處于附屬和輔助位置。關(guān)于這一點(diǎn)，在幾乎所有的研究機(jī)構(gòu)部門配置上即可窺其一斑。這種錯(cuò)誤觀念上的原因，造成整個(gè)社會對測試的重視度不夠，從而造成測試儀器方面人才的嚴(yán)重匱乏，造成相關(guān)的根底科學(xué)研究比擬薄弱，這是中國測量儀器開展的一個(gè)主要瓶頸。實(shí)際上，即便是研發(fā)隊(duì)伍本身，對測試的重視度以及對儀器本身的研究也明顯不夠。2.面向應(yīng)用和現(xiàn)代市場營銷模式還沒有真正建立起來。外鄉(xiāng)儀器設(shè)備廠商只是重研發(fā)，重視生產(chǎn)，重視狹義的市場，還沒有建立起一套完整的現(xiàn)代營銷體系和面向應(yīng)用的研發(fā)模式。傳統(tǒng)的營銷模式在方案經(jīng)濟(jì)年代里發(fā)揮過很大作用，但無法滿足目前整體解方案流行年代的需求。所以，為了快速縮小與國外先進(jìn)公司之間的差距，國儀器研發(fā)企業(yè)應(yīng)加速實(shí)現(xiàn)從面向仿制的研發(fā)向面向應(yīng)用的研發(fā)的過渡。特別是隨著國應(yīng)用需求的快速增長，為這一過渡提供了根本動力，應(yīng)該利用這些動力，跟蹤應(yīng)用技術(shù)的快速開展。3.缺乏標(biāo)準(zhǔn)件的材料配套體系。由于歷史的原因，中國儀器配套行業(yè)的企業(yè)多為良莠不齊的小型企業(yè)，標(biāo)準(zhǔn)化的研究也沒有跟上需求的快速開展，從而導(dǎo)致儀器的材料配套行業(yè)的技術(shù)水平較低。雖然目前已有較大的改觀，但距離整個(gè)產(chǎn)業(yè)的要求還有一定距離，所以，還應(yīng)把標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化的研究放到重要的位置。還有，在技術(shù)水平?jīng)]有到達(dá)的條件下，一味地追求精度或追求高指標(biāo)，而沒有處理好與穩(wěn)定性之間的關(guān)系。上述這些都是制約外鄉(xiāng)儀器開展的因素。近年來我國測量儀器的可靠性和穩(wěn)定性問題得到了很多方面的重視，狀況有了很大改觀。測試儀器行業(yè)目前已經(jīng)越過低谷階段，重新回到了快速開展的軌道，尤其最近幾年，中國外鄉(xiāng)儀器取得了長足的進(jìn)步，特別是通用電子測量設(shè)備研發(fā)方面，與國外先進(jìn)產(chǎn)品的差距正在快速縮小，對國外電子儀器巨頭的壟斷造成了一定的沖擊。隨著模塊化和虛擬技術(shù)的開展，為中國的測試測量儀器行業(yè)帶來了新的契機(jī)，加上各級政府日益重視，以及中國自主應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)研究的快速進(jìn)展，都在為該產(chǎn)業(yè)提供前所未有的動力和機(jī)遇。從中國電子信息產(chǎn)業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒中可以看出，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。在此快速增長的過程中，無疑催生出了許多測試行業(yè)新創(chuàng)企業(yè)，也催生出了一批批可靠性和穩(wěn)定性較高的產(chǎn)品。1.2電容測量手段電容器作為非常重要的一個(gè)電學(xué)元件在現(xiàn)代電子技術(shù)中有著非常廣泛的用途，電容定義為：電容器所帶的電荷量Q與電容器兩極板間的電勢差U的比值，即：。這種原始的方法必須通過測量兩個(gè)物理量來計(jì)算電容的大小，而其中的Q是比擬難以測量的量。目前常用的兩種測量電容的實(shí)現(xiàn)方法：一是利用多諧震蕩產(chǎn)生脈沖寬度與電容值成正比信號，通過低通濾波后測量輸出電壓實(shí)現(xiàn)；二是利用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)裝置產(chǎn)生與電容值成正比門脈沖來控制通過計(jì)數(shù)器的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)數(shù)脈沖的通斷，即直接根據(jù)充放電時(shí)間判斷電容值。利用多諧震蕩原理測量電容的方案硬件設(shè)計(jì)比擬簡單，但是軟件實(shí)現(xiàn)相比照擬復(fù)雜，而直接根據(jù)充放電時(shí)間判斷電容值的方案雖然根本上沒有用到軟件局部，但是硬件卻又十分的復(fù)雜。而且他們都無法直觀的把測量的電容值大小顯示出來。根據(jù)上面兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)提出了硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)都相比照擬簡單的方案：基于STC89C52單片機(jī)和由LM393芯片組成的LC振蕩器的數(shù)顯式電容測量。該方案主要去是根據(jù)LM393芯片的應(yīng)用特點(diǎn)，把電容的大小轉(zhuǎn)變成LM393輸出頻率的大小，進(jìn)而可以通過單片機(jī)測量LC振蕩回路的頻率。本方案的精度較高，硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)也相對簡單。2系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)要求1、測量圍：10pF～99.9μF；測量誤差：≤5.0%〔以實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)電容或電容表為準(zhǔn)〕。2、設(shè)置量程選擇：×0.01μF、×0.1μF、×1μF、×10μF、×100μF。3、顯示器：十進(jìn)制數(shù)字顯示，對測量量程分別用發(fā)光二極管指示。4、設(shè)置自校準(zhǔn)功能。5、自行設(shè)計(jì)并制作滿足本設(shè)計(jì)任務(wù)要求的穩(wěn)壓電源。2.2方案論證本次設(shè)計(jì)中考慮了三種設(shè)計(jì)方案，三種設(shè)計(jì)方案中主要區(qū)別在于硬件電路和軟件設(shè)計(jì)的不同，對于本設(shè)計(jì)三種方案均能夠?qū)崿F(xiàn)，最后根據(jù)設(shè)計(jì)要求、可行性和設(shè)計(jì)本錢的考慮選擇了基于STC89C52單片機(jī)和LM393芯片構(gòu)成的LC振蕩器電路的測量的方案?，F(xiàn)在一一介紹論證如下：方案一：利用多諧振蕩原理測量電容測量原理如以下圖所示。電容C電阻R和555芯片構(gòu)成一個(gè)多諧振蕩電路。在電源剛接通時(shí)(K合上)，電容C上的電壓為零，多諧振蕩器輸出為高電平通過R對電容C充電。當(dāng)C上沖得的電壓=時(shí)，施密特觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，變?yōu)榈碗娖?，C又通過R放電，下降。當(dāng)=時(shí)施密特觸發(fā)器又翻轉(zhuǎn)，輸出又變?yōu)楦唠娖?，如此往?fù)產(chǎn)生震蕩波形。由理論分析可知：令則有式和測得的校準(zhǔn)值測量值及存放的軟件中的標(biāo)準(zhǔn)電容值C可得出待測電容值。實(shí)際應(yīng)用中也可以通過測量和來算出圖1電容測量原理圖圖2振蕩波形圖測量誤差分析：由式(6)可以看出，經(jīng)過軟件校準(zhǔn)后得出的結(jié)果與的值有關(guān)。這樣單片機(jī)晶振頻率的絕對精度，環(huán)境溫度的變化和電源電壓的絕對精度引起的誤差被消除。測量結(jié)果主要受標(biāo)準(zhǔn)電容的絕對精度影響，因此應(yīng)該選擇精度高、穩(wěn)定性好的；其他誤差來源包括周期測量的量化誤差，除法運(yùn)算產(chǎn)生的余數(shù)誤差，電源電壓的波動造成諧振頻率偏移帶來的誤差，因此電路要用穩(wěn)壓性能好的穩(wěn)壓電源。這種方法的利用了一個(gè)參考的電容實(shí)現(xiàn)，雖然硬件構(gòu)造簡單，軟件實(shí)現(xiàn)卻相比照擬復(fù)雜。方案二、直接根據(jù)充放電時(shí)間判斷電容值：這種電容測量方法主要利用了電容的充放電特性，放電常數(shù)，通過測量與被測電容相關(guān)電路的充放電時(shí)間來確定電容值。一般情況下，可設(shè)計(jì)電路使(T為振蕩周期或觸發(fā)時(shí)間；A為電路常數(shù)與電路參數(shù)有關(guān))。這種方法中應(yīng)用了555芯片組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，在秒脈沖的作用下產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，來控制門電路實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)，從而確定脈沖時(shí)間，通過設(shè)計(jì)合理的電路參數(shù)，使計(jì)數(shù)值與被測電容相對應(yīng)。其原理框圖如圖3所示。反向器反向器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器顯示窄脈沖觸發(fā)器秒脈沖發(fā)生器譯碼器鎖存器記數(shù)器標(biāo)準(zhǔn)記數(shù)脈沖圖3電路原理框圖誤差分析：這種電容測量方法的誤差主要由兩局部組成：一局部是由555芯片構(gòu)成的振蕩電路和觸發(fā)電路由于非線性造成的誤差，其中最重要的是單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路的非線性誤差，(T由充放電時(shí)間決定，是被測電容值)；另一局部是由數(shù)字電路的量化誤差引起，是數(shù)字電路特有的誤差該誤差相對影響較小，可忽略不計(jì)。這種方法硬件構(gòu)造相對復(fù)雜，實(shí)際上是通過犧牲硬件局部來減輕軟件局部的負(fù)擔(dān)，但在具體設(shè)計(jì)中會碰到很大問題，而且硬件一旦設(shè)計(jì)好，可變性不大。方案三、基于STC89C52單片機(jī)和LM393芯片構(gòu)成的LC振蕩器電路電容測量：這種電容測量方法主要是通過一塊LM393芯片來測量電容，電路是一個(gè)由LM393組成的LC振蕩器。由單片機(jī)測量LC振蕩回路的頻率，然后根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)電容，求出電容，，其中，F(xiàn)1是固有頻率，F(xiàn)2是接入測試電容后的頻率。。只要我們能夠測量出LC振蕩器電路的頻率，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)暮唵巍Ｏ到y(tǒng)框圖見圖4。STCSTC89C52LM393晶振電路被測電容測北容LCD1602顯示復(fù)位電路按鍵圖4系統(tǒng)框圖圖中給出了整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)框圖，系統(tǒng)主要由四個(gè)主要局部組成，單片機(jī)工作電路設(shè)計(jì)，LM393芯片電路設(shè)計(jì)，按鍵電路設(shè)計(jì)，顯示電路設(shè)計(jì)。這種方法硬件和軟件設(shè)計(jì)都比擬簡單，且測量精度較高,因此選用方案三。3硬件設(shè)計(jì)3.1電容原理電容測量原理小電容測量電路是一個(gè)由LM393〔U1A〕組成的LC振蕩器。由單片機(jī)測量LC振蕩回路的頻率，然后根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)電容，求出求出小電容，。電解電容的測量是基于對RC電路的時(shí)間常數(shù)的計(jì)算，電容的充電速度與R和C的大小有關(guān)，R與C的乘積越大，充電時(shí)間就越長。這個(gè)RC的乘積就叫做RC電路的時(shí)間常數(shù)τ，即τ=R?C。假設(shè)R的單位用歐姆，C的單位用法拉，則τ的單位為秒。圖5電容充電時(shí)間與電容兩端電壓之間的函數(shù)關(guān)系圖示曲線可以得到充電過程的一般規(guī)律：是按指數(shù)規(guī)律上升的，開場變化較快，以后逐漸減慢，并緩慢地趨近其最終值，當(dāng)t=τ時(shí)，=0.632E(E為電源電壓)；本測量儀就是利用單片機(jī)測量=0到0.632E這段時(shí)間，用以下式子計(jì)算被測電容值：電路由比擬器U1B,放電晶體管Q1、Q2等組成。設(shè)定比擬器正輸入端為，〔=0.632E，調(diào)節(jié)Rref獲得〕，反向輸入端接被測電容，當(dāng)單片機(jī)P15引腳為低電平時(shí)，電容放電。注意51單片機(jī)引腳的拉電流很小，不能直接驅(qū)動Q1，否則放電時(shí)間會很長。當(dāng)單片機(jī)P15引腳為高電平時(shí),電容充電，當(dāng)充電到時(shí)，比擬器翻轉(zhuǎn)，觸發(fā)單片機(jī)外部中斷0，通過測得的充電時(shí)間和充電電阻的大小可以計(jì)算出電容大小。電容測量電路圖6是LM393芯片〔U1A〕構(gòu)成的LC振蕩器。由單片機(jī)測量LC振蕩回路的頻率，然后根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)電容，求出求出電容，。圖6小電容測量電路圖7是LM393芯片比擬器U1B,放電晶體管Q1、Q2等組成的電容充放電電路，通過測得的充電時(shí)間和充電電阻的大小可以計(jì)算出電容大小。圖7電解電容電容測量電路3.2單片機(jī)最小系統(tǒng)本設(shè)計(jì)的核心是單片機(jī)電路，考慮到需要一個(gè)中斷輸入，存儲容量、外部接口對單片機(jī)端口的需要以及兼顧到節(jié)約本錢的原則，選用了常用的STC89C52單片機(jī)。STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時(shí)器，置4KBEEPROM，MA*810復(fù)位電路，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級中斷構(gòu)造，全雙工串行口。另外STC89*52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU停頓工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停頓，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率35MHz，6T/12T可選。STC89C52工作的最簡單的電路是其外圍接一個(gè)晶振和一個(gè)復(fù)位電路，給單片機(jī)接上電源和地，單片機(jī)就可以工作了。其最簡單的工作原理圖如以下圖：圖8單片機(jī)最小系統(tǒng)由圖8可知，9腳外接的是按鍵復(fù)位電路，18,19腳外接的是晶振電路，這樣，就構(gòu)成了單片機(jī)正常工作的必備電路。同時(shí)，為使P0口正常工作，并增加其帶負(fù)載能力，P0口需接上拉電阻〔在圖中未畫出〕。3.3按鍵電路按鍵是實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話的比擬直觀的接口，可以通過按鍵實(shí)現(xiàn)人們想讓單片機(jī)做的不同的工作。鍵盤是一組按鍵的集合，鍵是一種常開型開關(guān)，平時(shí)按鍵的兩個(gè)觸點(diǎn)處于斷開狀態(tài)，按下鍵是它們閉合。鍵盤分編碼鍵盤和非編碼鍵盤，案件的識別由專用的硬件譯碼實(shí)現(xiàn)，并能產(chǎn)生鍵編號或鍵值的稱為編碼鍵盤，而缺少這種鍵盤編碼電路要靠自編軟件識別的稱為非編碼鍵盤。在單片機(jī)組成的電路系統(tǒng)及智能化儀器中，用的更多的是非編碼鍵盤。圖9就是一種比擬典型的按鍵電路，在按鍵沒有按下的時(shí)候，輸出的是高電平，當(dāng)按鍵按下去的時(shí)候，輸出的低電平。圖9按鍵電路其中Btn1是單片機(jī)復(fù)位按鈕；Btn2是校準(zhǔn)按鈕，在測量小電容時(shí)候可以隨時(shí)按下清零顯示；Btn3是功能切換按鈕，用來在測量LCF(頻率、小電容、電感)和測量電解電容之間切換。3.4顯示電路LCD以其微功耗、體積小、顯示容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點(diǎn)，在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。這里介紹的字符型液晶模塊是一種用5*7點(diǎn)陣圖形來顯示字符的液晶顯示器，根據(jù)顯示的容量可以分為1行16個(gè)字、2行16個(gè)字、2行20個(gè)字等等，這里我們使用的是2行16個(gè)字的1602液晶模塊。圖10就是常見的LCD1602液晶顯示屏引腳圖:圖10LCD1602引腳圖1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其中:第1腳：VSS為地電源第2腳：VDD接5V正電源第3腳：V0為液晶顯示器比照度調(diào)整端，接正電源時(shí)比照度最弱，接地電源時(shí)比照度最高，比照度過高時(shí)會產(chǎn)生“鬼影〞，使用時(shí)可以通過一個(gè)10K的電位器調(diào)整比照度第4腳：RS為存放器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)存放器、低電平時(shí)選擇指令存放器。第5腳：RW為讀寫信號線，高電平時(shí)進(jìn)展讀操作，低電平時(shí)進(jìn)展寫操作。當(dāng)RS和RW共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平RW為高電平時(shí)可以讀忙信號，當(dāng)RS為高電平RW為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15～16腳：空腳如圖11所示，LCD1602接與P0口，用于顯示電容值以及一些相應(yīng)的測量信息。圖11LCD1602顯示電路至此，整個(gè)電容測量儀的硬件設(shè)計(jì)局部就設(shè)計(jì)好了，接下來，需要的就是與之相匹配的軟件支持了。4軟件設(shè)計(jì)軟件編程平臺選擇最常用的Keil軟件。由于該程序并未涉及到底層的驅(qū)動問題，因此選擇方便快捷的C語言編程。在編程中，將該程序分為三個(gè)模塊：數(shù)據(jù)處理模塊，1602顯示模塊及主函數(shù)模塊。方便調(diào)試與理解。具體程序見附錄二?？傮w程序較長，但并不復(fù)雜，可根據(jù)需要重點(diǎn)看主函數(shù)，與硬件電路結(jié)合起來，注重程序后緊跟的注釋，理解起來是比擬容易的，在此就不再一一詳細(xì)分析。5系統(tǒng)測試由于量程的選擇是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，在這里單獨(dú)討論量程的選擇。為滿足10pF~99.9uF的測量圍,可通過設(shè)置不同按鍵來實(shí)現(xiàn)。不同按鍵與對應(yīng)的量程圍如表3.1所示。系統(tǒng)分為三個(gè)量程,可測量1pF~12000uF的電容。表3.1按鍵與量程圍的關(guān)系按鍵是否按下量程圍無按鍵按下1pF2.2μF按下Btn30.01μF600μF按下Btn3再按下S3200μF12000μF5.1測量小電容圖12中的1.5pF是未經(jīng)校準(zhǔn)的誤差，一般這個(gè)值會比擬大，必須校準(zhǔn)后才能測小電容。電解電容測量檔不需要校準(zhǔn)，校準(zhǔn)僅僅針對小電容。圖12未校準(zhǔn)界面校準(zhǔn)只需在小電容檔〔圖中界面〕，不接入測量電容時(shí)，按一下校準(zhǔn)〔清零〕按鈕〔原理圖Btn2〕即可，會自動清零〔圖13所示〕。圖13校準(zhǔn)后界面在此以200PF電容測試為例，演示整個(gè)測試過程。校準(zhǔn)后，直接將小電容接在與GND之間即可，圖14所示。第一行顯示測得的電容值，第二行顯示的是當(dāng)前LC振蕩電路的頻率。圖14200PF測試結(jié)果5.2測量電解電容按一次功能切換按鈕(原理圖中Btn3)都會切換到測電解電容的狀態(tài)，然后根據(jù)S3彈起還是按下的狀態(tài)自動識別測大電解還是測小電解電容。再次按下功能切換按鈕(原理圖中Btn3)會返回到測小電容的狀態(tài)。這就是功能切換按鈕的作用。除此之外，其它測量檔位單片機(jī)能根據(jù)S1、S2、S3按下還是彈起自動識別，無需人為干預(yù)。S3彈起時(shí)為測小電解檔，第一行顯示測量圍，第二行顯示測得的電容值。圖154.7μF測試結(jié)果圖16220μF測試結(jié)果圖21470圖21470μF測試結(jié)果5.3測量結(jié)果將測量的一系列電容的電容值與標(biāo)準(zhǔn)值比擬。比擬結(jié)果如表3.2。表3.2測量值與標(biāo)準(zhǔn)值比擬標(biāo)準(zhǔn)值測量值誤差10PF10.66%200PF182.8PF8.60%4.7μF5.02μF6.81%220μF236.81μF7.64%1000μF986.6μF1.34%由表3.2中數(shù)據(jù)可知，誤差較小,測量圍是10PF~1000μF，滿足設(shè)計(jì)要求的10PF~99.9μF。測量結(jié)果由液晶直觀顯示。綜合以上分析，該設(shè)計(jì)滿足整體設(shè)計(jì)要求。5.4誤差分析電容器的容量的準(zhǔn)確程度，根本上決定了整個(gè)測量過程的精度。應(yīng)該選用穩(wěn)定性好精度高的電容器，一般推薦使用云母電容器，買不到的話，獨(dú)石或CBB的也都可以將就用。非線性誤差是由器件的非線性特性產(chǎn)生的,可通過硬件參數(shù)修正和軟件算法補(bǔ)償來減小。6完畢語總之，通過一系列仿真和設(shè)計(jì)，數(shù)字式電容測量儀還是比擬成功的做出來了。一路下來還是比擬坎坷，從原理到實(shí)物，從調(diào)試到調(diào)試成功，遇到了很多問題，比方開關(guān)的選擇、電源濾波、三極管驅(qū)動等等，其次，軟件設(shè)計(jì)也遇到了很多問題，通過很長的時(shí)間才調(diào)試成功。通過這次設(shè)計(jì)也收獲了很多，知識層面上，學(xué)得了很多新知識，解決問題的新方法。實(shí)踐方面，提高了動手能力，提高了解決實(shí)際問題的能力等等。在思想上，更加明白的堅(jiān)持不懈的重要性，學(xué)習(xí)探索的重要性，實(shí)踐動手的重要性。參考文獻(xiàn)康華光.電子技術(shù)根底數(shù)字局部(第四版)[M].:高等教育.2000.7.康華光.電子技術(shù)根底模擬局部(第四版)[M].:高等教育.2000.7.剛.電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐[M].:電子工業(yè),2004.文博.新型集成電路速查手冊[M].:人民郵電,2006.群芳.單片微型計(jì)算機(jī)與接口技術(shù)〔第3版〕[M].：電子工業(yè),2008.陽.高精度微小電容測量電路的研制[J].計(jì)量測試,2004.軍,智.基于單片機(jī)的高精度電容電感測量儀[J].研究與開發(fā),2007.金鳴,簡易電容測量儀的設(shè)計(jì)與調(diào)試[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù),2009.任啟炎.一種電阻電容測量電路的設(shè)計(jì)[J].工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),2009.懷強(qiáng),何為民.電阻電容在線測試及LCD顯示[J].今日電子,2008.剛民.單片機(jī)原理及實(shí)用技術(shù)[M].:高等教育學(xué),2008.靜.電子設(shè)計(jì)自動化[M].:高的教育,2006.新型集成電路簡明手冊及典型應(yīng)用[M].:電子科技大學(xué),2005.剛,林凌.現(xiàn)代測控電路[M].:高等教育,2004.汪俊,賓.虛擬儀器環(huán)境下的掃頻儀設(shè)計(jì)[J].電測與儀表,2008.附錄A系統(tǒng)原理圖圖17系統(tǒng)原理圖附錄B系統(tǒng)實(shí)物圖圖18系統(tǒng)實(shí)物圖注：各個(gè)按鍵功能如圖中文字說明。圖19初始化界面附錄C源程序Main.c程序清單：*include"reg52.h"*include".\Head\LCD1602.h"*include".\Head\define.h"*include".\Head\Measure.h"sbitcorrectbtn=P3^7; //按鈕Btn2，用于校準(zhǔn)sbitsetbtn =P3^6; //按鈕Btn3，用于功能選擇sbitF_LC =P1^3; //選擇測量頻率還是LC標(biāo)志按下：=1〔測頻率〕sbitL_C =P1^4; //選擇測量L還是C標(biāo)志按下：=1〔測電感〕sbitEb_Es =P1^6; //選擇測量電解大電容還是小電容標(biāo)志按下：=1〔測大電解〕sbitdischg =P1^5;//電容放電端放電=0，充電=1//Measure_Flag測小電容=1測電感=2測頻率=3測小電解=4測大電解=5unsignedcharMeasure_Flag; unsignedint T0_times; //T0計(jì)時(shí)50ms的個(gè)數(shù)，測頻率=20〔1s〕,測LC=10〔0.5s〕 unsignedint Timer0_Num; unsignedintTimer1_Num;unsignedlong Frequency0;unsignedlongFrequency1;unsignedlong C*;unsignedlongL*;unsignedlong EH*; //大電解unsignedlongEL*;bit M_E_FLC; //功能切換按鈕，M_E_FLC=0：測FLC; M_E_FLC=1：測電解電容voidMain(void){ unsignedcharloge;unsignedcharclear; //清屏標(biāo)志位，如果功能轉(zhuǎn)換則需要清屏Measure_Flag=0; M_E_FLC =0; //開機(jī)默認(rèn)測FLCT0_times=10;Timer0_Num=0;Timer1_Num=0;Frequency0 =169500; //基準(zhǔn)頻率的一半Frequency1 =0;LCD1602_Init();LCD_Write_String(0,0,"biyesheji");LCD_Write_String(1,0,"huangrenwei");for(loge=0;loge<15;loge++){Delay_ms(200); }MeasureFLC_init();while(1){Get_btn(); //按鍵掃描Delay_ms(70); //該延時(shí)使按鍵切換穩(wěn)定clear=Measure_Flag; //讀測量類型標(biāo)志及清屏Get_Measure_Flag();if(clear!=Measure_Flag){LCD_Clear();}switch(Measure_Flag) //計(jì)算及顯示{case 1: //測小電容{LC_Calculate();LCD_Write_String(0,0,"C*=");LCD_Write_LongPoint(0,4,8,1,C*);LCD_Write_String(0,13,"pF"); LCD_Write_String(1,0,"freq=")