基于51单片机的数字电容测量仪设计说明
基于51单片机的数字电容表的设计
基于51单片机的数字电容表的设计数字电容表,具有准确度和灵敏度高,测量速度快等特点,利用多谐振荡电路的频率计算公式,间接求得所测电容的电容值。
一．硬件系统1.1 单片机硬件设计选用具有低功耗特性的单片机可以大大降低系统功耗。
可以从供电电压、单片机内部结构设计、系统时钟设计和低功耗模式等几方面考察一款单片机的低功耗特性。
1.1.1 选用尽量简单的CPU内核在选择CPU 内核时切忌一味追求性能。
8 位机够用,就没有必要选用16 位机,选择的原则应该是“够用就好”。
现在单片机的运行速度越来越快,但性能的提升往往带来功耗的增加。
一个复杂的CPU集成度高、功能强,但片内晶体管多,总漏电流大,即使进入停止状态,漏电流也变得不可忽视;而简单的CPU 内核不仅功耗低,成本也低。
1.1.2 选择低电压供电的系统降低单片机的供电电压可以有效地降低其功耗。
当前,单片机从与TTL 兼容的5 V 供电降低到3.3 V、3 V2 V 乃至1.8 V 供电。
供电电压降下来,要归功于半导体工艺的发展。
从原来的3 μm 工艺到现在的0.25、0.18、0.13 μm 工艺, CMOS 电路的门限电平阈值不断降低。
低电压供电可以大大降低系统的工作电流,但是由于晶体管的尺寸不断减小,管子的漏电流有增大的趋势,这也是对降低功耗不利的一个方面。
目前,单片机系统的电源电压仍以5 V为主,而过去5 年中,3 V 供电的单片机系统数量增加了1 倍,2V 供电的系统也在不断增加。
再过五年,低电压供电的单片机数量可能会超过5 V 电压供电的单片机。
如此看来,供电电压降低将是未来单片机发展的一个重要趋势。
1.1.3 选择带有低功耗模式的系统低功耗模式指的是系统的等待和停止模式。
处于这类模式下的单片机功耗将大大小于运行模式下的功耗。
过去传统的单片机,在运行模式下有wait和stop两条指令,可以使单片机进入等待或停止状态,以达到省电的目的。
等待模式下,CPU 停止工作,但系统时钟并不停止,单片机的外围I/O 模块也不停止工作;系统功耗一般降低有限,相当于工作模式的50%～70%。
基于51单片机的数字电容测量仪
电子系统设计创新与实习报告设计课题基于单片机的电容测量仪设计学院信息科学与工程学生姓名学号专业班级队友指导教师设计时间 2014.6.4-2014.7.3本设计详细介绍了一种基于单片机的数字式电容测量仪设计方案及实现方法。
设计的主要方法是采用555芯片构成单稳态触发器,将电容容量转换为脉冲宽度。
通过单片机的计时器测量脉宽, 根据已知的R值，通过单片机的运算功能，计算出电容容量,最后，再通过单片机的普通I/O口控制液晶屏显示出电容容量的计算结果。
系统的测量范围为10pF~ 500uF, 具有多个量程，可根据用户需要由用户选择，与用户的交互是通过键盘实现，不同量程的实现是通过单片机的I/O口控制继电器的吸合与断开来选择不同的R值，从而实现不同的量程。
同时，本设计注重设计方法及流程，首先根据原理设计电路，再通过protues仿真，利用keil 编程，进而借助altium designer 制作PCB，最后到焊接元器件，调试直至成功。
1 系统方案设计1.1 设计说明及要求1.1.1 设计说明框图中的外接电容是定时电路中的一部分。
当外接电容的容量不同时，与定时电路所对应的时间也有所不同，即C=f(t)，而时间与脉冲数目成正比，脉冲数目可以通过计数译码获得。
1.1.2 设计要求（1）基本要求①自制稳压电源。
②被测电容的容量在10pF至10000μF范围内③设计四个的测量量程。
④显示测量结果，测量误差小于2.5%。
数字显示：显示分辨率:每档满量程的0.1%；电容测量：电压可选择5V,25V,50V；为实现该设计，达到相应的设计要求，本次设计中考虑了三种设计方案，三种设计方案中主要区别在于硬件电路和软件设计的不同，对于本设计，三种方案均能够实现，最后根据设计要求、可行性和设计成本的考虑选择了基于STC89C52单片机和555芯片构成的单稳态触发电路测量电容的方案。
现在一一介绍论证如下。
1.3方案Ⅱ根据积分电路原理可得C=Ui*dt/R*Uo，将经过RC充电电路后，输出的与电容对应的电压值输入到ADC0809中，经过处理后，将相应的数值传到单片机里，再通过公式运算，求得相应的电容C值，在LCD上显示。
基于单片机的电容电阻测量仪的设计
基于单片机的电阻电容测量仪的设计摘要电阻和电容作为电路设备中的两个最重要的电子元件，也是物理学中两个个最基本的物理参数，它们的测量在工业、军事、电力以及日常生活的家电维修等领域都十分普遍，通过对它们的测量我们能够检测设备的运行并进行故障检测。
随着电子工业的发展，电子元器件增加，电子元器件的适用范围也渐渐广泛起来，在实验应用中我们时常要测定电阻，电容的大小。
所以，设计可靠、安全、便捷的电阻、电容测量仪具有非常大的现实必要性。
在系统硬件设计中，以51单片机为核心的电阻、电容测量仪，将电阻，电容，使用对应的振荡电路转化为频率实现各个参数的测量，通过按键可以对被测量类型进行选择。
其中电阻和电容是采用555多谐振荡电路产生的。
在系统的软件设计是以Keil为平台，使用C语言编程编写了系统应用软件；包括主程序模块、显示模块、电阻测试模块、电容测试模块。
仿真实验过后，确定方案的可行性吗。
最后，在实验室里做出了一个实物，并且在利用一定数量的电阻、电容元器件进行了测试，结果表明该样机的功能和指标达到了设计的要求。
关键词：单片机；电容电阻；振荡电路第1章绪论1.1电阻电容测量仪的意义和目的单片机是一种以计算机为基础的微型控制元件。
在控制器械中有着不可替代的优势.他可以实现编程控制，有较多的输入输出接口，体积小，运算速度快。
把单片机用于测量仪表中，可以实现仪表的自动化、智能化.便携化。
而且，因为其运算速度快可靠性高，可以提高仪表的测量速度、精确度、和可靠性。
通常情况下，电路参数的数字化测量是把被测参数传换成直流电压或频率后进行测量。
电阻测量依据产生恒流源的方法分为电位降法、比例运算法和积分运算法。
比例运算法测量误差较大、积分运算法可以用来测量大电阻。
为了实现数字化测量本此设计用振荡电路。
电容的测量方法较多比如电桥法、阻抗法、谐振法、恒流法和比较法等。
电桥法可以实现高精度，但是电路过于复杂且无法实现自动化控制.阻抗法对低失真的正弦波和高精度的A/D有较高要求，且计算复杂。
51单片机做电容测量仪解析
第十三届“长通杯”大学生电子设计竞赛电容测量仪（A题）2016年5月14日摘要电容测量仪装置是一种精度高、测试范围宽、操作简便、功能完善的电容测量仪。
随着科技的不断发展，电容在电路中有着越来越多的应用，其容量大小直接决定着电路的稳定性和准确性。
因此，电容值的的测量在日常使用中不可避免。
为了深入了解和学习52单片机的功能，本设计采用STC89C52和555振荡器为主要元件对电容进行测量。
先将555设计为多谐振荡器产生输入脉冲信号，然后利用单片机对脉冲进行中断计数，再使用公式计算出电容值。
在多谐振荡器终端加一个HD74LS08（二输入与门）稳定输出波形，从而使测量中更精确。
多谐振荡器会因为连接电阻值的不同而产生的方波的频率不同，从而可以变换档位测量容量差距较大的电容。
如果在工程问题中想寻找出符合要求的电容，便可通过矩阵键盘输入相应的电容值的范围，以方便筛选。
当电容测定完以后，其数值通过LCD1602显示出来，以便阅读。
关键词：STC89C52单片机；电容测量；555定时器；LCD1602；目录1系统方案...................................................................................................... 错误！未定义书签。
1.1 电容测量仪的论证与选择.............................................................. 错误！未定义书签。
1.2 控制系统的论证与选择.................................................................. 错误！未定义书签。
2系统理论分析与计算.................................................................................. 错误！未定义书签。
基于51单片机的数字电容测量仪设计毕业设计
电子系统设计创新与实习报告设计课题基于单片机的电容测量仪设计毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：日期：学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
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涉密论文按学校规定处理。
作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日注意事项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
基于51单片机的电容电感测量仪设计
2019年24期众创空间科技创新与应用Technology Innovation and Application基于51单片机的电容电感测量仪设计*王杰（铜陵学院电气工程学院，安徽铜陵244061）在平常电子电路实验中，我经常会用到一些电容和电感，当我们用它的时候，我们是直接通过其自身的颜色标记或者买来的标签上面来读取它的容量或感量。
如果在某个电路中由一个未知值得电容或电感，或者电路中有个寄生的电容存在，那我们又该如何知道它的大小呢。
本文就介绍了一个用单片机构成的可以测量小容量电容电感的简易测量仪。
1测量仪设计原理该电容电感测量仪的测量原理就是基于测量振荡器频率的方法，测量仪的核心是一个由LM311芯片组成的振荡器，可以测出LC 振荡电路中的电容和电感的值。
不过由于单片机测量频率的范围有限，同时也为了减小测量误差，当单片机在测量LC 振荡回路频率的时候，可以先测量一个标准已知电容的振荡频率，然后再根据此基准电容值计算得出被测的电容量和电感量[1]。
2硬件电路的设计电容电感测量仪的硬件电路主要包括LC 振荡器、51单片机和LED 显示器这三大件。
其中LC 振荡器是由电容、电感，电阻和LM311比较器芯片组成。
在电路组装好之后，要对电路进行检查，看其振荡器是否能正常起振，可以用示波器在LM311的7引脚观察有无振荡波形输出，如果有，则可初步判定振荡器可以正常工作。
3LC 振荡电路设计当电容电感全为未知的时候，我们可以先用RC 振荡器先测量出电容的值，当电容值知道后，再将被测电感和电容组成一个LC 振荡电路，再测出电感的值。
其原理为把被测电容和电阻串联，构成RC 网络，即一个RC 振荡器，该振荡器的周期为T=A 0×RC ，A 0为常数，当R 为已知的时候，测出振荡器的周期即可算出电容的值。
然后把求得的电容值代入LC 振荡电路中，根据其振荡频率f=1/2π√LC [5]，测出此时振荡器的频率后即能算出电感的量[2]。
基于51单片机的数字电容测量仪
. .电子系统设计创新与实习报告设计课题基于单片机的电容测量仪设计学院信息科学与工程学生学号专业班级队友指导教师设计时间2014.6.4-2014.7.3本设计详细介绍了一种基于单片机的数字式电容测量仪设计方案及实现方法。
设计的主要方法是采用555芯片构成单稳态触发器,将电容容量转换为脉冲宽度。
通过单片机的计时器测量脉宽, 根据已知的R值，通过单片机的运算功能，计算出电容容量,最后，再通过单片机的普通I/O口控制液晶屏显示出电容容量的计算结果。
系统的测量围为10pF~ 500uF, 具有多个量程，可根据用户需要由用户选择，与用户的交互是通过键盘实现，不同量程的实现是通过单片机的I/O口控制继电器的吸合与断开来选择不同的R值，从而实现不同的量程。
同时，本设计注重设计方法及流程，首先根据原理设计电路，再通过protues仿真，利用keil 编程，进而借助altium designer 制作PCB，最后到焊接元器件，调试直至成功。
1系统方案设计1.1 设计说明及要求1.1.1 设计说明框图中的外接电容是定时电路中的一部分。
当外接电容的容量不同时，与定时电路所对应的时间也有所不同，即C=f(t)，而时间与脉冲数目成正比，脉冲数目可以通过计数译码获得。
1.1.2 设计要求（1）基本要求①自制稳压电源。
②被测电容的容量在10pF至10000μF围③设计四个的测量量程。
④显示测量结果，测量误差小于2.5%。
数字显示：显示分辨率:每档满量程的0.1%；电容测量：电压可选择5V,25V,50V；为实现该设计，达到相应的设计要求，本次设计中考虑了三种设计方案，三种设计方案中主要区别在于硬件电路和软件设计的不同，对于本设计，三种方案均能够实现，最后根据设计要求、可行性和设计成本的考虑选择了基于STC89C52单片机和555芯片构成的单稳态触发电路测量电容的方案。
现在一一介绍论证如下。
1.3方案Ⅱ根据积分电路原理可得C=Ui*dt/R*Uo，将经过RC充电电路后，输出的与电容对应的电压值输入到ADC0809中，经过处理后，将相应的数值传到单片机里，再通过公式运算，求得相应的电容C值，在LCD上显示。
基于单片机的电容测量仪
基于单片机的电容测量仪 The latest revision on November 22, 2020基于单片机的电容测量仪设计摘要：本设计详细介绍了一种基于单片机的数字式电容测量仪设计方案及实现方法。
设计的主要方法是由LM393组成的LC 振荡器，由单片机测量LC 震荡回路的频率, 根据已知的电容值，通过单片机的运算功能，计算出电容容量，最后，再通过单片机的普通I/O口控制液晶屏显示出电容容量的计算结果。
系统的测量范围为1pF~12000μF, 具有多个量程，可根据用户需要由用户选择，与用户的交互是通过按键实现，不同量程的实现是通过开关的闭合与断开来选择不同的R值，从而实现不同的量程。
同时，本设计注重设计方法及流程，首先根据原理设计电路，再通过protues仿真，利用keil编程，最后到焊接元器件，调试直至成功。
关键词：电容测量；LM393；LC震荡；单片机；LCD显示Design of capacitance measuring instrumentbased on single chip microcomputerAbstract:This design introduces a design scheme of digital capacitance measuring instrument based on MCU and the realizationmethod. The design method of the LC oscillator is composed by LM393, measured by single chip microcomputer LC oscillating circuit frequency, according to the known capacitance value, through the single-chip computing function, calculate capacity, finally, through the microcontroller I/O port control LCD screen shows the calculation results of the electrical capacitance. The measurement range of 1pF~12000 μF, having a plurality of range, according to user needs can be selected by the user, the interaction with the user is achieved through the key, to achieve different range is through the on-off of the open selection of different R value, so as to achieve different range. At the same time, the design focus on the design method and process, according to the principle of circuit design, through the Protues simulation, using keil programming, and finally to the welding components, debugging until success.Keywords:capacitance measurement; LM393; MCU; LCD display LC shocks;目录1前言电容测试仪的发展历史及现状当今电子测试领域，电容的测量已经在测量技术和产品研发中应用的十分广泛。
毕业设计(论文)基于单片机的电容测量仪设计
2.1设计方案
本次设计中考虑了三种设计方案，三种设计方案中主要区别在于硬件电路和软件设计的不同，对于本设计三种方案均能够实现，最后根据设计要求、可行性和设计成本的考虑选择了基于AT89C51单片机和555芯片构成的多谐振荡电路的测量的方案。现在一一介绍论证如下：
方案一、利用多谐振荡原理测量电容测量原理如下图所示。电容C电阻R和555芯片构成一个多谐振荡电路。在电源刚接通时(K合上)，电容C上的电压为零，多谐振荡器输出 为高电平 通过R对电容C充电。当C上冲得的电压 = 时，施密特触发器翻转， 变为低电平，C又通过R放电， 下降。当 = 时施密特触发器又翻转，输出 又变为高电平，如此往复产生震荡波形。
内部时钟方式：内部时钟方式电路图如下图所示。
图7内部时钟电路
MCS-51单片机内部有一个用与构成振荡器的高增益反相放大器，该高增益反相放大器的输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2。这两个引脚接石英晶体振荡器和微调电容，就构成一个稳定的自激振荡器电路。
基于单片机的电容测试仪设计
前言
目前，随着电子工业的发展，电子元器件急剧增加，电子元器件的适用范围也逐渐广泛起来，在应用中我们常常要测定电容的大小。
在电子产品的生产和维修中，电容测量这一环节至关重要，一个好的电子产品应具备一定规格年限的使用寿命。因此在生产这一环节中，对其产品的检测至关重要，而检测电子产品是否符合出产要求的关键在于检测其内部核心的电路，电路的好坏决定了电子产品的好与坏，而电容在基本的电子产品的集成电路部分有着其不可替代的作用。同样，在维修人员在对电子产品的维修中，电路的检测是最基本的，有时需要检测电路中各个部件是否工作正常，电容器是否工作正常。因此，设计可靠，安全，便捷的电容测试仪具有极大的现实必要性。
基于单片机的电容电阻测量仪的设计
基于单片机的电阻电容测量仪的设计摘要电阻和电容作为电路设备中的两个最重要的电子元件，也是物理学中两个个最基本的物理参数，它们的测量在工业、军事、电力以及日常生活的家电维修等领域都十分普遍，通过对它们的测量我们能够检测设备的运行并进行故障检测。
随着电子工业的发展，电子元器件增加，电子元器件的适用范围也渐渐广泛起来，在实验应用中我们时常要测定电阻，电容的大小。
所以，设计可靠、安全、便捷的电阻、电容测量仪具有非常大的现实必要性。
在系统硬件设计中，以51单片机为核心的电阻、电容测量仪，将电阻，电容，使用对应的振荡电路转化为频率实现各个参数的测量，通过按键可以对被测量类型进行选择。
其中电阻和电容是采用555多谐振荡电路产生的。
在系统的软件设计是以Keil为平台，使用C语言编程编写了系统应用软件；包括主程序模块、显示模块、电阻测试模块、电容测试模块。
仿真实验过后，确定方案的可行性吗。
最后，在实验室里做出了一个实物，并且在利用一定数量的电阻、电容元器件进行了测试，结果表明该样机的功能和指标达到了设计的要求。
关键词：单片机；电容电阻；振荡电路第1章绪论1.1电阻电容测量仪的意义和目的单片机是一种以计算机为基础的微型控制元件。
在控制器械中有着不可替代的优势.他可以实现编程控制，有较多的输入输出接口，体积小，运算速度快。
把单片机用于测量仪表中，可以实现仪表的自动化、智能化.便携化。
而且，因为其运算速度快可靠性高，可以提高仪表的测量速度、精确度、和可靠性。
通常情况下，电路参数的数字化测量是把被测参数传换成直流电压或频率后进行测量。
电阻测量依据产生恒流源的方法分为电位降法、比例运算法和积分运算法。
比例运算法测量误差较大、积分运算法可以用来测量大电阻。
为了实现数字化测量本此设计用振荡电路。
电容的测量方法较多比如电桥法、阻抗法、谐振法、恒流法和比较法等。
电桥法可以实现高精度，但是电路过于复杂且无法实现自动化控制.阻抗法对低失真的正弦波和高精度的A/D有较高要求，且计算复杂。
基于51单片机的rlc测量仪的设计与实现
基于51单片机的RLC测量仪的设计与实现【内容摘要】为实现RLC测量操作简洁化、携带便携化和价格低廉化等性能。
文设计了一款基于51单片机的RLC测量仪系统。
系统由STC89C52单片机、NE555芯片、CD4052开关、LCD1602显示器以及LC震荡电路组成。
经测试结果表明：该系统具有测量电阻，电容以及电感等功能，电阻测量范围100Ω~1M Ω，电容测量范围100pF~10000pF，电感测量范围100uH~1000mH；测量精度：±5%，具有较好的应用价值和参考意义。
【关键字】STC89C52；NE555；CD4052；LCD162；电容三点1前言1.1课题研究背景现如今在电子测试方面，电阻，电容和电感的测量在测试技术和产品研发应用得非常普遍，国内外电阻、电容和电感测试发展历史悠久，方法多如牛毛，本文整理了一些常用的方法，如下：电阻测量按照其产生恒流源的方法分为三种：电位降法、比例运算器法以及积分运算器法。
比例运算器法测量的缺陷为误差稍大，积分运算器法更适合用于高电阻的测量。
经典的电容测试有两种方式，一种是谐振法，另一种是电桥法，尽管谐振测试法电路具备测量简单，速度快的优势，但是精度低；电桥测试法则是具有测量精度高的有点，但是速度慢。
在数字化测量的高速发展下，电容的测量在速度和精度上有很大的提高，然而电容最常用的数字化测量方法则是恒流法与比较法。
电感测量最为常用的是交流电桥法，尽管交流电桥法能够比较准确的测量出电感值，然而该法不仅交流电桥的平衡过程复杂，难以调节，而且由测量Q 的值去确定电感的方法误差较大。
在数字化测量的影响下，相关技术人员又研发出电感的数字化测量的便捷方法，最为常用是时间常数法和同步分离法。
1.2国内外发展现状纵横国内外，有很多测试厂家一直致力于RLC测试仪的研发生产，国际的测试厂家主要产品有美国的安杰伦、惠普和美的福禄克、日本本置等，其中产品做得更为优秀的以安杰伦和惠普福禄克系列为主，其公司生产的测试产品不仅体积小、基本精度可达到0.1%、测试频率的应用范围由十几赫兹扩展到达几十兆赫兹并且用户可选择多种方式测试运行频率，测试速度也非常快。
基于单片机的电容测量仪设计.
C N 106 100
C N 101 106 100
C N 102 106 100
1~50uF 0.1~5uF 0.01~0.5uF
第四档:R4=77.2k C N 103 106 0.001~0.05uF 100
软件设计流程
程序设计流程图
2020/3/2
系统的软件部分是系统实现功能的关键，软件 部分是在Keil51的平台上使用是C语言编写程序。本 系统通过一个测量按键启动整个测量程序，通过外 部中断零INT0来控制计数器T0的开始和停止， INT0 采用边沿触发方式，在第一个脉冲边沿启动T0，使 T0开始计数，在第二个脉冲边沿停止T0计数，然后 通过对数据的计算和处理最后将数据显示在LCD1602 上。
基于AT89C51电容测量系统复位电路
右图兼有上电复位和按钮复位的电 路。
基于AT89C51电容测量系统时钟电路
MCS-51单片机内部有一个 用与构成振荡器的高增益反相放 大器，该高增益反相放大器的输 入端为芯片引脚XTAL1，输出端为 引脚XTAL2。这两个引脚接石英晶 体振荡器和微调电容，就构成一 个稳定的自激振荡器电路。电路 中的电容C1和C2典型值通常选择 为30PF左右。
结束
2020/3/2
谢谢！
C T 0.772 R
基于单片机电容测量软件设计
单片机的计数器的值N=0-65535，为了 测量的精度，N的取值一般在100~5000，当 电阻R越大，电容C的值就越小。我们取不 同的电阻值，就得到不同的电容测量的量 程。
第一档：R1=77.2 第二档：R2=772 第三档:R3=7.72k
态的状态下，555芯片输出一定频率的方波，
其频率的大小跟被测量的电容之间的关系
基于单片机的数字电容测量仪
电子技术实验报告设计课题基于单片机的数字式电容仪设计学院信科院姓名陈见峰学号 10专业班级电信10-1 指导教师蒋存波设计时间【摘要】随着科技的不断发展，人类的不断进步，在电子技术领域的发展可谓突飞猛进，然而电容器在电子线路中得到广泛的应用，它的容量大小对电路的性能有着重要的作用。
因此，电容量的测量在日常使用中就不可避免。
本设计详细介绍了一种基于单片机的数字式电容测量仪设计方案及实现方法。
设计的主要方法是采用555芯片构成单稳态触发器,将电容容量转换为脉冲宽度。
通过单片机的计时器测量脉宽, 根据已知的R值，通过单片机的运算功能，计算出电容容量,最后，再通过单片机的普通I/O口控制液晶屏显示出电容容量的计算结果。
系统的测量范围为10pF~ 500uF, 具有多个量程，可根据用户需要由用户选择，与用户的交互是通过键盘实现，不同量程的实现是通过单片机的I/O口控制继电器的吸合与断开来选择不同的R值，从而实现不同的量程。
同时，本设计注重设计方法及流程，首先根据原理设计电路，再通过protues仿真，利用keil 编程，进而借助altium designer 制作PCB，最后到焊接元器件，调试直至成功。
【关键词】电容测量; 脉冲宽度; 单稳态触发器; 单片机; lcd显示目录1 系统方案设计设计说明及要求设计说明框图中的外接电容是定时电路中的一部分。
当外接电容的容量不同时，与定时电路所对应的时间也有所不同，即C=f(t)，而时间与脉冲数目成正比，脉冲数目可以通过计数译码获得。
设计要求（1）基本要求 ① 自制稳压电源。
② 被测电容的容量在10pF 至10000μF 范围内 ③ 设计四个的测量量程。
④ 显示测量结果，测量误差小于%。
数字显示：显示分辨率:每档满量程的%； 电容测量：电压可选择5V ,25V ,50V ；为实现该设计，达到相应的设计要求，本次设计中考虑了三种设计方案，三种设计方案中主要区别在于硬件电路和软件设计的不同，对于本设计，三种方案均能够实现，最后根据设计要求、可行性和设计成本的考虑选择了基于STC89C52单片机和555芯片构成的单稳态触发电路测量电容的方案。
基于51单片机的数字电容测量仪设计
P0.3
P0.4
P0.5
P0.6
图 2-6 键盘电路
2.2.5 指示灯电路
如图 2-7 所示，指示灯主要用于给用户以提示，如当前量程提示，超量程提示等等
. D2
用于超量程提示， D6 用于电源提示 .
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7 P
P
P
P
P
R3
R6
R9
R10 R11 R12
680
680
680
680
2.2.2 555时钟芯片与单片机连接
图 2-4 是 555 时钟芯片构成地单稳态触发电路， 6 脚和 7 脚接在一起， R2 和 C4 构成商 店复位电路， 2 脚用于接收单片机 P3.7 口产生地低脉冲， 3 脚接于 P3.2 脚，用于门控制计 时器 0 地启动与停止 .从而将电容容量转为脉冲宽度 .
根据设计要求、可行性和设计成本地考虑选择了基于
STC89C52 单片机和 555 芯片构成地
单稳态触发电路测量电容地方案 . 现在一一介绍论证如下 .
1.3 方案Ⅱ
根据积分电路原理可得 C=Ui*dt/R*Uo ，将经过 RC 充电电路后，输出地与电容对应地 电压值输入到 ADC0809 中，经过处理后，将相应地数值传到单片机里，再通过公式运 算，求得相应地电容 C 值，在 LCD 上显示 .
5vc4r2r847uf2k8u21004c3int0rcqv7c2dc5cvh1nftdp372n6trgth1ne555cx图24555芯片与单片机的连接223低脉冲产生电路如图25所示按键接于p33口即外部中断1接口因此低脉冲是利用中断实现的p37口产生低脉冲可在软件中的外部中断1函数中实现整个过程为需要测量时按6键产生外部中断利用外部中断用软件再在p37口产生一个低脉冲之所以利用中断实现该功能是为了增加产品的可靠性因为按键的时间是比较长的直接用按键产生低脉冲可能导致t1tw导致测量错误
基于51单片机的电容测量仪
基于51单⽚机的电容测量仪基于单⽚机的电容测量仪设计摘要：本设计详细介绍了⼀种基于单⽚机的数字式电容测量仪设计⽅案及实现⽅法。
设计的主要⽅法是由LM393组成的LC 振荡器，由单⽚机测量LC 震荡回路的频率, 根据已知的电容值，通过单⽚机的运算功能，计算出电容容量，最后，再通过单⽚机的普通I/O⼝控制液晶屏显⽰出电容容量的计算结果。
系统的测量围为1pF~12000µF, 具有多个量程，可根据⽤户需要由⽤户选择，与⽤户的交互是通过按键实现，不同量程的实现是通过开关的闭合与断开来选择不同的R 值，从⽽实现不同的量程。
同时，本设计注重设计⽅法及流程，⾸先根据原理设计电路，再通过protues仿真，利⽤keil编程，最后到焊接元器件，调试直⾄成功。
关键词：电容测量；LM393；LC震荡；单⽚机；LCD显⽰Design of capacitance measuring instrument based on single chip microcomputer Abstract:This design introduces a design scheme of digital capacitance measuring instrument based on MCU and the realization method. The design method of the LC oscillator is composed by LM393, measured by single chip microcomputer LC oscillating circuit frequency, according to the known capacitance value, through the single-chip computing function, calculate capacity, finally, through the microcontroller I/O port control LCD screen shows the calculation results of the electrical capacitance. The measurement range of1pF~12000 µF, having a plurality of range, according to user needs can be selected by the user, the interaction with the user is achieved through the key, to achieve different range is through the on-off of the open selection of different R value, so as to achieve different range. At the same time, the design focus on the design method and process, according to the principle of circuit design, through the Protues simulation, using keil programming, and finally to the welding components, debugging until success.Keywords:capacitance measurement; LM393; MCU; LCD display LC shocks;⽬录1前⾔ (1)1.1电容测试仪的发展历史及现状 (1)1.2电容测量技术⼿段 (2)2系统⽅案设计 (3)2.1设计⽅案 (3)3 单元电路设计 (7)3.1 测量原理 (7)3.1.1 ⼩电容测量原理 (7)3.1.2 电解电容测量原理 (7)3.2 硬件电路设计 (9)3.2.1 单⽚机电路设计 (9)3.2.2 LM393芯⽚电路设计 (10)3.2.3 按键电路设计 (11)3.2.3 显⽰电路设计 (11)3.3 软件设计 (13)3.4 量程围设置 (13)3.5 原理图设计及设计结果 (14)3.5.1 原理图设计 (14)3.5.2 设计结果 (15)3 系统测试 (16)3.1 测量⼩电容 (16)3.2 测量电解电容 (18)3.3 测量结果 (19)3.4 误差分析 (20)4 结论与⼼得体会 (20)参考⽂献 (21)附录 (22)致 (42)1前⾔1.1电容测试仪的发展历史及现状当今电⼦测试领域，电容的测量已经在测量技术和产品研发中应⽤的⼗分⼴泛。
基于单片机的电容测量仪方案设计书[1]杨建华(2)
![基于单片机的电容测量仪方案设计书[1]杨建华(2)](https://img.taocdn.com/s3/m/542a9881dd3383c4bb4cd27d.png)
专科毕业论文题目：学院：专业：姓名：学号：班级：指导教师：职称：完成日期：毕业论文诚信承诺书摘要单片机应用技术飞速发展，纵观我们现在生活的各个领域，从导弹的导航装置，到飞机上各种仪表的控制，从计算机的网络通讯与数据传输，到工业自动化过程的实时控制和数据处理，以及我们生活中广泛使用的各种智能IC卡、电子宠物等，这些都离不开单片机。
单片机是集CPU ,RAM ,ROM ,定时，计数和多种接口于一体的微控制器。
它体积小，成本低，功能强，广泛应用于智能产业和工业自动化上。
而51系列单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。
这次毕业设计通过对它的学习，应用，从而达到学习、设计、开发软、硬的能力。
本文通过对一个基于单片机的能实现万年历功能电子时钟的设计，从而达到学习、了解单片机相关指令在各方面的应用。
系统由主控制器AT89C51、时钟电路DS1302、显示电路、按键电路、和复位电路等部分构成，能实现时钟日历显示的功能，能进行时、分、秒的显示。
【关键词 :】单片机, 农历查询 , 万年历AbstractChina's accounting occupation morality is the accounting personnel in the occupation activity should follow the code of conduct, it is adjusted with the national accounting officer, accounting personnel with different stakeholders, accounting popularity of the social relations between and the sum of social ethics, is the basic code of ethics in the accounting of the specific embodiment, the accounting occupation morals is a specification of accounting occupation relationship develops to a certain extent.【Key words】Occupation moral of accounting occupation morals occupation morality and accounting occupation m目录前言1选题背景1.1电容测试仪的发展历史及研究现状 (2)1.2现今的电容测量技术手段 (3)2 基于单片机电容测量硬件设计2.1设计方案 (4)2.2 硬件设计的任务 (4)2.3基于AT89C51电容测量系统硬件设计详细分析 (5)2.3.1 AT89C51单片机工作电路 (6)2.3.2基于AT89C51电容测量系统复位电路 (7)2.3.3基于AT89C51电容测量系统时钟电路 (8)2.3.4基于AT89C51电容测量系统按键电路 (9)2.3.5基于AT89C51电容测量系统555芯片电路 (10)2.3.6 基于AT89C51电容测量系统显示电路 (13)2.4 各部分电路连接成整个电路图 (15)3 基于单片机电容测量软件设计3.1 软件设计 (17)3.2 软件设计任务 (18)3.3 软件设计的工具 (20)3.4 程序设计算法设计 (21)3.5 软件设计流程 (25)3.6 编写程序 (27)3.7结果分析 (30)4 主要元器件介绍 (35)5 结论 (38)参考文献 (39)致谢 (40)电容测量仪器设计前言目前，随着电子工业的发展，电子元器件急剧增加，电子元器件的适用范围也逐渐广泛起来，在应用中我们常常要测定电容的大小。
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电子系统设计创新与实习报告设计课题基于单片机的电容测量仪设计学院信息科学与工程学生姓名学号专业班级队友指导教师设计时间2014.6.4-2014.7.3本设计详细介绍了一种基于单片机的数字式电容测量仪设计方案及实现方法。
设计的主要方法是采用555芯片构成单稳态触发器,将电容容量转换为脉冲宽度。
通过单片机的计时器测量脉宽, 根据已知的R值，通过单片机的运算功能，计算出电容容量,最后，再通过单片机的普通I/O口控制液晶屏显示出电容容量的计算结果。
系统的测量范围为10pF~ 500uF, 具有多个量程，可根据用户需要由用户选择，与用户的交互是通过键盘实现，不同量程的实现是通过单片机的I/O口控制继电器的吸合与断开来选择不同的R值，从而实现不同的量程。
同时，本设计注重设计方法及流程，首先根据原理设计电路，再通过protues 仿真，利用keil编程，进而借助altium designer 制作PCB，最后到焊接元器件，调试直至成功。
1 系统方案设计1.1 设计说明及要求1.1.1 设计说明框图中的外接电容是定时电路中的一部分。
当外接电容的容量不同时，与定时电路所对应的时间也有所不同，即C=f(t)，而时间与脉冲数目成正比，脉冲数目可以通过计数译码获得。
1.1.2 设计要求（1）基本要求①自制稳压电源。
②被测电容的容量在10pF至10000μF范围内③设计四个的测量量程。
④显示测量结果，测量误差小于2.5%。
数字显示：显示分辨率:每档满量程的0.1%；电容测量：电压可选择5V,25V,50V；为实现该设计，达到相应的设计要求，本次设计中考虑了三种设计方案，三种设计方案中主要区别在于硬件电路和软件设计的不同，对于本设计，三种方案均能够实现，最后根据设计要求、可行性和设计成本的考虑选择了基于STC89C52单片机和555芯片构成的单稳态触发电路测量电容的方案。
现在一一介绍论证如下。
1.3方案Ⅱ根据积分电路原理可得C=Ui*dt/R*Uo，将经过RC充电电路后，输出的与电容对应的电压值输入到ADC0809中，经过处理后，将相应的数值传到单片机里，再通过公式运算，求得相应的电容C值，在LCD上显示。
图1-2 方案Ⅱ电容测量框图1.5 三种方案作简单的比较比较上述三种方案可知，方案Ⅰ和ⅠⅠ采用了A/D转换器，价格比较昂贵；而且根据公式可知，再换算电压与电容值时，时间参数t起着至关重要的作用，对t的计算要精确，不然误差值会很大，所以调试起来有一定难度；方案Ⅲ电路简单，原理清晰，易于实现，易于控制，本设计就是基于方案Ⅲ展开的。
2.2 硬件电路设计2.2.1 单片机电路设计为使单片机正常工作，除电源供电部分外，还需提供晶振电路和复位电路。
具体电路如下：图2-3 单片机工作电路由图2-3可知，9脚外接的是按键复位电路，18,19脚外接的是晶振电路，这样，就构成了单片机正常工作的必备电路。
同时，为使P0口正常工作，并增加其带负载能力，P0口需接了上拉电阻（在图中未画出）。
2.2.2 555时钟芯片与单片机连接图2-4是555时钟芯片构成的单稳态触发电路，6脚和7脚接在一起，R2和C4构成商店复位电路，2脚用于接收单片机P3.7口产生的低脉冲，3脚接于P3.2脚，用于门控制计时器0的启动与停止。
从而将电容容量转为脉冲宽度。
2.2.3 低脉冲产生电路如图2-5所示，按键接于P3.3口，即外部中断1接口，因此低脉冲是利用中断实现的，P3.7口产生低脉冲，可在软件中的外部中断1函数中实现，整个过程为，需要测量时，按键，产生外部中断，利用外部中断，用软件再在P3.7口产生一个低脉冲，之所以利用中断实现该功能，是为了增加产品的可靠性，因为按键的时间是比较长的，直接用按键产生低脉冲可能导致T1 > Tw ，导致测量错误。
而利用中断，可以直接在中断函数中产生一个固定时间的低脉冲，保证了测量条件，避免发生错误。
图2-5 按键产生低脉冲电路2.2.4 键盘电路如图2-6所示键盘电路主要用于与用户进行交互，如用户需要选择量程时，就必须交互。
键盘分为独立键盘和矩阵键盘，这里只需要实现量程的选择，共四个量程，故无需矩阵键盘，4个独立按键就完全够用了。
图2-6 键盘电路2.2.5 指示灯电路如图2-7所示，指示灯主要用于给用户以提示，如当前量程提示，超量程提示等等。
D2图2-7 指示灯电路2.2.6 量程选择电路在图2-4中可以看到，在RC充电回路中，R值是固定的，不可变的，那么量程也显然是不可变的，因此，需要在此加入可调节充电回路电阻的电路部分，这里，利用继电器可以简单实现。
具体电路如图2-8所示，利用继电器时需特别注意，由于单片机输出电流是很小的，不足以驱动继电器吸合，因此要加驱动电路，在这里，选择ULN2003芯片来实现。
当然，也可以利用典型的三极管驱动来实现，虽然选择的是芯片实现驱动，在这里也将典型的三极管驱动电路列于此。
如图2-9所示。
图2-8 实现量程选择电路2.2.7 液晶显示电路至此，整个电容测量仪的硬件设计部分就设计好了，接下来，需要的就是与之相匹配的软件支持了。
2.3 软件设计软件编程平台选择最常用的keil软件。
由于该程序并未涉及到底层的驱动问题，因此选择方便快捷的C语言编程。
在编程中，将该程序分为三个模块：延时模块，1602显示模块及主函数模块。
方便调试与理解。
具体程序见附录二。
总体程序较长，但并不复杂，可根据需要重点看主函数，与硬件电路结合起来，注重程序后紧跟的注释，理解起来是比较容易的，在此就不再一一详细分析。
2.4 量程范围设置由于量程的选择是非常重要的一个环节，在这里单独讨论量程的选择。
系统采用单片机片内16 位的定时器测量T W 的宽度, 标准计数脉冲的周期为1 微秒时,为确保计数器不发生溢出, 要求T W < 65 毫秒。
同时, 为减小量化误差对结果的影响, 要求T W > 1 微秒。
当T W >100 微秒以上时, 可忽略量化误差的影响。
为满足10pF ~ 500uF 的测量范围, 可通过设置不同充电电阻R 的阻值来实现。
理论计算的电阻R 阻值、理论量程范围以及系统选择的量程范围如表2-1 所示。
系统分为四个量程, 可测量10pF ~ 500uF 的电容。
表2-1 R值与量程范围的关系2.5 altium designer 原理图设计及PCB制作2.4.1 原理图设计图2-11 原理图设计2.4.2PCB制作图2-12 PCB设计在此并没有布双层板，红色的线仅仅只是为了标志出跳线。
2.4.3设计结果图2-13 设计结果实物图各个按键功能如图中文字说明。
3系统测试由于该作品需实现的功能仅为测电容，在此不列出其他的测试。
3.1 测量100pf的电容在此以100pf电容测试为例，演示整个测试过程。
测试标称值为101的电容，即测量电容值为100pf的电容。
104的电容实物如图2-14所示。
测试结果如图2-15所示。
若量程选择错误，测试结果如图2-16所示。
图2-14 100nf的电容实物图2-15 2nf电容正常测试图2-16 量程错误情况下的测试3.2 测量4.7uf的电容再以测试4.7uf电容为例，测试结果如图2-18所示。
图2-18 测试4.7uf的电容3.3 测试结果将测量的一系列电容的电容值与标准值比较。
比较结果如表3-1。
表3-1 测量值与标准值比较标准值测量值误差100pf 99.10pf 1%由表3-1中数据可知，平均误差是0.5%,低于设计扩展要求的2.5%，测量范围是10pf~500uf，基本满足设计要求的10pf~10000uf。
测量结果由液晶直观显示。
综合以上分析，该设计满足整体设计要求。
3.1 误差分析由于产生的0.5%左右的误差，在这里简要分析一下误差产生的原因。
电容测量的误差主要由NE555 定时器构成的单稳态触发电路的非线性误差T 、计数器的量化误差 N 和标准计数脉冲的频率偏移T C 产生[2] [ 3] 。
因此有:系统采用的标准计数脉冲来自单片机内核时钟, 由片外的高精度晶振与片内电路自激振荡产生,频率非常稳定, 可以忽略其频偏对测量结果的影响。
量化误差 N 是数字电路的特有误差, 最坏的情况下等于1。
如采用12M 的晶振, 可获得1MHz 的标准计数脉冲, 量化产生的最大误差为1 微秒。
通过设置充电电阻R 的阻值, 使TW 达到毫秒级时, 量化误差的影响非常小, 可以忽略。
非线性误差是由器件的非线性特性产生的, 可通过硬件参数修正和软件算法补偿来减小。
4 结论与心得体会经过本次历经4周的实习，使得我又进一步对单片机系统，尤其测量电容的电路系统有了深一步认识。
在做前期准备工作时，老师不希望我们用555芯片做这个实验，因为如果是555芯片震荡电路来测量的话，虽然制作原理简单，但测量值会很不稳定，测范围也不够广。
可出于坚信化繁为简的信念，在没做过实物的情况下，我们还是硬着头皮还是想验证下事实是不是如此（如果不成功再改换方案）。
起初查阅了很多资料，比如伏安法中的自由轴法制作测量电容电路，LC震荡侧电容电路等，老师也推荐了方案二中的积分法测量电路，但因为在进行理论计算时，因为积分测容法中C=Ui*dt/Uo*R,而我们无法精确确定ADC在输出口的传输时间（哪怕是几十us），所以有种无法掌控误差的感觉，再加上出于成本考虑，所以没有首选这种方法。
而对于利用555芯片单稳态触发这种法案的分析，我则很相信，这个电路是可以实现测量功能的，并且只要输出稳定，我就可以做相应补偿。
在经过一系列的仿真，实物制造和调整后，最初做出来的板子并不能运行的，后面反复彻查后，才发现原来自己的设计出现了差漏，少连或错连了一些关键线路，于是又重新修整过。
经过修正后的电路中终于可以开始进行测量了，起初的测量只有在nf档和10uf以下档位下，测量值是基本满足要求的，而PF裆和100uf以上的档位并不满足已要求的，甚至不够稳定，所以我开始将挡位缩小，将10pf~10000uf的要求，缩减为100Pf~500uf，果然修正后的电路，测量稳定了。
再经过软件补偿后，最终获得了在精度上可以满足要求的方案。
（Ps:因为最初设计的时候只选择了4个挡位，而手上电容最大才470uf,出于“最稳定测量”的考虑，所以才改的100pf~500uf挡位。
即：本方案也可能可以测量500uf以上的电容，只要将其中的100欧姆电阻改小即可。
）5 参考文献【1】《单片机基础》第三版李广弟朱月秀冷祖祁编著北京航天大学出版社，2007 【2】《数字式电容测量仪设计》张玉芹, 洪远泉廊坊师范学院学报(自然科学版) 2011 年6 月第11 卷第3 期【3】梁艳霞，基于单片机控制的电容测试仪设计，总裁，2009.【4】徐思成，一种基于单品啊及只能电容测试仪的设计与实现，现代电子技术，2010 【5】陶春明，单片机使用技术，北京：人民邮电出版社，2008【6】何立民，单片机应用程序设计，北京：北京航空航天大学出版社。