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1、郑州科技学院专科毕业设计（论文） 题 目 数字电容测量仪 学生姓名专业班级 机电一班学 号所 在 系 电气工程系指导教师完成时间 年 月 日 郑 州 科 技 学 院毕业设计（论文）任务书题目 数字电容测量仪的设计 专业 机电一体化 学号200929004 姓名 主要内容、基本要求、主要参考资料等：主要内容：了解目前电容量测量仪器的发展现状，学习相关知识，设计出相应的电路，制作出测量方便的数字电容测量仪,并实现其功能，完成毕业设计。基本要求：被测范围1PF-1000F； 测量误差为不大于5%； 量值用数码管显示出来； 尽量低成本，低功耗。参考资料：数字电子技术、模拟电子电路、单片机原理及应用、数
2、字电路设计、电子仪表原理、完 成 期 限： 指导教师签名： 评审小组负责人签名： 年 月 日郑州科技学院毕业设计（论文）开题报告表课题名称数字电容测量仪的设计指导教师学生姓名学 号200929004专 业机电一体化开题报告内容：课题来源：指导老师设计目的：加深对电子电路知识的理解，掌握单片机的原理及应用，掌握电容数字测量仪的构成、原理和设计方法，熟悉集成电路的使用方法。提高综合运用知识的能力，以及提高解决实际问题的能力。设计要求：设计、安装一个自动数字电容测量仪；测量范围1PF-1000F；用数码管显示出来；测量精度不大于5%；设计思路：采用把未知电容和标准电阻构成RC谐振回路，利用单片机脉冲
3、计数法测得谐振回路的频率，根据谐振回路之间的关系利用单片机的计算可获得未知电容的量。任务完成阶段内容及安排：第一阶段：2011年月10月25日前毕业设计(论文)题目上报指导老师第二阶段：2011年月11月5日前接受毕业设计任务书，学习毕业设计(论文)要求及有关规定，收集资料、开始撰写开题报告。第三阶段：2011年11月10日前上交开题报告，由指导老师审阅第四阶段：2011年11月25日前完成元器件的购买，收集材料，开始设计并撰写论文，初稿完成。第五阶段：2011年12月1日至2012年4月上旬用不同方式与指导老师交流，沟通毕业设计进展情况。第六阶段：2012年4月上旬完成并提交正式毕业设计。
4、指导教师签名： 日期： （可加页）数字电容测量仪摘 要电容器主要用于交流电路及脉冲电路中，在直流电路中电容器一般起隔断直流的作用。电容既不产生也不消耗能量，是储能元件。电容具有充电放电功能，其电压电流特性是非线性的，一般不能直接测量，我们可以通过测量RC谐振电路的谐振频率，通过其内在关系来间接获得其电容值。这就把电容的测量转换为对谐振频率的测量了，对于周期波的测量方法很多，但大多是通过测量间接计算频率。本文介绍了用目前应用比较广泛的STC89C52系列单片机对周期波频率进行测量，并通过LCD以数字形式直观地示出频率，实现测量的智能化，省去间接对频率计算的麻烦与错误。文章对其测量原理、设计和实现
5、作了说明，并进行了误差分析。关键词：STC89C52单片机；谐振电路；谐振频率；矩形脉Digital capacitance meterABSTRACTCapacitors and circuit mainly for the exchange pulse circuit, in the DC Circuit capacitors cut off from the general role of the DC. Capacitance does not produce nor consume energy, energy storage devices. Capacitance dischar
6、ge function of charge, voltage and current characteristics of non-linear, and generally can not be measured directly, we can RC resonance by measuring the resonant frequency circuit, through its intrinsic relationship to its capacitance value of indirect access. This measure the capacitance of the c
7、onversion to the resonant frequency of measurement, the frequency of the periodic waves of many measurement methods, but mostly indirectly calculated by measuring the frequency. In this paper, with the current application of a broader series of SCM STC89C52 periodic wave frequency of measurements, a
8、nd through LED directly in digital form to indicate the frequency, and measurement of intelligence, omit indirectly to the frequency of trouble with the calculation error. The article on measuring principle, design and implementation, explained, and the error analysis.KEYWORDS: STC89C52 SCM, resonan
9、t circuit,resonant frequency,rectangular pulse目录摘 要IIIKEY WORDSIV1 引言11.1 电容测试仪的发展历史及研究现状11.2现今的电容测量技术手段22 设计思想42.1选择总体方案42.1.1方案比较，做出选择73 测量仪的结构原理器件介绍83.1 单片机STC89C52的介绍83.1.1 主要特性83.1.2 引脚功能说明：113.2 555定时器的工作原理124 基于单片机电容测量软件设计144.1 软件设计144.2 设计任务144.3 软件设计工具144.4 程序设计算法144.5 设计流程165程序编写175.1结果分析1
10、7总 结18致 谢19参考文献20附 录121附 录2221 引言1.1 电容测试仪的发展历史及研究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。电容通常以传感器形式出现，因此，电容测量技术的发展归根结底就是电容传感器的发展。由最初的用交流不平衡电桥就能测量基本的电容传感器。最初的电容传感器有变面积型，变介质介电常数型和变极板间型。现在的电容式传感器越做越先进，现在用的比较多的有容栅式电容传感器，陶瓷电容压力传感器等。电容测量技术发展也很快现在的电容测量技术也由单一化发展为多元化。现在国内外做传感器的厂商也比较多,在世界范围内做电容传感器做的比较好的公司有：日本fi
11、garo、德国tecsis、美国alphasense。中国本土测量仪器设备发展的主要瓶颈。尽管本土测试测量产业得到了快速发展，但客观地说中国开发测试测量仪器还普遍比较落后。每当提起中国测试仪器落后的原因，就会有许多不同的说法，诸如精度不高，外观不好，可靠性差等。实际上，这些都还是表面现象，真正影响中国测量仪器发展的瓶颈为：(1)面向应用和现代市场营销模式还没有真正建立起来。本土仪器设备厂商只是重研发，重视生产，重视狭义的市场，还没有建立起一套完整的现代营销体系和面向应用的研发模式。传统的营销模式在计划经济年代里发挥过很大作用，但无法满足目前整体解方案流行年代的需求。所以，为了快速缩小与国外先进
12、公司之间的差距，国内仪器研发企业应加速实现从面向仿制的研发向面向应用的研发的过渡。特别是随着国内应用需求的快速增长，为这一过渡提供了根本动力，应该利用这些动力，跟踪应用技术的快速发展。(2)缺乏标准件的材料配套体系。由于历史的原因，中国仪器配套行业的企业多为良莠不齐的小型企业，标准化的研究也没有跟上需求的快速发展，从而导致仪器的材料配套行业的技术水平较低。虽然目前已有较大的改观，但距离整个产业的要求还有一定距离，所以，还应把标准化和模块化的研究放到重要的位置。还有，在技术水平没有达到的条件下，一味地追求精度或追求高指标，而没有处理好与稳定性之间的关系。上述这些都是制约本土仪器发展的因素。(3)
13、测试在整个产品流程中的地位偏低。由于人们的传统观念的影响，在产品的制造流程中，研发始终处于核心位置，而测试则处于从属和辅助位置。关于这一点，在几乎所有的研究机构部门配置上即可窥其一斑。这种错误观念上的原因，造成整个社会对测试的重视度不够，从而造成测试仪器方面人才的严重匮乏，造成相关的基础科学研究比较薄弱，这是中国测量仪器发展的一个主要瓶颈。实际上，即便是研发队伍本身，对测试的重视度以及对仪器本身的研究也明显不够。近年来我国测量仪器的可靠性和稳定性问题得到了很多方面的重视，状况有了很大改观。测试仪器行业目前已经越过低谷阶段，重新回到了快速发展的轨道，尤其最近几年，中国本土仪器取得了长足的进步，特
14、别是通用电子测量设备研发方面，与国外先进产品的差距正在快速缩小，对国外电子仪器巨头的垄断造成了一定的冲击。随着模块化和虚拟技术的发展，为中国的测试测量仪器行业带来了新的契机，加上各级政府日益重视，以及中国自主应用标准研究的快速进展，都在为该产业提供前所未有的动力和机遇。从中国电子信息产业统计年鉴中可以看出，中国的测试测量仪器每年都以超过30%以上的速度在快速增长。在此快速增长的过程中，无疑催生出了许多测试行业新创企业，也催生出了一批批可靠性和稳定性较高的产品。1.2现今的电容测量技术手段电容器是一种能储存电荷的容器它是由两片靠得较近的金属片，中间再隔以绝缘物质而组成的按绝缘材料不同，可制成各种
15、各样的电容器.如：云母瓷介纸介，电解电容器等在构造上，又分为固定电容器和可变电容器电容器对直流电阻力无穷大，即电容器具有隔直流作用.电容器对交流电的阻力受交流电频率影响，即相同容量的电容器对不同频率的交流电呈现不同的容抗.为开么会出现这些现象呢这是因为电容器是依靠它的充放电功能来工作的，如图1，电源开关s未合上时电容器的两片金属板和其它普通金属板样是不带电的。当开关S合上时，如图2所示，电容器正极板上的自由电子便被电源所吸引，并推送到负极板上面。由于电容器两极板之间隔有绝缘材料，所以从正极板跑过来的自由电子便在负极板上面堆积起来正极板便因电子减少而带上正电，负极板便因电子逐渐增加而带上负电。电
16、容器两个极板之间便有了电位差，当这个电位差与电源电压相等时，电容器的充电就停上了此时若将电源切断，电容器仍能保持充电电压。对已充电的电容器，如果我们用导线将两个极板连接起来，由于两极板间存在的电位差，电子便会通过导线，回到正极板上，直至两极板间的电位差为零电容器又恢复到不带电的中性状态,导线中也就没电流了电容器的放电过程如图3所示加在电容器两个极板上的交流电频率高，电容器的充放电次数增多；充放电电流也就增强；也就是说电容器对于频率高的交流电的阻碍作用就减小,即容抗小,反之电容器对频率低的交流电产生的容抗大对于同一频率的交流电电电容器的容量越大，容抗就越小，容量越小,容抗就越大. 电子制作中需要
17、用到各种各样的电容器，它们在电路中分别起着不同的作用。与电阻器相似，通常简称其为电容，用字母C表示。顾名思义，电容器就是“储存电荷的容器”。尽管电容器品种繁多，但它们的基本结构和原理是相同的。两片相距很近的金属中间被某物质（固体、气体或液体）所隔开，就构成了电容器。两片金属称为的极板，中间的物质叫做介质。电容器也分为容量固定的与容量可变的。但常见的是固定容量的电容，最多见的是电解电容和瓷片电容。 不同的电容器储存电荷的能力也不相同。规定把电容器外加1伏特直流电压时所储存的电荷量称为该电容器的电容量。电容的基本单位为法拉（F）。但实际上，法拉是一个很不常用的单位，因为电容器的容量往往比1法拉小得
18、多，常用微法（F）、纳法（nF）、皮法（pF）（皮法又称微微法）等，它们的关系是：1法拉（F）= 1000000微法（F） 1微法（F）= 1000纳法（nF）= 1000000皮法（pF） 在电子线路中，电容用来通过交流而阻隔直流，也用来存储和释放电荷以充当滤波器，平滑输出脉动信号。小容量的电容，通常在高频电路中使用，如收音机、发射机和振荡器中。大容量的电容往往是作滤波和存储电荷用。而且还有一个特点，一般1F以上的电容均为电解电容，而1F以下的电容多为瓷片电容，当然也有其他的，比如独石电容、涤纶电容、小容量的云母电容等。电解电容有个铝壳，里面充满了电解质，并引出两个电极，作为正（+）、负（-
19、）极，与其它电容器不同，它们在电路中的极性不能接错，而其他电容则没有极性。 把电容器的两个电极分别接在电源的正、负极上，过一会儿即使把电源断开，两个引脚间仍然会有残留电压（学了以后的教程，可以用万用表观察），我们说电容器储存了电荷。电容器极板间建立起电压，积蓄起电能，这个过程称为电容器的充电。充好电的电容器两端有一定的电压。电容器储存的电荷向电路释放的过程，称为电容器的放电。 举一个现实生活中的例子，我们看到市售的整流电源在拔下插头后，上面的发光二极管还会继续亮一会儿，然后逐渐熄灭，就是因为里面的电容事先存储了电能，然后释放。当然这个电容原本是用作滤波的。至于电容滤波，不知你有没有用整流电源听
20、随身听的经历，一般低质的电源由于厂家出于节约成本考虑使用了较小容量的滤波电容，造成耳机中有嗡嗡声。这时可以在电源两端并接上一个较大容量的电解电容（1000F，注意正极接正极），一般可以改善效果。发烧友制作HiFi音响，都要用至少1万微法以上的电容器来滤波，滤波电容越大，输出的电压波形越接近直流，而且大电容的储能作用，使得突发的大信号到来时，电路有足够的能量转换为强劲有力的音频输出。这时，大电容的作用有点像水库，使得原来汹涌的水流平滑地输出，并可以保证下游大量用水时的供应。 电子电路中，只有在电容器充电过程中，才有电流流过，充电过程结束后，电容器是不能通过直流电的，在电路中起着“隔直流”的作用。
21、电路中，电容器常被用作耦合、旁路、滤波等，都是利用它“通交流，隔直流”的特性。那么交流电为什么能够通过电容器呢？我们先来看看交流电的特点。交流电不仅方向往复交变，它的大小也在按规律变化。电容器接在交流电源上，电容器连续地充电、放电，电路中就会流过与交流电变化规律一致的充电电流和放电电流。 电容器的选用涉及到很多问题。首先是耐压的问题。加在一个电容器的两端的电压超过了它的额定电压，电容器就会被击穿损坏。一般电解电容的耐压分档为6.3V，10V，16V，25V，50V等。 2 设计思想2.1选择总体方案方案：用下图的框图代替A/D转换器，可得到第二种方案。图中压控振荡器输出矩形波，它的频率fx与U
22、x 成正比，而Ux与被测电容Cx成正比，因而fx与Cx成正比。在计数控制时间Tc等参数合适的条件下，数码管显示器的数字N与Cx的大小可符合题中所要求的函数关系。（电路如图21所示）图21方案电容测量框图方案：这种电容测量方法主要利用了电容的充放电特性，放电常数，通过测量与被测电容相关电路的充放电时间来确定电容值。一般情况下，可设计电路使( T为振荡周期或触发时间；A为电路常数与电路参数有关)。这种方法中应用了555芯片组成的单稳态触发器，在秒脉冲的作用下产生触发脉冲，来控制门电路实现计数，从而确定脉冲时间，通过设计合理的电路参数，使计数值与被测电容相对应。其原理框图如图22所示。 反向器单稳态
23、触发器显示窄脉冲触发器秒脉冲发生器译码器锁存器记数器标准记数脉冲图22方案电路原理框图误差分析：这种电容测量方法的误差主要由两部分组成：一部分是由555芯片构成的振荡电路和触发电路由于非线性造成的误差，其中最重要的是单稳态触发电路的非线性误差，(T由充放电时间决定，是被测电容值)；另一部分是由数字电路的量化误差引起，是数字电路特有的误差该误差相对影响较小，可忽略不计。这种方法硬件结构相对复杂，实际上是通过牺牲硬件部分来减轻软件部分的负担，但在具体设计中会碰到很大问题，而且硬件一旦设计好，可变性不大。方案：基于STC89C52单片机和555芯片构成的多谐振荡电路电容测量这种电容测量方法主要是通过
24、一块555芯片来测量电容，让555芯片工作在直接反馈无稳态的状态下，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是：，我们固定的大小，其公式就可以写为：，只要我们能够测量出555芯片输出的频率，就可以计算出测量的电容。计算频率的方法可以利用单片机的计数器和中断配合使用来测量，这种研究方法相当的简单。系统框图见图23。STC89C52 555晶振电路被测电容LCD1602显示复位电路测量按键图23 系统框图图中给出了整个系统设计的系统框图，系统主要由四个主要部分组成，单片机和晶振电路设计，555芯片电路设计，显示电路设计，复位电路设计。2.1.1方案比较，做出选择电容器作为
25、非常重要的一个电学元件在现代电子技术中有着非常广泛的用途，电容定义为：电容器所带的电荷量Q与电容器两极板间的电势差U的比值，即：。这种原始的方法必须通过测量两个物理量来计算电容的大小，而其中的Q是比较难以测量的量。目前常用的两种测量电容的实现方法：一是利用多谐震荡产生脉冲宽度与电容值成正比信号，通过低通滤波后测量输出电压实现；二是利用单稳态触发装置产生与电容值成正比门脉冲来控制通过计数器的标准计数脉冲的通断，即直接根据充放电时间判断电容值。利用多谐震荡原理测量电容的方案硬件设计比较简单，但是软件实现相对比较复杂，而直接根据充放电时间判断电容值的方案虽然基本上没有用到软件部分，但是硬件却又十分的
26、复杂。而且他们都无法直观的把测量的电容值大小显示出来。根据上面两种方案的优缺点，本次设计提出了硬件设计和软件设计都相对比较简单的方案：基于STC89C52单片机和555芯片的数显式电容测量。该方案主要是根据555芯片的应用特点，把电容的大小转变成555输出频率的大小，进而可以通过单片机对555输出的频率进行测量。本方案的硬件设计和软件设计都相对简单。3 测量仪的结构原理器件介绍3.1 单片机STC89C52的介绍 STC89C52是一种带8K字节闪烁可编程可檫除只读存储器（FPEROM-Flash Programable and Erasable Read Only Memory ）的低电压，
27、高性能COMOS8的微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL搞密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。单片机总控制电路如下图31：图31单片机总控制电路3.1.1 主要特性1.时钟电路STC89C52内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚RXD和TXD分别是此放大器的输入端和输出端。时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。内部方式的时钟电路如图32(a) 所示，在RXD和TXD引脚上外接定时元件，内部振荡器就产生自激振荡。定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振回路。晶体振荡频率可以在1.212MHz之间选择，电容值在530pF之间选择，电容
28、值的大小可对频率起微调的作用。外部方式的时钟电路如图32（b）所示，RXD接地，TXD接外部振荡器。对外部振荡信号无特殊要求，只要求保证脉冲宽度，一般采用频率低于12MHz的方波信号。片内时钟发生器把振荡频率两分频，产生一个两相时钟P1和P2，供单片机使用。示，RXD接地，TXD接外部振荡器。对外部振荡信号无特殊要求，只要求保证脉冲宽度，一般采用频率低于12MHz的方波信号。片内时钟发生器把振荡频率两分频，产生一个两相时钟P1和P2，供单片机使用。RXD接地，TXD接外部振荡器。对外部振荡信号无特殊要求，只要求保证脉冲宽度，一般采用频率低于12MHz的方波信号。片内时钟发生器把振荡频率两分频，
29、产生一个两相时钟P1和P2，供单片机使用。（a）内部方式时钟电路 （b）外部方式时钟电路图32时钟电路2.复位及复位电路（1）复位操作复位是单片机的初始化操作。其主要功能是把PC初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需按复位键重新启动。除PC之外，复位操作还对其他一些寄存器有影响，它们的复位状态如表一所示。表3.1 一些寄存器的复位状态寄存器复位状态寄存器复位状态PC0000HTCON00HACC00HTL000HPSW00HTH000HSP07HTL100HDPTR0000HTH
30、100HP0-P3FFHSCON00HIPXX000000BSBUF不定IE0X000000BPCON0XXX0000BTMOD00H（2）复位信号及其产生RST引脚是复位信号的输入端。复位信号是高电平有效，其有效时间应持续24个振荡周期(即二个机器周期)以上。若使用颇率为6MHz的晶振，则复位信号持续时间应超过4us才能完成复位操作。产生复位信号的电路逻辑如图33所示：图33复位信号的电路逻辑图整个复位电路包括芯片内、外两部分。外部电路产生的复位信号(RST)送至施密特触发器，再由片内复位电路在每个机器周期的S5P2时刻对施密特触发器的输出进行采样，然后才得到内部复位操作所需要的信号。复位操
31、作有上电自动复位相按键手动复位两种方式。上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的，其电路如图34（a）所示。这佯，只要电源Vcc的上升时间不超过1ms，就可以实现自动上电复位，即接通电源就成了系统的复位初始化。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中，按键电平复位是通过使复位端经电阻与Vcc电源接通而实现的，其电路如图34（b）所示；而按键脉冲复位则是利用RC微分电路产生的正脉冲来实现的，其电路如图34（c）所示：（a）上电复位 （b）按键电平复位 （c）按键脉冲复位图34复位电路上述电路图中的电阻、电容参数适用于6MHz晶振，能保证复位信号高电平持续时间大于2个机器周期。3.1.2
32、 引脚功能说明： 主电源引脚（2根）VCC(Pin40)：电源输入，接5V电源GND(Pin20)：接地线外接晶振引脚（2根）XTAL1(Pin19)：片内振荡电路的输入端XTAL2(Pin20)：片内振荡电路的输出端控制引脚（4根）RST/VPP(Pin9)：复位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。ALE/PROG(Pin30)：地址锁存允许信号PSEN(Pin29)：外部存储器读选通信号EA/VPP(Pin31)：程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。可编程输入/输出引脚（32根）STC89C52单片机有4组8位的可编
33、程I/O口，分别位P0、P1、P2、P3口，每个口有8位（8根引脚），共32根。PO口（Pin39Pin32）：8位双向I/O口线，名称为P0.0P0.7P1口（Pin1Pin8）：8位准双向I/O口线，名称为P1.0P1.7 P2口（Pin21Pin28）：8位准双向I/O口线，名称为P2.0P2.7 P3口（Pin10Pin17）：8位准双向I/O口线，名称为P3.0P3.7STC89C52主要功能如表3.2所示。表3.2 STC89C52主要功能主要功能特性兼容MCS51指令系统8K可反复擦写Flash ROM32个双向I/O口256x8bit内部RAM3个16位可编程定时/计数器中断时
34、钟频率0-24MHz2个串行中断可编程UART串行通道2个外部中断源共6个中断源2个读写中断口线3级加密位低功耗空闲和掉电模式软件设置睡眠和唤醒功能3.2 555定时器的工作原理555定时器原理图及引线排列如图1 所示。其功能见表1。定时器内部由比较器、分压电路、RS 触发器及放电三极管等组成。分压电路由三个5K 的电阻构成，分别给1 A 和2 A 提供参考电平2/3 DD U 和1/3 DD U 。1 A 和2 A 的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。当输入信号自6 脚输入大于2/3 DD U 时，触发器复位，3 脚输出为低电平，放电管T 导通；当输入信号自2 脚输入并低于1/3 D
35、D U时，触发器置位，3 脚输出高电平，放电管截止。4 脚是复位端，当4 脚接入低电平时，则o U =0；正常工作时4 接为高电平。5 脚为控制端，平时输入2/3 DD U作为比较器的参考电平，当5 脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制。如果不在5 脚外加电压通常接0.01F 电容到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，确保参考电平的稳定。555 定时器的内部框图及引脚排列如图（31）所示图31 555 定时器的内部框图及引脚排列图555 定时器的功能见表3.2表3.2 555 定时器的功能表4 基于单片机电容测量软件设计4.1 软件设计软件设计是一个创造性的过
36、程，对一些设计者来说需要一定的资质，而最后设计通常都是由一些初步设计演变而来的。从书本上学不会设计，只能经过实践，通过对实际系统的研究和实践才能学会。对于高效的软件工程，良好的设计是关键，一个设计得好的软件系统应该是可直接实现和易于维护、易懂和可靠的。设计得不好的系统，尽管可以工作，但很可能维护起来费用昂贵、测试困难和不可靠，因此，设计阶段是软件开发过程中最重要的阶段。直到最近，软件设计在很大程度上仍是一个特定过程。一般用自然语言给定一个需求集，预先作非正式设计，常常用流程图的形式说明，接着开始编码，当系统实现时设计还需修改。当实现阶段完成后，设计往往已与起初形式相去甚远以至于设计的原始文档完
37、全不适合对系统的描述。4.2 设计任务 软件设计主要是针对硬件设计里面的控制部分的，这里指AT89C51单片机，一般的单片机均可用汇编语言和C语言进行编程。C语言直观，相对比较的简单，但占用的程序存储器的内存比较大，汇编语言是针对硬件设计的语言，如果想用汇编语言设计的话必须要对硬件有很大的了解，相对C语言就比较的复杂，但是比较的精简，占用的程序存储器的空间比较的小。作为还在学生阶段的我们，用汇编语言进行编程对我们理解单片机的内部结构、资源都有很好的帮助，但是C语言编程在以后的实际工作中将会大大简化自己的工作。因此本论文的程序都是基于C语言的。要完成的任务是：初始化程序设计、按键程序设计、中断处
38、理程序，计数器计数程序，显示程序设计等。4.3 软件设计工具本次毕业设计所选用Keil C51中的编译/连接器软件Keil uVision2作为编译器/连接工具。4.4 程序设计算法 整个程序设计过程中遇到的最大的问题的如何根据测量到的方波的频率来计算所测量的电容的大小。在前面的介绍中我们知道：555时基芯片的输出频率跟所使用的电阻R和电容C的关系是：又因为，所以 (1)即： (2)如果单片机采用12M的晶振，计数器T0的值增加1，时间就增加1S，我们采用中断的方式来启动和停止计数器T0，中断的触发方式为脉冲下降沿触发，第一次中断到来启动T0，计数器的值为，第二次中断到来停止T0，计数器器的值
39、为，则测量方波的周期为，如何开始时刻计数器的值，则。简单时序图如下。T555输出的方波启动T0停止T0图41 时序图则： (3)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1005000，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。为了编写程序的方便，我们只计算，后面的单位可以根据使用的量程自行添加。测量范围的大小1uF200uF。4.5 设计流程流程图是一种传统的算法表示法，它利用几何图形的框来代表各种不同性质的操作，用流程线来指示算法的执行方向。由于它简单直观，所以应用广泛，特别是在早期语言阶段，只有通过流程图才能简明地表述算法，
40、流程图成为程序员们交流的重要手段。本次毕业设计在软件设计方面的难度是有点大。图42为整个程序设计的流程。T0，INT0初始化启动555有无中断有无按键有无中断启动计数器T0停止计数器T0计算电容的大小显示电容值有无按键NYnNYNYNY图42 程序设计流程图5程序编写有了前面的对整个系统的分析后画出的流程图，下面的工作就是根据流程图编写程序。编写程序是一个相当复杂的过程，要求编程人员具有很强逻辑思维，而且要在对整个系统工作原理相当熟悉的基础上面才能完成任务。在编写程序的时候要养成作注释的习惯，这样既利于自己以后的修改，又利于以后程序的维护。尤其是使用C语言编写程序的时候更是要注释，因为C语言是
41、一门比较高级的语言，C语言比较的烦琐。当然编写程序遇到困难的时候还需要很大技巧。程序见附录。5.1结果分析通过仿真得到如下数据表格表4 电容测量值与实际值的比较被测电容值35uF25uF10uF5uF测量值30uF20uF8uF4uF通过表中的数据可以看出仿真的数据还是比较准确的，但是在实际的操作中，测量值可能没有这么准确，因为在实际的电路中，555芯片输出的方波可能不会如仿真时的那么标准平滑，即使加上一些去除毛刺和去干扰的电路例如加上一个两输入与门或者加上一个过零比较器或者泻回比较器波形还是不会那么理想，再加上单片机的测量也会存在一些误差，所以综合以上的一些考虑，真实中的测量结果肯定要比仿真
42、中的结果误差大。所以本次的方案算然说不能过非常精确的测出结果来，但是相比较一些能够测出比较精确结果的电路来，本电路是实现起来很容易，测量结果也比较准确，实际操作中比较有保障的一种电路。总 结通过本次毕业设计我发现了自己理论知识的不足，通过查阅大量的图书资料以及网络上的资料，通过请教同学和老师，还是学到了许多全新的知识，无论是在对具体的元器件的认识上还是对整体电路的把握上都有了不小的进步！对本专业有了一个最初步的认识。由于我们所学的专业是涉及到电学的，而且基本的电学知识已经和即将成为人们必备的技能之一，学好电学的意义已勿用多言。本次毕业设计将会在很大程度上促进毕业后在社会中的学习，学为所用、团队
43、合作的意识也将会更加突出。本学期的毕业设计是我们学以致用的开始和纯理论向实践转型的开端。总而言之，本次毕业设计给了我很大的启发和帮助。在为期一个月的课程设计中，通过查阅大量的图书资料，咨询指导老师和周围的同学，最终我得到了比较满意的设计结果。通过本次毕业设计，我受益匪浅。首先，我对个元器件的原理及性能有了更深入的理解和认识，较好的掌握了电容数字测量仪的设计、组装与调试方法，熟悉了相应的中大规模集成电路的方法，进一步掌握了其工作原理。其次，我对本专业的专业知识有了更清楚的认识，更加明确了本专业的研究方向，对以后的学习研究将会有很大的帮助。最后，通过亲自实践，培养了我独立思考的能力及思维的灵活性和
44、缜密性，锻炼了自己综合运用的能力。总而言之，这次毕业设计无论在理论还是实践方面都给了我极大的经验和启发。致 谢此次设计实践是三年来对自己所学知识的一个总结，其难度、复杂性、对设计的要求都是以前所不能比拟的。所要用到的知识及相关的资料有相当部分超出我们四年的所学，需要通过其他途径获取信息。在此特别感谢我的指导老师，在此次设计中给予我很多帮助，并对我要求严格，在各方面对我进行细心指导，在此表示诚挚的致意和衷心的感谢。在这四年中，还要感谢全体老师，是他们在教学上的认真负责，为广大学生创造了良好的学习环境。还要特别感谢我的同学，正是与他们在许多问题上的交流、讨论，在他们的帮助之下，我的论文才得以顺利完成。最后向所有关心和帮助过我的人表示真心的感谢!参考文献1唐竞新.数字电子电路M.第1版.北京：清华大学出版社，2003 2康华光.电子技术基础M.数字部分.第4版.北京：高等教育出版社,19983电子工程手册编委会等.中外集成电路简明速查手册M-TTL,CMOS.北京：电子工业出版社,19914杨长春.论数字技术J.电子报合订本.成都：四川科学技术
