数字电容测量仪
在本次设计中,使用到该芯片的部分引脚,其主要功能如下:
RST:复位电路输入端,高电平有效。在此引脚加上持续时间大于2个机器周期的高电平,就可以使单片机复位。在单片机正常工作时,此引脚应为≤0.5V的低电平。
P0 口:8位。漏极开路的双向I/O口。
P1 口:8位,准双向I/O口,具有内部上拉电阻。 P2 口:8位,准双向I/O口,具有内部上拉电阻。 P3 口:8位,准双向I/O口,具有内部上拉电阻。
ALE/PROG:ALE为CPU访问外部程序存储器或外部数据存储器提供一个地址锁存信号,将低8位地质所存在片外的地址锁存器中。
PROG为该引脚的第二功能,即在对片内Flash存储器编程是,此引脚作为编程脉冲输入端。
PSEN:片外程序存储器的读选通信号,低电平有效。
EA/VPP:EA为该引脚的异地功能,即外部程序存储器访问允许控制端。
VPP位该引脚第二功能,即在对片内Flash进行编程时,VPP引脚接入编程电压。
XTAL1:片内振荡器反相放大器和时钟发生器电路的输入端。当使用片内振荡器时,该引脚连接外部石英晶体和微调电容;当采用外接时钟源时,该引脚接外部时钟振荡器的信号。
XTAL2:片内振荡器反相放大器的输出端。当使用片内振荡器时,该引脚连接外部石英晶体和微调电容;当采用外部时钟源时,该引脚悬空。
INT0:外部中断请求0,中断请求信号由INT0引脚输入,中断请求标志为IE0。
INT1:外部中断请求1,中断请求信号由INT1引脚输入,中断请求标志为IE1。
TO:计数器/定时器T0计数溢出发出的中断请求,中断请求标志为TF0。 T1:计数器/定时器T1计数溢出发出的中断请求,中断请求标志为TF1。 2.2 STC89C52应用说明
STC89C52主要性能如表1所示:
表 1 STC89C52主要性能
3
数字电容测量仪
STC89C52各引脚性能 与MCS-51单片机产品兼容
1000次擦写周期 三级加密程序存储器 三个16位定时器/计数器 全双工UART串行通道 掉电后中断可唤醒 双数据指针 2.3 单片机工作的最小化配置
STC89C52各引脚性能 8K字节在系统可编程Flash存储器
全静态操作:0Hz~33Hz 32个可编程I/O口线
八个中断源
低功耗空闲和掉电模式
看门狗定时器 掉电标识符
单片机的最小化系统简称单片机最小应用系统,通俗的讲就是单片机工作所用的最少元件。如图2所示,最小系统一般包括只需要单片机、晶振电路和复位电路这三部分就可以让单片机正常工作。该设计的时钟电路由12M的晶振及两个30P的电瓷电容组成,它们共同决定了单片机的机器周期为1us。该复位电路由一个10UF电容一个200欧电阻和10K电阻共同组成。
图2 STC89C52的最小化配置
4
数字电容测量仪
3 系统设计
3.1 设计要求
1、实现电容容量的基本测量功能; 2、实现电容容量的数字显示; 3、要求测量范围1pF-100uF; 4、方便、快捷且成本低廉。 3.2 整体方案设计
本设计的整体思路是:根据555振荡器的特点,将电容容值的大小转变成555振荡器输出频率的大小,从而通过STC89C52单片机对555正当器输出频率大小的测量来确定被测电容的容值。本次设计共使用2个方案,具体可见下面的方案一和方案二:
(1)方案一:根据电容充放电时间确定电容容值 这种电容测量方法主要利用电容的充放电特性:
C?Q U同时放电常数r=RC,通过测量电容被测电容的充放电时间来确定被测电容的容值大小。一般情况下,可设计电路使T=ARC(T为振荡周期或处罚时间;A为电路常数与电路参数有关)。这种方法可以使用于由555振荡器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。其系统框图如图3所示:
5
数字电容测量仪
图3 方案一系统框图
显示 译码器 反相器 锁存器 单稳态触发器 计数器 窄脉冲触发器 标准计数脉冲 秒脉冲发生器 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,虽然软件设计会非常简单。但是使用这种方法在具体设计中会碰到很大的问题,而且硬件一旦设计好,可变性不大,一旦功能不能完全实现,硬件修改起来就会非常麻烦。
6
数字电容测量仪
(2)方案二:基于STC89C52和555振荡器多谐振荡电路电容测量 该方案是通过一块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,使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:
f?0.772*Cx R我们固定R的大小,其公式就可以写为:
f?k Cx因此,只要我们能够测量出555芯片输出的频率,就可以计算出被测电容的容值。计算频率的方法可以利用单片机的计数器T0和中断INT0配合使用来测量,这种研究方法相当的简单。系统框图见图4:
复位电路 LCD1602 S T C 8 9 C 5 2
被测电容 555 晶振电路 按键测量 图4 方案二系统框图
7