51单片机电容测量电路+程序设计

ID:510819 · 发表于 2019-4-13 22:02

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基于AT89C51单片机和555芯片构成的多谐振荡电路设计一电容测量电路，这种测量方法主要是通过一块555芯片来测量电容大小。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：f=0.772/(R*Cx) ，固定R的大小，其公式就可以写为：f=k/Cx，只要能够测量出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T0和中断INT0配合使用来进行测量。

1.3.1 系统硬件电路设计

该电路主要由单片机AT89C51、按键、继电器、74HC08、LCD16028、555芯片等构成，整体设计电路如图1-7所示。

图1-7

555模块简介

NE555管脚功能介绍：

1脚为地。2脚为触发输入端；3脚为输出端，输出的电平状态受触发器控制，而触发器受上比较器6脚和下比较器2脚的控制。

当触发器接受上比较器A1从R脚输入的高电平时，触发器被置于复位状态，3脚输出低电平；

2脚和6脚是互补的，2脚只对低电平起作用，高电平对它不起作用，即电压小于1Ucc/3，此时3脚输出高电平。6脚为阈值端，只对高电平起作用，低电平对它不起作用，即输入　电压大于2Ucc/3，称高触发端，3脚输出低电平，但有一个先决条件，即2脚电位必须大于Ucc/3时才有效。3脚在高电位接近电源电压Ucc，输出电流最大可打200mA。

4脚是复位端，当4脚电位小于0.4V时，不管2、6脚状态如何，输出端3脚都输出低电平。5脚是控制端。7脚称放电端，与3脚输出同步，输出电平一致，但7脚并不输出电流，所以3脚称为实高（或低）、7脚称为虚高。

555集成电路的框图及工作原理：

555集成电路开始是作定时器应用的，所以叫做555定时器或555时基电路。但后来经过开发，它除了作定时延时控制外，还可用于调光、调温、调压、调速等多种控制及计量检测。此外，还可以组成脉冲振荡、单稳、双稳和脉冲调制电路，用于交流信号源、电源变换、频率变换、脉冲调制等。由于它工作可靠、使用方便、价格低廉，目前被广泛用于各种电子产品中，555集成电路内部有几十个元器件，有分压器、比较器、基本R-S触发器、放电管以及缓冲器等，电路比较复杂，是模拟电路和数字电路的混合体，如图1所示。

555振荡器电路(无稳电路)：

由555定时器构成的多谐振荡器如图9(a)所示，其工作波形见图9(b)。

接通电源后，电源VDD通过R1和R2对电容C充电，当Uc<1/3VDD时，振荡器输出Vo=1，放电管截止。当Uc充电到≥2/3VDD后，振荡器输出Vo翻转成0，此时放电管导通，使放电端(DIS)接地，电容C通过R2对地放电，使Uc下降。当Uc下降到≤1/3VDD后，振荡器输出Vo又翻转成1，此时放电管又截止，使放电端(DIS)不接地，电源VDD通过R1和R2又对电容C充电，又使Uc从1/3VDD上升到2/3VDD,触发器又发生翻转，如此周而复始，从而在输出端Vo得到连续变化的振荡脉冲波形。脉冲宽度TL≈0.7R2C，由电容C放电时间决定；TH=0.7(R1+R2)C，由电容C充电时间决定，脉冲周期T≈TH+TL。

1.3.2系统软件设计

系统主程序设计流程如图3-4所示，主要完成定时器的初始化，启动555芯片工作，等待中断，若有中断，则计算电容大小，显示电容大小，然后等待下一次中断。

proteus仿真

载入hex文件，如图1-8

图1-8

可以改变单刀双掷开关SW1，切换被测量的电容。LCD1602上即可显示被测电容的值，仿真时会有误差。

程序清单如下：

用keil c编译

本工程包含一个文件

电容测量.c

/******************************文件Main.c 如下****************************/
//编译环境：keil c51
//mpu型号：stc89c52rc
//晶振频率：12M
//操作系统：win x
/*************************************************************************/
#include "reg51.h"
#include"intrins.h" //库函数
#define DATA P0
sbit RW=P2^1; //1602写数据
sbit RS=P2^0; //1602写地址
sbit EN=P2^2; //1602工作使能
sbit b_test=P3^7; //控制小灯的亮灭
sbit _reset=P3^5; //555时基芯片工作控制信号
unsigned int T_flag,N,C,i,Dis1,Dis0;
unsigned int b[6]={0X13,0X0D,0X00,0X00,0X40,0X16}; //显示C=00pF
/*******************************延时1ms*********************************/
void Delay1ms(unsigned int mm)
{unsigned int i;
for(mm;mm>0;mm--)
for(i=100;i>0;i--);
}
/********************************检查忙否********************************/
void Checkstates()
{
unsigned char dat;
RS=0;
RW=1;
do{EN=1; //下降沿
_nop_(); //保持一定间隔
_nop_();
dat=DATA;
_nop_();
_nop_();
EN=0;
}while((dat&0x80)==1);
}
/*******************************LCD写命令函数****************************/
void wcomd(unsigned char cmd)
{
Checkstates();
RS=0;
RW=0;
DATA=cmd;
EN=1;
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
EN=0;
}
/******************************LCD写数据函数*******************************/
void wdata(unsigned char dat)
{
Checkstates();
RS=1;
RW=0;
DATA=dat;
EN=1;
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
EN=0;
}
/********************************初始化***********************************/
void LCDINIT()
{
Delay1ms(15);
wcomd(0x38); //功能设置
Delay1ms(5);
wcomd(0x38); //功能设置
Delay1ms(5);
wcomd(0x01); //清屏
Delay1ms(5);
wcomd(0x08); //关显示
Delay1ms(5);
wcomd(0x0c); //开显示，不开光标
}
/********************************显示函数********************************/
void Display(void) //显示函数
{
unsigned char i,j;
unsigned char a[12]={0X4D,0X45,0X41,0X53,0X55,0X52,0X45,0X4D,0X45,0X4E,0X54,0X53};//显示measurements
LCDINIT();
for(i=0;i<12;i++) //写显示第一行
{ wcomd(0x80+i);
Delay1ms(1);
wdata(a[i]);
Delay1ms(1);
}
for(j=0;j<6;j++) //写显示第二行
{
wcomd(0xc0+j);
Delay1ms(1);
wdata(0x30+b[j]);
Delay1ms(1);
}
Delay1ms(150);
}
/********************************主程序函数********************************/
void main()
{
IE=0x81; //打开全部的中断控制，并开启外部中断允许
TMOD=0x09; //T0为16位计数工作方式1
IT0=1; //设置外部中断的触发的方式为脉冲触发
TH0=0x00;
TL0=0x00;
T_flag=0;
_reset=0;
b_test=1;
while(1)
{
//while(!b_test) //如果有测量按键输入就往下执行
//{
i=0;
_reset=1; //启动555时基芯片
EX0=1; //开启中断0
while(_reset) //超出等待时间，中断还没有过来，就退出
{
i++;
if(i>50000) //设置最长等待时间
{
_reset=0; //最长等待时间到还没有中断，停止555
}
}
if(N<100) //如果计数值小于100，显示SM，表示应换用小一点的量程
{
b[3]=0X1D;
b[2]=0X23;
}
if(N>50000) //如果计数值大于5000，显示LA，表示应换用大一点的量程
{
b[3]=0X11;
b[2]=0X1C;
}
if(N>=100 && N<=50000)
{
C=N/100; //计算电容的大小
b[2]=C/10; //计算电容值的十位
b[3]=C-b[2]*10; //计算电容值的个位
}
//}
Display(); //显示电容的大小
if(C>40)
b_test=0;
else
b_test=1;
}
/******************************外中断0服务函数*****************************/
void int0(void) interrupt 0 //第一次中断开始计数，第二个中断停止计数
{
T_flag=!T_flag;
if(T_flag==1)
{
TR0=1; //开始计时
}
if(T_flag==0)
{
TR0=0; //停止计时
EX0=0; //关闭中断
_reset=0; //停止发出方
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