简易数字微电容表的设计

简易数字电容计的设计【摘要】利用89C2051设计了一个数字电容表，其设计思想是利用对被测电容进行冲放电，将脉波输入计数器通过计数，最后送出正确的显示信号给显示电路，可测量容量小于2微法的电容器的容量，采用4位数码管显示。

【关键词】电容测量；充放电法；89C2051；数字在日常的电路工程或者是电路实验中，电容是一个最常见的元器件，实际应用中，对电容的电容值的准确值要求也是很高的。

本文利用89C2051设计了一个数字电容表，能够精确地测量电容值。

１．整体电路设计框图电路由单片机电路、电容充电测量电路和数码显示电路等部分组成。

整体电路设计框图２．测量电路测量电路如图所示。

A为AT89C2051内部构造的电压比较器，AT89C2051的P1.0和P1.1口除了作I/O口外，还有一个功能是作为电压比较器的输入端，P1.0为同相输入端，P1.1为反相输入端，电压比较器的比较结果存入P3.6口对应的寄存器，P3.6口在AT89C2051外部无引脚。

电压比较器的基准电压设定为0.632E+，在CX两端电压从0升到0.632E+的过程中，P3.6口输出为0，当电池电压CX两端电压一旦超过0.632E+时，P3.6口输出变为1。

以P3.6口的输出电平为依据，用AT89C2051内部的定时器T0对充电时间进行计数，再将计数结果显示出来即得出测量结果。

AT89C2051内部的电压比较器和电阻R2-R7等组成测量电路，其中R2-R5为量程电阻，由波段开关S1选择使用，电压比较器的基准电压由5V电源电压经R6、RP1、R7分压后得到，调节RP1可调整基准电压。

当P1.2口在程序的控制下输出高电平时，电容CX即开始充电。

量程电阻R2-R5每档以10倍递减，故每档显示读数以10倍递增。

由于单片机内部P1.2口的上拉电阻经实测约为200K，其输出电平不能作为充电电压用，故用R5兼作其上拉电阻，由于其它三个充电电阻和R5是串联关系，因此R2、R3、R4应由标准值减去1K，分别为999K、99K、9K。

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%。

************************** 说明********************************本电路只供电子爱好者学习和制作使用，如果由于用于其它用途而带来的损失或者影响，本人一概不予负责。

本人保留所有版权和解释权。

*******************************************************************自制电容表很多贴片电容都没有标明电容值，而我又舍不得扔了它们；自己做电路玩时，经常看到一些废电路板上有很多贴片电容，可以拆下来用，但是却看不到容量，很郁闷。

所以我决定做一个电容表来测试它们的容量。

我用单片机8952和电压比较器339做了一个简单的电容容量测量表，参数大致如下：电容测量范围为1pF-9999.99uF，最小分辨力为1pF。

分为5个量程，可以自动切换量程，也可手动切换。

另外，有简单的频率计功能，能测量0-60MHz的数字信号频率（TTL电平）；还可以产生几个单点频率的方波信号（比如1KHz）。

采用1602LCD作为显示器；4个按键控制；使用24C01保存当前设置值，不用每次开机重新设置。

可单5V供电，也可9V交流供电。

电容测试原理简介：根据电容的充电公式，可以计算出电容在充电到1/nVcc(其中n>1，Vcc为充电电源电压)电压时充电时间跟电容的容量和电阻成正比，跟充电电源电压无关。

(通过一个微分方程即可求得，具体的计算步骤这里省略，一般的电路教材上都有讲解)。

工作过程如下：首先，通过单片机选通放电三极管Q9，将电容上的电放掉，放电完毕之后，选通Q1-Q5中的一个三极管，经过一定的电阻，对电容进行充电；同时，打开单片机的计数器0，开始计数。

然后单片机等待外部中断0的发生。

当电容充电达到参考电压值时，比较器翻转，发出充电完成信号到中断0端口，单片机响应中断，停止计数器0，并关闭充电电路，接通放电电路。

接着读出计数器0的值，进行计算，适当的调整后，输出到LCD上显示。

铁道大学四方学院毕业设计简易数字电容表的设计The Design of Simple Digital CapacitorPublished2013届电气工程系专业电气工程及其自动化学号学生指导老师完成日期 2013年5月27日毕业设计成绩单毕业设计任务书毕业设计开题报告摘要随着电子工业的发展，电子元器件急剧增加，电子元器件的适用围也逐渐广泛起来，正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。

在应用中我们常常要测定电容的大小，本文设计了一种测定电容的数字电容表。

本课题选用STC12C5204AD单片机作为一个核心部件来设计数字电容表，该设计的系统是由：单片机、555芯片电路、显示电路等部分组成。

采用Keil C语言进行编程，通过由555芯片和电容、电阻组成的振荡电路来输出方波，通过单片机软件计数，从而达到测量其频率,对数据进行进一步的计算从而得出被测电容的值，通过LCD1602显示出其测量值。

本次设计的数字电容表通过实际证明，该系统具有硬件设计简单，软件可调整性大，系统稳定可靠等优点，并且在体积方面比较小，方便携带，在生活生产中可以得到更普遍的应用。

关键字：单片机 LCD1602 数字电容表 555芯片AbstractWhile the traditional control test drive the crescent benefit update. With the development of electronic industry, electronic components increases rapidly, the scope of electronic components widely up gradually, in applications we often measured capacitance.The project uses STC12C5204AD MCU to design the digital capacitance meter, the design of the system is composed of MCU, 555: chip circuit, display circuit. Using Keil C programming language, through an oscillation circuit composed of 555 chip and capacitance, resistance to output square wave, measuring the pulse width of the microcontroller timer T0, so as to achieve the measurement of its cycle, and then through the single-chip microcomputer software counting, make further calculation of the data so that the measured capacitance value,the LCD1602 displays the measured value.The design of the digital capacitance meter through practice, this system has simple hardware design, the software can be adjusted, the advantages of the system is stable and reliable, and the volume is small, easy to carry, can be more generally applied in life and production.Key words：Single-chip LCD1602 Digital capacitance meter 555 chips目录第1章绪论 (1)1.1课题研究的目的及意义 (1)1.2国外研究现状 (1)1.3主要研究容 (2)第2章设计方案 (3)2.1设计要求 (3)2.2设计方案选择 (3)第3章硬件设计 (5)3.1硬件设计的任务 (5)3.2电容测量系统硬件设计 (5)3.2.1 STC12C5204AD单片机的使用 (5)3.2.2 电容测量系统555芯片电路 (8)3.2.3 电容测量系统显示电路 (10)第4章基于单片机电容测量软件设计 (13)4.1软件设计 (13)4.2软件设计任务 (13)4.3软件设计的工具 (13)4.4程序设计算法设计 (14)4.5软件设计流程 (15)4.5.1 主程序流程图 (15)4.5.2 中断子程序流程图 (16)4.5.3 显示子程序 (16)4.6编写程序 (17)4.7结果分析 (18)第5章结论 (19)参考文献 (20)致谢 (21)附录 (22)附录A外文资料 (22)附录B总原理图及仿真图 (35)附录C程序清单 (37)第1章绪论1.1 课题研究的目的及意义当今电子测试领域，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。

一款简单的数字电感电容表设计制作本文介绍一款由555时基构成多谐振荡器构成的参数变换电路，反相器、晶振构成标准脉冲发生器，以及三个独立LED数码管组成的数显电路构成的简易数字电感电容表，经过测试电路数显直观、方便有效，精确度高，较好的解决了设计时因制作均衡电容、音箱分频电感产生误差导致音质受损的问题，值得电子发烧友们亲自动手操作一试。

一、数字电感电容表的工作原理数字电感电容表原理图1、参数变换电路：参数变换电路由555时基构成多谐振荡器，可把被测元件Lx/Cx转换成与元件参数成正比的脉宽。

然后把这具有特定脉宽的矩形作为门控信号，在脉宽时间内对一个已知周期的标准脉冲计数通过显示器就可以把脉宽(实际上是元件参数)显示出来。

测量电容时(这时波段开关在5、6、7位)是以Cx为定时元件的多谐振荡器，产生的矩形波经3脚输出，送到计数器的门控端，脉宽tw=CRcln2。

测量电感时(波段开关在1、2、3位)，是以Lx为定时元件的多谐振荡器，刚接通电源时，V2(6)=Vcc，555的3脚输出低电平，7脚通地，电源经RL的Lx充电，随着充电的进行，V2(6)，当达到V2(6)=1/3Vcc时，电路翻转，3脚输出高电平，7脚与地断开，因Lx电流不能突变，必将产生一个感生电动势使D1导通，Lx经D1、RL放电，V2(6)，当达到V2(6)=2/3Vcc时，电路又翻转，5脚输出低电平，7脚又与地接通，Lx又开始充电，这样5脚输出占空比为1:1的方波，送到计数器的门控端。

这时脉宽为tw=Lx/RLln2。

2、标准脉冲发生器：该电路由反相器3、4和晶体构成，晶振频率为1MHz,标准脉冲周期为T=1s，以它作为计数器的计数脉冲。

3、计数、显示电路：显示器由三位LED数码管构成，计数器由MC14553三位动态扫描计数器为核心构成。

T=1s。

自制三位数显示电容表广大电子爱好者都有这样的体会,中、高档数字万用表虽有电容测试挡位,但测量范围一般仅为1p F～20μF，往往不能满足使用者的需要，给电容测量带来不便。

本电路介绍的三位数显示电容测试表采用四块集成电路，电路简洁、容易制作、数字显示直观、精度较高，测量范围可达1nF～104μF.特别适合爱好者和电气维修人员自制和使用。

一、电路工作原理电路原理如图2所示.图2三位数字显示电容测试表电路图该电容表电路由基准脉冲发生器、待测电容容量时间转换器、闸门控制器、译码器和显示器等部分组成。

待测电容容量时间转换器把所测电容的容量转换成与其容量值成正比的单稳时间t d。

基准脉冲发生器产生标准的周期计数脉冲。

闸门控制器的开通时间就是单稳时间t d。

在t d时间内，周期计数脉冲通过闸门送到后面计数器计数，译码器译码后驱动显示器显示数值。

计数脉冲的周期T乘以显示器显示的计数值N就是单稳时间t d，由于t d与被测电容的容量成正比，所以也就知道了被测电容的容量。

图2中，集成电路I C1B电阻R7～R9和电容C3构成基准脉冲发生器(实质上是一个无稳多谐振荡器）,其输出的脉冲信号周期T与R7～R9和C3有关，在C3固定的情况下通过量程开关K1b对R7、R8、R9的不同选择，可得到周期为11μs、1.1m s和11m s的三个脉冲信号.I C1A、I C2、R1~R6、按钮A N及C1构成待测电容容量时间转换器（实质上是一个单稳电路).按动一次A N，I C2B的10脚就产生一个负向窄脉冲触发I C1A,其5脚输出一次单高电平信号。

R3～R6和待测电容C X为单稳定时元件,单稳时间td=1.1（R3~R6)C X。

I C4、I C2C、C5、C6、R10构成闸门控制器和计数器，I C4为C D4553,其12脚是计数脉冲输入端，10脚是计数使能端，低电位时CD4553执行计数，13脚是计数清零端，上升沿有效。

当按动一下A N后，I C4的13脚得到一个上升脉冲，计数器清零同时I C2C的4脚输出一个单稳低电平信号加到I C4的10脚，于是I C4对从其12脚输入的基准计数脉冲进行计数。

数字显示电容表的制作方法
 本文介绍一种测量范围为10pF～99.9μF的数字显示电容表。

 附图是本电容表的电路图。

图中定时电路所用的IC3为NE556，内含两
个555定时器，S1-b所接的5个高精度电阻与要测量的电容器组成定时电路。

这样，所测电容器的容量大小就转换成了定时器的时间长短。

 当定时器输出为高电平时，使NE556余下部分组成的振荡电路起振，这
样电容量转换成振荡的脉冲数，然后利用三位计数电路IC1（MC14553），转换成三位十进制数值，用MC14511B进行7段LED显示。

晶体管
Vl～V3（A1015）进行数位转换，这样就可把电容器的容量表示成三位数的值。

 若数值在三位（999）以上，把溢出信号送到由两个施密特与非门
（MC14093B）组成的触发电路，使溢出信号LED亮。

 在测量控制电路中，R0（15kΩ）电阻和C0（0.0022μF）电容器，使计数器ICl的复位信号稍稍延迟，这样，可以减少电路和布线电容的影响。

电子技术课程设计题目: 简易数字电容表设计学生姓名杨辉专业自动化（工程方向）学号_ 2227班级2009级1 班指导教师黄华成绩_工程技术学院2011年12月目录摘要 (3)1设计目的 (3)2设计要求 (3)3仪器与器件 (4)4 方案论证 (5)2.1 方案一 (5)2.2 方案二 (8)2.3 最终方案 (10)5 原器件选择 (10)6 单元电路设计 (15)7 仿真调试结果 (17)8 实物系统调试与测试 (20)9 设计总结…………………………………………………………………………‥2110 收获与体会 (21)附录…………………………………………………………………………………‥22 参考文献……………………………………………………………………………‥22简易数字电容表的设计与制作杨辉西南大学工程技术学院，重庆 400715摘要下面所设计的是一种精度较高，操作简便的电容测量仪。

此电容表设计是基于待测脉冲TW与待测电容C成正比用于控制清零和显示，标准脉冲用于计数并送锁存--译码--显示系统就可以得到电容量的数据。

一、设计目的1、运用已基本掌握的具有不同功能的单元电路的设计、安装和调试方法，在单元电路设计的基础上，设计出具有各种不同用途和一定工程意义的电子装置。

2、深化所学理论知识，培养综合运用能力，增强独立分析与解决问题的能力。

3、训练培养严肃认真的工作作风和科学态度，为以后从事电子电路设计和研制电子产品打下初步基础。

二、设计要求（1）利用给定的元器件设计一个能测量并显示电容容值大小的数字电容表；（2）用3位数码管显示；10pF，误差小于10% 。

（3）测量范围100pF—5（4）在计算机上用仿真软件仿真优化。

（5）在万能板(孔孔板)上安装、调试。

（6）写出设计总结报告。

三、仪器与器件1 仪器（1）直流稳压电源 1台（2）示波器 1台（3）万用表 1台（4）计算机 1台2 可选择的器件1)MC14553 (或4518) 计数 1块（或3块）2)CD4511 译码 1块3)LED 3块4)四2输入与非门CD4093 1块5)NE555定时器(或NE556) 2块(或1块)6)二极管、三极管若干7)电位器、电阻器、电容器若干四、方案论证方案一：本方案可分为三大部分：㈠：产生脉冲部分；㈡：计数部分；㈢：显示部分；整体框图：㈠：产生脉冲部分使用两片NE555产生标准脉冲和待测脉冲,根据参考NE555的资料说明设计了如下图的电路：1、标准脉冲产生电路图：相应产生标准脉冲图像：注：电压调档为5V，扫描周期1ms。

目录一. 设计要求 (2)二. 方案选择及电路的工作原理 (2)三. 单元电路设计计算与元器件的选择 (2)四. 设计的具体实现 (3)1. 系统概述 (3)2. 单元电路设计、仿真与分析 (6)a. 单稳态触发器 (6)b. 多谐振荡器 (8)c. 计数器 (9)3．电路的安装与调试 (10)五．心得体会及建议 (11)六．附录 (12)七．参考文献 (15)简易数字式电容测试仪设计报告一. 设计要求设计和实现一个简易数字式电容测试仪――电容表。

（1）．被测电容范围：1000PF(1nF)~10uF(10000nF)；（2）．测试误差<10%；（3）．电容值至少用两位数码管显示。

二. 方案选择及电路的工作原理方案一：首先555多谐振荡电路提供单位标准脉冲(周期T0)，同时给555单稳态电路提供激励。

待测电容接入单稳态电路，由于电路输出信号周期Tw与电容的值Cx成正比，通过计算使得T0正好为Cx = 1000pF时输出周期Tw0。

然后在计数模块中，将Tw信号接入清零端，将T0接入同步信号输入端。

再在寄存器模块中，将Tw信号接入置数端，将计数器的数据接入寄存器。

最后对寄存器的数据进行译码后传入数码管。

方案二：首先取一个555多谐振荡电路提供单位标准脉冲，我们称其输出为UNIT_OUT。

再取一个作为帧率控制的单稳态触发器将UNIT_OUT信号作为输入，其输出为一个单稳态时间为1s的周期信号，称为CON_OUT。

此时我们将这两个输出取或运算后输入另一个用于测量电容的单稳态电路。

如此设置后，仅当UNIT_OUT，CON_OUT均为低电平时，才会触发此电路产生单稳态，其输出称为CX_OUT。

这时我们将UNIT_OUT接入40110计数端，用CON_OUT和UNIT_OUT来控制40110的计数使能和复位端。

这样设置就能让电路实现电路自动计数，并且支持热插拔的功能。

方案选择：方案一的电路在上电后只对电容进行一次测量。

毕业设计论文机电工程系题目：数字电容表专业名称：机电一体化学生姓名：李朝阳指导教师：李仁毕业时间：2012.06摘要近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。

单片机,是集CPU ,RAM ,ROM ,计数和多种接口于一体的微控制器。

自20世纪70年代问世以来，以其极高的性能价格比，受到人们的重视和关注。

它体积小、重量轻、抗干扰能力强、环境要求不高、价格低廉、可靠性高、灵活性好、开发较为容易，广泛应用于智能生产和工业自动化上。

在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，以作完善。

本课题选用AT89C2051单片机来设计数字电容表，数字电容表程序由用C语言编写，由主程序、定时中断服务子程序等模块组成。

调试工作主要是通过对RPl的调节来调整基准电压。

51单片机通过软件编程，通过对时间的换算而得到容值的大小；本文并详细介绍了AT89C2051单片机的基本原理，分析了AT89C2051各个管脚的功能及它在设计电路中的作用。

【关键词】：单片机,LED显示,数字电容表目录摘要 (1)第1章绪论 (4)1.1国内外同类设计的概况综述 (4)1.2课题设计的内容及指导思想 (5)1.2.1课题设计的内容 (5)1.2.2设计的指导思想 (5)1.3课题设计的方法和目的、意义 (6)1.3.1设计的方法 (6)1.3.2设计的目的及意义 (6)1.4 ATMEL公司的AT89C2051单片机 (6)1.4.1 AT89C2051性能及特点 (6)1.4.2 AT89C2051主要性能 (7)1.4.3内部结构及引脚 (7)第2章系统的硬件电路设计与实现 (15)2.1 系统的硬件组成部分 (15)2.2 主要单元电路设计 (17)2.2.1 单片机电路 (17)2.2.2 电容充电测量电路 (17)2.2.3 数码显示电路 (18)2.2.4 经典电源电路 (21)2.3通信模块 (22)2.3.1单片机与PC机通信的概述 (22)2.3.2 设计的通信 (22)第3章电容测试系统设计 (24)3.1 软件的总体设计 (24)3.2 软件流程图 (25)3.3 电容放电装置 (25)第4章安装与模拟调试 (27)参考文献 (29)总结 (31)致谢 (32)第1章绪论1.1国内外同类设计的概况综述单片机自20世纪70年代问世以来，以其极高的性能价格比，受到人们的重视和关注，应用很广、发展很快。