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介紹用AT89C2051單片機(jī)制作的數(shù)字電容表
This article describes the use AT89C2051 microcontroller produced by Digital Capacitance Meter measures the capacity of less than 2μF of electronic capacitors. This table uses three and a half figures show that the maximum display value of 1999, reading units, the practice of using milli (nf), range points Si Dang, the actual capacitance value is multiplied by the appropriate magnification for reading.
本文介紹的用AT89C2051單片機(jī)制作的數(shù)字電容表可測量容量小于2μF的電容。本表采用3位半數(shù)字顯示，最大顯示值為1999，讀數(shù)單位統(tǒng)一采用毫做法(nf)，量程分四擋，實(shí)際電容值為讀數(shù)乘以相應(yīng)的倍率。

一、電路原理

數(shù)字電容表以電容器的充電規(guī)律作為測量依據(jù)。如圖1所示，電源E+經(jīng)電阻R給被測電容Cx充電。當(dāng)充電時間t等于RC時間常數(shù)T時，Cx兩端電壓約為0．632E+。測量電容器充電達(dá)到該電壓的時間，便能知道電容器的容量。例如，設(shè)R為1kΩ，Cx兩端電壓上升到0．632E+所需的時間為1ms，那么由公式&UPSilon;=RC可知Cx的容量為1uF。

測量電路如圖2所示。A為AT89C2051內(nèi)部電壓比較器，P1．0為同相輸入端，P1．1為反桕輸入端，比較結(jié)果存人P3．6口對應(yīng)的寄存器，P3．6口在AT89C205l外部無引腳。電壓比較器的基準(zhǔn)電壓設(shè)定為0．632E+，在Cx兩端電壓從0V升到O．632E+的過程中，P3．6口輸出為0，當(dāng)c。兩端電壓一旦超過0．632E+，P3．6輸出變?yōu)?。以P3．6口的輸出電平為依據(jù)，用AT89C2051的定時器TO對充電時間計數(shù)并顯示出來，即得出測量結(jié)果。

數(shù)字電容表電路如圖3所示。

AT89C2051內(nèi)部的電壓比較器和電阻R2～R7等組成測量電路，其中R2一R5為量程電阻，由波段開關(guān)S1選擇。基準(zhǔn)電壓由5V電源經(jīng)R6、RPl、R7分壓后得到，調(diào)節(jié)RPl可調(diào)整基準(zhǔn)電壓。當(dāng)P1．2口輸出高電平時，C。開始充電。量程電阻R2-R5每擋以lO倍遞減，故每擋顯示讀數(shù)以10倍遞增。由于單片機(jī)內(nèi)部P1．2口的上拉電

阻經(jīng)實(shí)測約為200kΩ，其輸出電平不能作為充電電壓用，故R5兼作其上拉電阻，由于其余三個充電電阻和R5是串聯(lián)關(guān)系，因此R2、

R3、R4應(yīng)由標(biāo)準(zhǔn)值減去1kn，分別為999kΩ、99kΩ、9kΩ。由于999kΩ和1MΩ相對誤差較小，所以R2還是取1M。DSl～DS4組成數(shù)碼顯示電路，采用動態(tài)顯示。P3．0-P3．5、P3 7口作為段碼輸出，P1．3～P1．6口作為位碼輸出，采用共陰數(shù)碼管。由于P1．3一P1．6口有25mA的灌電流能力．所以不用三極管驅(qū)動。

二、軟件設(shè)計

程序用C語言編寫。由主程序、定時中斷服務(wù)子程序等模塊組成。定時器TO作被測電容器充電時間的計數(shù)用。定時器Tl用于定時中斷服務(wù)，定時時間為5ms。數(shù)組BitTab[4] 存儲位驅(qū)動碼，DispTab[11]存儲字形碼，數(shù)組DispBut[4]的4個元素分別存儲從定時器T0讀出的數(shù)據(jù)的個、十、百、千4位數(shù)字。

程序顯示每一位數(shù)碼的時間為5ms，因此顯示4位數(shù)的周期為20ms(4次中斷)。每過240ms(48次中斷)刷新一次數(shù)據(jù)，即每過240ms測一次電容最，測量時間小于2ms。由于這一時間小于中斷

的時間5ms，因此在測量過程中不會出現(xiàn)中斷。測量電容時，PI．2口輸出高電平，電容開始充電，同時TO開始計數(shù)，當(dāng)充電達(dá)到基準(zhǔn)電壓時，P3．6口輸出高電平，To停止計數(shù)，并讀出數(shù)據(jù)送數(shù)碼

管顯示。如果被測電容器的容量超出測試擋的量程，即計數(shù)值大于或等于2000，干位顯示1，其他三位數(shù)不顯示，這時可選擇大一擋的量程進(jìn)行測試。

經(jīng)仿真和電路測試．發(fā)現(xiàn)單片機(jī)判斷P3．6口是否輸出高電平要花3個機(jī)器周期．這會使顯示計數(shù)值增加3。因此在程序中對計數(shù)值減去了3，以對上述誤差進(jìn)行修正。

字形碼的輸出用P3 0～P3．5、P3．7，其輸出數(shù)據(jù)通過數(shù)組DispTab[111獲得。數(shù)據(jù)位和字形的對應(yīng)關(guān)系如附表所示。

三、調(diào)試

調(diào)試工作主要是通過對RPl的調(diào)=f5來調(diào)整基準(zhǔn)電壓，最好是通過對一個精度比較高的電容器的測量來進(jìn)行調(diào)節(jié)，而不是直接測量基準(zhǔn)電壓。具體方法是，選一個經(jīng)確認(rèn)容量比較準(zhǔn)確的電容器，

如15nF的電容器，將S1置于20nF擋，調(diào)節(jié)RPI使測量顯示值為1500。選擇的電容器容量至少要大于相應(yīng)量程的一半，塌好是接近滿量程，才能調(diào)得比較準(zhǔn)確。諺擋調(diào)試好后其他各擋也就調(diào)好了。如果發(fā)現(xiàn)某擋精度有問題，可改變其相應(yīng)的充電電阻的阻值來進(jìn)行調(diào)整。

在使用過程中，當(dāng)SL主頁的測試電容器顯示器周圍的情況下f2nF塊放置時間的正常價值的10pF。因?yàn)檫@是電壓比較器輸入電容和電路的分布電容，只要測量讀數(shù)時，可以降低此值。因此，在調(diào)不要嘗試選擇齒輪，以避免調(diào)試分布電容的精度的影響。容－源－電－子－網(wǎng)－為你提供技術(shù)支持

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