基于单片机的数字化介电常数测量仪的设计

论文总字数：16891字

摘 要

本文介绍一种由AT89C52单片机控制的介电常数测量仪的工作原理、设计思路以及软硬件电路设计，通过对介质电容的测量间接地测量介电常数的值，其结果可通过LCD1602液晶屏来显示，且电路较为简单，成本较低，是一种测量介电常数的简便方法。

关键词：555多谐振荡器，AT89C52单片机，LCD1602液晶显示器

Abstract：This article introduces a kind of controlled by AT89C52 single chip microcomputer of the apparatus used to measure the dielectric constant of the working principle, design idea and software and hardware circuit design, by indirect measurement of dielectric capacitor dielectric constant value, the result can be LCD1602 LCD screen to display, and the circuit is relatively simple, the cost is low, it is a kind of simple method to measure the dielectric constant.

Keywords：555 multivibrator, AT89C52 single chip microcomputer, LCD1602 liquid crystal display

目录

1绪论.......................................................4

1.1课题背景与意义...........................................4

1.2介电常数测量仪的研究现状.................................4

2方案原理...................................................4

2.1方案设计.................................................4

2.2工作原理说明.............................................5

3介电常数测量仪硬件设计.....................................5

3.1平行板电容器的设计.......................................5

3.2 AT89C52单片机...........................................6

3.3多谐振荡电路.............................................8

3.4显示电路................................................10

4介电常数测量仪软件设计....................................11

4.1 Keil软件编程...........................................11

4.2主程序设计..............................................12

4.3显示电路程序............................................13

5系统仿真..................................................14

5.1 Proteus软件调试........................................14

5.2仿真调试................................................15

5.3测量结果与误差分析......................................16

结论.......................................................17

参考文献...................................................18

致谢.......................................................19

附录 部分程序代码..........................................20

1. 绪论

1.1 课题背景与意义

介电常数反映介质的重要物理特性，在电磁学、静电力学等的研究中，在工程应用中都是重要参数。介电常数描述电介质的介电能力，常数值越大，介质的绝缘性能越强^[1]。

目前在许多领域通过对介电常数的研究测量,来了解研究对象的特性，是微波检测、食品加工检测、工业绝缘油性能评价、土壤水分测量的主要方法。介电常数测量已经应用于生产、生活的各个方面。

现在的测量仪器越来越先进，然而我国测量仪器的发展却遇到了瓶颈。虽然中国产业已经得到了飞速发展，但是总的来说还是落后于世界的。因此，设计一款介电常数测量仪是很有必要的。

• 1. 介电常数测量仪的研究现状

介电常数传统的测量方法有集中电路法、谐振法等，这些方法测量难度大、设计复杂、成本较高，而测量介电常数的实质就是将常数值转化为其他物理量。随着技术的发展，人们有着更直观、更简便、更低成本的迫切的测量需求。利用微处理器来设计测量仪器符合了这种需求，它可以直观具体的显示测量值，也可以降低设计电路的复杂程度。而单片机的集成化也给数字测量仪器带来了变革，仪器从电路的设计转向单片机模块功能的组合设计。

近年来，科技的进步发展使得我国测量仪器的发展摆脱了瓶颈期，产品也与国外先进产品缩小差距，而近年来电子技术的飞速发展也为测量行业带来新的理论知识与实践经验，相关产品也能够被广泛应用，新契机也让该行业也获得了前所未有的机遇，也给测量行业的技术注入了新的活力。

1. 方案原理

2.1 方案设计

本次设计初始设计了三种方案，方案的不同之处在于电子元器件的选择以及软件设计的难易程度，最后根据操作难度、设计要求和成本控制的需求选择了基于单片机和多谐振荡器的测量方案。

方案一是通过测量电容放电时间来间接测电容^[2]，一电阻两端分别连接一测量电容和一对照电容，间接测量放电时间来得出被测电容。方案所求时间测量误差问题难以避免，所以放弃之。

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