智能化电容测量仪的设计

论文总字数：19829字

摘 要

电容作为一个很常用的电子元器件经常在实验中使用，对它容量大小的测量具有很好的应用价值和经济效益。本文主要是以AT89S52单片机和由LM393等器件配合相关电路将要测量电容的值通过LC振荡电路转化为数字频率信号，进而通过单片机对LC振荡电路频率进行测量运算从而测得电容，最后通过液晶屏1602输出要测量电容大小。本设计设计出的电容测量仪具有简单、便携、方便的特点。

关键词：电容，测量，单片机

Abstract：Capacitance,as a commonly used electronic component, is often used in experiments ,The measurement of capacitance has good application value and economic benefits.In this paper the value of the capacitance to be measured is converted into digital frequency signal by LC oscillating circuit with AT89S52 SCM and LM393 and other devices to cooperate with related circuits,and then the capacitance is measured by measuring and calculating the frequency of LC oscillating circuit with SCM. Finally,the capacitance is measured through the output of LCD 1602.The capacitance measuring instrument is simple,portable and convenient.

Keywords：Capacitor, measure, SCM

目录

1 引言 4

1.1 设计背景与意义 4

1.2 电容测量仪的发展历史和研究现状 4

1.3 研究内容与设计要求 5

2 设计方案及工作原理 6

2.1 设计方案 6

2.2 工作原理 6

3 智能化电容测量仪硬件设计 8

3.1 LC振荡电路 8

3.1.1 LC振荡电路工作原理 8

3.1.2 LC振荡电路频率 9

3.2 AT89S52单片机系统 10

3.2.1 AT89S52单片机简介 10

3.2.2 电源电路 11

3.2.3 复位电路 12

3.2.4 晶振电路 12

3.2.5 下载电路 13

3.3 液晶显示电路 13

4 智能化电容测量仪软件设计 15

4.1 主程序流程图 15

4.2 LCD显示程序流程图 16

5 系统测试与结果分析 17

5.1 单片机功能测试 17

5.2 实物测试 19

结 论 21

参 考 文 献 22

致 谢 23

附录 24

1 引言

• 1. 设计背景与意义

当今科学技术发展十分迅速，机器智能化程度不断提高，测量电容的仪器也以各种方式出现，电容测量仪作为一种实用检测仪器，在电力、钢铁、石化、铁路等方面具有很大的用途，但是市面上很多高档次的测量仪器对学生和大众来说并不是很实用，测量电容在电子器件的生产实使用和维修中又是十分重要的一个环节，因此，在当前情况下，设计一种安全可靠便携简单的智能化电容测量仪就具有很深刻的意义。

1.2 电容测量仪的发展历史和研究现状

门捷列夫曾说过，科学是从测量开始的。测量行业在今天也是信息产业的三大关键技术之一，而电容的测量在当中更是有着很重要的地位，对电子信息产业的发展有着很深远的意义。电容，也就是一种可以储存电能的装置，由两块金属片夹着一个绝缘体就可以构成一个最简单的电容装置。电容器一般而言都有这么几个作用：隔直流通交流、容抗作用、延时作用。电容的历史可以说是非常悠久了，早在公元前600年，就出现了琥珀（树脂的化石），相应出现了吸引灰尘（摩擦放电）的记载，在1600年，德国物理学家葛利克发明了第一台摩擦起电机，到了1700年之后，随着电学的不断发展，莱顿瓶的发明，富兰克林的风筝实验，伏特的起电盘为电容增加了意义。1800年后，第一个电池 伏特电池诞生，出现了云母电容器，纸电容器，陶瓷电容器，铝电解器等等。在当今这个时代，对电容的测量已经十分的普遍，诸如薄膜电容器，积层陶瓷贴片电容器等新型电容器层出不穷。国内在“十一五”期间不断增加基础建设的投入力度以及市场的迫切需求，测量行业得到了快速发展。尽管中国测量仪器市场发展迅速，但与国外企业还有着不小的差距，国内主要实验机构，学校，企业等单位大多测量仪器还是依赖进口。而且国内中高端测量产品及零部件市场有60%的份额都被国外公司占有。目前国外还出现了高压交流滤波和并联电容产品，电容器单元的比特性更先进，电容器单元容量大，产品的整体结构紧凑，占地面积小，还有高压直流滤波电容器，他的单位体积贮能大，采用先进的内部熔丝，采用有效的内部均压措施，换流阀用电容器则对保护环境防止火灾更加重视，现今的电容测量技术也变得越来越多元化。

1.3 研究内容与设计要求

电容的测试已经有很久的历史，方法也比较多，比较常见的有：谐振法、电桥法、阻抗法、充放电法等等。谐振法就是利用谐振的定义测量电容，通过Wo=1/来测量电容C，但W并不是严格等于Wo，这个方法适合平时实验。电桥法精度较高适合精密电容测量，由于电桥的结构复杂，成本相对也较高，对电容器的一般测量如仅测其电容量，可以用阻抗法测试，阻抗法相对于电桥法简单的多，有的数字式万用表配备有电容测试功能，其原理大都是以阻抗法实现的，阻抗法即分离虚部阻抗法测电容，用正弦电流源激励被测的和电阻串联的电容，测出在这个复数阻抗上产生的电压，然后将电压送给模拟信号处理的电路处理，分离出与这个复数阻抗有关的电压，这个电压经刻度标定，可得到与被测电容成正比的电压，再经模数装换器和数字显示装置，以数字显示电容的量值。^[1]随着测试技术的不断进步，特别对相位角测试精度的提高，在阻抗法测量的同时增加相位角的测量可以较准确的得到介质损失角，在一定范围内已经可以替代电桥法测量。充放电法则是用2个555定时器来构成电路，一个组成多谐振荡器，通过电容放电产生的脉冲波作为计数波，另一个组成单稳态电路，多谐的输出作为单稳态的输入，输出外加反相器作为控制脉波，计数脉波并用LCD数码管显示，还有一种设计利用LM393组成振荡电路，通过计数产生的脉冲来测量电容。 本文基于此设计了简单实用即物美价廉的智能化电容测量仪，它设计简单，使用方便。实验室中现今对电容的测量仅仅是使用万用表，而且并不精确。本设计通过使用 AT89S52 单片机将要测量的电容C的值通过LC振荡电路转化为数字频率信号f，进而可以通过单片机AT89S52对输出的频率进行测量运算从而测量出电容。

设计的成品应具有以下几个功能：

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