51單片機(jī)電容測(cè)量電路+程序設(shè)計(jì)

ID:510819 · 發(fā)表于 2019-4-13 22:02

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基于AT89C51單片機(jī)和555芯片構(gòu)成的多諧振蕩電路設(shè)計(jì)一電容測(cè)量電路，這種測(cè)量方法主要是通過(guò)一塊555芯片來(lái)測(cè)量電容大小。讓555芯片工作在直接反饋無(wú)穩(wěn)態(tài)的狀態(tài)下，555芯片輸出一定頻率的方波，其頻率的大小跟被測(cè)量的電容之間的關(guān)系是：f=0.772/(R*Cx) ，固定R的大小，其公式就可以寫(xiě)為：f=k/Cx，只要能夠測(cè)量出555芯片輸出的頻率，就可以計(jì)算出測(cè)量的電容。計(jì)算頻率的方法可以利用單片機(jī)的計(jì)數(shù)器T0和中斷INT0配合使用來(lái)進(jìn)行測(cè)量。

1.3.1 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

該電路主要由單片機(jī)AT89C51、按鍵、繼電器、74HC08、LCD16028、555芯片等構(gòu)成，整體設(shè)計(jì)電路如圖1-7所示。

圖1-7

555模塊簡(jiǎn)介

NE555管腳功能介紹：

1腳為地。2腳為觸發(fā)輸入端；3腳為輸出端，輸出的電平狀態(tài)受觸發(fā)器控制，而觸發(fā)器受上比較器6腳和下比較器2腳的控制。

當(dāng)觸發(fā)器接受上比較器A1從R腳輸入的高電平時(shí)，觸發(fā)器被置于復(fù)位狀態(tài)，3腳輸出低電平；

2腳和6腳是互補(bǔ)的，2腳只對(duì)低電平起作用，高電平對(duì)它不起作用，即電壓小于1Ucc/3，此時(shí)3腳輸出高電平。6腳為閾值端，只對(duì)高電平起作用，低電平對(duì)它不起作用，即輸入　電壓大于2Ucc/3，稱高觸發(fā)端，3腳輸出低電平，但有一個(gè)先決條件，即2腳電位必須大于Ucc/3時(shí)才有效。3腳在高電位接近電源電壓Ucc，輸出電流最大可打200mA。

4腳是復(fù)位端，當(dāng)4腳電位小于0.4V時(shí)，不管2、6腳狀態(tài)如何，輸出端3腳都輸出低電平。5腳是控制端。7腳稱放電端，與3腳輸出同步，輸出電平一致，但7腳并不輸出電流，所以3腳稱為實(shí)高（或低）、7腳稱為虛高。

555集成電路的框圖及工作原理：

555集成電路開(kāi)始是作定時(shí)器應(yīng)用的，所以叫做555定時(shí)器或555時(shí)基電路。但后來(lái)經(jīng)過(guò)開(kāi)發(fā)，它除了作定時(shí)延時(shí)控制外，還可用于調(diào)光、調(diào)溫、調(diào)壓、調(diào)速等多種控制及計(jì)量檢測(cè)。此外，還可以組成脈沖振蕩、單穩(wěn)、雙穩(wěn)和脈沖調(diào)制電路，用于交流信號(hào)源、電源變換、頻率變換、脈沖調(diào)制等。由于它工作可靠、使用方便、價(jià)格低廉，目前被廣泛用于各種電子產(chǎn)品中，555集成電路內(nèi)部有幾十個(gè)元器件，有分壓器、比較器、基本R-S觸發(fā)器、放電管以及緩沖器等，電路比較復(fù)雜，是模擬電路和數(shù)字電路的混合體，如圖1所示。

555振蕩器電路(無(wú)穩(wěn)電路)：

由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器如圖9(a)所示，其工作波形見(jiàn)圖9(b)。

接通電源后，電源VDD通過(guò)R1和R2對(duì)電容C充電，當(dāng)Uc<1/3VDD時(shí)，振蕩器輸出Vo=1，放電管截止。當(dāng)Uc充電到≥2/3VDD后，振蕩器輸出Vo翻轉(zhuǎn)成0，此時(shí)放電管導(dǎo)通，使放電端(DIS)接地，電容C通過(guò)R2對(duì)地放電，使Uc下降。當(dāng)Uc下降到≤1/3VDD后，振蕩器輸出Vo又翻轉(zhuǎn)成1，此時(shí)放電管又截止，使放電端(DIS)不接地，電源VDD通過(guò)R1和R2又對(duì)電容C充電，又使Uc從1/3VDD上升到2/3VDD,觸發(fā)器又發(fā)生翻轉(zhuǎn)，如此周而復(fù)始，從而在輸出端Vo得到連續(xù)變化的振蕩脈沖波形。脈沖寬度TL≈0.7R2C，由電容C放電時(shí)間決定；TH=0.7(R1+R2)C，由電容C充電時(shí)間決定，脈沖周期T≈TH+TL。

1.3.2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)流程如圖3-4所示，主要完成定時(shí)器的初始化，啟動(dòng)555芯片工作，等待中斷，若有中斷，則計(jì)算電容大小，顯示電容大小，然后等待下一次中斷。

proteus仿真

載入hex文件，如圖1-8

圖1-8

可以改變單刀雙擲開(kāi)關(guān)SW1，切換被測(cè)量的電容。LCD1602上即可顯示被測(cè)電容的值，仿真時(shí)會(huì)有誤差。

程序清單如下：

用keil c編譯

本工程包含一個(gè)文件

電容測(cè)量.c

/******************************文件Main.c 如下****************************/
//編譯環(huán)境：keil c51
//mpu型號(hào)：stc89c52rc
//晶振頻率：12M
//操作系統(tǒng)：win x
/*************************************************************************/
#include "reg51.h"
#include"intrins.h" //庫(kù)函數(shù)
#define DATA P0
sbit RW=P2^1; //1602寫(xiě)數(shù)據(jù)
sbit RS=P2^0; //1602寫(xiě)地址
sbit EN=P2^2; //1602工作使能
sbit b_test=P3^7; //控制小燈的亮滅
sbit _reset=P3^5; //555時(shí)基芯片工作控制信號(hào)
unsigned int T_flag,N,C,i,Dis1,Dis0;
unsigned int b[6]={0X13,0X0D,0X00,0X00,0X40,0X16}; //顯示C=00pF
/*******************************延時(shí)1ms*********************************/
void Delay1ms(unsigned int mm)
{unsigned int i;
for(mm;mm>0;mm--)
for(i=100;i>0;i--);
}
/********************************檢查忙否********************************/
void Checkstates()
{
unsigned char dat;
RS=0;
RW=1;
do{EN=1; //下降沿
_nop_(); //保持一定間隔
_nop_();
dat=DATA;
_nop_();
_nop_();
EN=0;
}while((dat&0x80)==1);
}
/*******************************LCD寫(xiě)命令函數(shù)****************************/
void wcomd(unsigned char cmd)
{
Checkstates();
RS=0;
RW=0;
DATA=cmd;
EN=1;
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
EN=0;
}
/******************************LCD寫(xiě)數(shù)據(jù)函數(shù)*******************************/
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); //功能設(shè)置
Delay1ms(5);
wcomd(0x38); //功能設(shè)置
Delay1ms(5);
wcomd(0x01); //清屏
Delay1ms(5);
wcomd(0x08); //關(guān)顯示
Delay1ms(5);
wcomd(0x0c); //開(kāi)顯示，不開(kāi)光標(biāo)
}
/********************************顯示函數(shù)********************************/
void Display(void) //顯示函數(shù)
{
unsigned char i,j;
unsigned char a[12]={0X4D,0X45,0X41,0X53,0X55,0X52,0X45,0X4D,0X45,0X4E,0X54,0X53};//顯示measurements
LCDINIT();
for(i=0;i<12;i++) //寫(xiě)顯示第一行
{ wcomd(0x80+i);
Delay1ms(1);
wdata(a[i]);
Delay1ms(1);
}
for(j=0;j<6;j++) //寫(xiě)顯示第二行
{
wcomd(0xc0+j);
Delay1ms(1);
wdata(0x30+b[j]);
Delay1ms(1);
}
Delay1ms(150);
}
/********************************主程序函數(shù)********************************/
void main()
{
IE=0x81; //打開(kāi)全部的中斷控制，并開(kāi)啟外部中斷允許
TMOD=0x09; //T0為16位計(jì)數(shù)工作方式1
IT0=1; //設(shè)置外部中斷的觸發(fā)的方式為脈沖觸發(fā)
TH0=0x00;
TL0=0x00;
T_flag=0;
_reset=0;
b_test=1;
while(1)
{
//while(!b_test) //如果有測(cè)量按鍵輸入就往下執(zhí)行
//{
i=0;
_reset=1; //啟動(dòng)555時(shí)基芯片
EX0=1; //開(kāi)啟中斷0
while(_reset) //超出等待時(shí)間，中斷還沒(méi)有過(guò)來(lái)，就退出
{
i++;
if(i>50000) //設(shè)置最長(zhǎng)等待時(shí)間
{
_reset=0; //最長(zhǎng)等待時(shí)間到還沒(méi)有中斷，停止555
}
}
if(N<100) //如果計(jì)數(shù)值小于100，顯示SM，表示應(yīng)換用小一點(diǎn)的量程
{
b[3]=0X1D;
b[2]=0X23;
}
if(N>50000) //如果計(jì)數(shù)值大于5000，顯示LA，表示應(yīng)換用大一點(diǎn)的量程
{
b[3]=0X11;
b[2]=0X1C;
}
if(N>=100 && N<=50000)
{
C=N/100; //計(jì)算電容的大小
b[2]=C/10; //計(jì)算電容值的十位
b[3]=C-b[2]*10; //計(jì)算電容值的個(gè)位
}
//}
Display(); //顯示電容的大小
if(C>40)
b_test=0;
else
b_test=1;
}
/******************************外中斷0服務(wù)函數(shù)*****************************/
void int0(void) interrupt 0 //第一次中斷開(kāi)始計(jì)數(shù)，第二個(gè)中斷停止計(jì)數(shù)
{
T_flag=!T_flag;
if(T_flag==1)
{
TR0=1; //開(kāi)始計(jì)時(shí)
}
if(T_flag==0)
{
TR0=0; //停止計(jì)時(shí)
EX0=0; //關(guān)閉中斷
_reset=0; //停止發(fā)出方
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