毕业设计（论文）-电容容量测试电路设计.doc

第 1 页 南 京 工 程 学 院 毕业设计说明书 作 者： 韩 杰 学 号： 208090537 系 部： 通信工程学院 专 业： 电子信息工程 题 目： 电容容量测试电路设计 指导者： 刘静波 高级实验师 (姓 名) (专业技术职务) 评阅者： (姓 名) (专业技术职务) 2013 年 6 月 南 京 第 2 页 Capacitance Test Circuit Design A Dissertation Submitted to Nanjing Institute of Technology For the Academic Degree of Bachelor of Science By Supervised by Engineer,Liu Jingbo College of Communication Engineering Nanjing Institute of Technology June 2013 Han Junjie 第 3 页 摘要 本设计是基于 AT89C2051 与 LM339 比较器连接成电路测量电容的。 比较 器输入端 中所涉及的电容，即是被测量的电容。 被测电容可以通过开关手动选 取。因为比较电路的基准电压是固定的，所以当输入电压低于基准电压时，比 较器输出高电平；当输入电压高于基准电压时，比较器输出低电平，并向单片 机输出充电完成的信号，停止充电。单片机接收到信号后关闭定时器，并进行 相应测量电容值的计算，并将测量的数值送到7 段 LED 数码管中显示出来。 关键词： 单片机；比 较器；数码管；光耦电路 第 4 页 Abstract The design is based AT89C2051 with LM339 comparator is connected into a circuit capacitance measurement. Involved in the comparator input capacitance is the capacitance to be measured. The measured capacitance can be selected manually by a switch. Because the reference voltage of the comparator circuit is fixed, so when the input voltage drops below the reference voltage, the comparator output is high; when the input voltage is higher than the reference voltage, the comparator output low to the microcontroller output charging is complete signal to stop charging. Off timer microcontroller receives the signal and corresponding measured capacitance value is calculated and the measured values to the 7-segment LED display. Key words： SCM; comparator; digital pipe; optocoupler 第 5 页 目录 第一章 绪论.8 1.1 选题的背景 .8 1.2 电容测试仪的发展历史及研究现状.9 1.3 本设计研究的意义 .10 1.4 本设计所做的工作 .11 1.5 本论文的结构安排 .11 第二章 电容测试系统总体方案选择.12 第三章 单片机应用系统的设计方法.14 3.1AT89C51 单片机介绍及其电路的设计 .14 3.1.1 AT89C51 单片机简介 .14 3.1.2 AT89C51 复位电路及时钟电路.17 3.1.3 AT89C51 单片机定时器简介.18 3.2 程序设计语言及选用 .19 3.3 KEIL 编译仿真软件简介 .19 3.4 PROTEUS软硬件仿真软件及其使用.20 第四章 系统电路设计.24 4.1 系统硬件框图.24 4.2 系统硬件的选用与介绍.24 4.2.1 光耦合器的功能介绍.24 4.2.2 LED 数码管介绍及其电路设计.26 第 6 页 4.2.3 LM339 电压比较器简介.29 4.3 电容充放电原理.31 4.4 系统电路设计原理图 .32 4.4.1 各个模块电路图设计.32 4.4.2 系统总体电路图.34 第五章 系统软件设计.36 5.1 软件方案设计.36 5.2 系统工作过程与主程序设计.36 5.2.1 软件设计流程图.37 5.2.2 系统主程序设计.38 第六章 系统调测.41 6.1 软件调测.41 6.2 硬件调测.41 6.2.1 硬件调试流程.41 6.2.2 硬件调试结果.42 第七章 结论与展望 .44 7.1 本设计所完成的工作.44 7.2 技术难点与对策.44 7.3 成果与特点.44 7.4 收获与体会.44 致谢.46 第 7 页 参考文献.47 附录.48 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 8 页 第一章 绪论 1.1 选题的背景 电容（或称电容量）是表现 电容器容纳电荷本领的物理量。电容从物 理学上讲，它是一种静态电荷存储 介质，可能电荷会永久存在，这是它的 特征，它的用途较广，它是电子、电力领域中不可缺少的电子元件 。主要 用于信号 耦合、谐振、滤波、补偿、充放电、储能、隔直流等电路中。 在电子制作中 ，我们会 用到多试多样 的电容器， 由于结构的不同， 它 们在电子电路路中也分别起着 各异的作用。 电容与电阻器相似， 人民通常 简称它们为电容， 可以用字母 C 来表示。根据字面意思 ，电容器就是 “用 来储存电荷的容器 ” 。尽管电容器 有很多种 ，但它们 有着相同 的基本结构 和原理。 当两片距离很近的金属的中间被种某物质（固体、气体或液体） 所隔开，就构成了电容器。两片金属称为极板，中间的物质叫做介质。电容 器也分为容量固定的与容量可变的。但常见的是固定容量的电容，最多见的 是电解电容和瓷片电容。 电子电路中，只有在电容器充电过程中，才有电 流流过，充电过程结束后，电容器是不能通过直流电的，在电路中起着 “隔直流”的作用。电路中，电容器常被用作 耦合、旁路、滤波等，都是 利用它“通交流，隔直流 ”的特性。交流电不仅方向往复交变，它的大小 也在按规律变化。电容器接在交流电源上，电容器连续地充电、放电，电 路中就会流过与交流电变化规律一致（相位不同）的充电电流和放电电流。 电容器的基本作用就是充电与放电，但由这 种基本充放电作用所延伸出来的许多电路现象，使得电容器有着种种不同的 用途，例如：在电动马达中，用它来产生相移；在照相闪光灯中，用它来产 生高能量的瞬间放电等等。 进入二十一世纪，随着电子元器件轻工业的发 展，电子元器件的使用数量急剧增加，电子元器件的适用范围也逐渐广泛起 来，并且在应用中我们常常要测定电容容量的大小。因此，设计便捷、安全、 可靠，稳 定的电容测试仪具有极大的现实必要性以及重要性。 通常情况下，电路参数的数字化测量是把被测参数传换成直流电压或频 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 9 页 率后进行测量。 低频中使用的范围较宽，可以使用高频特性比较差的；但 是在高频电路 中就有很大的限制，一旦选择不当会影响电路的整体工作状态； 一般的电源里用的有电解电容、和瓷片电容、但是在高频中就要使用云 母等价格较贵的电容，就不可以使用绦纶的电容，和电解的电容，因为它们 在高频情况下会形成 电感，以致影响电路的工作精度。 传统的测量电容方法有谐振法和电桥法两种。前者电路简单，速度快， 但精度较低；后者测量精度高，但速度慢。随着数字化测量技术的发展与提 高，在测量速度和精度上有很大的改善，电容的数字化测量常采用恒流法和 比较法。 1.2 电容测试仪的发展历史及研究现状 在当今电子测试领域，电容的测量已经在产品研发和测量技术和应用 的十分广泛。电容通常以传感器的形式出现，因此，电容测量技术的发展归 根结底就是电容传感器的发展。最初时用交流不平衡电桥就能测量基本的电 容传感器。最初的电容传感器有变面积型的，变介质介电常数型的和变极板 间型的传感器。现在的电容式传感器是越做越先进，现在用的比较多的有容 栅式电容传感器，陶瓷电容压力传感器等等。电容测量技术发展也很快现在 的电容测量技术也由单一化发展为多元化。现在国内外做传感器的厂商也比 较多,在世界范围内做电容传感器做的比较好的公司有：日本figaro、德国 tecsis、美国 alphasense。中国本土测量仪器设备发展存在主要瓶颈。尽管 本土测试测量产业得到了快速发展，但客观地来说中国开发测试测量仪器还 普遍比较落后。每当提起中国测试仪器落后的原因，就会有许多不同的说法， 诸如精度不太高，外观不精致且略显粗糙，可靠性很差等。实际上，这些都 还只是表面现象，而真正影响中国测量仪器发展的瓶颈为： 1.在整个产品流程中，测试的地位偏低。在产品的制造流程中，由于人 们的传统观念的影响，研发部分始终处于核心位置，而测试却处于从属和辅 助位置。在这一点上，在几乎从所有的研究机构部门配置上即可探知一二。 正是由于这种错误观念，才造成整个社会对测试环节的轻视，从而造成测试 仪器方面人才的严重匮乏，造成相关的基础科学研究比较薄弱，这是中国测 量仪器发展的一个最主要瓶颈。实际生活中，即使是研发队伍本身，对测试 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 10 页 的重视度以及对仪器本身的研究也明显远远不够。 2. 还没有真正意义上建立面向应用和现代市场营销模式。中国本土仪 器设备厂商只是重研发，重视生产，重视狭义的市场，还没有建立起一套完 整的现代营销体系和面向应用的研发模式。传统的营销仪器模式在计划经济 年代里发挥过很大作用，但仍然无法满足目前整体解方案流行年代的需求。 所以，为了尽快快速缩小与国外先进公司之间的巨大差距，国内仪器研发企 业应不断加速实现从面向仿制的研发向面向应用的研发的过渡。特别是随着 国内测量仪器应用需求的快速增长，为这一过渡提供了根本动力，应该利用 这些强大动力，不断跟踪应用技术的快速发展。 3.缺乏系列标准件的材料配套体系。历史的原因，使中国仪器配套行业 的企业多为良莠不齐的小型企业，标准化的研究也没有跟上需求的快速发展， 从而导致仪器的材料配套行业的技术水平较低。虽然目前已有较大的改观， 但距离整个产业的要求还有一定距离，所以，在产业方面还应把标准化和模 块化的研究放到重要的位置。还有，由于技术水平没有达到的条件，不能一 味地追求精度或追求高指标，没有处理好与稳定性之间的关系。上述这些都 是制约本土仪器发展的因素。 近年来我国测量仪器的可靠性和稳定性问题得到了很多方面的重视，测 量仪器状况有了很大改观。测试仪器行业目前已经越过低谷阶段，重新回到 了快速发展的轨道，尤其是最近几年，中国本土仪器取得了长足的进展，特 别是在通用电子测量设备研发方面，与国外先进产品的巨大差距正在快速缩 小，对国外电子仪器巨头的垄断造成了不小的冲击。模块化和虚拟技术的发 展，为中国的测试测量仪器行业带来了新的发展机遇，加上国内各级政府对 测量仪器的日益重视，以及中国国内自主的应用指标研究的快速长足进展， 都在为该测量产业的前景提供前了所未有的活力。从中国电子信息产业的年 鉴中能得出结论，在中国，测量仪器每年都在以超过30%的速度在急速增 长。在此快速增长的进程中，催生出了许许多多测试方面的新创企业，也催 生出了一批又一批实用性较高的产品。 1.3 本设计研究的意义 本实验采用比较电路法测量电容容量，开关闭合后对待测电容进行充 电，电容两端电压不断增加，将电容两端电压与比较器的基准电压作比较， 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 11 页 当未充满时比较器输出高电平；当充满时比较器输出低电平。再根据电容充 电时间常数 跟电阻 R 就可以求出待测电容。 此外，通过本次毕业设计能对单片机系统进一步掌握。同时不仅能提高 自己的实践动手能力和独立思考能力。还能学到很多在书本上所没学到过的 内容。 1.4 本设计所做的工作 本设计是以 LM339 与 AT89C2051 单片机为核心的电子测试电路，将 被测参数转化为电容的充电时间常数，并利用单片机送到8 段数码管显示， 所以，本次设计需要做好以下工作： (1)学习单片机原理等资料。 (2)学习 PROTEUS, KEL3.0 等工具软件的使用方法。 (3)设计测量电容的比较电路。 (4)设计测量 LED 动态显示电路。 (5)用 PROTEUS 软件绘制电原理图。 (6)安装和调试，并进行实际测试，记录测试数据和结果。 (7)撰写毕业论文。 (8)完成英文翻译。 1.5 本论文的结构安排 本论文的结构安排为：第 1 章 绪论；第 2 章 电容测试系统总体方案 设计； 第 3 章 单片机应用系统的设计方法； 第 4 章 系统电路 设计； 第 5 章 系统软件设计；第 6 章 系统调试； 第 7 章 结论与展望。 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 12 页 第二章 电容测试系统总体方案选择 电容测试仪 的设计可以采用多种不同的设计方案 ，例如利用模拟电路 测试电容；采用用恒流法和比较法测电容；还使用可编程逻辑控制器、 振 荡电路与 单片机结合或 CPLD 与 EDA 相结合等等 来实现。 在设计前对各 种方案进行了比较： 1)利用纯模拟电路 虽然纯模拟电路避 免了编程的 诸多麻烦，但 其电路复杂，所用器件较 多，灵活性差，测量精度低，现在已较少使用。 2)可编程逻辑控制器 (PLC) 功能完善，组合灵活，扩展方便，抗干扰能力和可靠性能力都强 ， 实用性强。现代 PLC 所具有的功能及其各种扩展单元、智能单元和特殊功 能模块，可以方便、灵活地组成不同规模和要求的控制系统，以适应各设 计控制的需要。 但是用 PLC 实现价格相对昂贵，因而成本过高。 3)采用 CPLD 或 FPGA 实现 目前被广泛应用的 VHDL 硬件电路描述语言，实现电容测试仪的设计， 利用 MAXPLUSII 集成开发环境进行综合、仿真，并下载到CPLD 或 FPGA 可编程逻辑器件中，完成系统的控制作用。而且编程灵活、集成度 高、设计开发周期短、适用范围宽、开发工具先进、设计制造成本低、对设 计者的硬件经验要求低、标准产品无需测试、保密性强、价格大众化等特点， 可实现较大规模的电路设计 但相对而言规模大，结构复杂。 4)利用 LM339 比较电路与 单片机结合 LM339 的集成模块内部分布有四个相互独立的、互不影响的 电压比较 器，其特点是在电压上失调相对较小，而 电源的电压范围 却相对较 宽，当 我们比较 信号源的内阻 时，它的 限制较宽； 而且共模范围 也很大，此外输 入的差动电压范围 也相差很大 ；在输出端方面， 输出端的电位可以灵活方 便地被使用。 利用 LM339 比较电路电路将电容参数转化为电容的充电时 间常数，这样就就能够很方便测量出电容的容量，一方面测量精度高，另一 方面便于使仪表实现自动化，而且与单片机构成的应用系统可靠性大大提高 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 13 页 了。系统扩展、系统配置灵活。容易构成各种规模的应用系统，且应用系统 有较高的软、硬件利用系数。单片机具有可编程性，硬件的功能描述可完全 在软件上实现，而且设计时间短，成本低，可靠性高。 综上所述，利用 LM339 比较电路与 单片机结合实现电容测试仪更为简 便可行，节约成本。所以，本次设计选定以AT89C51 单片机为核心来进 行。 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 14 页 第 3 章 单片机应用系统的设计方法 3.1AT89C51 单片机介绍及其电路的设计 3.1.13.1.1 AT89C51AT89C51 单片机简介单片机简介 AT89C51 是一种 CMOS 8 位的微处理器 ，它的内部带着 4K 字节 FLASH 存储器，它工作电压低 、且具有高处理性能。我们通常称其为的 单片机。AT89C2051 带有 2K 字节的闪存既可编程又可擦除，且是只读存 储器。这种类型 的存储器可以被反复擦除，其次数可以达到惊人的 1000 次。在制造方面 该元器件采用 了 ATMEL 高密度的非易失存储器制造技术， 这种技术 与工业标准的 MCS-51 指令集和输出管脚 相互兼容。由于将功能 繁多的 8 位 CPU 和闪烁存储器整合在单个芯片中， ATMEL 的 AT89C51 成为了一种高效 又稳定的 微控制器 。AT89C51 单片机向很多嵌入式控制 系统提供了一种灵活 、廉价、稳定 的方案。外形及 引脚排列如下图所示： 图 3.1 AT89C51 外形及引脚排列 该单片机有以下 标准的功能：128 字节内部 RAM，带有 4k 字节 Flash 闪速存储器 ，32 个 I/O 口线，还有两个 16 位的定时/计数器， 还有 一个通信口，是全双工的。 片内还有振荡器电路及时钟电路 。同时， AT89C51 操作时能够 降到 0Hz 的静态逻辑 ， ，并支持两种 软件可选的节电 工作模式。空闲方式停止 CPU 的工作，但允许 RAM，定时/计数器， 串 行通信口及中断系统 继续工作。掉电方式保存 RAM 中的内容，但振荡器 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 15 页 停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位为止。 VCC：供电的电压。 GND：接地口。 P0 口：P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电 流。当 P0 口的管脚第一次写 1 时，被定义为 高阻输入。P0 能够用于外部 程序数据 存储器，它可以被定义为数据 /地址的低八位。在 FIASH 编程时， P0 口作为原码输入口，当 FIASH 进行校验时， P0 输出原码，此时 P0 外 部必须接上拉电阻。 P1 口：P1 口是一个内部 可以提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口 缓冲器能接收输出 4TTL 门电流。 P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高， 可用作输入， P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上 拉的缘故。在 FLASH 编程和校验时， P1 口作为低八位地址接收。 P2 口：P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 口缓冲器可 接收，输出 4 个 TTL 门电流，当 P2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻 拉高，且作为输入。并因此作为输入时， P2 口的管脚被外部拉低，将输出 电流。这是由于内部上拉的缘故。 P2 口当用于外部 程序存储器 或 16 位地 址外部数据 存储器进行存取时， P2 口输出地址的高八位。在给出地址 “1” 时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时， P2 口输出其 特殊功能寄存器 的内容。 P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高 八位地址信号和 控制信号 。 P3 口：P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个 TTL 门电流。当 P3 口写入“1”后，它们被内部 电阻上拉，接着变为 高 电平，这样就可以被 用作输入。作为输入， 因为外部下拉为低电平， P3 口将输出电流（ ILL） ，这是上拉的缘故。 P3 口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： 口管脚 备选功能 P3.0 RXD（串行数据输入口） P3.1 TXD（串行数据输出口） P3.2 /INT0（外部中断 0） P3.3 /INT1（外部中断 1） 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 16 页 P3.4 T0（计时器 0 外部输入） P3.5 T1（计时器 1 外部输入） P3.6 /WR（外部数据 存储器写选通） P3.7 /RD（外部数据 存储器读选通） 同时编程校验 时，P3 口还可以 接收一些 控制信号 。 RST：复位输入 引脚。当振荡器 使用复位器件时， 就要保持 RST 脚两 个机器周期 有一定时间 的高电平。 ALE/PROG：当访问外部 存储器时，地址锁存 允许的输出电平 用于锁 存地址的低位字节。在 FLASH 编程期间，此 引脚用于输入 编程脉冲。在 平时，ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是： 每当用作外部数据 存储器时，将跳过一个 ALE 脉冲。如想禁止 ALE 的输 出可在 SFR8EH 地址上置 0。此时， ALE 只有在执行 MOVX，MOVC 指 令是 ALE 才起作用。另外，该 引脚被略微拉高。如果 微处理器 在外部执 行状态 ALE 禁止，置位无效。 /PSEN：外部程序存储器 的选通信号。在由外部程序 存储器取指期间，每 个机器周期 两次/PSEN 有效。但在访问 外部数据 存储器时，这两次有效的 /PSEN 信号将不出现。 /EA/VPP：当/EA 保持低电平时，则在此期间外部程序 存储器 （0000H-FFFFH） ，不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1 时， /EA 将内部锁定为 RESET；当/EA 端保持高电平时，此间内部程序存储器。 在 FLASH 编程期间 ，此引脚也用于施加 12V 编程电源（ VPP） 。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 XTAL1 和 XTAL2 分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配 置为片内振荡器。 石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部 时钟源驱动 器件，XTAL2 应不接。有余输入至内部 时钟信号 要通过一个二分频 触发 器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要 求的宽度。 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 17 页 3.3.1.21.2 AT89C51AT89C51 复位电路复位电路及时钟电路及时钟电路 复位电路，就是利用它把电路恢复到起始状态。就像是计算器的清零 按钮所起到的作用一样，当你进行完了一个题目的计算后，接下来 肯定是 要清零的 ，或者你输入错误，计算失误时都 会进行清零操作。以便回到原 始状态，重新进行计算。和计算器清零按钮有所不同的是，复位电路启动的 手段有所不同。一是在给电路通电时马上进行复位操作；二是在必要时可以 由手动操作；三是根据程序或者电路运行的需要自动地进行。篡位电路都 是比较简单的大都是只有电阻和电容组合就可以办到了。再复杂点就有三极 管等等配合程序来进行了。 为了确保单片机在 系统中电路能够既 稳定又可靠工作， 那么复位电路 是少不了的 ，在复位电路 中，它的 第一作用是可以用来 上电复位。 对于一 般单片机电路来说，正常工作 时需要被 5V5%的电源电压。因为微机电路 是时序的电路，所以需要很稳定时钟信号。 复位电路工作原理如 下图：开关闭合后 上，C1 充电，在 10K 电阻上 出现电压，使得单片机复位；几个毫秒后，C 充满，10K 电阻上电流降为 0，电压也为 0，使得单片机 进入工作状态 。工作期间，按下 开关，C1 放 电。 S 松手，C 又充电，在 10K 电阻上出现电压，使得单片机复位。几个 毫秒后，单片机进入工作状态。 图 3.2 复位电路 当使用单片机内部振荡电路时， XTAL1、XTAL2 这两个引脚用来外 接石英晶体和微调电容，如图3.3 的（a） 。在单片机内部，它是一个反相 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 18 页 放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器。当采用外部时钟时，对于 HMOS 单片机， XTAL1 引脚接地， XTAL2 接片外振荡脉冲输入（带上拉 电阻） ；对于 CHMOS 单片机， XTAL2 引脚接地， XTAL1 接片外振荡脉 冲输入（带上拉电阻），如图 3.3 的（b）和（c） 。 图 3.3 时钟电路 （a ) 内部时钟方式 （b）HMOS 工艺外接时钟 （c）CHMOS 工艺外接时钟 3.1.33.1.3 AT89C51AT89C51 单片机定时器简介单片机定时器简介 1MCS-51 系列中 51 子系列有两个 16 位的可编程定时 /计数器：定 时/计数器 T0 和定时/计数器 T1，52 子系列有三个，还有一个定时 /计数 器 T2。 2每个定时 /计数器既可以对系统时钟计数实现定时，也可以对外部 信号计数实现计数功能，通过编程设定来实现。 3每个定时 /计数器都有多种工作方式，其中T0 有四种工作方式； T1 有三种工作方式， T2 有三种工作方式。通过编程可设定工作于某种方式。 4每一个定时 /计数器定时计数时间到时产生溢出，使相应的溢出位 置位，溢出可通过查询或中断方式处理。 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 19 页 3.2 程序设计语言及选用 1972 年，美国的 Dennis Ritchie 设计发明了 C 语言，并且首次将它应 用在了装有 UNIX 操作系统的 DEC PDP-11 计算机上。它是由早期编程语 言 BCPL(Basic Combined Programming Language)发展演变而来，在 1970 年,AT sbit U=P37; unsigned char code Tab10=0 x3F,0 x06,0 x5B,0 x4F,0 x66,0 x6D,0 x7D,0 x07,0 x7F,0 x6F; /共阴极数码管的段码 void delay(void) unsigned int i; for(i=0;i2000;i+) ; /定义延时函数 void display(unsigned int k) /数码管显示函数 P3=0 x01; /使 P3.0=1，点亮第一个数码管 P1=Tab(k/10000)%10; / 千位显示 0 delay(); P3=0 x00; / P3=0 x02; /使 P3.1=1，点亮第二个数码管 P1=Tab(k/1000)%10; /显示百位 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 39 页 delay(); P3=0 x00; / P3=0 x04; /使 P3.2=1，点亮三个数码管 P1=Tab(k/100)%10; /显示十位 delay(); P3=0 x00; P3=0 x08; /使 P3.3=1，点亮第四个数码管 P1=Tabk/10%10; /显示个位 delay(); P3=0 x00; void main(void) /程序主函数 unsigned int t; long int h0; long int l0; TMOD=0 x01; /使用 16 位定时器 TH0=0; TL0=0; /定时器初值设置为 0 TR0=0; /关闭定时器 while(1) 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 40 页 while(S=1) ; if(S=0) TR0=1; /开启定时器,开始定时 while(U=1); if(U=0) TR0=0; /关闭定时器，定时结束 h0=TH0; l0=TL0; t=h0*256+l0; /将十六进制的数据转换为十进制 while(1) display(t); /调用显示函数 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 41 页 第六章 系统调测 6.1 软件调测 用 keil 软件进行软件调试，调试结果如下图所示： 图 6.1 软件仿真结果 6.2 硬件调测 6.2.16.2.1 硬件调试流程硬件调试流程 1检查面包版 电路 在通电调试之前，必须认真检查 面包电路板连线是否有错误。对照电 路图，按一定 模块的顺序逐级对应检查。 先检查光耦模块是否连接正确，再检查LM339 比较电路模块是否连接 正确。对于单片机模块要特别注意其 显示电路的那一部分，本设计中，数 码管的位选是靠三极管来驱动的额，所以要特别注意三极管的连接是否正确， 如不正确，将无法驱动数码管显示。 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 42 页 此外，要注意检查电源是否接错， 各个电源点之间应该都是想通的， 可以用万用表进行检测。还要检测 电源与地是否有短路，二极管方向和电 解电容的极性是否接反，集成电路和晶体管的引脚是否接错，轻轻拔一拔元 器件，观察 元器件与面包板底部 是否接触牢固。 2通电观察 在通电之前， 一定要调试好所需要的电源电压数值， 本设计中电源电 压为 5V,在确定电路板电源端无短路现象后，给电路接通电源。电源一经接 通，不要急 于查看数据，而是要观察 面包板是否有冒烟、异常气味、放电 的声光、元器件发烫等异常现象。如果有，不要惊慌失措，而应立即关断电 源，待排除故障后方可重新接通电源。 再确认故障排除后 ，再检测每个集 成块的电源引脚电压是否正常，以确 定集成电路是否已通电工作。 6.2.26.2.2 硬件调试结果硬件调试结果 硬件调试结果如下图所示： 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 43 页 图 6.2 硬件调试结果 图 6.3 硬件调试结果 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 44 页 第七章 结论与展望 7.1 本设计所完成的工作 在本次电容容量测试电路中，完成了光耦合器、LM339 比较电路、 AT89C51 单片机与数码管显示电路的实际结合，通过各个模块之间功能的 相互作用，将被测电容的电容值测试出来，有利于电容元器件的进一步研究， 达到了本设计的目的。 7.2 技术难点与对策 在此次电容容量测试系统的设计中，技术难点有两个：第一是电容测试 的比较电路，这个电路是关键点，要控制比较电路的基准电压，已及将比较 电路电平转换输出到单片机，我们可以通过控制电位器的电阻来控制基准电 压。第二是数码管显示电路的驱动部分，因为是共阴极数码管，所以要选择 2N5551 三极管来驱动。 7.3 成果与特点 1.本电容容量测试系统稳定性好，方便易用。 2.比较电路作为测量电容的电路，比其他电容测量电路简洁且效果好。 3.在日常生产中使用本测量系统将会节约生产成本，提高测量效率。 7.4 收获与体会 历时了两个多月，我完成了此次毕业设计，此次毕业设计，对即将步入 社会生活的我来说，是一次四年大学生活的综合性考察。虽然只是一个电容 容量的系统设计，却让我学到了许多书本上学习不到的知识。从确定选题开 始，就全身心的投入到毕业设计中。一开始时有点茫然不知所措，在老师的 指点下开始搜集资料，整理疏通整个系统逐步