基于单片机电容测量仪仿真设计

前言

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设计介绍

基于单片机的电容测量仪设计是一个综合性的项目，旨在通过单片机技术实现电容的精确测量。以下是对该设计的一个详细介绍：

一、系统概述
基于单片机的电容测量仪利用单片机的控制和处理能力，结合电容测量原理，通过特定的电路设计实现电容值的测量。该设计通常包括硬件设计、软件设计以及必要的仿真验证等环节。

二、硬件设计

1. 单片机选择
   选择合适的单片机是整个设计的关键。通常，需要选择具有高性能、低功耗特点的单片机，如STC12C5A60S2等，以满足高精度测量的需求。

2. 测量电路设计
   电容的测量电路通常采用555定时器构成的多谐振荡器。该电路能够将被测电容的容量转换为振荡器输出的频率信号，进而通过单片机的计数和运算求出电容值。此外，为了提高测量精度和范围，还可以使用可变电阻进行调节。

3. 信号处理电路
   信号处理电路负责将多谐振荡器输出的频率信号进行放大、滤波和转换，以便单片机能够准确识别和处理。这包括必要的放大器、滤波器和AD转换器等。

4. 显示模块
   显示模块用于将测量结果直观地展示给用户。常见的显示方式有LED数码管显示、液晶显示屏显示等。

5. 电源模块
   电源模块负责为整个测量仪提供稳定、可靠的电源供应。为了确保测量精度和稳定性，需要选择高效率、低纹波系数的电源模块。

设计程序

/*      预处理区    */
#include<reg52.h>   //加载"reg52.h"头文件
#include<math.h>    //加载"math.h"头文件/*  宏定义   */
#define unchar unsigned char    //无符号字符型
#define unint unsigned int      //无符号整型
#define N 10                    //延时参数/*      数组常量定义  */
unchar code row1[] = ">>Capacitance:<<";    //液晶输出的第一行显示编码
unchar code row2[] = {"0123456789"};        //液晶的0~9编码
unchar code tip_1[] = "Please lini cap";    //液晶输出行
unchar code tip_2[] = "then push'start'";   //液晶输出行
/*  位定义   */
sbit lcd_rs = P2 ^ 0;   //液晶的数据命令选择端
sbit lcd_rw = P2 ^ 1;   //液晶的读写选择端
sbit lcd_en = P2 ^ 2;   //液晶的使能端
sbit show = P1 ^ 0;     //开始按键
sbit clear = P1 ^ 1;    //清屏按键
sbit led = P1 ^ 2;      //电源灯
/*      变量定义    */
unint flag = 0;             //标志位
double count = 0;           //计数
double final = 0;           //高电平时间
double cx = 0;              //电容数值
unint w1, w2, w3, w4, i;    //变量定义 百位，十位，个位，十分位，循环计数位。/*  自定义函数声明   */
void init();            //初始化函数
void delay(unint);      //延时函数
void write_com(unchar); //液晶写指令
void write_data(unchar);//液晶写数据
void firstline();       //液晶第一行显示
void display();         //电容大小输出函数
void tip();             //初始显示函数
void chose();           //判断按键函数/*  主函数   */
void main()
{init();                 //初始化tip();                  //初始显示firstline();            //显示 ">>Capacitance:<<"display();              //初始输出"000.0"while (1)               //死循环chose();            //按键判断
}/*      自定义函数定义区    */
void init()             //初始化函数定义
{lcd_rw = 0;         //液晶读写选择端置0,默认只写不读write_com(0x38);    //液晶设置16*2显示，5*7点阵，8位数据接口write_com(0x0c);    //液晶设置开显示,不显示光标write_com(0x06);    //液晶写一个字符后地址指针加一write_com(0x01);    //液晶显示清0,数据指针清0EX0 = 1;            //开启外部中断0IT0 = 1;            //外部中断0采用边沿触发，下降沿有效PX0 = 1;            //外部中断0设高优先级TMOD = 0x01;        //定时器0工作方式1TH0 = 0;            //装初值0TL0 = 0;ET0 = 1;            //开启定时器中断TR0 = 0;            //关闭定时器0EA = 1;             //开启总中断led = 0;            //开电源指示灯
}void delay(unint a)                 //延迟函数定义
{unint b;                        //定义变量for (; a > 0; a--)              //外层循环,由用户定义for (b = 0; b < 10; b++);   //内层循环,固定10次
}void write_com(unchar data1)    //液晶写命令函数
{lcd_rs = 0;                 //选择写命令模式delay(N);                   //稍作延时lcd_en = 1;                 //使能端置给高脉冲P0 = data1;                 //将要写的命令字送到数据总线上delay(N);                   //稍作延时以待数据稳定lcd_en = 0;                 //将使能端置0以完成高脉冲
}void write_data(unchar data2)   //液晶数据函数
{lcd_rs = 1;                 //选择写数据模式delay(N);                   //稍作延时lcd_en = 1;                 //时能端给高脉冲P0 = data2;                 //将要写的数据字送到数据总线上delay(N);                   //稍作延时以待数据稳定lcd_en = 0;                 //将使能端置0以完成高脉冲
}void firstline()                //液晶显示第一行
{write_com(0x80);            //定位液晶第一行for (i = 0; i < 16; i++)    //循环选择光标位write_data(row1[i]);    //输出字符
}void display()              //电容大小输出函数
{write_com(0x80 + 0x40); //定位液晶第二行write_data(' ');        //显示"空格"write_data(' ');        //显示"空格"write_data(' ');        //显示"空格"write_data(' ');        //显示"空格"write_data(row2[w1]);   //显示电容大小"百位"write_data(row2[w2]);   //显示电容大小"个位"write_data(row2[w3]);   //显示电容大小"十位"write_data('.');        //显示"小数点"write_data(row2[w4]);   //显示电容大小"十分位"
}void tip()                      //初始化显示
{write_com(0x80);            //定位液晶第一行for (i = 0; i < 15; i++)    //循环选择光标位{write_data(tip_1[i]);   //输出字符"Please lini cap"delay(5);               //稍作延时}write_com(0x80 + 0x40);     //定位液晶第二行for (i = 0; i < 16; i++)    //循环选择光标位{write_data(tip_2[i]);   //输出字符"then push'start'"delay(5);               //稍作延时}delay(20000);               //初始化提示停留时间write_com(0x01);            //液晶清屏
}void chose()                            //按键选择
{if (show == 0)                      //判断"开始键"是否按下{delay(5);                       //延时去键抖if (show == 0)                  //砍断"开始建"是否按下{final = 65536 * count + 256 * TH0 + TL0;    //高电平时间计算cx = final / log(2) / 2 / 1.5;              //电容值计算if (final > 2000)           //电容"uF"和"nF"区间判断cx = cx / 1000;         //自动切换量程w1 = (unint)cx / 100;       //提取百位w2 = ((unint)cx / 10) % 10; //提取十位w3 = (unint)cx % 10;        //提取个位w4 = (unint)(cx * 10) % 10; //提取十分位display();                  //输出电容值if (final > 2000)           //电容"uF"和"nF"区间判断{write_data('(');        //输出字符"("write_data('u');        //输出字符"u"write_data('F');        //输出字符"F"write_data(')');        //输出字符")"}if (final <= 2000)          //电容"uF"和"nF"区间判断{write_data('(');        //输出字符"("write_data('n');        //输出字符"u"write_data('F');        //输出字符"F"write_data(')');        //输出字符")"}}}if (clear == 0)             //判断"清0键"是否按下{delay(5);               //延时去键抖if (clear == 0)         //判断"清0键"是否按下{write_com(0x01);    //清屏firstline();        //显示第一行">>Capacitance:<<"w1 = 0;             //百位清0w2 = 0;             //十位清0w3 = 0;             //个位清0w4 = 0;             //十分位清0display();          //输出"000.0"}}
}void int1() interrupt 0 //外部中断0服务函数
{flag++;             //改变旗帜位if (flag == 1)      //判断旗帜位TR0 = 1;        //开启定时器if (flag == 2)      //判断旗帜位{TR0 = 0;        //关闭定时器EX0 = 0;        //关闭外部中断0EA = 0;         //关闭总中断flag = 0;       //旗帜置0}
}void timer() interrupt 1    //定时器0中断服务函数
{count++;                //中断次数计数TH0 = 0;                //定时器重新赋初值TL0 = 0;
}

具体实现截图

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