基于51單片機的簡易電容值測量儀proteus仿真設(shè)計

51單片機簡易電容測量儀仿真設(shè)計( proteus仿真+程序+講解視頻）仿真圖proteus7.8及以上

程序編譯器：keil 4/keil 5

編程語言：C語言

設(shè)計編號：S0039

51單片機最小系統(tǒng)的相關(guān)知識

單片機最小系統(tǒng)，或者稱為 最小應(yīng)用系統(tǒng)，是指用最少的元件組成的單片機可以工作的系統(tǒng)。對51系列單片機來說，最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括:單片機、晶振電路、復(fù)位電路。下面給出一個51單片機的最小系統(tǒng)電路圖。

復(fù)位電路：

一、復(fù)位電路的用途：單片機復(fù)位電路就好比電腦的重啟部分，當(dāng)電腦在使用中出現(xiàn)死機，按下重啟按鈕電腦內(nèi)部的程序從頭開始執(zhí)行。單片機也一樣，當(dāng)單片機系統(tǒng)在運行中，受到環(huán)境干擾出現(xiàn)程序跑飛的時候，按下復(fù)位按鈕內(nèi)部的程序自動從頭開始執(zhí)行。單片機復(fù)位電路如下圖：

二、復(fù)位電路的工作原理在書本上有介紹，51單片機要復(fù)位只需要在第9引腳接個高電平持續(xù)2US就可以實現(xiàn)，那這個過程是如何實現(xiàn)的呢？在單片機系統(tǒng)中，系統(tǒng)上電啟動的時候復(fù)位一次，當(dāng)按鍵按下的時候系統(tǒng)再次復(fù)位，如果釋放后再按下，系統(tǒng)還會復(fù)位。所以可以通過按鍵的斷開和閉合在運行的系統(tǒng)中控制其復(fù)位。

開機的時候為什么會復(fù)位：在電路圖中，電容的的大小是10uF，電阻的大小是10k。所以根據(jù)公式，可以算出電容充電到電源電壓的0.7倍（單片機的電源是5V，所以充電到0.7倍即為3.5V），需要的時間是10K*10UF=0.1S。也就是說在單片機啟動的0.1S內(nèi)，電容兩端的電壓時在0_{3.5V增加。這個時候10K電阻兩端的電壓為從5}1.5V減少（串聯(lián)電路各處電壓之和為總電壓）。所以在0.1S內(nèi)，RST引腳所接收到的電壓是5V~1.5V。在5V正常工作的51單片機中小于1.5V的電壓信號為低電平信號，而大于1.5V的電壓信號為高電平信號。所以在開機0.1S內(nèi)，單片機系統(tǒng)自動復(fù)位（RST引腳接收到的高電平信號時間為0.1S左右）。

按鍵按下的時候為什么會復(fù)位：在單片機啟動0.1S后，電容C兩端的電壓持續(xù)充電為5V，這是時候10K電阻兩端的電壓接近于0V，RST處于低電平所以系統(tǒng)正常工作。當(dāng)按鍵按下的時候，開關(guān)導(dǎo)通，這個時候電容兩端形成了一個回路，電容被短路，所以在按鍵按下的這個過程中，電容開始釋放之前充的電量。隨著時間的推移，電容的電壓在0.1S內(nèi)，從5V釋放到變?yōu)榱?.5V，甚至更小。根據(jù)串聯(lián)電路電壓為各處之和，這個時候10K電阻兩端的電壓為3.5V，甚至更大，所以RST引腳又接收到高電平。單片機系統(tǒng)自動復(fù)位。

晶振電路：

晶振電路：晶振是晶體振蕩器的簡稱 在電氣上它可以等效成一個電容和一個電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個電容的二端網(wǎng)絡(luò) 電工學(xué)上這個網(wǎng)絡(luò)有兩個諧振點 以頻率的高低分其中較低的頻率是串聯(lián)諧振 較高的頻率是并聯(lián)諧振 由于晶體自身的特性致使這兩個頻率的距離相當(dāng)?shù)慕咏?在這個極窄的頻率范圍內(nèi) 晶振等效為一個電感 所以只要晶振的兩端并聯(lián)上合適的電容它就會組成并聯(lián)諧振電路 這個并聯(lián)諧振電路加到一個負(fù)反饋電路中就可以構(gòu)成正弦波振蕩電路 由于晶振等效為電感的頻率范圍很窄 所以即使其他元件的參數(shù)變化很大 這個振蕩器的頻率也不會有很大的變化

晶振有一個重要的參數(shù) 那就是負(fù)載電容值 選擇與負(fù)載電容值相等的并聯(lián)電容 就可以得到晶振標(biāo)稱的諧振頻率

一般的晶振振蕩電路都是在一個反相放大器(注意是放大器不是反相器)的兩端接入晶振 再有兩個電容分別接到晶振的兩端 每個電容的另一端再接到地 這兩個電容串聯(lián)的容量值就應(yīng)該等于負(fù)載電容 請注意一般IC的引腳都有等效輸入電容 這個不能忽略

一般的晶振的負(fù)載電容為15pF或12.5pF 如果再考慮元件引腳的等效輸入電容 則兩個22pF的電容構(gòu)成晶振的振蕩電路就是比較好的選擇

如上圖:晶振是給單片機提供工作信號脈沖的 這個脈沖就是單片機的工作速度 比如 12M晶振 單片機工作速度就是每秒12M 當(dāng)然 單片機的工作頻率是有范圍的 不能太大 一般24M就不上去了 不然不穩(wěn)定

晶振與單片機的腳XTAL0和腳XTAL1構(gòu)成的振蕩電路中會產(chǎn)生偕波(也就是不希望存在的其他頻率的波) 這個波對電路的影響不大 但會降低電路的時鐘振蕩器的穩(wěn)定性 為了電路的穩(wěn)定性起見 ATMEL公司只是建議在晶振的兩引腳處接入兩個10pf-50pf的瓷片電容接地來削減偕波對電路的穩(wěn)定性的影響 所以晶振所配的電容在10pf-50pf之間都可以的 沒有什么計算公式

P0口的上拉電阻：

P0口作為I/O口輸出的時候時 輸出低電平為0 輸出高電平為高組態(tài)（并非5V，相當(dāng)于

懸空狀態(tài)）。也就是說P0 口不能真正的輸出高電平，給所接的負(fù)載提供電流，因此必須接上拉電阻（一電阻連接到VCC），由電源通過這個上拉電阻給負(fù)載提供電流。 由于P0口內(nèi)部沒有上拉電阻，是開漏的，不管它的驅(qū)動能力多大，相當(dāng)于它是沒有電源的，需要外部的電路提供，絕大多數(shù)情況下P0口是必需加上拉電阻的。

1.一般51單片機的P0口在作為地址/數(shù)據(jù)復(fù)用時不接上拉電阻。

2.作為一般的I/O口時用時，由于內(nèi)部沒有上拉電阻，故要接上上拉電阻?。?/p>

3.當(dāng)p0口用來驅(qū)動PNP管子的時候，就不需要上拉電阻，因為此時的低電平有效； 4.當(dāng)P0口用來驅(qū)動NPN管子的時候，就需要上拉電阻的，因為此時只有當(dāng)P0為1時候，才能夠使后級端導(dǎo)通。

31腳EA/Vpp接電源：

STC89C51/52或其他51系列兼容單片機特別注意：對于31腳(EA/Vpp)，當(dāng)接高電平時，單片機在復(fù)位后從內(nèi)部ROM的0000H開始執(zhí)行，當(dāng)接低電平時，復(fù)位后直接從外部ROM的0000H開始執(zhí)行，這一點是初學(xué)者容易忽略的。

視頻

1.主要功能：

利用51單片機設(shè)計一個簡易電容測量儀
1.利用51單片機和555芯片構(gòu)成的多諧振蕩電路設(shè)計一電容測量電路
2.通過按鍵切換測量量程，量程由LED指示燈顯示，測量數(shù)值通過LCD1602顯示。
3.量程10pf-500uf

2.仿真

開始仿真

測量300nF 實測數(shù)值269nF

測量30uF 實測數(shù)值26.85uF

3. 程序

#include <reg52.h>
#include "1602.h"
#include "delay.h"

sbit vo = P3^2;	     // 用于檢測P3.2口的值，計算時間。  計時器0的開與斷
sbit tr = P3^7;								 // 產(chǎn)生一個低電平脈沖
 										 // 超量程提示燈
sbit ledclc = P2^0;

sbit con1 = P1^5;                            // 用于控制繼電器，實現(xiàn)檔位選擇
sbit con2 = P1^6;								
sbit con3 = P1^7;								

sbit key1 = P1^0;							  // 獨立按鍵部分，用于用戶選擇量程
sbit key2 = P1^1;
sbit key3 = P1^2;
sbit key4 = P1^3;

sbit led1 = P2^1;							  // 量程提示燈
sbit led2 = P2^2;
sbit led3 = P2^3;
sbit led4 = P2^4;


unsigned int tw;                                // 用于獲取定時器的數(shù)值

float ftemp;									 // 用于計算電容值的中間變量

unsigned long int c;								// 存放電容值

unsigned char need;							 // 需要測量時置1，一次測量結(jié)束置0
unsigned char R;                            // 表示不同的檔位
unsigned char flag;	                          // 數(shù)據(jù)處理結(jié)束置1
unsigned char temp[8];                        // 存放電容值的各個位	 
unsigned char zimu1[] = " range is higher";		   //量程太高
unsigned char zimu2[] = "The value of Cap";
unsigned char zimu3[] = "please press key";
unsigned char zimu4[] = "     to measure ";
unsigned char zimu5[] = " range is lower ";	
void process(unsigned long int c);	                 // 數(shù)據(jù)處理函數(shù)
void keyscan();								 // 鍵盤掃描函數(shù)
void ledlight(unsigned char R);					 //	量程指示燈函數(shù)
void init_timer0()	                             // 定時器0  初始化    
{
	TMOD = 0x09;		   // gate置1，方式1,16位計時，定時器由P3.2控制開斷
	TH0 = 0x00;
	TL0 = 0x00;
	EA   = 1;
	ET0 = 1;	                                    
	TR0 = 1;
}
void init_INT1 ()								    // 定時器0  初始化
{
	EA = 1;
	IT1 = 1;                                      // 下降沿觸發(fā)
	EX1 = 1;
}		  
void main()
{
 	ledclc = 1;								    // 超量程提示燈熄滅
 	need = 0;		                                // 一開始無需測量
    con1 = con2 = con3 = 1;
	flag = 0;
  	init_timer0();								    // 初始化
	init_INT1();
	LCD_init();
 	dispchar1(zimu3);
	dispchar2(zimu4);
	while(1)
	{
	  	if(need == 1)
		{											// 當(dāng)需要測量時
			if(vo == 0 ) //vo == 0時檢測計數(shù)器的值可能還沒開始計數(shù)，可能計數(shù)結(jié)束
			{
				 if(TH0 != 0x00 || TL0 != 0x00) // 是計數(shù)結(jié)束 若有讀數(shù)，用tw 存下 
				 {
				 	 tw = TH0 << 8;
					 tw = tw | TL0;	
					 TH0 = 0x00;		               // 一次結(jié)束，計時器清零
					 TL0 = 0x00;
                     need = 0;    // 需要再次測量時，need置1.避免tw的值被更//改   即不需要測量時，一直保持
					 EX1 = 1;		 				// 開外部中斷1
				 }
				 else 	 // 反之，證明沒有計數(shù)，無電容，默認(rèn)值tw置0
				 {
				 	tw = 0;
				 }
			}

			ftemp = tw / 1.1  ; // 計算電容值   根據(jù)公式 tw = 1.1 * R * C

			c = (unsigned long int)(ftemp )*100;    //擴大了一百倍   便于后續(xù)程序
//取兩位小數(shù)點
			process(c);		 // 調(diào)用數(shù)據(jù)處理函數(shù)，根據(jù)不同的R值進行處理																			
		}							 
		if(flag == 1 ) // 數(shù)據(jù)處理結(jié)束   每次處理結(jié)束，證明需要更新顯示的數(shù)據(jù)
		{
			if(tw>=50000 || ledclc == 0)			// 量程超出
			{
				dispchar3(zimu1);               // 量程太高
				ledclc = 0;
			}						
			else if(tw<=100 && ledclc == 1)		   //量程太低
			{
				dispchar3(zimu5);
				ledclc = 0;
			}
			else   
      		{
				dispchar1(zimu2);
				disp(temp);
			}		  					
			flag = 0;
		}		
	}    
}
 
void timer0()  interrupt 1	              // 定時器0中斷  用于超量程提示
{
 	ledclc = 0;
}

void exint1	() interrupt 2	  // 外部中斷0  用于產(chǎn)生低脈沖，啟動555定時器
{
	unsigned char a;
	tr = 1;				                            // tr端一個負(fù)脈沖
	a = 1;
	while(--a);
	tr = 0;
	a = 20;
	while(--a);
	tr = 1;		               // tr端負(fù)脈沖結(jié)束	   大約40us的負(fù)脈沖
	need = 1;										// 表示需要測量
	ledclc = 1;									    // 關(guān)閉先前的超量程提示
	EX1 = 0;		 // 暫時關(guān)閉外部中斷，一次測量結(jié)束，再開放外部中斷
}

void process(unsigned long int c)
{
		if(R == 1)	  // 10M	 的電阻		   量程10pf ~ 5000pf
		{
			c = c /10;		  
 			lcd_pos(0x4a);
		   	LCD_write_Data(' ');
			LCD_write_Data('p');
			LCD_write_Data('f');
			LCD_write_Data(' ');
			LCD_write_Data(' ');
		}
		if(R == 2)		  // 100k 的電阻	       量程5nf~ 500nf
		{
			c = c /100;		  
 			lcd_pos(0x4a);
		   	LCD_write_Data(' ');
			LCD_write_Data('n');
			LCD_write_Data('f');
			LCD_write_Data(' ');
			LCD_write_Data(' ');			
		}
		if(R == 3)		      //1k歐姆 的電阻		   量程0.5uf ~ 50uf
		{
			c = c /1000;		 // 擴大了一百倍 單位  c = tw/500   uf
 			lcd_pos(0x4a);
		   	LCD_write_Data(' ');
			LCD_write_Data('u');
			LCD_write_Data('f');
			LCD_write_Data(' ');
			LCD_write_Data(' ');     		
		}
		if(R == 4)		 //100歐姆 的電阻		   量程50uf ~ 500uf
		{
			c = c /100;		  // 擴大了一百倍 單位  c = tw/500   uf
 			lcd_pos(0x4a);
		   	LCD_write_Data(' ');
			LCD_write_Data('u');
			LCD_write_Data('f');
			LCD_write_Data(' ');
			LCD_write_Data(' ');				        		
		}
		temp[0] = c / 100000;		                // 千位
		temp[1] = c / 10000 % 10;	                // 百位					
		temp[2] = c / 1000 % 10;   	                // 十位
		temp[3] = c / 100 %10;	                    // 個位	
		temp[4] = c / 10 % 10;	    
		temp[5] = c  % 10;
		flag = 1;
}
void keyscan()
{
	if(key1 == 0)
	{
		delay_ms(10);
		if(key1 == 0)		                        //  b3按下
		{
			while(key1==0);
			R = 1;        // 10M 的電阻	       量程10pf~ 5000pf(5nf)
			con1 = 0;
			con2 = 0;
			con3 = 0;
			ledclc = 1;
			dispchar1(zimu3);
			dispchar2(zimu4);
		}
	}
	if(key2 == 0)									   //  b4按下
	{
		delay_ms(10);
		if(key2 == 0)
		{
			while(key2==0);
			R = 2;             // 100k 的電阻	       量程5nf~ 500nf
			con1 = 1;
			con2 = 1;
			con3 = 0;
			ledclc = 1;
			dispchar1(zimu3);
			dispchar2(zimu4);
		}
	}

	if(key3 == 0)									     //  b5按下
	{
		delay_ms(10);
		if(key3 == 0)
		{
			while(key3==0);
			R = 3; 
			con1 = 0;       // 1k歐姆 的電阻		   量程0.5uf ~ 50uf
			con2 = 1;
			con3 = 1;
			ledclc = 1;
			dispchar1(zimu3);
			dispchar2(zimu4);
		}
	}
	if(key4 == 0)									     //  b6按下
	{
		delay_ms(10);
		if(key4 == 0)
		{
			while(key4==0);
			R = 4;
			con1 = 0;       // 100歐姆 的電阻	   量程50uf ~ 500uf
			con2 = 0;
			con3 = 1;
			ledclc = 1;
			dispchar1(zimu3);
			dispchar2(zimu4);
		}
	}
	ledlight(R);
}	
void ledlight(unsigned char R)
{
	if(1 == R)
	{
		led1 = 1;
		led2 = 1;
		led3 = 1;
		led4 = 0;
	}
	if(2 == R)
	{
		led1 = 1;
		led2 = 1;
		led3 = 0;
		led4 = 1;
	}
	if(3 == R)
	{
		led1 = 1;
		led2 = 0;
		led3 = 1;
		led4 = 1;
	}
	if(4 == R)
	{
		led1 = 0;
		led2 = 1;
		led3 = 1;
		led4 = 1;
	}
 }

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