电容电路测量及设计论文开题报告书.docx

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电容电路测量及设计论文开题报告书

毕业设计（论文）开题报告

设计（论文）题目:

电容电路测量与设计

开题报告填写要求

1．开题报告〔含“文献综述〞〕作为毕业设计〔论文〕辩论委员会对学生辩论资格审查的依据材料之一。

此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计〔论文〕工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效；

2．开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式〔可从教务处网页上下载〕打印，制止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；

3．“文献综述〞应按论文的格式成文，并直接书写〔或打印〕在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于15篇〔不包括辞典、手册〕；

4．有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T7408—94?

数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法?

规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。

如“2004年4月26日〞或“2004-04-26”。

毕业设计〔论文〕开题报告

1．结合毕业设计〔论文〕课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写

2000字左右的文献综述：

文献综述

目前，随着电子工业的开展，电子元器件急剧增加，电子元器件的适用X围也逐渐广泛起来，在应用中我们常常要测定电容的大小。

在电子产品的生产和维修中，电容测量这一环节至关重要，一个好的电子产品应具备一定规格年限的使用寿命。

因此在生产这一环节中，对其产品的检测至关重要，而检测电子产品是否符合出产要求的关键在于检测其内部核心的电路，电路的好坏决定了电子产品的好与坏，而电容在根本的电子产品的集成电路局部有着其不可替代的作用。

同样，在维修人员在对电子产品的维修中，电路的检测是最根本的，有时需要检测电路中各个部件是否工作正常，电容器是否工作正常。

因此，设计可靠，平安，便捷的电容测试仪具有极大的现实必要性。

一、基于单片机电容测量硬件设计

本次设计中考虑了三种设计方案，三种设计方案中主要区别在于硬件电路和软件设计的不同，对于本设计三种方案均能够实现，最后根据设计要求、可行性和设计本钱的考虑选择了基于AT89C51单片机和555芯片构成的多谐振荡电路的测量的方案。

现在一一介绍论证如下：

方案一、利用多谐振荡原理测量电容测量原理如下列图所示。

电容C电阻R和555芯片构成一个多谐振荡电路。

在电源刚接通时（K合上），电容C上的电压为零，多谐振荡器输出

为高电平

通过R对电容C充电。

当C上冲得的电压

=

时，施密特触发器翻转，

变为低电平，C又通过R放电，

下降。

当

=

时施密特触发器又翻转，输出

又变为高电平，如此往复产生震荡波形。

由理论分析可知

〔1〕

〔2〕

（3）

令

〔4〕

那么

〔5〕

〔6〕

有式（6）和测得的校准值

测量值

及存放的软件中的标准电容值C可得出待测电容值

。

实际应用中也可以通过测量

和

来算出

测量误差分析：

由式（6）可以看出，经过软件校准后得出的

结果与

的值有关。

这样单片机晶振频率的绝对精度，环境温度的变化和电源电压的绝对精度引起的误差被消除。

测量结果主要受标准电容

的绝对精度影响，因此应该选择精度高、稳定性好的

；其他误差来源包括周期测量的量化误差，除法运算产生的余数误差，电源电压的波动造成谐振频率偏移带来的误差，因此电路要用稳压性能好的稳压电源

这种方法的利用了一个参考的电容实现，虽然硬件构造简单，软件实现却相比照拟复杂。

方案二、直接根据充放电时间判断电容值

这种电容测量方法主要利用了电容的充放电特性

，放电常数

，通过测量与被测电容相关电路的充放电时间来确定电容值。

一般情况下，可设计电路使

（T为振荡周期或触发时间；A为电路常数与电路参数有关）。

这种方法中应用了555芯片组成的单稳态触发器，在秒脉冲的作用下产生触发脉冲，来控制门电路实现计数，从而确定脉冲时间，通过设计合理的电路参数，使计数值与被测电容相对应。

其原理框图如图3所示。

图3电路原理框图

误差分析：

这种电容测量方法的误差主要由两局部组成：

一局部是由555芯片构成的振荡电路和触发电路由于非线性造成的误差，其中最重要的是单稳态触发电路的非线性误差，

（T由充放电时间决定，

是被测电容值）；另一局部是由数字电路的量化误差引起，是数字电路特有的误差该误差相对影响较小，可忽略不计。

这种方法硬件构造相对复杂，实际上是通过牺牲硬件局部来减轻软件局部的负担，但在具体设计中会碰到很大问题，而且硬件一旦设计好，可变性不大。

方案三、基于AT89C51单片机和555芯片构成的多谐振荡电路电容测量

这种电容测量方法主要是通过一块555芯片来测量电容，让555芯片工作在直接反应无稳态的状态下，555芯片输出一定频率的方波，其频率的大小跟被测量的电容之间的关系是：

，我们固定

的大小，其公式就可以写为：

，只要我们能够测量出555芯片输出的频率，就可以计算出测量的电容。

计算频率的方法可以利用单片机的计数器

和中断

配合使用来测量，这种研究方法相当的简单。

系统框图见图4。

图4系统框图

图中给出了整个系统设计的系统框图，系统主要由四个主要局部组成，单片机和晶振电路设计，555芯片电路设计，显示电路设计，复位电路设计。

二、基于AT89C51电容测量系统硬件设计详细分析

AT89C51单片机工作电路

本设计的核心是单片机电路，考虑到需要一个中断输入，存储容量、外部接口对单片机端口的需要以及兼顾到节约本钱的原那么，选用了常用的AT89C51单片机。

AT89C51是低功耗、高性能、经济的8位CMOS微处理器，工作频率为0—24MHz，内置4K字节可编程只读闪存，128x8位的内部RAM，16位可编程I／O总线。

它采用Atmel公司的非易储器制造技术，与MCS51的指令设置和芯片引脚可兼容。

AT89C51可以按照常规方法进展编程，也可以在线编程。

其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发本钱。

AT89C51工作的最简单的电路是其外围接一个晶振和一个复位电路，给单片机接上电源和地，单片机就可以工作了

基于AT89C51电容测量系统复位电路

MCS-51的复位是由外部的复位电路来实现的。

MCS-51单片机片内复位，复位引脚RST通过一个斯密特触发器用来抑制噪声，在每个机器周期的S5P2，斯密特触发器的输出电平由复位电路采样一次，然后才能得到内部复位操作所需要的信号。

复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。

上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。

只要Vcc的上升时间不超过1ms，就可以实现自动上电复位。

除了上电复位外，有时还需要按键手动复位。

按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。

其中电平复位是通过RST端经电阻与电源Vcc接通而实现的。

按键脉冲复位那么是利用RC微分电路产生的正脉冲来实现的。

图6上电复位电路

上图兼有上电复位和按钮复位的电路。

在单片机设计中，假设有外部扩展的I/O接口电路需初始复位，如果它们的复位端和MCS-51单片机的复位端相连，复位电路中的R、C参数要受到影响，这时复位电路中的R、C参数要统一考虑以保证可靠的复位。

如果单片机MCS-51单片机与外围I/O接口电路的复位电路和复位时间不完全一致，使单片机初始化程序不能正常运行，外围I/O接口电路的复位也可以不和MCS-51单片机复位端相连，仅采用独立的上电复位电路。

一般来说，单片机的复位速度比外围I/O快些。

假设RC上电复位电路接MCS-51单片机和外围电路复位端，那么能使系统可靠地同步复位。

为保证系统可靠复位，在初始化程序中应用到一定的复位延迟时间

复位电路软件程序跑飞或者硬件发生错误的时候产生一个复位信号，控制MCS-51单片机从0000H单元开场执行程序，重新执行软件程序。

此电路的输出端RESET接在单片机的复位引脚。

三．电容电路测量设计

我设计中的电容电路主要分两个模块

1．硬件测量模块

2．软件编程模块

参考文献

[1]王斌黄晓东秦明黄庆安?

传感技术学报?

2008第2期

[2]李云飞王永生X晓龙X宏宇王刚邵喜斌?

液晶与显示?

2008第5期

[3]李杏华樊玉铭李军强?

XX大学学报?

2008第11期

[4]李云飞王永生X晓龙X宏宇王刚邵喜斌?

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2008第5期

[5]李传琦邹其洪?

国外电子元器件?

2003第2期

[6]X爱华朱亮?

仪表技术与传感器?

2001第8期

[7]王新辉?

自动化仪表?

2006第1期

[8]尹韬杨海钢X翀吴其松焦继伟宓斌玮?

电子与信息学报?

2010第1期

[9]林轶群?

XX电力?

2006第2期

[10]周海涛李立京X晞李琳?

数据采集与处理?

2009第B10期

毕业设计〔论文〕开题报告

２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段〔途径〕：

电容器作为非常重要的一个电学元件在现代电子技术中有着非常广泛的用途，电容定义为：

电容器所带的电荷量Q与电容器两极板间的电势差U的比值，即：

。

这种原始的方法必须通过测量两个物理量来计算电容的大小，而其中的Q是比拟难以测量的量。

目前常用的两种测量电容的实现方法：

一是利用多谐震荡产生脉冲宽度与电容值成正比信号，通过低通滤波后测量输出电压实现；二是利用单稳态触发装置产生与电容值成正比门脉冲来控制通过计数器的标准计数脉冲的通断，即直接根据充放电时间判断电容值。

利用多谐震荡原理测量电容的方案硬件设计比拟简单，但是软件实现相比照拟复杂，而直接根据充放电时间判断电容值的方案虽然根本上没有用到软件局部，但是硬件却又十分的复杂。

而且他们都无法直观的把测量的电容值大小显示出来。

根据上面两种方案的优缺点，本次设计提出了硬件设计和软件设计都相比照拟简单的方案：

基于AT89C51单片机和555芯片的数显式电容测量。

该方案主要是根据555芯片的应用特点，把电容的大小转变成555输出频率的大小，进而可以通过单片机对555输出的频率进展测量。

本方案的硬件设计和软件设计都相对简单。

毕业设计〔论文〕开题报告

指导教师意见：

1．对“文献综述〞的评语：

2．对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计〔论文〕结果的预测：

指导教师：

年月日

所在专业审查意见：

负责人：

年月日