简易数字电容表的设计毕业设计 精品.docx

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简易数字电容表的设计毕业设计精品

石家庄铁道大学四方学院毕业设计

简易数字电容表的设计

TheDesignofSimpleDigitalCapacitorPublished

毕业设计成绩单

学生姓名

学号

班级

方

专业

电气工程及其自动化

毕业设计题目

简易数字电容表的设计

指导教师姓名

杨彦彬

指导教师职称

讲师

评定成绩

指导教师

得分

评阅人

得分

答辩小组组长

得分

成绩：

院长（主任）签字：

年月日

毕业设计任务书

题　目

简易数字电容表的设计

学生姓名

学号

21

班级

方1

专业

电气工程及其自动化

承担指导任务单位

电气工程系

导师

姓名

杨彦彬

导师

职称

讲师

一、主要内容

设计一个可以直接测量无极性电容容量值的仪表，，通过字符液晶显示测量对象的测量对象的电容值。

二、基本要求

单片机建议选用STC12C520XAD系列SKDIP28封装。

字符液晶选用LCD1602A。

如果需要用到运放，可以选用LM358或324。

三、主要技术指标

测量范围：

100Pf—100nf

精度要求：

误差不大于20%

显示要求：

保留1位小数点，单位用N。

供电：

9V万用表干电池或用DC9-12V电源代替

论文正文不少于1万字，查阅文献资料不少于10篇，其中外文文献2篇以上，翻译与课题有关的外文资料不少于3000汉字。

四、电路提示：

建议用振荡法测量，其他方法也可以。

被测电容范围较大，选用振荡电路时，要考虑这个因素。

用外部中断测量震荡频率，然后计算电容值。

必要时可用施密特触发器对信号整形。

五、进度计划

第1周—第3周收集资料，完成开题报告

第4周需求分析，概要设计

第5周—第7周详细设计

第8周中期检查

第9周—第12周写论文

第13周—第14周论文审核定稿

第15周—第16周答辩

教研室主任签字

时　间

　　年　月日

毕业设计开题报告

题目

简易数字电容表的设计

学生姓名

学号

班级

专业

电气工程及其自动化

一、研究背景

随着计算机的更新与发展，大大促进了工业信息化自动化的发展，数字电容表的优越性日益表现出来。

由于它具有功能强、体积小、功耗低、价格便宜、工作可靠、读数方便，精度高等特点，因此特别适用于工业控制或与控制有关的数处理系统，越来越广发被各个领域和项目采用。

它的结构和特点决定了他的强大用途，使得它在智能仪表、仪器、小型检测及控制系统、家用电器中大展身手，倍受青睐。

因此掌握好精密型数字电容表制作的一般设计方法，对于工程设计和开发有十分重要的指导意义。

数字电容表的发展与模拟电路、数字电路一样经历了由电子管、半导体分立器件到集成电路等几个阶段的发展，到位处理器的出现，使数字电容表的性能产生了质的飞跃。

本文设计的基于单片机的数字电容表，其主要构成采用的是单片机和字符液晶LCD1602A。

它具有功能强、体积小、功耗低、价格便宜、工作可靠、读数方便，精度高等特点，因此特别适用于工业控制或与控制有关的数据处理系统。

集成芯片比分立元器件控制电路具有更简单，更可靠的特点和易于调试的优点，可以提高电容表工作的可靠性和性能指标。

二、国内外研究现状

1．国外研究现状及特点：

国外的产品集成化，世界著名电子测量仪器厂商美国福禄克（Fluke）公司2月24日在北京宣布:

新研制双通道、手持式Fluke123工业示波表正式进入中国市场,为机床、仪器、电源和控制系统故障诊断提供了便捷的工具。

Fluke123集示波器、万用表和记录仪于一体,有26种示波器和万用表测量功能;一对测量导线可满足波形、数字多用表、电容、电阻和通断性全部测量功能的需要,操作简便;独特的即触即测功能,快速发现故障;可检查调速驱动系统输出电压和电流,给出电压、频率、电流、占空比的读数及电压、电流波形;通过产品安全性的UL认证;采样模式有正常、单次、滚动、包络和平滑;仅重2.5磅,轻松握在手中;采用了FlexCore新技术和ASICs专用芯片;有英文和中文帮助信息;可应用于电子、机械、厂化、电力、冶金等领域。

目前国外的数字电容表向着结构更小，更美观，更实用，用户不需要扩充资源就可以更方便的使用，不仅是开发简单，产品小巧美观，同时系统也更加稳定，对数字电容表的研究，通过将科学技术应用到工业生产，从而使得人们真正体会到科技的发展给自己的现实生活所带来的方便和舒适。

2．我国研究现状及特点：

在我国很流行的是数字电容表,以其精度高、价格低而闻名，特别是LED显示的数字面板表占据了大半市场。

内部含有自校零双积分电容表所需的全部模拟和数字电路。

只外接少量的电阻电容和LED数码管就可组成一只精确而稳定的数字电容表。

将单片机用于电容式传感器转换测量技术长期被人们所重视，,以实现单芯片提供完整的前级传感器激励与检测方案,然而这种方案仍然需要另外选用单片机与这类芯片配套,才能最终构成实现电容测量的系统,相应地增加了成本和复杂性,不适于量大价低的诸如倾角传感器或电子水平仪等方面的应用。

综合以上问题,本文根据片上系统思路,设计了一种仅采用一个单片机芯片和几个基本的电容量转换电路元件构成的单CPU芯片电容量转换、测量数据处理系统,尤其适合集成模块化和高性价比应用场合。

三、论文进行的主要工作

本文设计的基于单片机STC12C520XAD系列的数字电容表，其主要构成采用的是单片机和字符液晶LCD1602A，采用外部中断测量震荡频率，必要时可以采用LM358进行运算放大，然后计算电容值。

它具有功能强、体积小、功耗低、价格便宜、工作可靠、读数方便，精度高等特点，因此特别适用于工业控制或与控制有关的数据处理系统。

集成芯片比分立元器件控制电路具有更简单，更可靠的特点和易于调试的优点，可以提高电容表工作的可靠性和性能指标。

四、采用的方法、手段

硬件电路采用单片机设计电路，使用软硬件结合的方法，电路结构简单，清晰，元件个数少，整体体积小，携带方便，调试也极其方便，只需调试有关程序软件即可，可谓一劳永逸。

同时，也是最重要的一点，灵敏系数高，误差很小，在现代技术行业，必须使用这种方式的数字电容表。

并且是数字式的，优点是非常明显的。

显示方面采用字符液晶LCD1602A的动态显示，需要CPU时刻对显示器件进行数据刷新，显示数据会有闪烁感，占用的CPU时间多，但使用的硬件少，能节省线路板空间。

五、预期结果

采用12V电源进行供电，完全能够满足常用电容的测量，测量范围：

100PF—100NF，而且精度控制在计划范围以内，实现精度误差不大于20%，要求显示保留1位小数点，单位用N，具有很好的实用性。

指导教师签字

时间

年月日

摘要

随着电子工业的发展，电子元器件急剧增加，电子元器件的适用范围也逐渐广泛起来，正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。

在应用中我们常常要测定电容的大小，本文设计了一种测定电容的数字电容表。

本课题选用STC12C5204AD单片机作为一个核心部件来设计数字电容表，该设计的系统是由：

单片机、555芯片电路、显示电路等部分组成。

采用KeilC语言进行编程，通过由555芯片和电容、电阻组成的振荡电路来输出方波，通过单片机软件计数，从而达到测量其频率,对数据进行进一步的计算从而得出被测电容的值，通过LCD1602显示出其测量值。

本次设计的数字电容表通过实际证明，该系统具有硬件设计简单，软件可调整性大，系统稳定可靠等优点，并且在体积方面比较小，方便携带，在生活生产中可以得到更普遍的应用。

关键字：

单片机LCD1602数字电容表555芯片

Abstract

Whilethetraditionalcontroltestdrivethecrescentbenefitupdate.Withthedevelopmentofelectronicindustry,electroniccomponentsincreasesrapidly,thescopeofelectroniccomponentswidelyupgradually,inapplicationsweoftenmeasuredcapacitance.

TheprojectusesSTC12C5204ADMCUtodesignthedigitalcapacitancemeter,thedesignofthesystemiscomposedofMCU,555:

chipcircuit,displaycircuit.UsingKeilCprogramminglanguage,throughanoscillationcircuitcomposedof555chipandcapacitance,resistancetooutputsquarewave,measuringthepulsewidthofthemicrocontrollertimerT0,soastoachievethemeasurementofitscycle,andthenthroughthesingle-chipmicrocomputersoftwarecounting,makefurthercalculationofthedatasothatthemeasuredcapacitancevalue,theLCD1602displaysthemeasuredvalue.

Thedesignofthedigitalcapacitancemeterthroughpractice,thissystemhassimplehardwaredesign,thesoftwarecanbeadjusted,theadvantagesofthesystemisstableandreliable,andthevolumeissmall,easytocarry,canbemoregenerallyappliedinlifeandproduction.

Keywords：

Single-chipLCD1602Digitalcapacitancemeter555chips

第1章绪论

1.1课题研究的目的及意义

当今电子测试领域，电容的测量已经在测量技术和产品研发中应用的十分广泛。

电容通常以传感器形式出现，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。

由最初的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，变介质介电常数型和变极板间型。

现在的电容式传感器越做越先进，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。

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。

随着测量技术的飞速发展以及人们对电容参数的测量精度要求的提高，目前教学实验中普遍采用的数字式万用表已不能满足测量要求，因此设计可靠，安全，便捷，测量精度更高的电容具有广泛的使用价值和应用前景。

1.2国内外研究现状

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