本设计详细介绍了一种基于单片机的数字式电容测量仪设计方案及实现方法。设计的主要方法是采用555芯片构成单稳态触发器,将电容容量转换为脉冲宽度。通过单片机的计时器测量脉宽, 根据已知的R值,通过单片机的运算功能,计算出电容容量,最后,再通过单片机的普通I/O口控制液晶屏显示出电容容量的计算结果。系统的测量范围为10pF~ 500uF, 具有多个量程,可根据用户需要由用户选择,与用户的交互是通过键盘实现,不同量程的实现是通过单片机的I/O口控制继电器的吸合与断开来选择不同的R值,从而实现不同的量程。同时,本设计注重设计方法及流程,首先根据原理设计电路,再通过protues仿真,利用keil编程,进而借助altium designer 制作PCB,最后到焊接元器件,调试直至成功。
1 系统方案设计
1.1 设计说明及要求
1.1.1 设计说明
框图中的外接电容是定时电路中的一部分。当外接电容的容量不同时,与定时电路所对应的时间也有所不同,即C=f(t),而时间与脉冲数目成正比,脉冲数目可以通过计数译码获得。
2.5 altium designer 原理图设计及PCB制作
2.4.1 原理图设计
由表3-1中数据可知,平均误差是0.5%,低于设计扩展要求的2.5%,测量范围是10pf~500uf,基本满足设计要求的10pf~10000uf。测量结果由液晶直观显示。综合以上分析,该设计满足整体设计要求。
3.1 误差分析
由于产生的0.5%左右的误差,在这里简要分析一下误差产生的原因。
电容测量的误差主要由NE555 定时器构成的单稳态触发电路的非线性误差T 、计数器的量化误差
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