1.2 电容测量仪的发展现状

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：C=Q/U。 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 是比较难以 测量的量。目前常用的两种测量电容的实现方法： 一是利用多谐振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。

利用多谐振荡原理测量电容的方案硬件设计比较简单，但是软件实现相对比较复 杂，而直接根据充放电时间判断电容值的方案虽然基本上没有用到软件部分，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对比较简单的方案：基于 STC89C52 单 片机和 555 芯片的电容测量。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 输出的频率进行测量。

2 整体电路设计

2.1 整体方案设计

本设计是通过一块 555 芯片来测量电容，让 555 芯片工作在直接反馈无稳态的状态 下，使 555 芯片输出一定频率的方波。因此，只要我们能够测量出 555 芯片输出的频率，

就可以计算出被测电容的容值。计算频率的方法可以利用单片机的计数器 T0 和中断 INT0 配合使用来测量，这种研究方法相当的简单。

系统框图见图 1：

图 1 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部分组成，单片机和晶振 电路设计，555 芯片电路设计，LCD1602 显示电路，复位电路设计。

2.2 电容测量仪工作流程说明文献综述

（1）由 555 芯片和电容电阻组成的振荡电路来输出脉冲。

（2）晶振电路为单片机提供时钟信号，来决定单片机的周期，复位电路实现 CPU 和各 个元件处于初始状态。

（3）通过单片机定时器 T0 测量其脉冲宽度，从而达到测量其周期的目的。

（4）再通过单片机软件编程，对数据进行进一步的计算从而得出被测电容的值。

（5）最后再通过 LCD1602 显示初被测电容的容值。

3 硬件电路设计

3.1 555 芯片电路

555 芯片电路是一种能将模拟数据功能与逻辑数据功能结合在同一个芯片上的组合 式集成电路。它的设计新颖、功能强大、适用面广泛，深受电子方面工作人员以及电子爱 好者的喜爱，因此人们称 555 芯片为小 IC。

555 芯片电路能应用的电路有很多，例如：多个单稳、双稳触发器以及一个单稳和无 稳触发器，一个双稳和无稳触发器等组合。在实际电路应用中，除了一些简单的电路外，

555 芯片还可以与不同的原件组合出很多功能不同的电路。本次设计中应用的电路是间接 反馈型无稳类电路。

电路如图 2 所示：

图 2 555 芯片电路

在 555 芯片输出方波后，由于硬件的原因，输出的方波会有很多毛刺，所以为了去除这些 毛刺本设计中使用了一个两输入与门（74HC08），让信号通过 74HC08 后会使输出的波形 毛刺减少很多，使单片机的测量结果变得精确。源.自/751·论\文'网·www.751com.cn/

3.2 单片机电路设计 STC89C52单片机数字化电容测量仪的设计+电路图(2):http://www.751com.cn/zidonghua/lunwen_72605.html