基于AT89C2051单片机的数字电容表设计

AT89C2051内部的电压比较器和电阻R2～R7等组成测量电路。其中R2～R5为量程电阻，由波段开关S1选择使用，电压比较器的基准电压由5 V电源电压经R6，RP1，R7分压后得到，调节RP1可调整基准电压。当P1．2口在程序的控制下输出高电平时，电容Cx即开始充电。量程电阻R2～R5每档以10倍递减，故每档显示读数以10倍递增。由于单片机内部P1．2口的上拉电阻经实测约为200 kΩ，其输出电平不能作为充电电压用，故用R5兼作其上拉电阻，由于其他三个充电电阻和R5是串联关系，因此R2，R3，R4应由标准值减去1 kΩ，分别为999 kΩ，99 kΩ，9 kΩ。由于999 kΩ和1 MΩ相对误差较小，所以R2还是取1 MΩ。

数码管DS1～DS4、电阻R8～R14等组成数码显示电路。本机采用动态扫描显示的方式，用软件对字形码译码。P3．0～P3．5，P3．7口作数码显示七段笔划字形码的输出，P1．3～P1．6口作四个数码管的动态扫描位驱动码输出。在此采用了共阴数码管，由于AT89C2051的P1．3～P1．6口有25 mA的下拉电流能力，所以不用三极管就能驱动数码管。R8～R14为P3．0～P3．5，P3．7口的上拉电阻，用以驱动数码管的各字段，当P3的某一端口输出低电平时其对应的字段笔划不点亮，而当其输出高电平时，则对应的上拉电阻即能点亮相应的字段笔划。

5 软件设计

程序用C语言编写。软件部分由主程序、定时中断服务子程序等模块组成。定时器T0作被测电容器充电时间的计数用。定时器T1用于定时中断服务，定时时间为5 ins，即5 ms产生一次中断。数组BitTab[4]用来存储位驱动码，DispTab[11]用来存储字形码，数组DispBtlf[4]的4个元素分别用来存储从定时器T0读出的数据的个、十百千位的4位数字。程序显示每一位数码的时间为5 ms，因此显示完整的4位数的周期为20 ms(4次中断)。每过240 ms(48次中断)刷新一下数据，即每过240 ms测一次电容量，测量时间小于2 ms，由于这一时间小于中断的时间5 ms，因此在测量过程中不会出现中断现象。测量电容时P1．2口输出高电平，电容开始充电，与此同时定时器T0开始计数，当电容器充电达到基准电压时，P3．6口输出高电平，据此程序做出判断停止T0的计数，并读出数据送数码管显示。如果被测电容器的容量超出测试档的量程，则计数值大于或等于2 000，显示结果为千位数显示1，其他三位数不显示。经仿真和电路测试，发现单片机判断P3．6口是否输出高电平要花3个机器周期，这会使显示值增加3，因此在程序中对此误差进行了修正，对计数值减去了3。字形码的输出用了P3口的P3．0～P3．5，P3．7，P3．6为空，P3口输出的数据通过数组DispTab获得。数据位和字形的对应关系如表1所示。

6 安装与调试

该设计用AT89C2051单片机集成电路，X1用12 MHz的石英晶体，S1选用1×4的波段开关，DS1～DS4选用共阴LED数码管。安装前先将C语言源程序用KEIL 51编译成目标文件即HEX文件，再用编程器将HEX文件写入AT89C2051芯片。调试工作主要是通过对RP1的调节来调整基准电压，最好是通过对一个精度比较高的的电容器的测量来进行调节，而不是直接测量基准电压。具体方法是，选一个经确认容量比较准确的电容器，如15 nF的电容器，将S1置于20 nF档上，调节RP1是测量显示值为1 500。选择的电容器容量至少要大于相应量程的50％，最好是接近满量程，才能调得比较准确。该档调试好后其他各档也就调试好了。如果发现某档精度有问题，可改变其相应充电电阻的阻值来进行调整。在使用过程中，当S1置于2 nF档时，在没有接人测试电容器时，有10 pF左右的显示值是正常的，因为这是电压比较器的输入电容和电路的分布电容。

只要在测量读数时间去掉这一数值即可。因此在调试时不要选择该档，以免因分布电容影响调试得准确性。

C文件源程序如下：