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用AT89C2051單片機(jī)制作的數(shù)字電容表
（作者未知） 2009/3/28
AT89C2051作為AT89C51的簡化版雖然去掉了P0、P2等端口，使I/O口減少了，但是卻增加了一個電壓比較器，因此其功能在某些方面反而有所增強(qiáng)，如能用來處理模擬量、進(jìn)行簡單的模數(shù)轉(zhuǎn)換等。本文利用這一功能設(shè)計了一個數(shù)字電容表，可測量容量小于2微法的電容器的容量，采用3位半數(shù)字顯示，最大顯示值為1999，讀數(shù)單位統(tǒng)一采用毫微法（nf），量程分四檔，讀數(shù)分別乘以相應(yīng)的倍率。
電路工作原理
本數(shù)字電容表以電容器的充電規(guī)律作為測量依據(jù)，測試原理見圖1。電源電
圖1
壓E+經(jīng)電阻R給被測電容CX充電，CX兩端原電壓隨充電時間的增加而上升。當(dāng)充電時間t等于RC時間常數(shù)τ時，CX兩端電壓約為電源電壓的63.2%，即0.632E+。數(shù)字電容表就是以該電壓作為測試基準(zhǔn)電壓，測量電容器充電達(dá)到該電壓的時間，便能知道電容器的容量。例如，設(shè)電阻R的阻值為1千歐，CX兩端電壓上升到0.632E+所需的時間為1毫秒，那么由公式τ=RC可知CX的容量為1微法。
測量電路如圖2所示。A為AT89C2051內(nèi)部構(gòu)造的電壓比較器，AT89C2051
圖2
的P1.0和P1.1口除了作I/O口外，還有一個功能是作為電壓比較器的輸入端，P1.0為同相輸入端，P1.1為反相輸入端，電壓比較器的比較結(jié)果存入P3.6口對應(yīng)的寄存器，P3.6口在AT89C2051外部無引腳。電壓比較器的基準(zhǔn)電壓設(shè)定為0.632E+，在CX兩端電壓從0升到0.632E+的過程中，P3.6口輸出為0，當(dāng)電池電壓CX兩端電壓一旦超過0.632E+時，P3.6口輸出變?yōu)?。以P3.6口的輸出電平為依據(jù)，用AT89C2051內(nèi)部的定時器T0對充電時間進(jìn)行計數(shù)，再將計數(shù)結(jié)果顯示出來即得出測量結(jié)果。
整機(jī)電路見圖3。電路由單片機(jī)電路、電容充電測量電路和數(shù)碼顯示電路等部分組成。
圖3
AT89C2051內(nèi)部的電壓比較器和電阻R2-R7等組成測量電路，其中R2-R5為量程電阻，由波段開關(guān)S1選擇使用，電壓比較器的基準(zhǔn)電壓由5V電源電壓經(jīng)R6、RP1、R7分壓后得到，調(diào)節(jié)RP1可調(diào)整基準(zhǔn)電壓。當(dāng)P1.2口在程序的控制下輸出高電平時，電容CX即開始充電。量程電阻R2-R5每檔以10倍遞減，故每檔顯示讀數(shù)以10倍遞增。由于單片機(jī)內(nèi)部P1.2口的上拉電阻經(jīng)實(shí)測約為200K，其輸出電平不能作為充電電壓用，故用R5兼作其上拉電阻，由于其它三個充電電阻和R5是串聯(lián)關(guān)系，因此R2、R3、R4應(yīng)由標(biāo)準(zhǔn)值減去1K，分別為999K、99K、9K。由于999K和1M相對誤差較小，所以R2還是取1M。
數(shù)碼管DS1-DS4、電阻R8-R14等組成數(shù)碼顯示電路。本機(jī)采用動態(tài)掃描顯示的方式，用軟件對字形碼譯碼。P3.0-P3.5、P3.7口作數(shù)碼顯示七段筆劃字形碼的輸出，P1.3-P1.6口作四個數(shù)碼管的動態(tài)掃描位驅(qū)動碼輸出。這里采用了共陰數(shù)碼管，由于AT89C2051的P1.3-P1.6口有25mA的下拉電流能力，所以不用三極管就能驅(qū)動數(shù)碼管。R8-R14為P3.0-P3.5、P3.7口的上拉電阻，用以驅(qū)動數(shù)碼管的各字段，當(dāng)P3的某一端口輸出低電平時其對應(yīng)的字段筆劃不點(diǎn)亮，而當(dāng)其輸出高電平時，則對應(yīng)的上拉電阻即能點(diǎn)亮相應(yīng)的字段筆劃。
軟件設(shè)計
程序使用C語言編寫。完整程序如下：
#include ﹤reg51.h﹥
unsigned char j,n,t,DispBuf[4];
unsigned int cap;
unsigned char code
BitTab[4]={0xbf,0xdf,0xef,0xf7};//位驅(qū)動碼
unsigned char code
DispTab[11]={0xfe,0x70,0xed,0xf9,0x73,0xdb,0xdf,0xf0,0xff,0xfb,0x40};//字形碼
sbit P1_2=P1^2;
sbit P3_6=P3^6;
main() //主程序
{TMOD=0x11;//定時器T0、T1均工作于定時方式1
TH1=0xec;
TL1=0x78;//T1定時時間為5ms
IE=0X88; //開中斷
TR1=1; //開定時器T1
for(;;) //無限循環(huán)，定時中斷返回點(diǎn)
}
Timer1() interrupt 3//定時中斷服務(wù)程序
{TH1=0xec;
TL1=0x（未完，下一頁）
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