简易数字微电容表的设计
【摘要】本文利用AT89C2051单片机设计一款可用于测量2uF以内微电容的数字电容表，系统采用3位半数字显示，最大显示值为1999，读数单位统一采用nf，量程分四档，读数分别乘以相应的倍率。

【关键词】AT89C2051；微电容；数字电容表
0 引言
在电子产品的生产和维修中，电容测量这一环节至关重要，一个好的电子产品应具备一定规格年限的使用寿命。

因此在生产这一环节中，对其产品的检测至关重要，而电容在基本的电子产品的集成电路部分有着其不可替代的作用。

同样，在维修人员在对电子产品的维修中，电路的检测是最基本的，有时需要检测电路中各个部件是否工作正常，电容器是否工作正常。

因此，设计可靠、安全、便捷的电容测试仪具有极大的现实必要性。

1 基本工作原理
本文旨在利用单片机测量微电容，实现方案可有很多种，比如单片机结合555定时芯片，单片机结合电压比较器、利用专用电容测量芯片等方案。

由于AT89C2051单片机内部含有一个电压比较器，可以实现简单的模数转换，因此本文采用第二种方案。

1.1 电容测量原理
本数字电容表以电容器的充电规律作为测量依据，测试原理见图1。

1.2 测量电路
1.3 整体电路z
电路由单片机电路、电容充电测量电路和数码显示电路等部分组成。

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5V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200K，其输出电平不能作为充电电压用，故用R5兼作其上拉电阻，由于其它三个充电电阻和R5是串联关系，因此R2、R3、R4应由标准值减去1K，分别为999K、99K、9K。

由于999K和1M相对误差较小，所以R2还是取1M。

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。

这里采用了共阴数码管，由于AT89C2051的P1.3-P1.6口有25mA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。

2 软件系统设计
程序由主程序、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5ms，即5ms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DispBuf[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。

2.3 Proteus调试与仿真
建立程序文件，加载目标代码文件，进入调试环境，执行程序，在Proteus ISIS 界面中，仿真结果如图4所示。

图4 程序运行仿真结果
3 结束语
本系统采用AT89C2051单片机及内部的电压比较电路测量2uF以内微电容，系统结构简单，可实现3位半数字显示，最大显示值为1999（nf）。

本文对学习电压比较器工作原理、电容充放电过程及单片机定时器编程有一定的助益。

【参考文献】
[1]朱清慧.Proteus教程—电子线路设计、制版与仿真[M].北京：清华大学出版社，2008，9.
[2]吕印晓.用8031单片机实现电容测量[J].电子工程师，2000，6.。