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摘 要

电容是电子电路经常使用的电子元器件之一，它在谐振、耦合、滤波等多种电路中起着非常重要的作用，本课题主要利用单片机探究普通电容器，它在RC电路中的充电特性。

本论文主要利用国产STC8A8K单片机的定时器和单片机的ADC功能测量电容器的充电电压，并将每个定时间段充电时间在LCD1602显示器中展现出来，单片机具有集成度极高，编写程序简单等优点，从而简易快速得到实验相关数据，完成对电容充电时间测量。利用这种方法相比于传统的测量方法对测量精度的影响更小，并且简易，实时性更好。

关键词：单片机，电容，RC电路，电容充电特性。

Research on charging characteristics of capacitance based on single chip microcomputer

Abstract.

Capacitance is one of the hot topics that circuit electronics often discuss. It plays a very important role in resonance, coupling, filtering and many other circuits. This topic mainly uses single chip microcomputer to explore the charging characteristics of ordinary capacitors in RC circuits.

This paper mainly uses the timer of STC8A8K single chip microcomputer and the ADC function of single chip microcomputer to measure the charging voltage of the capacitor, and shows the charging time of each section in LCD1602 display. The single chip microcomputer has the advantages of high integration, simple programming, etc., so as to obtain the relevant conclusions of the experiment and complete the measurement of the charging time of the capacitor. Compared with the traditional measurement method, such as electronic counting method, this method has less influence on the measurement accuracy, and it is simple and has better real-time performance.

Key Words: single chip microcomputer, capacitor components, RC circuit，Capacitor charging characteristics

目录

摘要 I

Abstract. I

第一章 电容器件简述 1

1.1 电容的构成及作用 1

1.2 常见的电容分类 2

1.3 电容的主要功能 5

第二章 硬件设备及电路设计 10

2.1 硬件设备 10

2.1.1 STC8系列单片机概述 10

2.1.2 实验设备 11

2.2 STC单片机定时器 11

2.2.1 工作原理 11

2.2.2 中断计时器的结构： 12

2.2.3 定时/计数器的工作方式 12

2.2.4 程序编码 14

2.3 ADC设置 15

2.3.1 ADC设计原理 16

2.3.2 ADC控制寄存器 17

2.3.3 A/D转换编程 19

第三章 实验电路及结果处理 23

3.1 实验电路 23

3.2 结果与分析 27

3.2.1 数据记录 27

3.2.2 当电容相同测量电阻不同的影响 29

3.2.3 当电阻相同时测量不同电容的影响 31

总 结 34

参考文献 35

电容器件简述

电容的构成及作用

电容器（capacitor），用符号C表示，是把电能储存在电场中的被动电子元件，我们把它可以看做一个装载电荷的容器，在一般线性时间内，电容器的内部电荷量与它所加电压的关系有^[1][1]：,如图1-1所示：

图1-1 平行板电容器

我们研究电容器的电压与电流的关系，首先找到电流的计算公式：

，然后得出电容与电流的关系：

推导电容的阻抗：

得出电容的阻抗公式，能看出，阻抗与电容大小成反比。

我们课题是研究电容充电特性，设Vc是电容上的电压，I是回路的电流。根

据公式（1-1）可知。

可以得出充电特性曲线，开始时，电压急速上升，在一个时间常数上升至0.632，随后上升平缓，最后斜率趋于0，电容电压成为一个稳定值。如图1-2所示：

图1-2电容充电特性曲线

常见的电容分类

因为不同的电容介质对电容影响巨大，所以我们以不同电容来分类讨论不同介质的电容器：

（1）陶瓷电容

目前使用最多的就是陶瓷电容器，电容器一般希望用最小的体积，存储最大的电容，因此出现了一种陶瓷电容，其结构如图1-3所示^[2][2]：

图1-3陶瓷电容器结构

陶瓷电容器一般来说总的电容量：。

外界环境对电容内电介质的影响很大，因此电子工业联盟（Electronics Industries Alliance）便按照电介质的稳定性把陶瓷电容按照温度等级分类，第一等级是超稳定型，对电压、温度、频率和时间均表现出优良的特性^[3][3]。

图1-4多层陶瓷电容器

下图是一种独石电容，如图1-5使用，独石电容说的简单的是一种带引脚的陶瓷电容器，而正因为如此，独石电容比相似的陶瓷电容频率低一点，但是它的使用更加容易方便可靠。

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