前提
测电容的方法还是接触19年电赛国赛的F题遇到的，有两种测电容的芯片，一个是官方的FDC2214芯片，一个是NE555芯片。因为FDC2214比较贵，所以我们最终采用的NE555定时器来测量电容的值。利用NE555芯片来搭建振荡电路，测量产生的脉冲的宽度，来得到电容的值。
555定时器是一种数字电路和模拟电路相结合的中规模集成电路，其应用极为广泛，通过其外部不同的连接，就可以构成单稳态触发器和多谐振荡器。
单稳态的意思是：在触发信号未加之前，触发器处于稳定状态，经触发信号触发后，触发器翻转，产生一个新的状态，但新的状态只能暂时保持（暂稳状态），经过一定的时间（由电路参数决定）后自动翻转到原来稳定的状态。所以只有一个稳定的状态，也就是单稳态的名字的由来。
多谐振荡器：无稳态触发器没有稳定的状态，同时需要外加触发脉冲，就能输出一定频率的矩形脉冲（自激振荡），因为矩形波含有丰富的谐波，故也称为多谐振荡器。
这里我们采用的方案为多谐振荡器，也是最主要介绍的内容。
多谐电路的搭建
如上图1所示是有NE555定时器搭建的多谐振荡器。R1,R2和C是外接的元件。
通过接通UCC后，它经过R1和R2对电容C充电，电压uc上升。当0<uc<1/3UCC，触发器置1，uo输出高电平。1/3UCC <uc<2/3UCC时，触发器状态保持不变，uo输出仍为高电平。当uc上升高于2/3VCC时，触发器置0，uo输出低电平。这时NE555芯片内部的放电管T导通，电容C通过R2和T 放电，uc下降。当uc下降略低于1/3VCC时，触发器置1，uo输出高电平，VCC对电容C充电。如此重复上述过程，uo为连续的矩形波，上述过程如下图所示。
第一个暂稳状态的脉冲宽度为tp1，即电容的充电时间
第二个暂稳状态的脉冲宽度为tp2，即电容的放电时间
故uo引脚(芯片的第三引脚)输出的脉冲周期为
其频率为
由555定时器组成的振荡器，最高工作频率可达300kHz。
图3和图4是在Multisim仿真下两极板接入0.01μF和0.05μF的电容，所得到的周期分别为4.19ms和20.739ms。
电容检测程序设计
通过上述的几条公式，我们可以知道，只需要检测NE555芯片第3引脚输出的脉冲周期或者脉冲的高电平的宽度就可以了，再通过相应的公式转化就可以得到所测的电容值，也就是振荡电路中的那个C的值。
利用STM32F103ZE采集NE555芯片产生的脉冲（这里我们是根据19年国赛的题目，因为要对比出较小范围内的不同电容值的差异性，所以我们是在200ms中得出555芯片产生的脉冲个数，间接就可以得到脉冲的周期了，即200/n）。将stm32的PA0接NE555芯片的第三引脚，将TIM2_CH1_ETR 为外部脉冲计数，利用定时器3进行200ms的定时，每隔200ms后进入一次中断函数，对所测量的脉冲个数进行统计。R1和R2为我们接的都是200k的阻值。NE555芯片第5引脚接的电容为0.01uF的电容。
其定时器代码下所示：
time.c
#include "timer.h"
#include "led.h"
#include "usart.h"
void TIM3_Int_Init(u16 arr,u16 psc)
{
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE); //时钟使能
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //设置在下一个更新事件装入活动的自动重装载寄存器周期的值 计数到5000为500ms
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //设置用来作为TIMx时钟频率除数的预分频值 10Khz的计数频率
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //TIM向上计数模式
TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure); //根据TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIMx的时间基数单位
TIM_ITConfig( //使能或者失能指定的TIM中断
TIM3, //TIM2
TIM_IT_Update | //TIM 中断源
TIM_IT_Trigger, //TIM 触发中断源
ENABLE //使能
);
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM3_IRQn; //TIM3中断
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0; //先占优先级0级
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3; //从优先级3级
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ通道被使能
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //根据NVIC_InitStruct中指定的参数初始化外设NVIC寄存器
TIM_Cmd(TIM3, ENABLE); //使能TIMx外设
}
u16 Freq=0;
void TIM3_IRQHandler(void) //TIM3中断
{
if(TIM_GetITStatus(TIM3,TIM_IT_Update)!= RESET) //检查TIM3更新中断发生与否
{
TIM_ClearITPendingBit(TIM3,TIM_IT_Update); //清除TIMx更新中断标志
Freq=TIM_GetCounter(TIM2); //读取200ms内计数器计的CNT值 这个值就是我们所测量的脉冲个数
TIM_SetCounter(TIM2,0);
k=1;
}
}
void TIM2_Cap_Init(void) //配置 TIM2_CH1_ETR 为外部脉冲计数
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE); //使能TIM2时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); //使能GPIOA时钟
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0; //PA0 清除之前设置
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD; //PA0 输入
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_0); //PA0 下拉
//初始化定时器2 TIM2
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period =0xFFFF; //设定计数器自动重装值
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =0; //预分频器
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //TIM向上计数模式
TIM_TimeBaseInit(TIM2,&TIM_TimeBaseStructure); //根据TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIMx的时间基数单位
TIM_ITRxExternalClockConfig(TIM2,TIM_TS_ETRF); //配置外部触发，否则不会计数
TIM_ETRClockMode2Config(TIM2, TIM_ExtTRGPSC_OFF, TIM_ExtTRGPolarity_NonInverted, 0);
TIM_SetCounter(TIM2, 0);
TIM_Cmd(TIM2,ENABLE ); //使能定时器2
}
time.h
#ifndef __TIMER_H #define __TIMER_H #include "sys.h" void TIM3_Int_Init(u16 arr,u16 psc); void TIM2_Cap_Init(void); #endif
全部的工程文件已经上传，也可以利用我这个工程文件来进行更改，同样也上传了51的代码。如果有正在作19年国赛的F题纸张计数的内容的同学，就可以直接拿去用了。
51程序代码：
链接：https://pan.baidu.com/s/1H0pPJYT27rEYgkx7PDC0QQ
提取码：1111
STM32程序代码：
链接：https://pan.baidu.com/s/1ib8-fDtNo4d202_lM16XVg
提取码：1111
可能会有一些错误，欢迎大家批评指正！
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