国二，使用STC32G荣获23年全国大学生电子设计竞赛B题国二

etha***

大家好，我们是西安工程大学参赛队伍，本届电赛种荣获国二，很荣幸这次能在STC官方论坛发表我的小作品。先叠个甲，作品中有许多不足之处，各位轻喷。
B题要求看附件。
题中需要达到的几个目标：
（一）显示；
（二）能够测量2000cm以内的电缆长度，误差不大于1%；
（三）能够测量负载类型与负载值，误差不大于10%；
针对于这三个目标，我们逐个击破。
首先是“显示”。题目要求<=6V单电源供电，并且能够显示4行文字，使用OLED128*64刚好满足字数要求，且供电电压仅有5V。
其次是“长度测量”。这里我们把同轴电缆看作一个电容，电缆L越长，电容值C就越大。L与C之间关系可以参考公式 。这里除C与S以外，均为常量。而S仅与L有关，所以可以确定C与L为线性关系（实际中由于线材并非理想，所以关系近似线性）。我们的电容测量方案采用NE555芯片构成施密特触发器。加上电缆后可看作一个多谐振荡器，使用STC32G的PWM输入捕获，采集信号高电平时间Th。根据公式Th=（R1+R2)*C*ln2可推导出电容值C。通过这种方式，可将长度误差缩小至2cm。如果能加上拟合，则精度会更高。

最后是“负载检测”。电容通交隔直。各异根据这个特性来判断负载类型，这里我通过控制继电器，选择测量通路。使用STC32G片内ADC采样，判断负载类型及电
阻值。如果是电容，则根据“测量长度”中的方法，控制继电器切换，测量电容在原值上的增加量来计算负载电容值。

图1 系统整体图

电路设计以STC32G为主控芯片，NE555为信号发生器，使用IO口控制三极管通断，进而控制继电器通断，从而选择电路通路。我这里直接使用屠龙刀最小系统板。

图2 电路设计图

程序流程如图3所示。上电后，按开始键，显示屏显示工作状态“正在检测”，按“长度检测”约1s，工作状态为“结果保持”且显示电缆长度，按“负载检测”按键约1s，工作状态为“结果保持”且负载类型、负载数值及单位。

图3 程序流程图

由于我们的作品还没回来，所以只能展示制作过程中拍的一张照片

图4 作品展示

电路板焊接完成后，测量供电大小为5.09V符合题目不大于6V的要求，测量电压跟随器输入输出电压为2V符合预期值，测量电路中电阻两端电压，与仿真中一致，电路板输入输出接入示波器，可观测到预期波形，能够起振，如下图5所示，在对电路各种测试中，均符合题目要求。

（a）激励信号输入	（b）信号输出
图5  输入输出波形图

将程序烧入，插入不同负载，记录屏幕显示情况，如图6所示，实验测量部分数据如图下表2所示。

图6  显示屏显示结果

图4所示为负载接10Ω电阻时，显示屏的显示结果，负载类型为电阻，负载参数为9.76Ω，相对误差的绝对值为2.4%，符合题中10%的误差范围。

表1  实验测试表

		实际值	测量值	误差
电缆长度（L/cm）		2000	2005	0.25%
		1900	1902	0.11%
		1850	1850.7	0.04%
		1600	1606.9	0.43%
		1400	1403	0.21%
		1300	1302	0.15%
		1200	1200.2	0.02%
		1100	1100.4	0.04%
		1000	1002.5	0.25%
负载	电阻/Ω	10	9.94	0.60%
		16	16.14	0.87%
		20	20.07	0.35%
		24	24.10	0.41%
		30	30.29	0.96%
	电容/pf	102	102.4	0.39%
		145	146.2	0.82%
		180	179.1	0.50%
		210	208.1	0.90%
		305	305.7	0.22%

如上表1所示，在1000cm-2000cm之间的电缆，依据电缆误差做折线图如图7所示，误差约在0.13%左右，符合题目在1%的要求，负载测量中，电阻误差约为0.638%左右，电容误差约在0.566%左右，负载误差均在要求范围内，因此，此装置无误。

图7 误差折线图

etha***

B题做起来不难，但是测量非常麻烦，需要测一根20m的同轴电缆。在10M以上，因为误差范围大，测起来比较方便。在10m一下就需要一点一点测，非常耗费时间。我本想用拟合的方法去实现，但我们当时仅测不同长度下电缆的电容值就花了将近一天半的时间。此外一根电缆的价格也不低，学院十几只参赛队伍，我们能报销的金额非常有限。所以只做了一次测试，没有时间和电缆去实践拟合的方法。因此可以看到程序中存在大量if与else。

etha***

pwm输入捕获部分，我是参考布丁橘长的程序，并在其基础上做修改。如果直接用布丁橘长的程序，使用信号发生器产生不同频率与占空比的方波信号，会发现测量高电平时经常会测量到低电平上。所以我在此添加的一个下降沿中断。在检测高电平时间时，先使用下降沿中断找到下降沿。以此下降沿为标志，开启上升沿下降沿中断，此时检测到的就上高电平时间，解决了高低电平检测错误的问题。

神***

开心，STC32位8051，初露锋芒