基于單片機(jī)的電阻、電容、電感測(cè)試儀

1、摘 要 隨著電子工業(yè)的發(fā)展，電子元器件急劇增加，電子元器件的適用范圍也逐 漸廣泛起來(lái)，在應(yīng)用中我們常常要測(cè)定電阻，電容，電感的大小。因此，設(shè)計(jì) 可靠，安全，便捷的電阻，電容，電感測(cè)試儀具有極大的現(xiàn)實(shí)必要性。 在系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中，以 mcs-51 單片機(jī)為核心的電阻、電容、電感測(cè)試儀， 將電阻，電容，電感，使用對(duì)應(yīng)的振蕩電路轉(zhuǎn)化為頻率實(shí)現(xiàn)各個(gè)參數(shù)的測(cè)量。 其中電阻和電容是采用 555 多諧振蕩電路產(chǎn)生的，而電感則是根據(jù)電容三點(diǎn)式 產(chǎn)生的，將振蕩頻率送入 at89c52 的計(jì)數(shù)端端，通過(guò)定時(shí)并且計(jì)數(shù)可以計(jì)算出 被測(cè)頻率，再通過(guò)該頻率計(jì)算出被測(cè)參數(shù)。 在系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)是以 keil51 為仿真平臺(tái)，使

2、用 c 語(yǔ)言與匯編語(yǔ)言混合編 程編寫(xiě)了系統(tǒng)應(yīng)用軟件；包括主程序模塊、顯示模塊、電阻測(cè)試模塊、電容測(cè) 試模塊和電感測(cè)試模塊。 最后，實(shí)際制作了一臺(tái)樣機(jī)，在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果表明該樣機(jī)的 功能和指標(biāo)得到了設(shè)計(jì)要求。 關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)，555 多諧振蕩電路，led 動(dòng)態(tài)顯示模塊，電容三點(diǎn)式振蕩 abstract with the development of electronic industry，electronic components rapidly increased the scope of electronic components widely up gradually，in ap

3、plications we often measured resistors，capacitors，inductors size. therefore,the design of reliable，safe，convenient resistance，capacitance，inductance tester of great practical necessity. in the system hardware design，take the mcs-51 monolithic integrated circuit as the core resistance，the electric ca

4、pacity，the inductance reflectoscope reflector，the resistance，the electric capacity，the inductance，the use correspondences oscillating circuit transforms for the frequency realizes each parameter survey.and the resistance and the electric capacity are use 555 multiresonant circuits to produce，but the

5、 inductance is produces according to the electric capacity bikini，the oscilation frequency will send at89c52 the counting to be neat，through and fixed time counts may calculate by the frequency measurement rate，figures out again through this frequency meter is measured the parameter. in systems soft

6、ware design is take keil51 as the simulation platform，used the c language and the assembly language mix programming has compiled the system application software；including master routine module，display module，resistance test module，electric capacity test module and inductance test module. finally，the

7、 actual production of a prototype，tested in the laboratory results show that the prototype of the functions and indicators are the design requirements. key words: single slice of machine，555 resonance swings circuit，led dynamic display module，capacitance three-point shock 目 錄 1 前言.1 1.1 設(shè)計(jì)的背景及意義.1 1

8、.2 電阻、電容、電感測(cè)試儀的發(fā)展歷史及研究現(xiàn)狀.1 1.3 本設(shè)計(jì)所做的工作.3 1.4 本論文的結(jié)構(gòu)安排.3 2 電阻、電容、電感測(cè)試儀的系統(tǒng)設(shè)計(jì).5 2.1 電阻、電容、電感測(cè)試儀設(shè)計(jì)方案比較.5 2.2 系統(tǒng)的原理框圖.5 3 電阻、電容、電感測(cè)試儀的系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì).7 3.1 mcs-51 單片機(jī)電路的設(shè)計(jì).7 3.2 led 數(shù)碼管電路與鍵盤(pán)電路的設(shè)計(jì).9 3.3 測(cè)量電阻、電容電路的設(shè)計(jì).13 3.3.1 555 定時(shí)器簡(jiǎn)介.13 3.3.2 測(cè)量電阻電路的設(shè)計(jì).15 3.3.3 測(cè)量電容電路的設(shè)計(jì).16 3.4 測(cè)量電感電路的設(shè)計(jì)及仿真.17 3.4.1 測(cè)量電感電路的設(shè)計(jì).17

9、 3.4.2 測(cè)量電感電路的仿真.18 3.5 多路選擇開(kāi)關(guān)電路的設(shè)計(jì).20 4 電阻、電容、電感測(cè)試儀的軟件設(shè)計(jì).22 4.1 i/o 口的分配.22 4.2 主程序流程圖.22 4.3 頻率參數(shù)計(jì)算的原理.24 5 pcb 板的設(shè)計(jì)與系統(tǒng)的調(diào)試 .26 5.1 protel99se 的介紹與 pcb 板的設(shè)計(jì).26 5.2 系統(tǒng)調(diào)試與系統(tǒng)測(cè)試.28 5.2.1 系統(tǒng)軟件調(diào)試.28 5.2.2 系統(tǒng)硬件調(diào)試.28 5.2.3 系統(tǒng)測(cè)試.32 6 結(jié)論與展望.34 致謝.36 參考文獻(xiàn).37 附錄.38 附錄一系統(tǒng)原理圖及 pcb.38 附錄二源程序 .40 1 前言 1.1 設(shè)計(jì)的背景及意義

10、 目前，隨著電子工業(yè)的發(fā)展，電子元器件急劇增加，電子元器件的適用范 圍也逐漸廣泛起來(lái)，在應(yīng)用中我們常常要測(cè)定電阻，電容，電感的大小。因此， 設(shè)計(jì)可靠，安全，便捷的電阻，電容，電感測(cè)試儀具有極大的現(xiàn)實(shí)必要性。 通常情況下，電路參數(shù)的數(shù)字化測(cè)量是把被測(cè)參數(shù)傳換成直流電壓或頻率 后進(jìn)行測(cè)量。 電阻測(cè)量依據(jù)產(chǎn)生恒流源的方法分為電位降法、比例運(yùn)算器法和積分運(yùn)算 器法。比例運(yùn)算器法測(cè)量誤差稍大，積分運(yùn)算器法適用于高電阻的測(cè)量。 傳統(tǒng)的測(cè)量電容方法有諧振法和電橋法兩種。前者電路簡(jiǎn)單，速度快，但 精度低；后者測(cè)量精度高，但速度慢。隨著數(shù)字化測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，在測(cè)量速 度和精度上有很大的改善，電容的數(shù)字化測(cè)量常采

11、用恒流法和比較法。 電感測(cè)量可依據(jù)交流電橋法，這種測(cè)量方法雖然能較準(zhǔn)確的測(cè)量電感但交 流電橋的平衡過(guò)程復(fù)雜，而且通過(guò)測(cè)量 q 值確定電感的方法誤差較大，所以電 感的數(shù)字化測(cè)量常采用時(shí)間常數(shù)發(fā)和同步分離法。 由于測(cè)量電阻，電容，電感方法多并具有一定的復(fù)雜性，所以本次設(shè)計(jì)是 在參考 555 振蕩器基礎(chǔ)上擬定的一套自己的設(shè)計(jì)方案。是嘗試用 555 振蕩器將 被測(cè)參數(shù)轉(zhuǎn)化為頻率，這里我們將 rlc 的測(cè)量電路產(chǎn)生的頻率送入 at89c52 的計(jì)數(shù)端端，通過(guò)定時(shí)并且計(jì)數(shù)可以計(jì)算出被測(cè)頻率再通過(guò)該頻率計(jì)算出各個(gè) 參數(shù)。 1.2 電阻、電容、電感測(cè)試儀的發(fā)展歷史及研究現(xiàn)狀 當(dāng)今電子測(cè)試領(lǐng)域，電阻，電容和電感

12、的測(cè)量已經(jīng)在測(cè)量技術(shù)和產(chǎn)品研發(fā) 中應(yīng)用的十分廣泛。 電阻、電容和電感測(cè)試發(fā)展已經(jīng)很久，方法眾多，常用測(cè)量方法如下。電 阻測(cè)量依據(jù)產(chǎn)生恒流源的方法分為電位降法、比例運(yùn)算器法和積分運(yùn)算器法。 比例運(yùn)算器法測(cè)量誤差稍大，積分運(yùn)算器法適用于高電阻的測(cè)量。傳統(tǒng)的測(cè)量 電容方法有諧振法和電橋法兩種。前者電路簡(jiǎn)單，速度快，但精度低；后者測(cè) 量精度高，但速度慢。隨著數(shù)字化測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，在測(cè)量速度和精度上有很 大的改善，電容的數(shù)字化測(cè)量常采用恒流法和比較法。電感測(cè)量可依據(jù)交流電 橋法，這種測(cè)量方法雖然能較準(zhǔn)確的測(cè)量電感但交流電橋的平衡過(guò)程復(fù)雜，而 且通過(guò)測(cè)量 q 值確定電感的方法誤差較大，所以電感的數(shù)字化測(cè)量

13、常采用時(shí)間 常數(shù)發(fā)和同步分離法。 在我國(guó) 1997 年 05 月 21 日中國(guó)航空工業(yè)總公司研究出一種電阻、電容、電 感在線測(cè)量方法及裝置等電位隔離方法，用于對(duì)在線的電阻、電容、電感元件 實(shí)行等電位隔離，其特征在于，(1)將一個(gè)運(yùn)算放大器的輸出端與其反相輸入端 直接連接，形成一個(gè)電壓跟隨器；(2)將基準(zhǔn)精密電阻(r)的一端與被隔離的在 線元件(zx)的一端通過(guò)導(dǎo)線連接，基準(zhǔn)精密電阻(r)的另一端與信號(hào)源 (vi)或者地連接，被隔離的在線元件(zx)的另一端通過(guò)導(dǎo)線與地或者 信號(hào)源(vi)連接，基準(zhǔn)精密電阻(r)與被隔離的在線元件(zx)連接的 一端同時(shí)與運(yùn)算放大器的同相輸入端連接；(3)通過(guò)導(dǎo)

14、線將運(yùn)算放大器的輸出端 與線路板上所有的隔離點(diǎn)(c)連接，隔離點(diǎn)(c)的確定方法是：在線路板上凡是 與被隔離的在線元件(zx)靠近信號(hào)源(vi)的一端(a)相連的電阻、電 容、電感元件的另一端均為隔離端(c)。 中國(guó)本土測(cè)量?jī)x器設(shè)備發(fā)展的主要瓶頸。盡管本土測(cè)試測(cè)量產(chǎn)業(yè)得到了快 速發(fā)展，但客觀地說(shuō)中國(guó)開(kāi)發(fā)測(cè)試測(cè)量?jī)x器還普遍比較落后。每當(dāng)提起中國(guó)測(cè) 試儀器落后的原因，就會(huì)有許多不同的說(shuō)法，諸如精度不高，外觀不好，可靠 性差等。實(shí)際上，這些都還是表面現(xiàn)象，真正影響中國(guó)測(cè)量?jī)x器發(fā)展的瓶頸為： 1.測(cè)試在整個(gè)產(chǎn)品流程中的地位偏低。由于人們的傳統(tǒng)觀念的影響，在產(chǎn) 品的制造流程中，研發(fā)始終處于核心位置，而測(cè)

15、試則處于從屬和輔助位置。關(guān) 于這一點(diǎn)，在幾乎所有的研究機(jī)構(gòu)部門(mén)配置上即可窺其一斑。這種錯(cuò)誤觀念上 的原因，造成整個(gè)社會(huì)對(duì)測(cè)試的重視度不夠，從而造成測(cè)試儀器方面人才的嚴(yán) 重匱乏，造成相關(guān)的基礎(chǔ)科學(xué)研究比較薄弱，這是中國(guó)測(cè)量?jī)x器發(fā)展的一個(gè)主 要瓶頸。實(shí)際上，即便是研發(fā)隊(duì)伍本身，對(duì)測(cè)試的重視度以及對(duì)儀器本身的研 究也明顯不夠。 2.面向應(yīng)用和現(xiàn)代市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)模式還沒(méi)有真正建立起來(lái)。本土儀器設(shè)備廠商 只是重研發(fā)，重視生產(chǎn)，重視狹義的市場(chǎng)，還沒(méi)有建立起一套完整的現(xiàn)代營(yíng)銷(xiāo) 體系和面向應(yīng)用的研發(fā)模式。傳統(tǒng)的營(yíng)銷(xiāo)模式在計(jì)劃經(jīng)濟(jì)年代里發(fā)揮過(guò)很大作 用，但無(wú)法滿足目前整體解方案流行年代的需求。所以，為了快速縮小與國(guó)外

16、 先進(jìn)公司之間的差距，國(guó)內(nèi)儀器研發(fā)企業(yè)應(yīng)加速實(shí)現(xiàn)從面向仿制的研發(fā)向面向 應(yīng)用的研發(fā)的過(guò)渡。特別是隨著國(guó)內(nèi)應(yīng)用需求的快速增長(zhǎng)，為這一過(guò)渡提供了 根本動(dòng)力，應(yīng)該利用這些動(dòng)力，跟蹤應(yīng)用技術(shù)的快速發(fā)展。 3.缺乏標(biāo)準(zhǔn)件的材料配套體系。由于歷史的原因，中國(guó)儀器配套行業(yè)的企 業(yè)多為良莠不齊的小型企業(yè)，標(biāo)準(zhǔn)化的研究也沒(méi)有跟上需求的快速發(fā)展，從而 導(dǎo)致儀器的材料配套行業(yè)的技術(shù)水平較低。雖然目前已有較大的改觀，但距離 整個(gè)產(chǎn)業(yè)的要求還有一定距離。所以，還應(yīng)把標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化的研究放到重要 的位置。還有，在技術(shù)水平?jīng)]有達(dá)到的條件下，一味地追求精度或追求高指標(biāo)， 而沒(méi)有處理好與穩(wěn)定性之間的關(guān)系。上述這些都是制約本土儀

17、器發(fā)展的因素。 近年來(lái)我國(guó)測(cè)量?jī)x器的可靠性和穩(wěn)定性問(wèn)題得到了很多方面的重視，狀況 有了很大改觀。測(cè)試儀器行業(yè)目前已經(jīng)越過(guò)低谷階段，重新回到了快速發(fā)展的 軌道，尤其最近幾年，中國(guó)本土儀器取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，特別是通用電子測(cè)量 設(shè)備研發(fā)方面，與國(guó)外先進(jìn)產(chǎn)品的差距正在快速縮小，對(duì)國(guó)外電子儀器巨頭的 壟斷造成了一定的沖擊。隨著模塊化和虛擬技術(shù)的發(fā)展，為中國(guó)的測(cè)試測(cè)量?jī)x 器行業(yè)帶來(lái)了新的契機(jī)，加上各級(jí)政府日益重視，以及中國(guó)自主應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)研究 的快速進(jìn)展，都在為該產(chǎn)業(yè)提供前所未有的動(dòng)力和機(jī)遇。從中國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè) 統(tǒng)計(jì)年鑒中可以看出，中國(guó)的測(cè)試測(cè)量?jī)x器每年都以超過(guò) 30%以上的速度在快 速增長(zhǎng)。在此快速增長(zhǎng)的過(guò)

18、程中，無(wú)疑催生出了許多測(cè)試行業(yè)新創(chuàng)企業(yè)，也催 生出了一批批可靠性和穩(wěn)定性較高的產(chǎn)品。 1.3 本設(shè)計(jì)所做的工作 本設(shè)計(jì)是以 555 為核心的振蕩電路，將被測(cè)參數(shù)模擬轉(zhuǎn)化為頻率，并利用 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)計(jì)算頻率，所以，本次設(shè)計(jì)需要做好以下工作： (1)學(xué)習(xí)單片機(jī)原理等資料。 (2)學(xué)習(xí) protel99e, kel3.0 等工具軟件的使用方法。 (3)設(shè)計(jì)測(cè)量電阻，電容，電感的振蕩電路。 (4)設(shè)計(jì)測(cè)量 led 動(dòng)態(tài)顯示電路。 (5)設(shè)計(jì)測(cè)量頻率程序，設(shè)置程序。 (6)用 protel 軟件繪制電原理圖和印刷電路版圖。 (7)安裝和調(diào)試，并進(jìn)行實(shí)際測(cè)試，記錄測(cè)試數(shù)據(jù)和結(jié)果。 (8)撰寫(xiě)畢業(yè)論文。 (9

19、)完成英文翻譯。 1.4 本論文的結(jié)構(gòu)安排 本論文的結(jié)構(gòu)安排為：第 1 章 前言，第 2 章 電阻、電容、電感測(cè)試儀的 系統(tǒng)設(shè)計(jì)，第 3 章 電阻、電容、電感測(cè)試儀的系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，第 4 章 電阻、 電容、電感測(cè)試儀的軟件設(shè)計(jì)，第 5 章 pcb 板的設(shè)計(jì)與系統(tǒng)的調(diào)試，第六章 結(jié)論與展望。 2 電阻、電容、電感測(cè)試儀的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2.1 電阻、電容、電感測(cè)試儀設(shè)計(jì)方案比較 電阻、電容、電感測(cè)試儀的設(shè)計(jì)可用多種方案完成，例如利用模擬電路， 電阻可用比例運(yùn)算器法和積分運(yùn)算器法，電容可用恒流法和比較法，電感可用 時(shí)間常數(shù)發(fā)和同步分離法等、使用可編程邏輯控制器(plc)、振蕩電路與單片 機(jī)結(jié)合或 cpl

20、d 與 eda 相結(jié)合等等來(lái)實(shí)現(xiàn)。在設(shè)計(jì)前對(duì)各種方案進(jìn)行了比較： 1)利用純模擬電路 雖然避免了編程的麻煩，但電路復(fù)雜，所用器件較多，靈活性差，測(cè)量精 度低，現(xiàn)在已較少使用。 2)可編程邏輯控制器(plc) 應(yīng)用廣泛，它能夠非常方便地集成到工業(yè)控制系統(tǒng)中。其速度快，體積小， 可靠性和精度都較好，在設(shè)計(jì)中可采用 plc 對(duì)硬件進(jìn)行控制，但是用 plc 實(shí) 現(xiàn)價(jià)格相對(duì)昂貴，因而成本過(guò)高。 3)采用 cpld 或 fpga 實(shí)現(xiàn) 應(yīng)用目前廣泛應(yīng)用的 vhdl 硬件電路描述語(yǔ)言，實(shí)現(xiàn)電阻，電容，電感測(cè) 試儀的設(shè)計(jì)，利用 maxplusii 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境進(jìn)行綜合、仿真，并下載到 cpld 或 fpga

21、可編程邏輯器件中，完成系統(tǒng)的控制作用。但相對(duì)而言規(guī)模大， 結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 4)利用振蕩電路與單片機(jī)結(jié)合 利用 555 多諧振蕩電路將電阻，電容參數(shù)轉(zhuǎn)化為頻率，而電感則是根據(jù)電 容三點(diǎn)式電路也轉(zhuǎn)化為頻率，這樣就能夠把模擬量近似的轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，而頻 率 f 是單片機(jī)很容易處理的數(shù)字量，一方面測(cè)量精度高，另一方面便于使儀表 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，而且單片機(jī)構(gòu)成的應(yīng)用系統(tǒng)有較大的可靠性。系統(tǒng)擴(kuò)展、系統(tǒng)配 置靈活。容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)，且應(yīng)用系統(tǒng)有較高的軟、硬件利用系 數(shù)。單片機(jī)具有可編程性，硬件的功能描述可完全在軟件上實(shí)現(xiàn)，而且設(shè)計(jì)時(shí) 間短，成本低，可靠性高。 綜上所述，利用振蕩電路與單片機(jī)結(jié)合實(shí)現(xiàn)電阻、電容

22、、電感測(cè)試儀更為 簡(jiǎn)便可行，節(jié)約成本。所以，本次設(shè)計(jì)選定以單片機(jī)為核心來(lái)進(jìn)行。 2.2 系統(tǒng)的原理框圖 本設(shè)計(jì)中，考慮到單片機(jī)具有物美價(jià)廉、功能強(qiáng)、使用方便靈活、可靠性 高等特點(diǎn)，擬采用 mcs - 51 系列的單片機(jī)為核心來(lái)實(shí)現(xiàn)電阻、電容、電感測(cè)試 儀的控制。系統(tǒng)分四大部分：測(cè)量電路、控制電路、通道選擇和顯示電路。通 過(guò) p1.3 和 p1.4 向模擬開(kāi)關(guān)送兩位地址信號(hào)，取得相應(yīng)的振蕩頻率，然后根據(jù)所 測(cè)頻率判斷是否轉(zhuǎn)換量程，或者是把數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，得出相應(yīng)的參數(shù)值。系 統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖 2-1 如下所示。 圖 2-1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖 框圖各部分說(shuō)明如下： 1)控制部分：本設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心，采

23、用 89c51 單片機(jī)，利用其管腳的 特殊功能以及所具備的中斷系統(tǒng)，定時(shí)/計(jì)數(shù)器和 led 顯示功能等。led 燈：本設(shè)計(jì)中，設(shè)置了 1 盞電源指示燈，采用紅色的 led 以共陽(yáng)極方式來(lái) 連接，直觀易懂，操作也簡(jiǎn)單。數(shù)碼管顯示：本設(shè)計(jì)中有 1 個(gè) 74hc02、2 個(gè) 74ls573、1 個(gè) 2803 驅(qū)動(dòng)和 6 個(gè)數(shù)碼管，采用共陽(yáng)極方式連接構(gòu)成動(dòng)態(tài) 顯示部分，降低功耗。鍵盤(pán)：本設(shè)計(jì)中有 sr，sc，sl 三個(gè)按鍵，可靈活控 制不同測(cè)量參數(shù)的切換，實(shí)現(xiàn)一鍵測(cè)量。 2)通道選擇：本設(shè)計(jì)通過(guò)單片機(jī)控制 cd4052 模擬開(kāi)關(guān)來(lái)控制被測(cè)頻率的 自動(dòng)選擇。 3)測(cè)量電路：rc 震蕩電路是利用 555

24、振蕩電路實(shí)現(xiàn)被測(cè)電阻和被測(cè)電容頻 率化。電容三點(diǎn)式振蕩電路是利用電容三點(diǎn)式振蕩電路實(shí)現(xiàn)被測(cè)電感參數(shù) 頻率化。通過(guò) 51 單片機(jī)的 io 口自動(dòng)識(shí)別量程切換，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量。 3 電阻、電容、電感測(cè)試儀的系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 3.1 mcs-51 單片機(jī)電路的設(shè)計(jì) 在本設(shè)計(jì)中，考慮到單片機(jī)構(gòu)成的應(yīng)用系統(tǒng)有較大的可靠性，容易構(gòu)成各 種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)，且應(yīng)用系統(tǒng)有較高的軟、硬件利用系數(shù)。還具有可編程性， 硬件的功能描述可完全在軟件上實(shí)現(xiàn)。另外，本設(shè)計(jì)還需要利用單片機(jī)的定時(shí) 計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)、串行接口等等，所以，選擇以單片機(jī)為核心進(jìn)行設(shè)計(jì)具有 極大的必要性。在硬件設(shè)計(jì)中，選用 ms-51 系列單片機(jī)，其各個(gè) i

25、/o 口分別接 有按鍵、led 燈、七位數(shù)碼管等，通過(guò)軟件進(jìn)行控制。 mcs-51 單片機(jī)包含中央處理器、程序存儲(chǔ)器(rom)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(ram)、 定時(shí)/計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元，以及數(shù)據(jù)總線、地 址總線和控制總線等三大總線，現(xiàn)在分別加以說(shuō)明： 1)中央處理器： 中央處理器(cpu)是整個(gè)單片機(jī)的核心部件，是 8 位數(shù)據(jù)寬度的處理器， 能處理 8 位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼，cpu 負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個(gè)單元系統(tǒng)協(xié)調(diào) 的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。 2)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(ram)： 內(nèi)部有 128 個(gè) 8 位用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和 128 個(gè)專(zhuān)用寄存器單元，它們是統(tǒng) 一編

26、址的，專(zhuān)用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問(wèn)，而不能用 于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的 ram 只有 128 個(gè)，可存放讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)， 運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。 3)程序存儲(chǔ)器(rom)： 共有 4096 個(gè) 8 位掩膜 rom，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。 4)定時(shí)/計(jì)數(shù)器(rom)： 有兩個(gè) 16 位的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制 程序轉(zhuǎn)向。 5)并行輸入輸出(i/o)口： 共有 4 組 8 位 i/o 口(p0、 p1、p2 或 p3)，用于對(duì)外部數(shù)據(jù)的傳輸。 6)全雙工串行口： 內(nèi)置一個(gè)全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送

27、，該串行 口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當(dāng)同步移位器使用。 7)中斷系統(tǒng)： 具備較完善的中斷功能，有兩個(gè)外中斷、兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷和一個(gè)串口 中斷，可滿足不同的控制要求，并具有 2 級(jí)的優(yōu)先級(jí)別選擇。 8)時(shí)鐘電路： 內(nèi)置最高頻率達(dá) 12mhz 的時(shí)鐘電路，用于產(chǎn)生整個(gè)單片機(jī)運(yùn)行的脈沖時(shí)序。 本設(shè)計(jì)中單片機(jī)的設(shè)計(jì)電路如下圖 3-1 所示： 圖 3-1 單片機(jī)的設(shè)計(jì)電路 本電路使用單片機(jī)內(nèi)部振蕩器，11.0592mhz 的晶體諧振器直接接在單片機(jī) 的時(shí)鐘端口 x1 和 x2，電路中 c2、c3 為振蕩器的匹配電容。該電路簡(jiǎn)單，工 作可靠 。另外本系統(tǒng)的容阻上電復(fù)位，就是利用 rc 電路的充

28、電過(guò)程來(lái)給單片 機(jī)復(fù)位。rc 電路的時(shí)間常數(shù)計(jì)算公式： t=rc (3-1) 即：t=rc=10u*10k=100ms。當(dāng)需要復(fù)位時(shí)，也可以按下復(fù)位按鍵，進(jìn)行復(fù)位。 3.2 led 數(shù)碼管電路與鍵盤(pán)電路的設(shè)計(jì) 在電阻、電容、電感測(cè)試系統(tǒng)中，用led 燈來(lái)顯示測(cè)量參數(shù)的類(lèi)別和 電源指示，既簡(jiǎn)單又顯而易見(jiàn)。 與小白熾燈泡和氖燈相比， led 的特點(diǎn)是：工作電壓很低 (有的僅一點(diǎn) 幾伏)；工作電流很小 (有的僅零點(diǎn)幾毫安即可發(fā)光 )；抗沖擊和抗震性能好， 可靠性高，壽命長(zhǎng)；通過(guò)調(diào)制通過(guò)的電流強(qiáng)弱可以方便地調(diào)制發(fā)光的強(qiáng)弱。 由于有這些特點(diǎn)，發(fā)光二極管在一些光電控制設(shè)備中常常用作光源。在本 設(shè)計(jì)中，利用

29、單片機(jī)的 p1.0、p1.1 和 p1.2 口直接和發(fā)光二極管相連接，控制 程序放在 mcs-51 單片機(jī)的 rom 中。由于測(cè)試指示燈為發(fā)光二極管且陽(yáng)極通 過(guò)限流電阻與電源正極相接，所以為共陽(yáng)極。因此 i/0 口輸出低電平時(shí)，與之 相連的相應(yīng)指示燈會(huì)亮；i/0 口輸出高電平時(shí)，相應(yīng)的指示燈會(huì)滅。發(fā)光二極管 的接口電路如圖 3-2 所示： 圖 3-2 發(fā)光二極管的接口電路 發(fā)光二極管的設(shè)計(jì)中，每個(gè)二極管與單片機(jī)接口間有一個(gè)電阻，其阻值至 少為 180 歐。按 3.3v 時(shí)的工作電流 15ma 來(lái)計(jì)算，需要讓與之串聯(lián)的電阻，分 去 vcc 5v 電壓中的 2.7v 電壓，則得到 r=u/i=2.

30、7v/0.015a=180 歐，且電阻 的功率為 p=ui=2.7v*0.015a=0.041w。 另外，在本設(shè)計(jì)中，led 應(yīng)用于七位數(shù)碼管中，實(shí)現(xiàn)了被測(cè)參數(shù)的顯示， 七位數(shù)碼管以共陰極的方式經(jīng)過(guò) 74ls573 鎖存器與單片機(jī)的 p0 口相連。六位 數(shù)碼管顯示被測(cè)參數(shù)的示值從左到右依次代表十萬(wàn)、萬(wàn)、千、百、十和個(gè)位， 這樣顯示結(jié)果更為簡(jiǎn)單可行。 數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼，從而顯示 出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài) 式兩類(lèi)。 1)靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)：靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱(chēng)直流驅(qū)動(dòng)，靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一 個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的 i/o

31、端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如 bcd 碼二-十進(jìn)制譯 碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)使編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高。 2)動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)：數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯 示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的 8 個(gè)顯示筆劃a,b,c,d,e,f,g,dp的同 名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極 com 增加位選通控制電路，位選 通由各自獨(dú)立的 i/o 線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相 同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位選通 com 端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開(kāi)，該位就顯 示出字形，沒(méi)有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。通過(guò)分時(shí)輪

32、流控制各個(gè)數(shù)碼管的 com 端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過(guò)程中，每 位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為 12ms，由于人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效 應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的 印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是 一樣的，能夠節(jié)省大量的 i/o 端口，而且功耗更低。 經(jīng)過(guò)對(duì)兩種顯示方式的比較分析：靜態(tài)方式需要大量 i/o，而動(dòng)態(tài)掃描顯 示方式能夠節(jié)省大量的 i/o 口，且電路結(jié)構(gòu)也比較簡(jiǎn)單，顯示效果良好，因此 最終采用動(dòng)態(tài)掃描顯示方式。 系統(tǒng)核心電路(at89s52 最小系統(tǒng))的 p0 口以總線方

33、式與二片數(shù)據(jù)鎖存器 (74hc573)相連接，二片 74hc573 的片選使能端(le)分別連接在或非門(mén) (74hc02)的 1、4 管腳，三個(gè)或非門(mén)相類(lèi)似，都是兩個(gè)輸入端的其中一端接在 單片機(jī)的 16 管腳(wr)，而另一端分別接在 p2.5p2.6。單片機(jī)片選電路如圖 3- 3 所示。 圖 3-3 單片機(jī)片選電路 或非門(mén)片選電路分析：當(dāng)單片機(jī)通過(guò) p0 口總線輸出數(shù)據(jù)時(shí)，16 管腳(wr) 為低電平“0” ，片選信號(hào)端 p2.5p2.7 中，要被片選端為“0” ，其它為“1” ， 這樣三個(gè)或非門(mén)中，只有需要片選中或非門(mén)的輸出為高電平“1” ，其它兩個(gè)或 非門(mén)的輸出信號(hào)為低電平“0” 。另外

34、，74hc573 數(shù)據(jù)鎖存器的 le 使能端為高 電平有效，與之前電路結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)片選功能。 在本設(shè)計(jì)中，led 顯示接口電路如下圖 3-4 所示： 圖 3-4 led 顯示接口電路 電路由 6 個(gè)共陰極數(shù)碼管、兩個(gè) 74hc573 和一個(gè) uln2803 組成。 兩個(gè) 74hc573 分別作為段碼和位碼的數(shù)據(jù)鎖存器，它們的片選信號(hào)來(lái)自最 小系統(tǒng) at89s52 的 p2.5 和 p2.6，由此可以計(jì)算出它們的片選地址：段碼片選 地址為c000hdfffh，位碼片選地址為a000hbfffh。 uln2803 是達(dá)林頓管，在電路中能起到大電流輸出和高壓輸出的作用。由 于電路使用的是共陰極動(dòng)態(tài)顯

35、示方式，uln2803 在位碼數(shù)據(jù)鎖存器后連接八個(gè) 數(shù)碼管的 com 端，可以增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的能力，使數(shù)碼管的顯示效果更好。 本設(shè)計(jì)中設(shè)置了 sr,sc,sl 三個(gè)按鍵，利用單片機(jī)的 p1.0、p1.1 和 p1.2 口 直接和按鍵相連接，控制程序放在 mcs-51 單片機(jī)的 rom 中用于啟動(dòng)各個(gè)被 測(cè)參數(shù)程序的調(diào)整。見(jiàn)圖 3-5 按鍵電路所示 圖 3-5 按鍵電路 控制r、l、c的三個(gè)按鍵接入一個(gè)10k大小的上拉電阻，起限流保護(hù)作用。 當(dāng)有鍵按下時(shí)為低電平，無(wú)鍵按下時(shí)則為高電平。 3.3 測(cè)量電阻、電容電路的設(shè)計(jì) 3.3.1 555 定時(shí)器簡(jiǎn)介 555 定時(shí)器是一種模擬電路和數(shù)字電路相結(jié)合

36、的中規(guī)模集成器件，它性能 優(yōu)良，適用范圍很廣，外部加接少量的阻容元件可以很方便地組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā) 器和多諧振蕩器，以及不需外接元件就可組成施密特觸發(fā)器。因此集成 555 定 時(shí)被廣泛應(yīng)用于脈沖波形的產(chǎn)生與變換、測(cè)量與控制等方面。 1)555 定時(shí)器內(nèi)部結(jié)構(gòu) 555 定時(shí)器是一種模擬電路和數(shù)字電路相結(jié)合的中規(guī)模集成電路,其內(nèi)部結(jié) 構(gòu)如圖 3-6(a)部分及管腳排列如圖(b)部分所示。 圖 3-6 定時(shí)器內(nèi)部結(jié)構(gòu) 它由分壓器、比較器、基本 r-s 觸發(fā)器和放電三極管等部分組成。分壓器 由三個(gè) 5k 的等值電阻串聯(lián)而成。分壓器為比較器 a1、a2提供參考電壓，比 較器 a1的參考電壓為，加在同相輸入端

37、，比較器 a2的參考電壓為，加 2 3 1 3 在反相輸入端。比較器由兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的集成運(yùn)放 a1、a2組成。高電平觸發(fā)信 號(hào)加在 a1的反相輸入端，與同相輸入端的參考電壓比較后，其結(jié)果作為基本 r-s 觸發(fā)器端的輸入信號(hào)；低電平觸發(fā)信號(hào)加在 a2的同相輸入端，與反相輸 入端的參考電壓比較后，其結(jié)果作為基本 r-s 觸發(fā)器端的輸入信號(hào)。基本 r- -s 觸發(fā)器的輸出狀態(tài)受比較器 a1、a2的輸出端控制。 2)多諧振蕩器工作原理 由 555 定時(shí)器組成的多諧振蕩器如圖 3-7(c)部分所示，其中 r1、r2和電 容 c 為外接元件。其工作波如圖(d)部分所示。 圖 3-7 震蕩器工作原理 設(shè)電容

38、的初始電壓 uc0，t0 時(shí)接通電源，由于電容電壓不能突變，所 以高、低觸發(fā)端 vthvtl0，比較器 a1輸出為高電平，a2輸出為低電 1 3 平，即=1，=0(1 表示高電位，0 表示低電位)，r-s 觸發(fā)器置 1，定時(shí)器輸 出 u0=1 此時(shí)，定時(shí)器內(nèi)部放電三極管截止，電源 vcc經(jīng) r1，r2向電容 c = 0 充電，uc逐漸升高。當(dāng) uc上升到時(shí)，a2輸出由 0 翻轉(zhuǎn)為 1，這時(shí) 1 3 =1，r-s 觸發(fā)順保持狀態(tài)不變。所以 0tt1期間，定時(shí)器輸出 u0為高電 平 1。 時(shí)刻，uc上升到，比較器 a1的輸出由 1 變?yōu)?0，這時(shí) = 1 2 3 =0，=1，r-s 觸發(fā)器復(fù) 0，

39、定時(shí)器輸出 u0=0。 期間，放電三極管 t 導(dǎo)通，電容 c 通過(guò) r2放電。uc按指數(shù) 1 2 = 1 規(guī)律下降,當(dāng)時(shí)比較器 a1輸出由 0 變?yōu)?1，r-s 觸發(fā)器的=1，q 2 3 的狀態(tài)不變，u0的狀態(tài)仍為低電平。 時(shí)刻，uc下降到，比較器 a2輸出由 1 變?yōu)?0，r-s 觸發(fā)器的 = 2 1 3 =1，=0，觸發(fā)器處于 1，定時(shí)器輸出 u0=1。此時(shí)電源再次向電容 c 放電， 重復(fù)上述過(guò)程。 通過(guò)上述分析可知，電容充電時(shí)，定時(shí)器輸出 u0=1，電容放電時(shí)，u0=0， 電容不斷地進(jìn)行充、放電，輸出端便獲得矩形波。多諧振蕩器無(wú)外部信號(hào)輸入， 卻能輸出矩形波，其實(shí)質(zhì)是將直流形式的電能變?yōu)?/p>

40、矩形波形式的電能。 3)振蕩周期 由圖(d)可知，振蕩周期 t=t1+t2。t1為電容充電時(shí)間，t2為電容放電時(shí) 間。 充電時(shí)間： (3-2) 1= (1+ 2)ln2 0.7(1+ 2) 放電時(shí)間： (3-3) 2= 2ln2 0.72 矩形波的振蕩周期： (3-4) = 1+ 2= ln2(1+ 22) 0.7(1+ 22) 因此改變 r1、r2和電容 c 的值，便可改變矩形波的周期和頻率。 對(duì)于矩形波，除了用幅度，周期來(lái)衡量外，還有一個(gè)參數(shù)：占空比 q，q=(脈寬 tw)/(周期 t)，tw指輸出一個(gè)周期內(nèi)高電平所占的時(shí)間。圖（c）所 示電路輸出矩形波的占空比： (3-5) = 1 =

41、1 1+ 2 = 1+ 2 1+ 22 3.3.2 測(cè)量電阻電路的設(shè)計(jì) 定時(shí)器 555 是一種用途很廣的集成電路，只需外接少量 r、c 元件，就可 以構(gòu)成多諧、單穩(wěn)及施密特觸發(fā)器。電阻的測(cè)量采用“脈沖計(jì)數(shù)法” ，由 555 電 路構(gòu)成的多諧振蕩電路，通過(guò)計(jì)算振蕩輸出的頻率來(lái)計(jì)算被測(cè)電阻的大小。 555 接成多諧振蕩器的形式，其振蕩周期為： (3-6) 1= 1+ 2= (2)(1+ 2) * 1+ (2)2 * 1 得出： (3-7) = 1 (ln2)(1+ 2)1 即： (3-8) = ( 1 (ln2)1 * 1)/2 電路分為 2 檔： 1、100rx1000 ：按下電阻測(cè)試建 sr，

42、閉合開(kāi)關(guān) srd,r2=330,c2=0.22uf： (3-9) = (6.56 ( + 6)/2 ) 330/2 2、1000rx 1m ：按下電阻測(cè)試建 sr，閉合開(kāi)關(guān) srg,r1=20k,c3=103pf： (3-10) = (1.443 ( + 8)/(2 ) ( + 4) 電阻測(cè)試電路見(jiàn)圖 3-8 所示。 圖 3-8 電阻測(cè)試電路 3.3.3 測(cè)量電容電路的設(shè)計(jì) 電容的測(cè)量同樣采用“脈沖計(jì)數(shù)法” ，由 555 電路構(gòu)成的多諧振蕩電路，通 過(guò)計(jì)算振蕩輸出的頻率來(lái)計(jì)算被測(cè)電容的大小。 555 接成多諧振蕩器的形式，其振蕩周期為： (3-11) t1= t1+ t2= (ln2)(r1+

43、 r2) * cx+ (ln2)r2* cx 我們?cè)O(shè)置 r1=r2, 得出： (3-12) = 1 3(ln2)/1 * 即： (3-13) = 1 3(ln2)1 * 電路分為 1 檔： r4=510k,r4=r6； (3-14) = (0.94 ( + 6)/ 電容測(cè)試電路見(jiàn)圖 3-9 所示。 圖 3-9 電容測(cè)試電路 3.4 測(cè)量電感電路的設(shè)計(jì)及仿真 3.4.1 測(cè)量電感電路的設(shè)計(jì) 電感的測(cè)量是采用電容三點(diǎn)式振蕩電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。電容三點(diǎn)式振蕩電路又 稱(chēng)考畢茲振蕩電路，三點(diǎn)式振蕩電路是指：lc 回路中與發(fā)射極相連的兩個(gè)電抗 元件必須是同性質(zhì)的，另外一個(gè)電抗元件必須為異性質(zhì)的，而與發(fā)射級(jí)相連的

44、 兩個(gè)電抗元件同為電容式的三點(diǎn)式振蕩電路，也就是射同基反的構(gòu)成原則成 為電容三點(diǎn)式振蕩電路。其振蕩頻率為： (3-15) = 1 2 即： (3-16) = 1 4 (3-17) = (38 ( + 6)/2 電感測(cè)試電路見(jiàn)圖 3-10 所示。 圖 3-10 電感測(cè)試電路 3.4.2 測(cè)量電感電路的仿真 pspice 仿真軟件簡(jiǎn)介： 這次設(shè)計(jì)中主要用到 pspice 軟件中的電路原理圖編輯程序 schematics 模 塊和輸出結(jié)果繪圖程序 probe 模塊。其中在電路原理圖編輯程序 schematics 模塊中 pspice 的輸入有兩種形式，一種是網(wǎng)單文件 (或文本文 件)形式，一種是電路

45、原理圖形式，相對(duì)而言后者比前者較簡(jiǎn)單直觀，它既可 以生成新的電路原理圖文件，又可以打開(kāi)已有的原理圖文件。電路元器件符 號(hào)庫(kù)中備有各種原器件符號(hào)，除了電阻，電容，電感，晶體管，電源等基本 器件及符號(hào)外，還有運(yùn)算放大器，比較器等宏觀模型級(jí)符號(hào)，組成電路圖， 原理圖文件后綴為 .sch。圖形文字編輯器自動(dòng)將原理圖轉(zhuǎn)化為電路網(wǎng)單文件 以提供給模擬計(jì)算程序運(yùn)行仿真。而在 輸出結(jié)果繪圖程序 probe 模塊中 probe 程序是 pspice 的輸出圖形后處理軟件包。該程序的輸入文件為用戶 作業(yè)文本文件或圖形文件仿真運(yùn)行后形成的后綴為 .dat 的數(shù)據(jù)文件。它可 以起到萬(wàn)用表，示波器和掃描儀的作用，在屏幕

46、上繪出仿真結(jié)果的波形和曲 線。隨著計(jì)算機(jī)圖形功能的不斷增強(qiáng)， pc 機(jī)上 windows95,98,2000/xp 的 出現(xiàn)，probe 的繪圖能力也越來(lái)越強(qiáng)。 利用 pspice 仿真軟件對(duì)電容三點(diǎn)式振蕩電路的仿真原理如圖 3-11，雙擊 xsc1 后可查看仿真波形，仿真波形如圖 3-12 所示。 圖 3-11 仿真原理圖 圖 3-12 仿真波形圖 由仿真結(jié)果可知該輸出波形為正弦波，為了方便頻率測(cè)量，把該波形通過(guò) 555 構(gòu)成的施密特觸發(fā)器整形為方波，送入單片機(jī) t1 口進(jìn)行頻率計(jì)算。 3.5 多路選擇開(kāi)關(guān)電路的設(shè)計(jì) 利用 cd4052 實(shí)現(xiàn)測(cè)量類(lèi)別的轉(zhuǎn)換，cd4052 是差分四通道數(shù)字控制

47、模擬開(kāi) 關(guān)器件，有 a0和 a1兩個(gè)二進(jìn)制控制輸入端和 inh 輸入，具有低導(dǎo)通阻抗和很 低的截止電流。當(dāng) inh 輸入端=“1”時(shí)所有通道截止，二位二進(jìn)制輸入信號(hào)選 通四對(duì)通到中的一通道。當(dāng)選擇了某一通道的頻率后，y 輸出頻率通過(guò) t1 送入 單片機(jī)進(jìn)行計(jì)數(shù)，通過(guò)計(jì)算得到要被測(cè)值，多路選擇開(kāi)關(guān)控制如表 3-1 所示。 表 3-1 多路選擇開(kāi)關(guān)控制 p1.4 p1.3 測(cè)量類(lèi)別 00y0-r 01y1-c 10y2-l 11* 表 3-1 中*表示未定義此功能。 多路選擇開(kāi)關(guān)硬件電路如圖 3-13 所示。 圖3-13 多路選擇開(kāi)關(guān) 4 電阻、電容、電感測(cè)試儀的軟件設(shè)計(jì) 4.1 i/o 口的分配

48、 p1.0 r 測(cè)量程序的選擇 p1.1 c 測(cè)量程序的選擇 p1.2 l 測(cè)量程序的選擇 p1.3-p1.4 多路選擇開(kāi)關(guān)控制選擇 p1.0、p1.1 和 p1.2 按鍵輸入及測(cè)量指示燈 在本設(shè)計(jì)的模塊中，模塊是以單片機(jī)為核心，再通過(guò)按鍵控制測(cè)量的被測(cè) 參數(shù)在數(shù)碼管顯示，按鍵主流程圖如 4-1 所示。 圖 4-1 按鍵主程序流程圖 4.2 主程序流程圖 在電阻、電容、電感測(cè)試儀的設(shè)計(jì)中，便于直觀性，在數(shù)碼管上顯示被測(cè) 參數(shù)的選擇，被測(cè)參數(shù)各個(gè)燈的選擇以及具體設(shè)置。通過(guò)三個(gè)按鍵 sr,sc,sl 來(lái) 進(jìn)行靈活控制，具體操作流程如 4-2 所示。 開(kāi)始 結(jié)束 初始化 執(zhí)行鍵功能 有無(wú)按鍵操？ 作

49、？ 有 無(wú) 圖 4-2 rlc 測(cè)試儀的軟件流程圖 首先插入被測(cè)元件，開(kāi)關(guān)打開(kāi)以后，按下 set 鍵，進(jìn)行復(fù)位，然后進(jìn)行按 鍵選擇，選擇被測(cè)參數(shù)類(lèi)別，之后單片機(jī)根據(jù)按鍵類(lèi)別啟動(dòng)相應(yīng)的參數(shù)測(cè)試程 開(kāi)始 初始化 鍵掃描 健分析，置狀態(tài) r 測(cè) 試 狀 態(tài) c 測(cè) 試 狀 態(tài) l 測(cè) 試 狀 態(tài) 開(kāi)中斷 定時(shí)器設(shè)置 通道及指示燈的設(shè)置 采值并計(jì)算 顯示 結(jié)束 no yes 序，測(cè)試完畢后將結(jié)果送入數(shù)碼管顯示。 4.3 頻率參數(shù)計(jì)算的原理 本設(shè)計(jì)頻率的計(jì)算采用單片機(jī)外部中斷 ，對(duì)外觸發(fā)電路產(chǎn)生的 1 脈沖頻率的測(cè)量，再通過(guò)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的校正來(lái)完成。 單片機(jī)對(duì)頻率測(cè)量的原理如下圖 4-3 所示。 圖 4-

50、3 測(cè)頻率原理圖示 說(shuō)明：圖 4-3 中 t1 時(shí)刻檢測(cè)到高電平開(kāi)定時(shí)器 1，開(kāi)始計(jì)數(shù)；t2 時(shí)刻等待 檢測(cè)低電平；t3 時(shí)刻第二次檢測(cè)到高電平時(shí)關(guān)定時(shí)器停止計(jì)數(shù)。 利用 gate=1,tr1=1,只有 引腳輸入高電平時(shí)，t1 才允許計(jì) 11 數(shù)，利用此，將外部輸入脈沖經(jīng) 引腳上輸入，等待高電平的到來(lái)，當(dāng)檢測(cè) 到高電平時(shí)開(kāi)定時(shí)器開(kāi)始計(jì)數(shù)，然后檢測(cè)低電平，當(dāng)檢測(cè)到低電平時(shí)已經(jīng)測(cè)得 脈沖的脈寬，但我們測(cè)得是頻率，故在程序中藥繼續(xù)檢測(cè)等待下一個(gè)高電平的 到來(lái)，此時(shí)關(guān)定時(shí)器停止計(jì)數(shù)，用此計(jì)數(shù)值乘以機(jī)器的周期數(shù)(晶振頻率已知)， 得出觸發(fā)電路產(chǎn)生的周期，然后再經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理便得到輸入信號(hào)的頻率。程序 流程

51、圖如圖 4-4 所示。 圖 4-4 頻率計(jì)算程序流程圖 開(kāi)始 程序初始化 數(shù)據(jù)處理 開(kāi)定時(shí)器 tr=1 fw 是否為 1 fw 是否為 1 fw 是否為 0 結(jié)束 n n n y y y 5 pcb 板的設(shè)計(jì)與系統(tǒng)的調(diào)試 5.1 protel99se 的介紹與 pcb 板的設(shè)計(jì) protel99se 是應(yīng)用于 windows9x/2000/nt 操作系統(tǒng)下的 eda 設(shè)計(jì)軟件， 采用設(shè)計(jì)庫(kù)管理模式，可以進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)，具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)交換能力和開(kāi)放性 及 3d 模擬功能，是一個(gè) 32 位的設(shè)計(jì)軟件，可以完成電路原理圖設(shè)計(jì)，印制電 路板設(shè)計(jì)和可編程邏輯器件設(shè)計(jì)等工作，可以設(shè)計(jì) 32 個(gè)信號(hào)層，16

52、個(gè)電源-地 層和 16 個(gè)機(jī)加工層。 一、protel 99 se 的系統(tǒng)組成 按照系統(tǒng)功能來(lái)劃分，protel99se 主要包含以下兩大部分和 6 個(gè)功能模塊。 1、電路工程設(shè)計(jì)部分 (1)電路原理設(shè)計(jì)部分(advanced schematic 99)：電路原理圖設(shè)計(jì)部分包 括電路圖編輯器(簡(jiǎn)稱(chēng) sch 編輯器)、電路圖零件庫(kù)編輯器(簡(jiǎn)稱(chēng) schlib 編輯器) 和各種文本編輯器。本系統(tǒng)的主要功能是：繪制、修改和編輯電路原理圖；更 新和修改電路圖零件庫(kù)；查看和編輯有關(guān)電路圖和零件庫(kù)的各種報(bào)表。 (2)印刷電路板設(shè)計(jì)系統(tǒng)(advanced pcb 99)：印刷電路板設(shè)計(jì)系統(tǒng)包括印 刷電路板編輯

53、器(簡(jiǎn)稱(chēng) pcb 編輯器)、零件封裝編輯器(簡(jiǎn)稱(chēng) pcblib 編輯器)和 電路板組件管理器。本系統(tǒng)的主要功能是：繪制、修改和編輯電路板；更新和 修改零件封裝；管理電路板組件。 (3)自動(dòng)布線系統(tǒng)(advanced route 99)：本系統(tǒng)包含一個(gè)基于形狀(shape- based)的無(wú)柵格自動(dòng)布線器，用于印刷電路板的自動(dòng)布線，以實(shí)現(xiàn) pcb 設(shè)計(jì)的 自動(dòng)化。 2、電路仿真與 pld 部分 (1)電路模擬仿真系統(tǒng)(advanced sim 99)：電路模擬仿真系統(tǒng)包含一個(gè)數(shù) 字/模擬信號(hào)仿真器，可提供連續(xù)的數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)，以便對(duì)電路原理圖進(jìn) 行信號(hào)模擬仿真，從而驗(yàn)證其正確性和可行性。 (

54、2)可編程邏輯設(shè)計(jì)系統(tǒng)(advanced pld 99)：可編程邏輯設(shè)計(jì)系統(tǒng)包含一 個(gè)有語(yǔ)法功能的文本編輯器和一個(gè)波形編輯器(waveform)。本系統(tǒng)的主要功能 是；對(duì)邏輯電路進(jìn)行分析、綜合；觀察信號(hào)的波形。利用 pld 系統(tǒng)可以最大限 度的精簡(jiǎn)邏輯部件，使數(shù)字電路設(shè)計(jì)達(dá)到最簡(jiǎn)化。 (3)高級(jí)信號(hào)完整性分析系統(tǒng)(advanced integrity 99）：信號(hào)完整性分析系 統(tǒng)提供了一個(gè)精確的信號(hào)完整性模擬器，可用來(lái)分析 pcb 設(shè)計(jì)、檢查電路設(shè)計(jì) 參數(shù)、實(shí)驗(yàn)超調(diào)量、阻抗和信號(hào)諧波要求等。 二、protel 99 se 的功能特性 1、開(kāi)放式集成化的設(shè)計(jì)管理體系 2、超強(qiáng)功能的、修改與編輯功

55、能 3、強(qiáng)大的設(shè)計(jì)自動(dòng)化功能 本設(shè)計(jì)中，pcb 的設(shè)計(jì)如圖 5-1 所示： 圖 5-1 pcb 板的設(shè)計(jì)電路 5.2 系統(tǒng)調(diào)試與系統(tǒng)測(cè)試 5.2.1 系統(tǒng)軟件調(diào)試 單片機(jī)開(kāi)發(fā)中除必要的硬件外，同樣離不開(kāi)軟件，匯編語(yǔ)言源程序要變 為 cpu 可以執(zhí)行的機(jī)器碼有兩種方法，一種是手工匯編，另一種是機(jī)器匯 編，目前已極少使用手工匯編的方法了。機(jī)器匯編是通過(guò)匯編軟件將源程序 變?yōu)闄C(jī)器碼，用于 mcs-51 單片機(jī)的匯編軟件有早期的 a51，隨著單片機(jī) 開(kāi)發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，從普遍使用匯編語(yǔ)言到逐漸使用高級(jí)語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，單片 機(jī)的開(kāi)發(fā)軟件也在不斷發(fā)展， keil 軟件是目前最流行開(kāi)發(fā) mcs-51 系列單 片機(jī)

56、的軟件，這從近年來(lái)各仿真機(jī)廠商紛紛宣布全面支持keil 即可看出。 keil 提供了包括 c 編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真 調(diào)試器等在內(nèi)的完整開(kāi)發(fā)方案，通過(guò)一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境(uvision)將這些部 份組合在一起。運(yùn)行 keil 軟件需要 pentium 或以上的 cpu，16mb 或更多 ram、20m 以上空閑的硬盤(pán)空間、 win98、nt、win2000、winxp 等操 作系統(tǒng)。 5.2.2 系統(tǒng)硬件調(diào)試 本設(shè)計(jì)的硬件部分通過(guò)調(diào)試，在調(diào)試過(guò)程中遇到很多問(wèn)題，由于本單路是 由面包板搭成的，所以電路不穩(wěn)定。剛開(kāi)始數(shù)碼管全亮但是單片機(jī)供電出現(xiàn)問(wèn) 題，用萬(wàn)用表測(cè)試后發(fā)現(xiàn)單

57、片機(jī)地線連接斷路，問(wèn)題解決后在顯示測(cè)試過(guò)程中 數(shù)碼管顯示不變，然后發(fā)現(xiàn)一片 573 芯片發(fā)熱，斷電后用萬(wàn)用表測(cè)試發(fā)現(xiàn)連接 該 573 芯片的數(shù)據(jù)口出現(xiàn)斷路，再次更換面包板后，測(cè)試顯示部分基本正常， 有時(shí)會(huì)出現(xiàn)數(shù)碼管 g 段顯示不穩(wěn)定，分析后可能因上次 g 段數(shù)據(jù)斷路導(dǎo)致 573 芯片發(fā)熱有損壞，更換新的 573 后顯示正常。其調(diào)試內(nèi)容為： 1)面包板接通電源，程序在 keil4.0 軟件上運(yùn)行后，調(diào)試數(shù)碼管全亮顯示 效果，數(shù)碼管調(diào)試結(jié)果如圖 5-2 所示： 圖 5-2 數(shù)碼管調(diào)試 2)被測(cè)電阻的調(diào)試，按下 sr 鍵后，閉合開(kāi)關(guān) srg,數(shù)碼管顯示被測(cè)電阻 20k 的阻值，電阻調(diào)試經(jīng)修正后的結(jié)果

58、如圖 5-3 所示： 圖 5-3 電阻調(diào)試 3)被測(cè)電容的調(diào)試，按下 sc 鍵后，數(shù)碼管顯示被測(cè)電容 103 的示值: 電容調(diào)試經(jīng)修正后的結(jié)果如圖 5-4 所示： 圖 5-4 電容調(diào)試 5.2.3 系統(tǒng)測(cè)試 (1)測(cè)試原理：在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，以 mcs-51 單片機(jī)為核心的電阻、電容、電 感測(cè)試儀，將電阻，電容，電感，使用對(duì)應(yīng)的振蕩電路轉(zhuǎn)化為頻率實(shí)現(xiàn)各個(gè)參 數(shù)的測(cè)量。其中電阻和電容是采用 555 多諧振蕩電路產(chǎn)生的，而電感則是根據(jù) 電容三點(diǎn)式產(chǎn)生的，將振蕩頻率送入 at89c52 的計(jì)數(shù)端端，通過(guò)定時(shí)并且計(jì)數(shù) 可以計(jì)算出被測(cè)頻率，再通過(guò)該頻率計(jì)算出被測(cè)參數(shù)。以 keil51 為仿真平臺(tái)， 使用 c

59、 語(yǔ)言與匯編語(yǔ)言混合編程編寫(xiě)了系統(tǒng)應(yīng)用軟件；包括主程序模塊、顯示 模塊、電阻測(cè)試模塊、電容測(cè)試模塊和電感測(cè)試模塊。 (2)測(cè)試方法：在測(cè)試時(shí)將被測(cè)參數(shù)通過(guò)本系統(tǒng)測(cè)量出來(lái)的示值與參數(shù)的標(biāo) 稱(chēng)值進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)而可以知道本系統(tǒng)的測(cè)試精度。 (3)測(cè)試儀器：示波器，萬(wàn)用表，穩(wěn)壓電源，計(jì)算機(jī)。 (4)測(cè)試結(jié)果：通過(guò)按鍵，實(shí)現(xiàn)其按鍵所對(duì)應(yīng)的功能，并觀察測(cè)試結(jié)果，對(duì) 設(shè)計(jì)進(jìn)一步的進(jìn)行校正和對(duì)實(shí)現(xiàn)功能的可靠性的確認(rèn)，并記錄觀察結(jié)果。 測(cè)試結(jié)果如下： a)電阻測(cè)試數(shù)據(jù)如表 5-1 所示。 表 5-1 電阻測(cè)試數(shù)據(jù) 標(biāo)稱(chēng)值 () 振蕩頻率 （hz） 系統(tǒng)測(cè)量 （） 相對(duì)誤差 (%) 33069293330.9 20

60、095012052.5 53049815280.4 4700503648924.1 200002596192163.9 4700001574646831.1 b) 電容測(cè)試數(shù)據(jù)如表 5-2 所示。 表 5-2 電容測(cè)試數(shù)據(jù) 讀取示值 （pf） 振蕩頻率 （hz） 標(biāo)稱(chēng)值 （pf） 相對(duì)誤差值 （%） 103316101051.0 10429962063.8 224161995839.2 c) 由于電感制作復(fù)雜本次測(cè)試暫未對(duì)電感進(jìn)行測(cè)試。 (4)測(cè)試分析：在實(shí)際測(cè)量中，由于測(cè)試環(huán)境，測(cè)試儀器，測(cè)試方法等都 對(duì)測(cè)試值有一定的影響，都會(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果或多或少地偏離被測(cè)量的真值。為 了減小本設(shè)計(jì)中誤差的