畢業(yè)論文數(shù)字式電感測量儀設(shè)計

1、本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 論文（設(shè)計）題目：數(shù)字式電感測量儀設(shè)計 學 院： 專 業(yè)： 班 級： 學 號： 學生姓名： 指導教師： 年 月 日目 錄數(shù)字式電感測量儀設(shè)計III摘 要III第一章 前言11.1 設(shè)計的背景和意義11.2 電感測試儀的發(fā)展歷史及研究現(xiàn)狀11.3 本設(shè)計所做的工作3第二章 數(shù)字電感測量儀的總體設(shè)計42.1 課題設(shè)計的主要內(nèi)容42.2 系統(tǒng)功能42.3設(shè)計的指標及要求42.4 系統(tǒng)原理框圖6第三章 單元電路設(shè)計與分析73.1 555芯片簡介與555電路的設(shè)計73.1.1 555 芯片的頂視圖及各引腳的功能73.1.2 555芯片工作原理73.1.3 555電路的設(shè)計83.2

2、80c51芯片簡介93.2.1 80C51單片機和80C51系列單片機93.2.3 80C51的內(nèi)部結(jié)構(gòu)113.2.4 80C51的引腳功能描述133.3 80C51電路設(shè)計143.4 LCD1602 簡介153.4.1 LCD1602優(yōu)點15液晶顯示簡介16 3.4.3 1602字符型LCD簡介. 17 1602LCD的基本參數(shù)及引腳功能183.4.5 1602LCD的指令說明及時序193.4.6 1602LCD的RAM地址映射及標準字庫表22 1602LCD的一般初始化（復位）過程23 硬件原理圖243.5 AT89C52單片機時鐘電路253.6 AT89C52單片機復位電路263.6 電

3、容三點式振蕩電路263.7 USB電源電路28第四章 軟件設(shè)計304.1 I/O口的分配304.2 軟件設(shè)計流程圖30第五章 PCB與實物制作325.1 protel99se 介紹325.2 電路圖的繪制335.3 PCB板的制作345.4 材料清單345.5 元器件的檢測與安裝34設(shè)計總結(jié)39參考文獻40致謝41附錄A 程序源代碼42附錄B 設(shè)計原理圖47附錄C 設(shè)計PCB圖48 數(shù)字式電感測量儀設(shè)計 摘 要 本文介紹了簡單的數(shù)字電感測量的工作原理，本文介紹了一種基于單片機80c51的電感測量儀器的設(shè)計。文章首先論述了設(shè)計數(shù)字電感測量儀的意義及思路，然后分析和設(shè)計了系統(tǒng)硬件的各單元電路，其內(nèi)

4、容包括：復位電路，電源電路、顯示電路、頻率產(chǎn)生電路、正旋波振蕩電路等，最后對系統(tǒng)的軟件進行分析與設(shè)計。整個系統(tǒng)以80c51單片機為中央控制器件，以LCD1602作為顯示器，正旋波震蕩用555芯片，軟件采用C語言，用keil，Proteus連調(diào)模擬，實驗板輔助測試。經(jīng)測試，系統(tǒng)實驗功能完備，顯示清晰。本設(shè)計完成了電感的測量與顯示，是一個簡單的數(shù)字電感測量儀器。關(guān)鍵詞：單片機，555觸發(fā)器，lc電容三點式，lcd1602顯示器Design of digital inductance measuring instrument Abstract This paper introduces a simp

5、le working principle of digital inductance measurement, this paper introduces a design of inductance measuring instrument based on MCU 80c51. This paper first discusses the significance and the design ideas of digital inductance measuring instrument, then the analysis and design of each unit circuit

6、 of the hardware system, which includes: reset circuit, power supply circuit, display circuit, frequency generating circuit, sine wave oscillation circuit, finally carries on the analysis and design of the system software. The whole system to 80c51 SCM as the central control device, LCD1602 as a dis

7、play, sine wave oscillation with 555 chip, using C language, keil software, Proteus company simulation, auxiliary test plate. After the test, system test function is complete, clear display. Completed the design of inductance measurement and display, is a simple digital inductance measuring instrume

8、nt.Keywords: SCM, 555 triggers, LC three point capacitance, LCD1602 display 第一章 前言1.1 設(shè)計的背景和意義 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，在應用中我們常常要測定電感的大小。因此，設(shè)計可靠，安全，便捷的電感測試儀具有極大的現(xiàn)實必要性。 通常情況下，電路參數(shù)的數(shù)字化測量是把被測參數(shù)傳換成直流電壓或頻率后進行測量。 電感測量可依據(jù)交流電橋法，這種測量方法雖然能較準確的測量電感但交流電橋的平衡過程復雜，而且通過測量Q值確定電感的方法誤差較大，所以電感的數(shù)字化測量常采用時

9、間常數(shù)發(fā)和同步分離法。 由于測量電感方法多并具有一定的復雜性，所以本次設(shè)計是在參考555振蕩器基礎(chǔ)上擬定的一套自己的設(shè)計方案。是嘗試用555振蕩器將被測參數(shù)轉(zhuǎn)化為頻率，這里我們將LC的測量電路產(chǎn)生的頻率送入AT89C52的計數(shù)端端，通過定時并且計數(shù)可以計算出被測頻率再通過該頻率計算出各個參數(shù)。1.2 電感測試儀的發(fā)展歷史及研究現(xiàn)狀 當今電子測試領(lǐng)域，電感的測量已經(jīng)在測量技術(shù)和產(chǎn)品研發(fā)中應用的十分廣泛。 電感測試發(fā)展已經(jīng)很久，方法眾多，常用測量方法如下。電感測量可依據(jù)交流電橋法，這種測量方法雖然能較準確的測量電感但交流電橋的平衡過程復雜，而且通過測量Q值確定電感的方法誤差較大，所以電感的數(shù)字化測

10、量常采用時間常數(shù)發(fā)和同步分離法。 在我國1997年05月21日中國航空工業(yè)總公司研究出一種電感在線測量方法及裝置等電位隔離方法，用于對在線的電感元件實行等電位隔離。 中國本土測量儀器設(shè)備發(fā)展的主要瓶頸。盡管本土測試測量產(chǎn)業(yè)得到了快速發(fā)展，但客觀地說中國開發(fā)測試測量儀器還普遍比較落后。每當提起中國測試儀器落后的原因，就會有許多不同的說法，諸如精度不高，外觀不好，可靠性差等。實際上，這些都還是表面現(xiàn)象，真正影響中國測量儀器發(fā)展的瓶頸為： 1.測試在整個產(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，而測試則處于從屬和輔助位置。關(guān)于這一點，在幾乎所有的研究機

11、構(gòu)部門配置上即可窺其一斑。這種錯誤觀念上的原因，造成整個社會對測試的重視度不夠，從而造成測試儀器方面人才的嚴重匱乏，造成相關(guān)的基礎(chǔ)科學研究比較薄弱，這是中國測量儀器發(fā)展的一個主要瓶頸。實際上，即便是研發(fā)隊伍本身，對測試的重視度以及對儀器本身的研究也明顯不夠。 2.面向應用和現(xiàn)代市場營銷模式還沒有真正建立起來。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，還沒有建立起一套完整的現(xiàn)代營銷體系和面向應用的研發(fā)模式。傳統(tǒng)的營銷模式在計劃經(jīng)濟年代里發(fā)揮過很大作用，但無法滿足目前整體解方案流行年代的需求。所以，為了快速縮小與國外先進公司之間的差距，國內(nèi)儀器研發(fā)企業(yè)應加速實現(xiàn)從面向仿制的研發(fā)向面向應

12、用的研發(fā)的過渡。特別是隨著國內(nèi)應用需求的快速增長，為這一過渡提供了根本動力，應該利用這些動力，跟蹤應用技術(shù)的快速發(fā)展。 3.缺乏標準件的材料配套體系。由于歷史的原因，中國儀器配套行業(yè)的企業(yè)多為良莠不齊的小型企業(yè)，標準化的研究也沒有跟上需求的快速發(fā)展，從而導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，但距離整個產(chǎn)業(yè)的要求還有一定距離。所以，還應把標準化和模塊化的研究放到重要的位置。還有，在技術(shù)水平?jīng)]有達到的條件下，一味地追求精度或追求高指標，而沒有處理好與穩(wěn)定性之間的關(guān)系。上述這些都是制約本土儀器發(fā)展的因素。 近年來我國測量儀器的可靠性和穩(wěn)定性問題得到了很多方面的重視，狀況有了很

13、大改觀。測試儀器行業(yè)目前已經(jīng)越過低谷階段，重新回到了快速發(fā)展的軌道，尤其最近幾年，中國本土儀器取得了長足的進步，特別是通用電子測量設(shè)備研發(fā)方面，與國外先進產(chǎn)品的差距正在快速縮小，對國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，為中國的測試測量儀器行業(yè)帶來了新的契機，加上各級政府日益重視，以及中國自主應用標準研究的快速進展，都在為該產(chǎn)業(yè)提供前所未有的動力和機遇。從中國電子信息產(chǎn)業(yè)統(tǒng)計年鑒中可以看出，中國的測試測量儀器每年都以超過30%以上的速度在快速增長。在此快速增長的過程中，無疑催生出了許多測試行業(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)計所做的工

14、作 本設(shè)計是以555為核心的振蕩電路，將被測參數(shù)模擬轉(zhuǎn)化為頻率，并利用單片機實現(xiàn)計算頻率，所以，本次設(shè)計需要做好以下工作： (1) 學習單片機原理等資料。 (2) 學習PROTEL99E, KEL3.0等工具軟件的使用方法。 (3) 設(shè)計測量電感的振蕩電路。 (4) 設(shè)計測量LCD動態(tài)顯示電路。 (5) 設(shè)計測量頻率程序，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，并進行實際測試，記錄測試數(shù)據(jù)和結(jié)果。 (8) 撰寫畢業(yè)論文。(9) 完成英文翻譯第二章 數(shù)字電感測量儀的總體設(shè)計2.1 課題設(shè)計的主要內(nèi)容 在掌握單片機初級教程-單片機基礎(chǔ)單片機原理與應用

15、技術(shù)等教材內(nèi)容和教學要求的基礎(chǔ)上，本設(shè)計需要學生綜合運用所學的專業(yè)知識，設(shè)計一數(shù)字式電感測量裝置，實現(xiàn)對對電感的測量。確定單片機的硬件設(shè)計，制定電感測量的基本設(shè)計方案，確定硬件并寫出程序。再在軟件上仿真實現(xiàn)要求的功能，調(diào)試出結(jié)果。本文介紹了該裝置的設(shè)計與制作的全過程，包括LCD顯示、單片機接口及其應用軟件，其主要內(nèi)容如下:1、設(shè)計電感測量電路，并運用單片機、555等元件制作實物。2、設(shè)計編寫程序，驅(qū)動硬件正常工作。2.2 系統(tǒng)功能該電感測量設(shè)計應達到以下要求：A、能設(shè)定電感測量的檔位范圍。B、能正確測量出被測電感的值。C、能對測量結(jié)果顯示。D、能實物演示。2.3設(shè)計的指標及要求1、設(shè)計主要技術(shù)

16、指標：（1）、測量功能及量程范圍電感：100uH10mH（2）、測量精度顯示為LCD測量精度：±10%2、設(shè)計（論文）基本要求：（包括：技術(shù)要求、工作要求、圖紙要求、寫作要求等）1、畢業(yè)設(shè)計（論文）要求（1）、資料收集，寫出綜述；（2）、電路原理分析；（3）、能夠?qū)ψ龀龅膶嵨镞M行測量和調(diào)試。（4）、寫出測量的數(shù)據(jù)，并對所測得的數(shù)據(jù)進行分析。頻率電感器測試與顯示直流電源（5）、能獨立完成畢業(yè)設(shè)計（論文）課題所規(guī)定的各項任務(wù)，具有一定的綜合分析問題和解決問題的能力，在畢業(yè)設(shè)計（論文）成果中能表現(xiàn)出某些自己的見解。（6）、畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書齊備，內(nèi)容正確，概念清楚，條理分明，文章通順，

17、書寫工整，圖紙齊全，符合現(xiàn)行標準規(guī)定。（7）、畢業(yè)設(shè)計（論文）成果必須采用計算機繪圖，畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書必須打印成冊上交。（8）、畢業(yè)答辯時能熟練地、正確地回答問題。2、畢業(yè)設(shè)計（論文）內(nèi)容評價（1）、完成情況：是否完成所給畢業(yè)設(shè)計（論文）題目的任務(wù)及完成的程度。（2）、設(shè)計（論文）水平：分析、計算是否正確，資料引用正確與否，重點是否突出，圖表是否符合標準，文字敘述是否簡明清晰。（3）、畢業(yè)設(shè)計（論文）方案的實用價值，對生產(chǎn)實際、科學技術(shù)發(fā)展的意義及作用。（4）、畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書的質(zhì)量。 2.4 系統(tǒng)原理框圖設(shè)計框圖如下： 80c51 控制單元電容三點式振蕩電路 LCD1602顯示單

18、元 555 頻率復位電路時鐘電路 圖 2.1 系統(tǒng)框圖圖中給出了整個系統(tǒng)設(shè)計的系統(tǒng)框圖，系統(tǒng)主要由五個主要部分組成，單片機和時鐘電路設(shè)計，復位電路設(shè)計，電容三點式振蕩電路，555芯片電路設(shè)計，顯示電路設(shè)計。在整個框圖中，處于核心地位的是作為中央處理器的單片機，555芯片構(gòu)成多諧振蕩器后輸出方波，由單片機接收并計算出頻率，然后再換算成電感，交由LCD1602液晶顯示。第三章 單元電路設(shè)計與分析3.1 555芯片簡介與555電路的設(shè)計3.1.1 555 芯片的頂視圖及各引腳的功能 555時基電路，它的頂視圖如下圖3.1所示，雙列直插8腳封裝。圖3.1 555芯片頂視圖 頂視圖各引腳的功能分別為：1

19、腳;GND；2腳：置位觸發(fā)；3腳：輸出;4腳：復位；5腳：控制；6腳：閾值；7腳：放電；8腳：+電源Vcc。3.1.2 555芯片工作原理 555集成定時器是一種模擬和數(shù)字電路相混合的集成電路。它結(jié)構(gòu)簡單，使用靈活，用途十分廣泛，可以組成多種波形發(fā)生器、多諧振蕩器、定時延時電路、雙穩(wěn)觸發(fā)電路、報警電路、檢測電路、頻率變換電路等。555定時器的電路原理圖及管腳排列圖分別如圖3.2所示圖3.2 定時器原理圖 3.1.3 555電路的設(shè)計 圖3.3 555 電路設(shè)計3.2 80c51芯片簡介3.2.1 80C51單片機和80C51系列單片機 80C51單片機屬于美國Intel 公司的MCS-51系列

20、 產(chǎn)品中的一個型號，它采用CHMOS 工藝，功耗低，性能優(yōu)良，在市場中獲得了廣泛的應用。 80C51系列單片機，泛指所有具有MCS-51指令系統(tǒng)，同時采用CHMOS工藝的單片機。 在我國，80C51系列單片機因其性能價格比高、開發(fā)方式多、芯片功能適用、且為國內(nèi)技術(shù)人員所熟知等特點得到了極其廣泛的應用。 3.2.2 80C51單片機的基本組成 圖所示為80C51單片機的基本組成，可以看出在該芯片上集成了一個微型計算機 圖3.4 80c51基本組成1CPU系統(tǒng)1個8位微處理器CPU 內(nèi)部時鐘電路總線控制邏輯 2內(nèi)部存儲器4KB的片內(nèi)程序存儲器（ROM/EPROM/Flash）128B數(shù)據(jù)存儲器（R

21、AM）和128B特殊功能寄存器SFR（80C51只用到其中21B） 3I/O接口及中斷定時功能4個8位可編程的I/O（輸入/輸出）并行接口5個中斷源的中斷控制系統(tǒng)，可編程為2個優(yōu)先級2個16位定時/計數(shù)器，既可以定時，又可以對外部事件進行計數(shù)1個全雙工的串行I/O接口，用于數(shù)據(jù)的串行通信 所有這些都通過單片機內(nèi)部的總線相連接。 表3.1 1基本型與增強型 基本型 如80C51。能滿足基本的控制要求。 增強型 如80C52。在存儲器配置和中斷定時控制上進行了加強。 2片內(nèi)ROM形式 無ROM型 如80C31。已淘汰。 掩模ROM型 如80C51。用戶程序只能由芯片生產(chǎn)廠家寫入，但不能更改，適合成

22、型后的批量生產(chǎn)。 EPROM型 如87C51。用戶程序由編程器寫入，通過紫外線照射擦除，使用不便。 FlashROM型 如89C51。用戶程序可以由電寫入或者擦除，這是當前的主流芯片。3.2.3 80C51的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖3.580c51內(nèi)部結(jié)構(gòu)1.中央處理器CPU CPU是80C51內(nèi)部的1個字長為8位的中央處理單元，它由運算器、控制器兩部分組成。實際上構(gòu)成了單片機的核心。 （1）運算器 以算術(shù)邏輯單元ALU（Arithmetic Logic Unit）為核心，還包括累加器A、程序狀態(tài)字寄存器PSW（Program Status Word）、B寄存器、兩個8位暫存器 TMP1和TMP2等部件。

23、 可以進行加、減、乘、除、加1、減1、BCD數(shù)十進制調(diào)整、比較等算術(shù)運算； 也可以進行與、或、非、異或等邏輯運算； 還能完成循環(huán)移位、判斷和程序轉(zhuǎn)移等控制功能。（2）控制器 包括程序計數(shù)器PC、指令寄存器、指令譯碼器、振蕩器、定時電路及控制電路等部件； 它能根據(jù)不同的指令產(chǎn)生相應的操作時序和控制信號，控制單片機各部分的運行； 單片機執(zhí)行哪條指令受PC控制。2.存儲器 （1）片內(nèi)ROM是程序存儲器； （2）片內(nèi)RAM，可用于存放輸入、輸出數(shù)據(jù)和中間計算結(jié)果，或作為數(shù)據(jù)堆棧區(qū)。3I/O口 （1） 并行口 有4個8位并行I/O口P0P3，均可并行輸入輸出8位數(shù)據(jù)。 （2）串行口 有1個串行I/O口，

24、用于數(shù)據(jù)的串行輸入輸出4定時器/計數(shù)器 （1）產(chǎn)生定時脈沖，實現(xiàn)單片機的定時控制； （2）用于計數(shù)方式，記錄外部事件的脈沖個數(shù)。3.2.4 80C51的引腳功能描述 圖3.6 80C51的引腳功能描述1.總線型DIP40引腳封裝 （1）電源引腳（2個）VCC：接+5V電源VSS：接地端 （2） 外接晶體引腳（2個）XTAL1：外接晶振輸入端XTAL2：外接晶振輸入端 （3） 并行輸入輸出引腳（32個，分成4個8位口）P0.0P0.7：通用I/O引腳或數(shù)據(jù)/低8位地址總線復用引腳P1.0P1.7：通用I/O引腳P2.0P2.7：通用I/O引腳或高8位地址總線復用引腳P3.0P3.7：通用I/O引

25、腳或第二功能引腳 （4） 控制引腳（4個）RST/VPD：復位信號輸入引腳/備用電源輸入引腳ALE/ ：地址鎖存允許信號輸出引腳/編程脈沖輸入引腳 / VPP：內(nèi)外存儲器選擇引腳/片內(nèi)EPROM（或FlashROM）編程電壓輸入引腳 ：片外程序存儲器讀選通信號輸出引腳2 非總線型DIP2 0引腳封裝（1） 電源引腳（2個） VCC：接+5V電源GND：接地端（2）外接晶體引腳（2個）XTAL1：外接晶振輸入端XTAL2：外接晶振輸入端3） 并行輸入輸出引腳（15個） 圖3.7 20引腳的51單片機P1.0P1.7：通用I/O引腳（P1.0和P1.1兼作模擬信號輸入引腳AIN0、AIN1）P3.

26、0P3.5、P3.7：通用I/O引腳或第二功能引腳（4） 控制引腳（1個）RST：復位信號輸入引腳3.3 80C51電路設(shè)計 80C51芯片由P3.4接入頻率信號，由單片機處理，然后P2口輸出給LCD1602顯示出結(jié)果。 圖3.8 單片機管腳接法3.4 LCD1602 簡介3.4.1 LCD1602優(yōu)點 在日常生活中，我們對液晶顯示器并不陌生。液晶顯示模塊已作為很多電子產(chǎn)品的通過器件，如在計算器、萬用表、電子表及很多家用電子產(chǎn)品中都可以看到，顯示的主要是數(shù)字、專用符號和圖形。在單片機的人機交流界面中，一般的輸出方式有以下幾種：發(fā)光管、LED數(shù)碼管、液晶顯示器。發(fā)光管和LED數(shù)碼管比較常用，軟硬

27、件都比較簡單，在前面章節(jié)已經(jīng)介紹過，在此不作介紹，本章重點介紹字符型液晶顯示器的應用。 在單片機系統(tǒng)中應用晶液顯示器作為輸出器件有以下幾個優(yōu)點：1. 顯示質(zhì)量高由于液晶顯示器每一個點在收到信號后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線管顯示器（CRT）那樣需要不斷刷新新亮點。因此，液晶顯示器畫質(zhì)高且不會閃爍。2. 數(shù)字式接口液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機系統(tǒng)的接口更加簡單可靠，操作更加方便。3. 體積小、重量輕液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來達到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。4. 功耗低相對而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動I

28、C上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。液晶顯示簡介液晶顯示原理液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對其顯示區(qū)域進行控制，有電就有顯示，這樣即可以顯示出圖形。液晶顯示器具有厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動、易于實現(xiàn)全彩色顯示的特點，目前已經(jīng)被廣泛應用在便攜式電腦、數(shù)字攝像機、PDA移動通信工具等眾多領(lǐng)域。液晶顯示器的分類液晶顯示的分類方法有很多種，通常可按其顯示方式分為段式、字符式、點陣式等。除了黑白顯示外，液晶顯示器還有多灰度有彩色顯示等。如果根據(jù)驅(qū)動方式來分，可以分為靜態(tài)驅(qū)動（Static）、單純矩陣驅(qū)動（Simple Matrix）和主動矩陣驅(qū)動（Active Matrix）三

29、種。液晶顯示器各種圖形的顯示原理:1. 線段的顯示點陣圖形式液晶由M×N個顯示單元組成，假設(shè)LCD顯示屏有64行，每行有128列，每8列對應1字節(jié)的8位，即每行由16字節(jié)，共16×8=128個點組成，屏上64×16個顯示單元與顯示RAM區(qū)1024字節(jié)相對應，每一字節(jié)的內(nèi)容和顯示屏上相應位置的亮暗對應。例如屏的第一行的亮暗由RAM區(qū)的000H00FH的16字節(jié)的內(nèi)容決定，當（000H）=FFH時，則屏幕的左上角顯示一條短亮線，長度為8個點；當（3FFH）=FFH時，則屏幕的右下角顯示一條短亮線；當（000H）=FFH，（001H）=00H，（002H）=00H，（0

30、0EH）=00H，（00FH）=00H時，則在屏幕的頂部顯示一條由8段亮線和8條暗線組成的虛線。這就是LCD顯示的基本原理。2. 字符的顯示用LCD顯示一個字符時比較復雜，因為一個字符由6×8或8×8點陣組成，既要找到和顯示屏幕上某幾個位置對應的顯示RAM區(qū)的8字節(jié)，還要使每字節(jié)的不同位為“1”，其它的為“0”，為“1”的點亮，為“0”的不亮。這樣一來就組成某個字符。但由于內(nèi)帶字符發(fā)生器的控制器來說，顯示字符就比較簡單了，可以讓控制器工作在文本方式，根據(jù)在LCD上開始顯示的行列號及每行的列數(shù)找出顯示RAM對應的地址，設(shè)立光標，在此送上該字符對應的代碼即可。3. 漢字的顯示漢

31、字的顯示一般采用圖形的方式，事先從微機中提取要顯示的漢字的點陣碼（一般用字模提取軟件），每個漢字占32B，分左右兩半，各占16B，左邊為1、3、5右邊為2、4、6根據(jù)在LCD上開始顯示的行列號及每行的列數(shù)可找出顯示RAM對應的地址，設(shè)立光標，送上要顯示的漢字的第一字節(jié)，光標位置加1，送第二個字節(jié)，換行按列對齊，送第三個字節(jié)直到32B顯示完就可以LCD上得到一個完整漢字。3.4.3 1602字符型LCD簡介字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等點陣式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模塊。下面以長沙太陽人電子有限公司的1602字符型液晶顯示器為例，介紹其

32、用法。一般1602字符型液晶顯示器實物如圖3.8： 圖3.8 1602字符型液晶顯示器實物圖 1602LCD的基本參數(shù)及引腳功能1602LCD分為帶背光和不帶背光兩種，基控制器大部分為HD44780，帶背光的比不帶背光的厚，是否帶背光在應用中并無差別，兩者尺寸差別如下圖3.9所示： 圖3.9 1602LCD尺寸圖1602LCD主要技術(shù)參數(shù)： 顯示容量:16×2個字符 芯片工作電壓:4.55.5V 工作電流:2.0mA(5.0V) 模塊最佳工作電壓:5.0V 字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm 引腳功能說明1602LCD采用標準的14腳（無背光）或16腳（帶

33、背光）接口，各引腳接口說明如表 3.2所示:表3.2引腳接口說明表編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負極第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接5V正電源。第3腳：VL為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器

34、。第5腳：R/W為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當RS和R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當RS為低電平R/W為高電平時可以讀忙信號，當RS為高電平R/W為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負極。3.4.5 1602LCD的指令說明及時序1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令，如表3.3所示：表3.3 控制指令表序號指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清顯示00000000012光標返回000000001*3

35、置輸入模式00000001I/DS4顯示開/關(guān)控制0000001DCB5光標或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符發(fā)生存貯器地址0001字符發(fā)生存貯器地址8置數(shù)據(jù)存貯器地址001顯示數(shù)據(jù)存貯器地址9讀忙標志或地址01BF計數(shù)器地址10寫數(shù)到CGRAM或DDRAM）10要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容11從CGRAM或DDRAM讀數(shù)11讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容1602液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的。（說明：1為高電平、0為低電平）指令1：清顯示，指令碼01H,光標復位到地址00H位置。指令2：光標復位，光標返回到地址00H。指令3：光標和顯示模式設(shè)置 I/D：

36、光標移動方向，高電平右移，低電平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效。指令4：顯示開關(guān)控制。 D：控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電平表示關(guān)顯示 C：控制光標的開與關(guān)，高電平表示有光標，低電平表示無光標 B：控制光標是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。指令5：光標或顯示移位 S/C：高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標。指令6：功能設(shè)置命令 DL：高電平時為4位總線，低電平時為8位總線 N：低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示 F: 低電平時顯示5x7的點陣字符，高電平時顯示5x10的點陣字符。指令7：字符發(fā)生器RAM地址設(shè)置。指令8：DDRAM

37、地址設(shè)置。指令9：讀忙信號和光標地址 BF：為忙標志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。指令10：寫數(shù)據(jù)。指令11：讀數(shù)據(jù)。與HD44780相兼容的芯片時序表如下：表3.4 基本操作時序表讀狀態(tài)輸入RS=L，R/W=H，E=H輸出D0D7=狀態(tài)字寫指令輸入RS=L，R/W=L，D0D7=指令碼，E=高脈沖輸出無讀數(shù)據(jù)輸入RS=H，R/W=H，E=H輸出D0D7=數(shù)據(jù)寫數(shù)據(jù)輸入RS=H，R/W=L，D0D7=數(shù)據(jù)，E=高脈沖輸出無讀寫操作時序如圖3.10和3.11所示： 圖3.10 讀操作時序 圖3.11 寫操作時序3.4.6 1602LCD的RAM地址映射及標

38、準字庫表 液晶顯示模塊是一個慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認模塊的忙標志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。要顯示字符時要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符，圖3.12是1602的內(nèi)部顯示地址。圖3.12 1602LCD內(nèi)部顯示地址 例如第二行第一個字符的地址是40H，那么是否直接寫入40H就可以將光標定位在第二行第一個字符的位置呢？這樣不行，因為寫入顯示地址時要求最高位D7恒定為高電平1所以實際寫入的數(shù)據(jù)應該是01000000B（40H）+10000000B(80H)=11000000B(C0H)。 在對液晶模塊的初始化中要先設(shè)置其顯示模式，在液晶模塊顯示字符時光標

39、是自動右移的，無需人工干預。每次輸入指令前都要判斷液晶模塊是否處于忙的狀態(tài)。 1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（CGROM）已經(jīng)存儲了160個不同的點陣字符圖形，如圖10-58所示，這些字符有：阿拉伯數(shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時模塊把地址41H中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A” 1602LCD的一般初始化（復位）過程延時15mS寫指令38H（不檢測忙信號）延時5mS寫指令38H（不檢測忙信號）延時5mS寫指令38H（不檢測忙信號）以后每次寫指令、讀/寫數(shù)據(jù)操

40、作均需要檢測忙信號寫指令38H：顯示模式設(shè)置寫指令08H：顯示關(guān)閉寫指令01H：顯示清屏寫指令06H：顯示光標移動設(shè)置寫指令0CH：顯示開及光標設(shè)置 硬件原理圖1602液晶顯示模塊可以和單片機AT89C51直接接口，電路如圖3.13所示。圖3.13 硬件原理圖3.5 AT89C52單片機時鐘電路時鐘在單片機中非常重要，單片機各功能部件的運行都是以時鐘頻率為基準。時鐘頻率直接影響單片機的速度，時鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的時鐘電路有兩種方式，一種是內(nèi)部時鐘方式，另一種為外部時鐘方式。本設(shè)計采用內(nèi)部時鐘方式，內(nèi)部時鐘方式如圖3.14：圖3.14 AT89C52單片機時鐘電路 M

41、CS-51單片機內(nèi)部有一個用與構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，該高增益反相放大器的輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2。這兩個引腳接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，就構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器電路。 電路中的電容C1和C2典型值通常選擇為30PF左右，但實際應用時還需要根據(jù)晶振的參數(shù)來選擇。對外接電容的值雖然沒有嚴格的要求，但是電容的大小會影響振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性。晶體的振蕩頻率的范圍通常是在1.2MHz12MHz之間。晶體的頻率越高，則系統(tǒng)的時鐘頻率也就越高，單片機的運行速度也就越快。為了提高溫度穩(wěn)定性，應采用溫度穩(wěn)定性能好的NPO高頻電容。MCS-51單片機常

42、選擇振蕩頻率6MHz或12MHz的石英晶體。3.6 AT89C52單片機復位電路 在51系列單片機中，在振蕩器運行時，RST引腳上保持到少兩個機器周期的高電平輸入信號，復位過程即可完成。為響應這一不定期程，CPU發(fā)出內(nèi)部復位信號。內(nèi)部復位操作是在發(fā)現(xiàn)RST為高電平后的第二個周期進行的，并且此后每個周期都重復進行復位操作，直到RST變成低電平為止。針對復位電路對時間的需要，我們對上電復位電路進行設(shè)計。在這種情況下，把RST引腳通10uF電容接到Vcc并同時經(jīng)過10K電阻和地相連，就可獲得上電自動復位的結(jié)果。其具體的復位電路如圖3.15所示。圖3.15 AT89C52單片機復位電路 接通電源后，V

43、cc便對電容通過電阻進行充電。RST腳的電壓等于Vcc與電容兩端電壓之差。在充電過程中，隨著電容電壓逐步趨于Vcc，RST引腳上之電壓最終將接近于0。此過渡過程之長短取決于電阻和電容值的大小。10uF電容足可使RST腳上的電壓在振蕩器啟振后尚有兩個機器周期以上的時間保持高于施密特觸發(fā)器的低門檻電平，從而使整個復位過程得以完成。 3.6 電容三點式振蕩電路 電感的測量是采用電容三點式振蕩電路來實現(xiàn)的。電容三點式振蕩電路又稱考畢茲振蕩電路，三點式振蕩電路是指：LC回路中與發(fā)射極相連的兩個電抗元件必須是同性質(zhì)的，另外一個電抗元件必須為異性質(zhì)的，而與發(fā)射級相連的兩個電抗元件同為電容式的三點式振蕩電路，

44、也就是"射同基反"的構(gòu)成原則成為電容三點式振蕩電路。本設(shè)計使用的是克拉珀電容三點式電路。其振蕩頻率為： (1) (2) 當C1和C2的電容值遠大于C3，振蕩電路的等效總電容為 (3) 電感測試電路仿真原理圖見下圖所示。圖3.16仿真原理圖3.7USB電源電路 在設(shè)計實物時，需要考慮本系統(tǒng)采用什么樣的電源，本設(shè)計所采用的模塊大多是典型數(shù)字器件，其電源都是5V左右，所以宜采用USB接口來提供電源。 圖3.17 USB-B插座 圖3.17是B型的USB接口，該接口有六個管腳，其中5、6管腳其固定作用，通常接地連接。而2、3腳分別是USB的數(shù)據(jù)線D-和D+，當USB只做電源時，這兩

45、個管腳可以不管。我們需要用的的主要是VCC和GND，也即1和4兩個管腳，電容測量儀的所有有源器件都將有這兩個管腳提供電源。第4章 軟件設(shè)計 本章將根據(jù)電感測量儀的工作原理設(shè)計軟件，并用Keil4編譯，經(jīng)過調(diào)試后測試仿真。軟件的設(shè)計是一個復雜繁瑣的過程，最開始需要初步的思路，而后的所有程序都是由初步思路演化而來的。本系統(tǒng)的軟件采用C語言設(shè)計。4.1 I/O口的分配P34接頻率輸入信號P13接LCD1602 E 端口P14接LCD1602 RW 端口P15接LCD1602 RS 端口P2口接LCD1602 數(shù)據(jù)端口在本設(shè)計的模塊中，模塊是以單片機為核心，講測量結(jié)果顯示在LCD1602顯示屏上。4.

46、2 軟件設(shè)計流程圖 流程圖是一種傳統(tǒng)的算法表示法，它利用幾何圖形的框來代表各種不同性質(zhì)的操作，用流程線來指示算法的執(zhí)行方向。由于它簡單直觀，所以應用廣泛，特別是在早期語言階段，只有通過流程圖才能簡明地表述算法，流程圖成為程序員們交流的重要手段。圖4.1是本次設(shè)計的軟件流程圖。系統(tǒng)初始化顯示TESTING開定時器T1、計數(shù)器T0T1是否中斷頻率是否在正常范圍內(nèi)停止T0、T1，重置初值計算頻率大小換算電感的大小顯示ERROR!顯示電感及單位YNYNYN圖4.1 軟件流程圖該流程圖基本描述了軟件工作的具體過程，本設(shè)計的程序源代碼就是根據(jù)這個流程圖來設(shè)計的，源代碼比較復雜，附在論文附錄之中，根據(jù)需要可

47、以查閱。第5章 PCB與實物制作5.1 protel99se 介紹 PCB板的設(shè)計與系統(tǒng)的調(diào)試5.1 PROTEL99SE的介紹與PCB板的設(shè)計 Protel99SE是應用于Windows9X/2000/NT操作系統(tǒng)下的EDA設(shè)計軟件，采用設(shè)計庫管理模式，可以進行聯(lián)網(wǎng)設(shè)計，具有很強的數(shù)據(jù)交換能力和開放性及3D模擬功能，是一個32位的設(shè)計軟件，可以完成電路原理圖設(shè)計，印制電路板設(shè)計和可編程邏輯器件設(shè)計等工作，可以設(shè)計32個信號層，16個電源-地層和16個機加工層。 一、Protel 99 SE的系統(tǒng)組成 按照系統(tǒng)功能來劃分，Protel99se主要包含以下兩大部分和6個功能模塊。 1、電路工程設(shè)

48、計部分 (1)電路原理設(shè)計部分(Advanced Schematic 99)：電路原理圖設(shè)計部分包括電路圖編輯器(簡稱SCH編輯器)、電路圖零件庫編輯器(簡稱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；查看和編輯有關(guān)電路圖和零件庫的各種報表。 (2)印刷電路板設(shè)計系統(tǒng)(Advanced PCB 99)：印刷電路板設(shè)計系統(tǒng)包括印刷電路板編輯器(簡稱PCB編輯器)、零件封裝編輯器(簡稱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)自動布線系統(tǒng)(Adva

49、nced Route 99)：本系統(tǒng)包含一個基于形狀(Shape-based)的無柵格自動布線器，用于印刷電路板的自動布線，以實現(xiàn)PCB設(shè)計的自動化。 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)包含一個數(shù)字/模擬信號仿真器，可提供連續(xù)的數(shù)字信號和模擬信號，以便對電路原理圖進行信號模擬仿真，從而驗證其正確性和可行性。 (2)可編程邏輯設(shè)計系統(tǒng)(Advanced PLD 99)：可編程邏輯設(shè)計系統(tǒng)包含一個有語法功能的文本編輯器和一個波形編輯器(Waveform)。本系統(tǒng)的主要功能是；對邏輯電路進行分析、綜合；觀察信號的波形。利用PLD系統(tǒng)可

50、以最大限度的精簡邏輯部件，使數(shù)字電路設(shè)計達到最簡化。 (3)高級信號完整性分析系統(tǒng)(Advanced Integrity 99）：信號完整性分析系統(tǒng)提供了一個精確的信號完整性模擬器，可用來分析PCB設(shè)計、檢查電路設(shè)計參數(shù)、實驗超調(diào)量、阻抗和信號諧波要求等。 Protel 99 SE的功能特性 1、開放式集成化的設(shè)計管理體系 2、超強功能的、修改與編輯功能 3、強大的設(shè)計自動化功能 本設(shè)計中，PCB的設(shè)計如圖5-1所示： 圖5.1 PCB設(shè)計5.2 電路圖的繪制電路原理圖的繪制分以下幾個步驟：1）在Protel99軟件中先新建一個文檔，把所需要的元件載入到文檔里面。2）按照系統(tǒng)電路圖繪制導線，把

51、元件連接好，添加元件編號及封裝。3）通過電氣檢查如果沒有錯誤，那么系統(tǒng)的電路圖就繪制完成。4）完成電路圖之后需要制作網(wǎng)絡(luò)表，導入PCB，或者直接更新PCB也可。5.3 PCB板的制作用Protel99設(shè)計好PCB板，按照規(guī)則布局并布線，認真檢查正確無誤以后就開始制作電路板。其過程包括打印、轉(zhuǎn)印、蝕刻和鉆孔四個主要制作工序。個人制作印制電路板比較復雜，而且由于手工操作的原因，新手不容易成功。現(xiàn)代電子行業(yè)飛速發(fā)展，各種類型的廠家分工比較明確，建議同學們制作好PCB確認無誤后發(fā)到相應廠家代為制作，本設(shè)計的電路板即是廠家代為制作的。5.4 材料清單本次設(shè)計所用材料并不多，其清單如下：1） ST89C5

52、2單片機1片。2） 555定時器芯片1片。3） LCD1602液晶顯示器1個。4） USB-B型母座1個。5） 5mm發(fā)光二極管2個。6） 按鍵及撥碼開關(guān)各1個。7） NPN三極管1支。8） 10K滑動變阻器1個。9） 15V 100uf電解電容2個。10） 11.0592M晶振1個。11） 瓷片電容7個，電解電容2個。12） 碳膜電阻7個。5.5 元器件的檢測與安裝在安裝元件前要先認識和檢測元件，一些常見元件的認識與檢測如下：色環(huán)電阻：在此使用的是四個色環(huán)標準的電阻。此類電阻前兩環(huán)表示有效數(shù)字，第三環(huán)表示倍率，與前三環(huán)距離較大的第四環(huán)表示允許偏差。二極管：在此裝置中要用到普通二極管和發(fā)光二極管，在普通二極管中