電子設(shè)計競賽實驗報告

電子設(shè)計競賽報告題目：多功能測量儀專業(yè)：電子信息工程小組：飛翔一隊姓名學(xué)號：張勇08021231李翔08021211王賡08021204指導(dǎo)教師：王薇完成日期：2011年5月目錄選題與設(shè)計要求電路設(shè)計方案論證程序設(shè)計語言部分問題與最終結(jié)果心得體會六．附錄一.選題與設(shè)計要求本次電子競賽一共有五個題目，我們首先分析了每一個題目的可行性，然后確定題目為c題，即多功能測量儀。A題是關(guān)于小車的，由于我們是第一次參加競賽，對這方面并不熟悉；而小車又是熱門題目，向來參賽人較多，拿名次的可能行較小，于是放棄；d,e兩題一個是無線通信類，另一個是模擬放大類，這類題目結(jié)果很難預(yù)料，我們對這方面又不太熟悉，所以也放棄了；那么只剩下B，C兩題；我們開始覺得這兩個題目本身沒太大區(qū)別，在網(wǎng)上查詢相關(guān)資料后，發(fā)現(xiàn)C題資料較多，于是我們經(jīng)過商議C選題。此題目的主要內(nèi)容為：制作一個測試電子元器件的簡易裝置，能夠測量電容和電感的參數(shù)。具有良好的結(jié)構(gòu)?；疽鬄椋耗軌驕y量、顯示電容的電容量，基本范圍：從100pF到0.1μF；能夠測量、顯示電感的電感量，基本范圍：從100μH到1mH；測量精度為±5%；具有良好的人機(jī)接口。擴(kuò)展要求為：擴(kuò)大被測電容和電感的量程范圍；提高電容和電感測量的精度；具有自動量程轉(zhuǎn)換的功能；具有測試電感Q值（品質(zhì)因數(shù)）的功能；儀器具有良好的結(jié)構(gòu)，便于使用；其他實用和創(chuàng)新的功能。二．電路設(shè)計方案論證電路原理說明系統(tǒng)設(shè)計框圖本電路由7部分組成：單片機(jī)部分（包括鍵盤，顯示），測電容部分電路，測電感部分電路；電源的解決；系統(tǒng)設(shè)計框圖如下：單片機(jī)部分電路單片機(jī)部分電路多路選擇開關(guān)測C電路被測電容測C電路被測電容測L電路被測電感測L電路被測電感單片機(jī)電路單片機(jī)電路方面，我們用了單片機(jī)的定時器跟計數(shù)器，通過編程實現(xiàn)單片機(jī)的計頻率數(shù)，然后通過修改例程里面的一個字幕水平滾動的例程來實現(xiàn)待測電感電容數(shù)值的顯示。電容測量電路電容的測量是通過555振蕩電路，得到振蕩頻率，之后直接送單片機(jī)計數(shù)。通過公式計算得到相應(yīng)電容值。電感測量電路電感的測量是由電容三點式電路振蕩產(chǎn)生，之后將正弦波通過一個由555組成的施密特觸發(fā)器轉(zhuǎn)成方波，輸入單片機(jī)計算，得到相應(yīng)電感值。電源電路電源使用+5v電源，由直流電源或外加電路產(chǎn)生，由于時間有限，我們沒有對這部分進(jìn)行設(shè)計。各主要元件功能分析（1）單片機(jī)電路電路比較簡單，首先是單片機(jī)需要+5V電源，所以需要接好電源跟地，然后選擇了T1口作為輸入，即：定時/計數(shù)器1的外部計數(shù)輸入來接通外部電路產(chǎn)生的頻率，然后通過撥碼開關(guān)來選擇測量電路，每個測量電路都對應(yīng)一個LED燈，方便判別電路的選擇，即，撥碼開關(guān)的6連通的是LED1，撥碼開關(guān)的2為導(dǎo)通開關(guān)，當(dāng)把2,6同時導(dǎo)通，此時LED1亮，證明選擇電感檔，在加上待測電感時，此時屏幕上將流動顯示出電感的值。而當(dāng)把開關(guān)的2導(dǎo)通，將6斷開，此時屏幕將流動顯示出待測電感的頻率。撥碼開關(guān)7連通的是LED2，撥碼開關(guān)的3為導(dǎo)通開關(guān)，當(dāng)把3,7同時導(dǎo)通，此時LED2亮，證明選擇的是電容檔，再加上待測電容，此時屏幕上將流動顯示出電容值。而當(dāng)把3導(dǎo)通，7斷開，此時屏幕將流動顯示出待測電容的頻率。換句話說，我們的電路還可以當(dāng)做頻率計用，并且還很準(zhǔn)。（2）電容測量電路測量電容采用“脈沖計數(shù)法”，由555組成多諧振蕩電路，通過計算振蕩輸出頻率來計算被測電容大小。555接成多諧振蕩電路，其振蕩周期為：設(shè)置R1=R2,得出：即：電路分為一檔：R4=510K,R4=R6;電容測量電路如下圖：（3）電感測量電路電感的測量是采用電容三點式振蕩電路（考畢茲振蕩電路）來實現(xiàn)的。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原件必須是同性質(zhì)的，另外一個電抗原件必須是異性質(zhì)的，這三個電抗原件同為電容式的三點式振蕩電路。其震蕩頻率是：則：即：電感測量電路如圖：測量電感部分電路仿真（multisim）：加施密特觸發(fā)器后波形：三．程序設(shè)計語言部分/************************************************************************************* ETCEE-101單片機(jī)開發(fā)板教學(xué)例程---北京工業(yè)大學(xué)電工電子實驗教學(xué)中心*************************************************************************************///------------------------------------------------------------------------------//// "字幕水平滾動.c"，屏幕漢字顯示內(nèi)容以顯示位為單位水平移動的例程。////------------------------------------------------------------------------------//#include"C8051F020.h" //包含C8051F020硬件信息的頭文件#include"absacc.h" //包含絕對地址訪問信息的頭文件//數(shù)據(jù)定義頭文件#include"data_define.c"http://YLF12232操作函數(shù)#include"YLF12232.c"http://CH452操作函數(shù)#include"ch452x.c"http://設(shè)備初始化函數(shù)，在主程序中調(diào)用Init_Device()#include"Init_Device.c"longunsignedintnFcnt=0;//totalcounternumber /**cleardisplay*/voidclear_display(){ YLF12232_init();}/**displayanumber*/voidxianshi(unsignedlongq){uchary,b,c,d,e,g,h,i;//j,k; ucharz=0; unsignedintm=0; ucharv=0; xdatauchara[10][2]={ {0xa3,0xb0}, {0xa3,0xb1}, {0xa3,0xb2}, {0xa3,0xb3}, {0xa3,0xb4}, {0xa3,0xb5}, {0xa3,0xb6}, {0xa3,0xb7}, {0xa3,0xb8}, {0xa3,0xb9} }; clear_display(); y=q%10; b= (q/10)%10; c= (q/100)%10; d= (q/1000)%10; e= (q/10000)%10; g= (q/100000)%10; h= (q/1000000)%10; i= (q/10000000)%10;// j= (q/100000000)%10;// k= (q/1000000000)%10; LCD_locate(8); //調(diào)用顯示定位函數(shù)從第2行開始存放//LCD_Ddata_Send(a[k][0],a[k][1]);//2// LCD_Ddata_Send(a[j][0],a[j][1]);//7 LCD_Ddata_Send(a[i][0],a[i][1]); LCD_Ddata_Send(a[h][0],a[h][1]); LCD_Ddata_Send(a[g][0],a[g][1]); LCD_Ddata_Send(a[e][0],a[e][1]); LCD_Ddata_Send(a[d][0],a[d][1]); LCD_Ddata_Send(a[c][0],a[c][1]);LCD_Ddata_Send(0xa3,0xae);//. LCD_Ddata_Send(a[b][0],a[b][1]); LCD_Ddata_Send(a[y][0],a[y][1]); while(v++<4){ //無限次循環(huán) LCD_char_LS(1); //調(diào)用字符左移函數(shù)左移1個顯示位 for(z=0;z<20;z++) for(m=50000;m>0;m--); //for循環(huán)配合空語句實現(xiàn)軟件延時 }}unsignedlongintdianrong(unsignedlongintf,charflag){unsignedlongR1=0; floatCx=0.0; floatln2=0.69315; if(flag==1){ R1=510000; }else{ R1=10000; } if(f==0){ return0; }else{ Cx=1/(3*f*ln2*R1);} return(longunsignedint)(Cx*1000*1000*1000*1000)*100;}#definePI3.1415926unsignedlongdiangan(unsignedlongp){floatC=0.00000005; floatL=0; if(p==0){ return0; }else{ L=4*PI*PI*p*p; L=L*C; L=1/L;//L=1/(4*PI*PI*P*P*C)} return(unsignedlongint)(L*1000*1000)*100;}voidcounter_0_interrupt(void)interrupt3using0{ EA=0; TR1=0; ET1=0; nFcnt=nFcnt+0xffff; TR1=1; ET1=1; EA=1;}voidtimer_0_interrupt(void)interrupt1using0{ unsignedshortnTmp=0; staticucharm=0; ucharst=0;//firststopthetimeranddisabletheinterrupt EA=0; TR0=0; ET0=0;//interrupthandleraction if(m==183){//timerrunover TR1=0; ET1=0; nTmp=((nTmp+TH1)<<8)+TL1; nFcnt=nFcnt+nTmp; st=P2; if(!(st&0x10)){ xianshi(diangan(nFcnt)); }elseif(!(st&0x20)){ xianshi(dianrong(nFcnt,1)); }elseif(!(st&0x80)){ xianshi(dianrong(nFcnt,2)); }else{ xianshi(nFcnt*100); } TH1=0x0; TL1=0x0; nFcnt=0; m=0; }else{ m++; }//initthetimevalue TL0=0x77; TH0=0xEC;//starttimerandenableinterrupt ET1=1; ET0=1; TR1=1; TR0=1; EA=1;}voidinit_timer0(void){//setTimer0 PT0=1; PT1=0;//TMODworkingattimermode TMOD=0x51; //timerstartvalue; TL0=0x77; TH0=0xEC;//counterstartvalue TH1=0x0; TL1=0x0;//ET0=1INTERRUPT ET1=1; ET0=1;//starttimerandcounter TR1=1; TR0=1;//enableglobalinterrupt EA=1;}voidmain(void){ Init_Device(); //調(diào)用設(shè)備初始化函數(shù) init_timer0(); while(1){ }}四．問題與最終結(jié)果由于本實驗外圍電路并不多，主要只有測電容和測電感部分。兩部分都不是很復(fù)雜。在焊接電路后，也都能諧振出相應(yīng)的頻率；而在這之后，我們卻遇到了一個能以解決的問題：信號的幅值不夠，無法送單片機(jī)直接計數(shù)；于是我們想到了放大?？墒?，不管我們用什么方法，都難以實現(xiàn)信號的完整放大。這是硬件電路的致命缺點，使我們的測量范圍受限。還有就是Q值的問題。由于我們使用的不是R,L,C的震蕩電路，使 Q值的測量變得復(fù)雜。我們不知道該如何計算R,L,C。而且由于時間的有限，這個問題就一直沒有解決。軟件及編程方面，我們也曾遇到各種各樣的問題，比如：我的電腦是WIN7的系統(tǒng)，有些軟件沒法安裝，找同學(xué)幫忙也沒有解決，最后跟同學(xué)借了一個XP系統(tǒng)的電腦才解決，由于之前的疏忽大意，有些文件沒有及時從網(wǎng)上下載下來，導(dǎo)致后面的很多問題變得很復(fù)雜，從安裝C8051FXXXIDE開始，好多安裝的注意事項，比如需要修改路徑什么的。然后就是要保證硬件連接正確，首先要做到適配器的USB線接好計算機(jī)，適配器的10線扁平電纜接頭接到單片機(jī)板上。然后就是接通單片機(jī)電源。最后就是最重要的：首次使用，要將連接口設(shè)置為USB口。由于疏忽大意，第一次，我們沒有將單片機(jī)電源接通，找了半天的問題，最后才發(fā)現(xiàn)是電源沒接通。軟件也用了一些熟悉。然后就是編程的問題，由于用了一個例程，好多東西就不用再自己編，單片機(jī)方面就需要加個中斷和定時計數(shù)即可。然后定義一些變量，編幾個需要用到的公式。最終結(jié)果:萬用表讀數(shù)本儀表讀數(shù)電容標(biāo)值100PF113PF電感標(biāo)值680UH698.14UH680UH電容的顯示值100PF電感顯示值五．心得體會經(jīng)過實驗室中數(shù)十個小時的努力，我們終于順利地完成了本選題的基本功能。雖然我們的測量范圍還很有限，雖然我們的一些擴(kuò)展要求難以實現(xiàn)，但我們通過這幾周的實驗進(jìn)一步增強(qiáng)了我們的動手能力和分析問題，解決問題的能力。我們通過這次難得的機(jī)會，體驗了從對所給的實際問題的思考，到抽象出電路模型；從利用所學(xué)的知識設(shè)計出電路，到一根線一根線把它接出來付諸實踐；從調(diào)試中遇到困難到細(xì)心找原因并成功完成的非常有益的過程，我想這對培養(yǎng)我們的科研精神會很有幫助，同時也深刻地體驗到了一項發(fā)明設(shè)計從構(gòu)想到最終實踐制成成品有多么的艱辛，這需要設(shè)計者有較高的綜合能力。面對所要實現(xiàn)的功能，起初我們無從下手。雖然之前曾經(jīng)學(xué)習(xí)過單片機(jī)這門功課，但由于基礎(chǔ)知識不扎實，加之處理實際問題經(jīng)驗尚淺，使得我們有一段時間幾乎停滯工作，但為了能夠順利完成課設(shè)任務(wù)也只好硬著頭皮往下作。經(jīng)過同學(xué)之間的討論，我們首先畫出了系統(tǒng)編程流程圖，邁出了成功的第一步，接下來，通過網(wǎng)上查詢資料，我們終于確定了電路的設(shè)計。然而在調(diào)試當(dāng)中卻遇到了各種各樣的問題，有些問題已經(jīng)解決，有些問題卻沒有。同樣，在軟件上出現(xiàn)的問題更是多如牛毛，但經(jīng)過老師和同學(xué)們的幫助，我們還是闖了過來。最終攻克了這一道道的難關(guān)。所以在這次設(shè)計中，我們的收獲特別大，不僅學(xué)到了很多專業(yè)知識，得到了許多專業(yè)技能，增長了工程試驗的經(jīng)驗，而且堅定了自己的信心和理想。這次競賽雖然累，但是我們也同時得到了快樂，堅定了我們的目標(biāo)。知識上的收獲并不是全部，非知識上的收獲有著同樣重要的地位，首先是培養(yǎng)了自己的堅持到底，永不放棄的精神，另外，我們也明白，一個人的力量是有限的，像這樣一個復(fù)雜的任務(wù)，僅靠一個人是很難完成的，而只有具有團(tuán)隊協(xié)作、相互支持的精神，以及默契的合作精神才能突破一道道重圍。同時，借此機(jī)會我們要感謝課設(shè)期間所有幫助，支持我們的老師們和同學(xué)們，特別是趙穎老師跟王薇老師，跟趙穎老師要了許多芯片，跟王薇老師問了許多問題，沒有他們的幫助，我們也不會如此順利地完成任務(wù)。附錄單片機(jī)相關(guān)介紹ETCEE-101單片機(jī)開發(fā)板由單片機(jī)板（A板）和人機(jī)交互板（B板）二部分組成。A板是開發(fā)板的核心部分，主要由一片美國siliconLabs公司的C8051F020單片機(jī)組成。B板是開發(fā)板的人機(jī)交互部分，由122×32點陣LCD和12鍵鍵盤組成。A板和B板之間通過6條信號線和2條電源線相連。 C8051F020單片機(jī)采用與8051兼容的CIP-51微控制器作為內(nèi)核，其指令與MCS-51系列單片機(jī)完全兼容，但是與經(jīng)典的MCS-51單片機(jī)相比：串、并行接口更豐富；指令執(zhí)行速度更快；功能更強(qiáng)大。A板分別通過1條34線和1條26線的雙排插針將單片機(jī)的信號引出，34線雙排插針主要引出串行接口的信號線和通用I/O端口的信號線，26線雙排插針主要引出并行接口信號線、模入/模出信號線和專用功能控制信號線。開發(fā)板使用時通過雙排插針與通用實驗臺ETCEE-100相連，通過ETCEE-100的內(nèi)部連線與其他電路板相連，可以完成一般的單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計。 B板的122×32點陣LCD采用串行操作，帶有中文字庫，可以顯示ASCII字符、漢字和圖形。鍵盤由專用集成電路CH452進(jìn)行控制，CH452也采用串行操作。B板也有34線和26線的雙排插針各1條，34線雙排插針連接了LCD與鍵盤操作必需的信號線，26線雙排插針未連信號線僅用作結(jié)構(gòu)支撐。A板和B板的34線雙排插針通過ETCEE-100內(nèi)部的連線連接在一起，所以A板上的單片機(jī)可以通過34線雙排插針控制人機(jī)交互板，也可以通過A板與B板之間直通的信號連線對人機(jī)交互板進(jìn)行控制。圖1-1