畢業(yè)設(shè)計(jì)——在線電容測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)

1、<p>　　本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）</p><p>　　論文（設(shè)計(jì)）題目：在線電容測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)</p><p><b>　　學(xué) 院：</b></p><p><b>　　專 業(yè)：</b></p><p><b>　　班 級(jí)：</b></p>

2、<p><b>　　學(xué) 號(hào)： </b></p><p><b>　　學(xué)生姓名： </b></p><p><b>　　指導(dǎo)教師： </b></p><p>　　2013年 4 月 6 日</p><p><b>　　目 錄</b&

3、gt;</p><p>　　摘 要III</p><p>　　AbstractIV</p><p><b>　　1前 言1</b></p><p>　　1.1電容測(cè)量?jī)x的發(fā)展歷史1</p><p>　　1.2電容測(cè)量?jī)x的研究現(xiàn)狀2</p><p>

4、　　1.3本次設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求3</p><p>　　2硬件電路設(shè)計(jì)及其描述4</p><p>　　2.1設(shè)計(jì)方案4</p><p>　　2.2原理框圖5</p><p>　　2.3單元電路設(shè)計(jì)分析6</p><p>　　2.3.1AT89C52單片機(jī)功能描述6</p><p

5、>　　2.3.2STC89C52的主要特性及管腳說(shuō)明7</p><p>　　2.3.3AT89C52單片機(jī)時(shí)鐘電路9</p><p>　　2.3.4AT89C52單片機(jī)復(fù)位電路10</p><p>　　2.3.5555多諧振蕩器電路11</p><p>　　2.3.6測(cè)量換擋電路13</p><p

6、>　　2.3.7LCD1602測(cè)量顯示電路14</p><p>　　2.3.8系統(tǒng)電源電路17</p><p>　　2.4各部分電路連接成整體電路圖18</p><p>　　3軟件設(shè)計(jì)與描述20</p><p>　　3.1軟件設(shè)計(jì)任務(wù)20</p><p>　　3.2軟件的基本思路與原理20

7、</p><p>　　3.3軟件設(shè)計(jì)流程圖22</p><p>　　4PCB與實(shí)物制作23</p><p>　　4.1電路圖的繪制23</p><p>　　4.2PCB板的制作23</p><p>　　4.3材料清單23</p><p>　　4.4元器件的檢測(cè)與安裝24&

8、lt;/p><p>　　4.5元器件的焊接25</p><p>　　4.6系統(tǒng)調(diào)試與分析25</p><p><b>　　設(shè)計(jì)總結(jié)26</b></p><p>　　參 考 文 獻(xiàn)27</p><p>　　致 謝28</p><p>　　附錄A 程序源代碼

9、29</p><p>　　附錄B 設(shè)計(jì)原理圖36</p><p>　　附錄C 設(shè)計(jì)PCB圖37</p><p><b>　　在線電容測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文介紹了在線電容測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)與制作的過(guò)程。文章首先

10、介紹了在線電容測(cè)量?jī)x的選題背景和發(fā)展現(xiàn)狀，然后設(shè)計(jì)并分析系統(tǒng)硬件的各單元電路，包括單片機(jī)時(shí)鐘電路、單片機(jī)復(fù)位電路、555測(cè)量電路、系統(tǒng)換擋電路、系統(tǒng)電源電路等；其次則是軟件的設(shè)計(jì)和調(diào)試過(guò)程。本系統(tǒng)用ST98C52單片機(jī)作為中央處理器，以555多諧振蕩器作為頻率可變的方波發(fā)生器，利用測(cè)量頻率的方式間接測(cè)量電容，經(jīng)過(guò)單片機(jī)處理得到數(shù)據(jù)之后交由LCD1602液晶顯示。本設(shè)計(jì)用C語(yǔ)言設(shè)計(jì)軟件，Keil和Proteus兩款軟件成功模擬仿真后，用P

11、rotel99se軟件設(shè)計(jì)為印刷電路板。經(jīng)過(guò)實(shí)物的組裝調(diào)試和焊接，本系統(tǒng)預(yù)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)PF、NF、UF三個(gè)檔位的電容粗略測(cè)量，是一種操作簡(jiǎn)單的傻瓜式電容測(cè)量?jī)x。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：電子電路、電容、單片機(jī)、555集成定時(shí)器。</p><p>　　Online capacitance measuring instrument design</p><p>&l

12、t;b>　　Abstract</b></p><p>　　This paper introduces the process of design and production of online capacitance measuring instrument. This article first introduced the background and development status

13、 of online capacitance measuring instrument, then design and analysis the each unit circuit of the system hardware, including the microcontroller clock circuit, reset circuit, 555 measuring circuit, system shift circuit,

14、 power supply circuit; second is the process of designing and debugging software. The system used ST98C52 SCM </p><p>　　Keywords: electronic circuit , capacitance, microcontroller, 555 integrated timer.<

15、/p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　在電子技術(shù)飛速發(fā)展的今天，精確測(cè)量的地位變得越來(lái)越重要，在電子測(cè)試和設(shè)計(jì)領(lǐng)域之中，各類電容的測(cè)量已經(jīng)十分普遍。相應(yīng)地，測(cè)量電容的技術(shù)也在各類測(cè)量技術(shù)和產(chǎn)品研究中應(yīng)用得十分廣泛。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，電子產(chǎn)品在市面上應(yīng)用得越來(lái)越廣泛，市場(chǎng)要求產(chǎn)品必須容易檢修和維持壽命，而檢修的關(guān)鍵在于檢測(cè)電子產(chǎn)品是否符合規(guī)格和要求，其關(guān)

16、鍵就是在于檢測(cè)其內(nèi)部核心的電路，也即各類電子元件的參數(shù)測(cè)量。</p><p>　　電容在電子電路中有著不可替代的作用，任何稍微復(fù)雜的電路都離不開(kāi)電容的作用，因此，電容的測(cè)量向來(lái)是電子電路領(lǐng)域的重大課題之一，設(shè)計(jì)出成熟、輕便、準(zhǔn)確的電容測(cè)量?jī)x器至關(guān)重要。</p><p>　　電容測(cè)量?jī)x的發(fā)展歷史</p><p>　　在電子電路當(dāng)中，電容通常是以傳感器形式出現(xiàn)的，所以，

17、在線電容測(cè)量技術(shù)的歷史發(fā)展實(shí)際上就是電容傳感器的發(fā)展歷史。最初，使用交流不平衡電橋就能測(cè)量基本的電容傳感器，當(dāng)時(shí)的電容傳感器有變面積型，變介質(zhì)介電常數(shù)型和變極板間型等多種類型。而現(xiàn)在隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，新式的電容式傳感器越做越先進(jìn)，市面上用得較多容柵式電容傳感器，陶瓷電容壓力傳感器等電容隨處可見(jiàn)，而電容測(cè)量技術(shù)的發(fā)展也逐漸由單一化發(fā)展為多元化。</p><p>　　目前來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)的本土測(cè)量?jī)x器設(shè)備還比較落后，

18、有著諸如精度不高，外觀不好，可靠性差等缺點(diǎn)。在整個(gè)產(chǎn)業(yè)布局上，國(guó)內(nèi)的測(cè)量?jī)x器儀表有著一些缺陷，其一是國(guó)內(nèi)比較重視產(chǎn)品的研發(fā)而忽視產(chǎn)品測(cè)量，這種錯(cuò)誤的觀念在整個(gè)產(chǎn)業(yè)線上十分明顯，以至于許多電子行業(yè)的專業(yè)人員都傾向于從事研發(fā)行業(yè)，從而造成電子測(cè)試方面的人才十分匱乏，一些基礎(chǔ)的測(cè)試學(xué)科理論也比較薄弱。其二則是有產(chǎn)業(yè)線，但并未建立完整的現(xiàn)代市場(chǎng)營(yíng)銷渠道。本土儀器設(shè)備廠商大多重視研發(fā)和生產(chǎn)，缺乏營(yíng)銷渠道，更別說(shuō)建立一套完整的現(xiàn)代營(yíng)銷體系和面向應(yīng)用

19、的研發(fā)模式了。傳統(tǒng)的營(yíng)銷模式在以前還能有所作用，但卻無(wú)法滿足目前整個(gè)國(guó)內(nèi)測(cè)量行業(yè)的需求。其三，國(guó)內(nèi)缺乏標(biāo)準(zhǔn)的材料配套體系。由于某些原因，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)，并沒(méi)有一個(gè)廣泛通行的標(biāo)準(zhǔn)，從而導(dǎo)致儀器的材料配套行業(yè)的技術(shù)水平較低，市場(chǎng)較小。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。另外，國(guó)內(nèi)的一些公司經(jīng)常陷入一個(gè)誤區(qū)當(dāng)中：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

20、的關(guān)系，這些都是制約本土儀器發(fā)展的因素。</p><p>　　雖然有著一些缺陷，但近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)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

21、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)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。</p><p>　　電容測(cè)量?jī)x的研究現(xiàn)狀</p><p>　　測(cè)量電容的

22、實(shí)質(zhì)其實(shí)就是將電容的容值轉(zhuǎn)化為其他可測(cè)物理量的過(guò)程，能夠轉(zhuǎn)化的物理量主要有電壓、電流、頻率、充放電時(shí)間等。市面上的幾種電容測(cè)量?jī)x都是根據(jù)這樣的原理制作的，比如常見(jiàn)電容傳感器都配備有檢測(cè)電路，就是根據(jù)調(diào)頻電路設(shè)計(jì)的。在調(diào)頻電路中，電容傳感器是振蕩電路中的選頻元件。電容值變化引起振蕩頻率變化，由頻率值表征被測(cè)物理量變化。交流電橋電路。傳感器電容變化，引起電橋失衡，橋路輸出變化。橋路輸出變化表征被測(cè)物理量變化。而常用萬(wàn)用表中的電容測(cè)量電路則是

23、將電容的容量轉(zhuǎn)化為電壓，該電路依據(jù)被測(cè)電容容量產(chǎn)生一個(gè)模擬電壓,容量大則產(chǎn)生電壓值高, 容量小則產(chǎn)生電壓值低。測(cè)量電容時(shí),此電壓送入模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路，經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換后得到容量值，即可傳送到顯示電路顯示。測(cè)量電容還有一種經(jīng)典的方法，就是電橋法。電橋的平衡條件是： 通過(guò)調(diào)節(jié)阻抗Z1、Z2使電橋平衡，這時(shí)電表讀數(shù)為零。根據(jù)平衡條件以及一些已知的電路參數(shù)就可求出被測(cè)電容。用這種方法測(cè)量，調(diào)節(jié)電阻值一般只能手動(dòng)，電橋的平衡也難以用簡(jiǎn)單電路實(shí)現(xiàn)。這樣，

24、電橋法不易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量。</p><p>　　另外還有幾種基于單片機(jī)的電容測(cè)量?jī)x，因?yàn)闊o(wú)法精確測(cè)量的原因，市面上并不參見(jiàn)。因?yàn)?55定時(shí)器構(gòu)成的一些應(yīng)用電路基本和電容有關(guān)，所以可以用測(cè)量其輸出方波波形的方法來(lái)測(cè)量電容，譬如555定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出脈寬tw與電容C成正比，。，這樣一來(lái)，便可以用單片機(jī)來(lái)測(cè)量脈沖寬度。另外，555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器輸出頻率主要與它外部連接的電容電阻有關(guān)，如果電阻固定，就

25、可以用測(cè)量方波周期或者頻率的方法來(lái)簡(jiǎn)介測(cè)量電容。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求</p><p>　　雖然市面上各種電容測(cè)量?jī)x種類繁多，但本次設(shè)計(jì)主要是為了鞏固所學(xué)，因?yàn)檫@個(gè)原因，本次設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求如下：</p><p>　　設(shè)計(jì)須采用單片機(jī)和NE555等數(shù)字器件為核心。</p><p>　　有各模塊功能的介紹。</p>

26、;<p>　　測(cè)量范圍：1PF——1000UF，有換擋電路。</p><p><b>　　能夠顯示單位。</b></p><p>　　當(dāng)測(cè)量范圍超出時(shí)能顯示錯(cuò)誤警報(bào)。</p><p>　　硬件電路設(shè)計(jì)及其描述</p><p>　　本章將介紹在線電容測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)的具體設(shè)計(jì)過(guò)程，并為每一個(gè)單元電路做詳盡的描述介紹

27、。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　市面上各類電容測(cè)量?jī)x種類繁多，我們不難篩選出很多中設(shè)計(jì)方案。從能夠滿足設(shè)計(jì)要求的方案中，我們主要選擇以下四種方案略作描述：</p><p>　　方案一：將電容量通過(guò)設(shè)計(jì)電路轉(zhuǎn)換成電壓，然后把電壓量經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量進(jìn)行顯示。可由555集成定時(shí)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸

28、出電壓的脈寬為：。從式中可以看出，當(dāng)R固定時(shí)，只要改變電容C，則輸出脈寬也會(huì)跟著改變，由Tw的寬度就可以求出電容的大小。把單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出電壓Vo取平均值，由于電容量的不同Tw的寬度也不同，則Vo的平均值也不同，由Vo的平均值大小可以得到電容C的大小。如果把平均值送到A／D轉(zhuǎn)換器，經(jīng)顯示器顯示的數(shù)據(jù)就是電容的大小。但因?yàn)槊}沖寬帶往往過(guò)于短暫，且每一個(gè)脈沖的寬度波動(dòng)較大，所以測(cè)量出的數(shù)據(jù)往往并不準(zhǔn)確。</p><p&

29、gt;　　方案二：用阻抗法測(cè)R、L、C有兩種實(shí)現(xiàn)方法：以恒流源供電，然后測(cè)元件電壓；用恒壓源供電，然后測(cè)元件電流。但由于很難實(shí)現(xiàn)理想的恒流源和恒壓源，所以它們適用的測(cè)量范圍很窄。</p><p>　　方案三：直接根據(jù)充放電時(shí)間判斷電容值。這種電容測(cè)量方法主要利用了電容的充放電特性，放電常數(shù)，通過(guò)測(cè)量與被測(cè)電容相關(guān)電路的充放電時(shí)間來(lái)確定電容值。一般情況下，可設(shè)計(jì)電路使( T為振蕩周期或觸發(fā)時(shí)間；A為電路常數(shù)與電路參

30、數(shù)有關(guān))。這種方法中應(yīng)用了555芯片組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，在秒脈沖的作用下產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，來(lái)控制門(mén)電路實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)，從而確定脈沖時(shí)間，通過(guò)設(shè)計(jì)合理的電路參數(shù)，使計(jì)數(shù)值與被測(cè)電容相對(duì)應(yīng)。</p><p>　　方案四：使用AT89C52單片機(jī)和NE555芯片構(gòu)成的多諧振蕩電路電容測(cè)量。 這種電容測(cè)量方法主要是通過(guò)一塊555芯片來(lái)測(cè)量電容，讓555芯片工作在直接反饋無(wú)穩(wěn)態(tài)的狀態(tài)下，555芯片輸出一定頻率的方波，其頻率的大小跟被

31、測(cè)量的電容之間的關(guān)系是：，如果R確定，我們用單片機(jī)定時(shí)一秒鐘，就可以用計(jì)數(shù)器測(cè)量出相應(yīng)方波的頻率，此時(shí),很容易就可以換算出電容的大小。 </p><p>　　從以上四種方案中，很容易可以看出第四種方案十分符合我們的設(shè)計(jì)要求，其余方案都有著各種不可忽視的缺陷，而該方案不僅硬件電路簡(jiǎn)單，軟件設(shè)計(jì)也不復(fù)雜，十分適合初學(xué)者來(lái)制作實(shí)物。綜上所述，我們決定選用方案四來(lái)設(shè)計(jì)在線電容測(cè)量?jī)x。</p><p&g

32、t;<b>　　原理框圖</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)的原理總框圖如圖2.1：</p><p>　　圖2.1 原理總框圖</p><p>　　圖中給出了整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)框圖，系統(tǒng)主要由四個(gè)主要部分組成，單片機(jī)和晶振電路設(shè)計(jì)，復(fù)位電路設(shè)計(jì)，555芯片電路設(shè)計(jì)，顯示電路設(shè)計(jì)。在整個(gè)框圖中，處于核心地位的是作為中央處理器的單片機(jī)，555芯片構(gòu)

33、成多諧振蕩器后輸出方波，由單片機(jī)接收并計(jì)算出頻率，然后再換算成電容，交由LCD1602液晶顯示。</p><p><b>　　單元電路設(shè)計(jì)分析</b></p><p>　　AT89C52單片機(jī)功能描述</p><p>　　單片機(jī)是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、

34、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，在工業(yè)控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。從上世紀(jì)80年代，由當(dāng)時(shí)的4位、8位單片機(jī)，發(fā)展到現(xiàn)在的32位300M的高速單片機(jī)。</p><p>　　STC89C52是一種低損耗、高性能、CMOS八位微處理器，片內(nèi)有8k字節(jié)的在線可重復(fù)編程、快速擦除快速寫(xiě)入程序

35、的存儲(chǔ)器，能重復(fù)寫(xiě)入/擦除1000次，數(shù)據(jù)保存時(shí)間為十年。它與MCS-51系列單片機(jī)在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容，不僅可完全代替MCS-51系列單片機(jī)，而且能使系統(tǒng)具有許多MCS-51系列產(chǎn)品沒(méi)有的功能。</p><p>　　STC89C52可構(gòu)成真正的單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)，縮小系統(tǒng)體積，增加系統(tǒng)的可靠性，降低系統(tǒng)的成本。只要程序長(zhǎng)度小于8K，四個(gè)I/O口全部提供給用戶?？捎?2V電壓編程,而且擦寫(xiě)時(shí)間僅需10毫秒，

36、僅為8751/87C51的擦除時(shí)間的百分之一,與8751/87C51的擦寫(xiě)相比，不易損壞器件，沒(méi)有兩種電源的要求，改寫(xiě)時(shí)不拔下芯片，適合許多嵌入式控制領(lǐng)域。工作電壓范圍寬（2.7V~6V），全靜態(tài)工作，工作頻率寬在0Hz～24MHz之間，比8751/87C51等51系列的6MHz～12MHz更具有靈活性,系統(tǒng)能快能慢。STC89C52芯片提供三級(jí)程序存儲(chǔ)器加密，提供了方便靈活而可靠的硬加密手段，能完全保證程序或系統(tǒng)不被仿制。P0口是三態(tài)

37、雙向口,通稱數(shù)據(jù)總線口,因?yàn)橹挥性摽谀苤苯佑糜趯?duì)外部存儲(chǔ)器的讀/寫(xiě)操作。該單片機(jī)外形及引腳排列如圖2.2所示：</p><p>　　圖2.2 AT89C52單片機(jī)</p><p>　　STC89C52的主要特性及管腳說(shuō)明</p><p>　　STC89C52主要具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：</p><p>　　1）STC89C52與MCS-51系列的單

38、片機(jī)在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容；</p><p>　　2）內(nèi)有8k字節(jié)在線可重復(fù)編程快擦寫(xiě)程序存儲(chǔ)器；</p><p>　　3）靜態(tài)工作,工作范圍:0Hz～24MHz；</p><p>　　4）128×8位內(nèi)部RAM；</p><p>　　5）32位雙向輸入輸出線；</p><p>　　6）兩個(gè)十六位定時(shí)器/

39、計(jì)數(shù)器</p><p>　　7）5個(gè)中斷源,兩級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)；</p><p>　　8）1個(gè)全雙工的異步串行口；</p><p>　　9）閑置和掉電兩種工作方式。</p><p>　　10）內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路</p><p>　　STC89C52的主要管腳說(shuō)明如下：</p><p>　　1）VCC

40、：供電電壓。</p><p>　　2）GND：工作地。</p><p>　　3）P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門(mén)電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫(xiě)1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。</p>

41、<p>　　4）P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門(mén)電流。P1口管腳寫(xiě)入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。 </p><p>　　5）P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門(mén)電流，當(dāng)P2口

42、被寫(xiě)“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。</p><p>　　6）

43、P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門(mén)電流。當(dāng)P3口寫(xiě)入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。</p><p>　　P3口也可作為STC89C52的一些特殊功能口，如表2.1所示。</p><p>　　7）RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周

44、期的高電平時(shí)間。</p><p>　　8）：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR的8EH地址上置0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行M

45、OVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無(wú)效。</p><p>　　9）：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。</p><p>　　10）：當(dāng)保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否

46、有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。</p><p>　　11）XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。</p><p>　　12）XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。</p><p>　　表2.1 P3口各管腳功能&l

47、t;/p><p>　　AT89C52單片機(jī)時(shí)鐘電路</p><p>　　時(shí)鐘在單片機(jī)中非常重要，單片機(jī)各功能部件的運(yùn)行都是以時(shí)鐘頻率為基準(zhǔn)。時(shí)鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時(shí)鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的時(shí)鐘電路有兩種方式，一種是內(nèi)部時(shí)鐘方式，另一種為外部時(shí)鐘方式。本設(shè)計(jì)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，內(nèi)部時(shí)鐘方式如圖2.3。</p><p>　　圖2.3 AT89C

48、52單片機(jī)時(shí)鐘電路</p><p>　　MCS-51單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)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(gè)引腳接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，就構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器電路。</p><p>　　電路中的電容C1和C2典型值通常選擇為30PF左右，但實(shí)際應(yīng)用時(shí)還需要根據(jù)晶振的參數(shù)來(lái)選擇。對(duì)外接電容的值雖然沒(méi)有嚴(yán)格的要求，

49、但是電容的大小會(huì)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1.2MHz—12MHz之間。晶體的頻率越高，則系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率也就越高，單片機(jī)的運(yùn)行速度也就越快。為了提高溫度穩(wěn)定性，應(yīng)采用溫度穩(wěn)定性能好的NPO高頻電容。MCS-51單片機(jī)常選擇振蕩頻率6MHz或12MHz的石英晶體。</p><p>　　AT89C52單片機(jī)復(fù)位電路</p><p>　　在5

50、1系列單片機(jī)中，在振蕩器運(yùn)行時(shí)，RST引腳上保持到少兩個(gè)機(jī)器周期的高電平輸入信號(hào)，復(fù)位過(guò)程即可完成。為響應(yīng)這一不定期程，CPU發(fā)出內(nèi)部復(fù)位信號(hào)。內(nèi)部復(fù)位操作是在發(fā)現(xiàn)RST為高電平后的第二個(gè)周期進(jìn)行的，并且此后每個(gè)周期都重復(fù)進(jìn)行復(fù)位操作，直到RST變成低電平為止。針對(duì)復(fù)位電路對(duì)時(shí)間的需要，我們對(duì)上電復(fù)位電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。在這種情況下，把RST引腳通10uF電容接到Vcc并同時(shí)經(jīng)過(guò)10K電阻和地相連，就可獲得上電自動(dòng)復(fù)位的結(jié)果。其具體的復(fù)位電路

51、如圖2.4所示。</p><p>　　圖2.4 AT89C52單片機(jī)復(fù)位電路</p><p>　　接通電源后，Vcc便對(duì)電容通過(guò)電阻進(jìn)行充電。RST腳的電壓等于Vcc與電容兩端電壓之差。在充電過(guò)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(guò)渡過(guò)程之長(zhǎng)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(gè)機(jī)器周期以上的時(shí)間保持高于施密特

52、觸發(fā)器的低門(mén)檻電平，從而使整個(gè)復(fù)位過(guò)程得以完成。 </p><p>　　555多諧振蕩器電路</p><p>　　555芯片電路是一種將模擬功能與邏輯功能巧妙結(jié)合在同一硅片上的組合集成電路。它設(shè)計(jì)新穎，構(gòu)思奇巧，用途廣泛，備受電子專業(yè)設(shè)計(jì)人員和電子愛(ài)好者的青睞，人們將其戲稱為偉大的小IC。1972年，美國(guó)西格尼蒂克斯公司(Signetics)研制出Tmer NE555雙極型時(shí)基電路，設(shè)計(jì)原

53、意是用來(lái)取代體積大,定時(shí)精度差的熱延遲繼電器等機(jī)械式延遲器。但該器件投放市場(chǎng)后，人們發(fā)現(xiàn)這種電路的應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出原設(shè)計(jì)的使用范圍，用途之廣幾乎遍及電子應(yīng)用的各個(gè)領(lǐng)域，需求量極大。美國(guó)各大公司相繼仿制這種電路 1974年西格尼蒂克斯公司又在同一基片上將兩個(gè)雙極型555單元集成在一起，取名為NF556。1978年美國(guó)英特錫爾(Intelsil)研制成功CMOS型時(shí)基電路ICM555 ICM556,后來(lái)又推出將四個(gè)時(shí)基電路集成在一個(gè)芯片上的四時(shí)

54、基電路558 由于采用CMOS型工藝和高度集成，使時(shí)基電路的應(yīng)用從民用擴(kuò)展到火箭、導(dǎo)彈、衛(wèi)星、航天等高科技領(lǐng)域。在這期間，日本、西歐等各大公司和廠家也競(jìng)相仿制、生產(chǎn)。盡管世界各大半導(dǎo)體或器件公司、廠家都在生產(chǎn)各自型號(hào)的555／556時(shí)基電路，但其內(nèi)部電路大同小異，且都具有相同的引出</p><p>　　555芯片電路的應(yīng)用電路很多，如：多個(gè)單穩(wěn)、多個(gè)雙穩(wěn)、單穩(wěn)和無(wú)穩(wěn)，雙穩(wěn)和無(wú)穩(wěn)的組合等。在實(shí)際應(yīng)用中，除了單一品種

55、的電路外，還可組合出很多不同電路。本次設(shè)計(jì)中應(yīng)用的電路是直接反饋型無(wú)穩(wěn)類電路。電路如圖2.5所示。</p><p>　　圖2.5 555多諧振蕩器電路</p><p>　　555芯片輸出的頻率為，只要我們改變電阻R，就可以達(dá)到改變電阻量程的目的，R串接在555芯片3腳和6腳之間，本設(shè)計(jì)提供了三組不同的電阻，當(dāng)電容過(guò)大或過(guò)小時(shí)均可以配合電容使得多諧振蕩器能夠發(fā)出單片機(jī)測(cè)量范圍內(nèi)的方波，這樣以

56、來(lái)，就能測(cè)量UF、NF、PF三種不同的電容了。</p><p><b>　　測(cè)量換擋電路</b></p><p>　　測(cè)量換擋電路如圖2.6所示。</p><p>　　圖2.6 測(cè)量換擋電路</p><p>　　該電路的核心是雙刀單擲開(kāi)關(guān)，通過(guò)開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)和閉合可以選擇兩組電路，其一是發(fā)光二極管電路，其二則是555芯片7號(hào)

57、管腳DC所需要的電阻。三組開(kāi)關(guān)只能有一組閉合，否則程序會(huì)在LCD上顯示錯(cuò)誤。以SW1為例，當(dāng)某一個(gè)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，555選擇其中一個(gè)電阻，造成檔位切換，同時(shí)電阻上面的發(fā)光二極管發(fā)光，A0處為高電平，此處會(huì)連接到單片機(jī)，給單片機(jī)一個(gè)檔位切換的信號(hào)，單片機(jī)即可據(jù)此顯示該檔位的單位。</p><p>　　根據(jù)公式，,當(dāng)SW1閉合時(shí)，電阻的值是100歐姆，于是可以得到，該檔位可以測(cè)量UF級(jí)別的電容。</p>&

58、lt;p>　　同理，當(dāng)SW2閉合時(shí)，電阻的值是100K歐姆，頻率，可以測(cè)量NF級(jí)別的電容。</p><p>　　同理，當(dāng)SW3閉合時(shí)，電阻的值是100M歐姆，頻率，可以測(cè)量PF級(jí)別的電容。</p><p>　　對(duì)于測(cè)量原理的說(shuō)明我們將在軟件編程部分詳細(xì)說(shuō)明。</p><p>　　LCD1602測(cè)量顯示電路</p><p>　　LCD以其

59、微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點(diǎn)，在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。這里介紹的字符型液晶模塊是一種用5x7點(diǎn)陣圖形來(lái)顯示字符的液晶顯示器，根據(jù)顯示的容量可以分為1行16個(gè)字、2行16個(gè)字、2行20個(gè)字等等，這里我們使用的是2行16個(gè)字的1602液晶模塊。</p><p>　　圖2.7 LCD1602液晶顯示</p><p>　　1602 采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接

60、口，其管腳說(shuō)明如下:</p><p>　　第1腳：VSS為地電源。</p><p>　　第2腳：VDD接5V正電源。</p><p>　　第3腳：V0為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)10K 的電位器調(diào)整對(duì)比度。</p><p>　　第4 腳：RS為寄存器選擇，

61、高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。</p><p>　　第5腳：RW為讀寫(xiě)信號(hào)線， 高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。當(dāng)RS和RW共同為低電平時(shí)可以寫(xiě)入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平RW為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS為高電平RW 為低電平時(shí)可以寫(xiě)入數(shù)據(jù)。</p><p>　　第6 腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。</p>

62、<p>　　第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。</p><p>　　第15～16腳：這兩個(gè)腳在仿真軟件中通常隱藏，但實(shí)際上是背光顯示的電源和地，不接LCD就沒(méi)有背光，如果需要背光，15腳通常串聯(lián)一個(gè)1/2W，100歐姆以下的電阻接5V電源，16腳接地。</p><p>　　表2.2 LCD1602各管腳功能</p><p>　　1602液晶模塊內(nèi)

63、部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，如表1所示，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫(xiě)、常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，比如大寫(xiě)的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時(shí)模塊把地址41H 中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來(lái)，我們就能看到字母“A”</p><p>　　表2.3 CGROM和CGRAM中字符代碼與字符圖形對(duì)應(yīng)關(guān)系</p>

64、<p>　　1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11 條控制指令，其控制命令如下表所示。</p><p>　　表2.4 LCD1602內(nèi)部11條控制指令</p><p>　　它的讀寫(xiě)操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過(guò)指令編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。（說(shuō)明：1 為高電平、0 為低電平）</p><p>　　指令1：清顯示，指令碼01H,光標(biāo)復(fù)位到地址00H位置。</p&

65、gt;<p>　　指令2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址00H。</p><p>　　指令3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置I/D：光標(biāo)移動(dòng)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(wú)效。</p><p>　　指令4：顯示開(kāi)關(guān)控制。D：控制整體顯示的開(kāi)與關(guān)，高電平表示開(kāi)顯示，低電平表示關(guān)顯示；C：控制光標(biāo)的開(kāi)與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無(wú)光

66、標(biāo)；B：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。</p><p>　　指令5：光標(biāo)或顯示移位。S/C：高電平時(shí)移動(dòng)顯示的文字，低電平時(shí)移動(dòng)光標(biāo)。</p><p>　　指令6：功能設(shè)置命令。DL：高電平時(shí)為4位總線，低電平時(shí)為8位總線；N：低電平時(shí)為單行顯示，高電平時(shí)雙行顯示；F低電平時(shí)顯示5x7的點(diǎn)陣字符，高電平時(shí)顯示5x10的點(diǎn)陣字符（有些模塊是 DL：高電平時(shí)為8位總線，低電平時(shí)為

67、4位總線）。</p><p>　　指令7：字符發(fā)生器RAM地址設(shè)置。</p><p>　　指令8：DDRAM地址設(shè)置。</p><p>　　指令9：讀忙信號(hào)和光標(biāo)地址。BF：為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時(shí)模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。</p><p>　　指令10：寫(xiě)數(shù)據(jù)指令11：讀數(shù)據(jù)。</p><p&

68、gt;　　液晶顯示模塊是一個(gè)慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認(rèn)模塊的忙標(biāo)志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。在單片機(jī)設(shè)計(jì)程序時(shí)，也可在每一條指令后給足液晶反應(yīng)的時(shí)間，這樣就不必使用查忙指令了。要顯示字符時(shí)，需先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符，下表是LCD1602的內(nèi)部顯示地址。</p><p>　　表2.5 LCD1602內(nèi)部顯示地址</p><p><

69、b>　　系統(tǒng)電源電路</b></p><p>　　在設(shè)計(jì)實(shí)物時(shí)，需要考慮本系統(tǒng)采用什么樣的電源，本設(shè)計(jì)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(lái)提供電源。</p><p>　　圖2.8 USB-B插座</p><p>　　圖2.8是B型的USB接口，該接口有六個(gè)管腳，其中5、6管腳其固定作用，通常接地連接。而2、3腳

70、分別是USB的數(shù)據(jù)線D-和D+，當(dāng)USB只做電源時(shí)，這兩個(gè)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(gè)管腳，電容測(cè)量?jī)x的所有有源器件都將有這兩個(gè)管腳提供電源。</p><p>　　各部分電路連接成整體電路圖</p><p>　　當(dāng)各個(gè)部分的電路設(shè)計(jì)完成后，就需要將單元電路連接起來(lái)。對(duì)于仿真方面，現(xiàn)今用的最多的電路設(shè)計(jì)軟件就是Proteus，Proteus軟件是英國(guó)Lab

71、center electronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國(guó)內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛(ài)好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開(kāi)發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDA 工具(仿真軟件)，它支持多款編譯器，本設(shè)計(jì)采用Proteus7.8版本，并用Keil4編譯。</p><p

72、><b>　　圖2.9 總電路圖</b></p><p><b>　　軟件設(shè)計(jì)與描述</b></p><p>　　本章將根據(jù)電容測(cè)量?jī)x的工作原理設(shè)計(jì)軟件，并用Keil4編譯，經(jīng)過(guò)調(diào)試后測(cè)試仿真。軟件的設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜繁瑣的過(guò)程，最開(kāi)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(lái)的。本系統(tǒng)的軟件采用C語(yǔ)言設(shè)計(jì)。</p>&

73、lt;p><b>　　軟件設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)的軟件需要完成三個(gè)任務(wù)：</p><p>　　采集555定時(shí)器發(fā)出的頻率。</p><p>　　ST89C52單片機(jī)將頻率大小轉(zhuǎn)化為電容容值。</p><p>　　單片機(jī)將電容容值送由LCD1602液晶顯示器數(shù)字顯示。</p>&l

74、t;p>　　超出量程或錯(cuò)誤操作時(shí)能夠提示錯(cuò)誤。</p><p>　　軟件的基本思路與原理</p><p>　　按照上述要求，我們可以逐一擬定軟件程序設(shè)計(jì)的基本思路。</p><p>　　要采集555定時(shí)器發(fā)出的方波頻率，可以采用單片機(jī)的定時(shí)計(jì)數(shù)器，配合中斷來(lái)完成。80C51單片機(jī)內(nèi)部有兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0和T1，其核心是計(jì)數(shù)器，基本功能是加1。對(duì)外部事件脈沖（

75、下降沿）計(jì)數(shù)，是計(jì)數(shù)器；對(duì)片內(nèi)機(jī)周脈沖計(jì)數(shù)，是定時(shí)器。我們使用定時(shí)器定時(shí)一秒鐘，計(jì)數(shù)器在此期間內(nèi)增加的數(shù)值就是555多諧振蕩器方波的大小。</p><p>　　但測(cè)量頻率時(shí)需要注意一點(diǎn)，定時(shí)/計(jì)數(shù)器作為計(jì)數(shù)器時(shí)，外部事件脈沖必須從規(guī)定的引腳輸入，且外部脈沖的最高頻率不能超過(guò)時(shí)鐘頻率的1/24。在本設(shè)計(jì)中我們使用12M赫茲的晶振，并用T0做計(jì)數(shù)器，外部脈沖必須從P3.4腳輸入，外部脈沖的最高頻率為0.5MHZ。另外

76、，單片機(jī)計(jì)數(shù)器有三種工作方式，其中計(jì)數(shù)范圍最大的是方式一，最高計(jì)數(shù)范圍為，也即65536，換句話說(shuō)，單片機(jī)能夠測(cè)量的最高頻率是65536HZ。</p><p>　　綜上所述，設(shè)計(jì)時(shí)，必須使555方波發(fā)出的頻率在可測(cè)范圍內(nèi)。</p><p>　　根據(jù)的公式，頻率F與電容C成反比，只要固定前面系數(shù)，電容和頻率的關(guān)系就清晰了。我們假設(shè)0.722/R=a，則有：</p><p&

77、gt;<b>　　（3-1）</b></p><p>　　從公式3-1中不難看出，在電容C>1f時(shí)，系數(shù)a就是頻率F的最大值。單片機(jī)所能測(cè)量的最高頻率是65536HZ，但為了測(cè)量精度著想，F(xiàn)的值必須存在足夠的溢出空間，同時(shí)為了便宜選擇和購(gòu)買(mǎi)電阻，我們選擇a=7220，這樣：</p><p><b>　?。?-2）</b></p>

78、<p>　　在單片機(jī)中，只要計(jì)算出頻率，只要輸入公式3-2的語(yǔ)句即能得到電容容量。在該公式中，不難得出電阻的值就是。</p><p>　　當(dāng)電容C<1f時(shí)，實(shí)際上就是電容的單位變小了，根據(jù)公式3-1，為了不使得頻率的最大值超出測(cè)量上線，電阻需要擴(kuò)大相應(yīng)的倍數(shù)，用以維持a的值保持7220不變。</p><p>　　當(dāng)測(cè)量UF級(jí)別的電阻時(shí)，電容縮小了，電阻需要擴(kuò)大才能維持a

79、不變，此時(shí)電阻；</p><p>　　當(dāng)測(cè)量NF級(jí)別的電阻時(shí)，電容縮小了，電阻需要擴(kuò)大才能維持a不變，此時(shí)電阻； </p><p>　　當(dāng)測(cè)量PF級(jí)別的電阻時(shí)，電容縮小了，電阻需要擴(kuò)大才能維持a不變，此時(shí)電阻。</p><p>　　以上就是本設(shè)計(jì)測(cè)量的三個(gè)檔位，三個(gè)檔位的測(cè)量精度并沒(méi)有發(fā)生變化，但可測(cè)范圍卻是變化了的。顯而易見(jiàn)，只有對(duì)的檔位才能正確測(cè)量相應(yīng)的電容，如

80、果檔位不對(duì)，或者超出量程范圍，程序都會(huì)使LCD顯示ERROR以提示錯(cuò)誤。圖3.1為L(zhǎng)CD顯示的示意圖。</p><p>　　圖3.1 LCD顯示示意圖</p><p><b>　　軟件設(shè)計(jì)流程圖</b></p><p>　　圖3.2 軟件流程圖</p><p>　　該流程圖基本描述了軟件工作的具體過(guò)程，本設(shè)計(jì)的程序源代碼

81、就是根據(jù)這個(gè)流程圖來(lái)設(shè)計(jì)的，源代碼比較復(fù)雜，附在論文附錄之中，根據(jù)需要可以查閱。</p><p><b>　　PCB與實(shí)物制作</b></p><p><b>　　電路圖的繪制</b></p><p>　　電路原理圖的繪制分以下幾個(gè)步驟：</p><p>　　1）在Protel99軟件中先新建一個(gè)文

82、檔，把所需要的元件載入到文檔里面。</p><p>　　2）按照系統(tǒng)電路圖繪制導(dǎo)線，把元件連接好，添加元件編號(hào)及封裝。</p><p>　　3）通過(guò)電氣檢查如果沒(méi)有錯(cuò)誤，那么系統(tǒng)的電路圖就繪制完成。</p><p>　　4）完成電路圖之后需要制作網(wǎng)絡(luò)表，導(dǎo)入PCB，或者直接更新PCB也可。</p><p><b>　　PCB板的制作

83、</b></p><p>　　用Protel99設(shè)計(jì)好PCB板，按照規(guī)則布局并布線，認(rèn)真檢查正確無(wú)誤以后就開(kāi)始制作電路板。其過(guò)程包括打印、轉(zhuǎn)印、蝕刻和鉆孔四個(gè)主要制作工序。個(gè)人制作印制電路板比較復(fù)雜，而且由于手工操作的原因，新手不容易成功?，F(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(xué)們制作好PCB確認(rèn)無(wú)誤后發(fā)到相應(yīng)廠家代為制作，本設(shè)計(jì)的電路板即是廠家代為制作的。</p>&

84、lt;p><b>　　材料清單</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)所用材料并不多，其清單如下：</p><p>　　ST89C52單片機(jī)1片。</p><p>　　555定時(shí)器芯片1片。</p><p>　　LCD1602液晶顯示器1個(gè)。</p><p>　　USB-B型母座1個(gè)。<

85、/p><p>　　5mm發(fā)光二極管5個(gè)。</p><p><b>　　雙刀雙擲開(kāi)關(guān)3個(gè)。</b></p><p>　　按鍵及撥碼開(kāi)關(guān)各1個(gè)。</p><p>　　10K滑動(dòng)變阻器1個(gè)。</p><p>　　15V 100uf電解電容1個(gè)。</p><p>　　12MHZ晶振一個(gè)

86、。</p><p>　　瓷片電容6個(gè)，其中0.1uf4個(gè)，30pf兩個(gè)。</p><p>　　1/2W碳膜電阻10個(gè)，其中100Ω5個(gè)，10K兩個(gè)，18Ω、100K、100M電阻各一個(gè)。</p><p><b>　　元器件的檢測(cè)與安裝</b></p><p>　　在安裝元件前要先認(rèn)識(shí)和檢測(cè)元件，一些常見(jiàn)元件的認(rèn)識(shí)與檢測(cè)如

87、下：</p><p>　　色環(huán)電阻：在此使用的是四個(gè)色環(huán)標(biāo)準(zhǔn)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。</p><p>　　二極管：在此裝置中要用到普通二極管和發(fā)光二極管，在普通二極管中有白色環(huán)標(biāo)志的那頭為負(fù)極。對(duì)于發(fā)光二極管一般引腳長(zhǎng)的那端為正極，引腳短的那端為負(fù)極。</p><p>　　電容：電容在這里用到的是瓷片

88、電容和電解電容，其外圍上面都有標(biāo)記，只需檢測(cè)其好壞。在利用萬(wàn)用表檢測(cè)時(shí)要注意如果為電解電容紅表筆應(yīng)接正極，黑表筆接負(fù)極。對(duì)于2200pF一下的電容用萬(wàn)用表R×10KΩ或R×100KΩ測(cè)量，2200pF以上可以用R×1KΩ或R×100KΩ檔測(cè)量。檔次調(diào)整好了和表筆接好后，觀察萬(wàn)用表指針是否較大的偏轉(zhuǎn)，然后由最大的偏轉(zhuǎn)慢慢的減小至最小值（或零），如果時(shí)上述情況則證明該電容有充、放電的功能，為好電容。如

89、果發(fā)現(xiàn)萬(wàn)用表指針不偏轉(zhuǎn)說(shuō)明該電容開(kāi)路。當(dāng)萬(wàn)用表指針偏轉(zhuǎn)至最大（阻值為零）說(shuō)明該電容已擊穿。不過(guò)，一般對(duì)于新電容是不需檢測(cè)的。</p><p>　　三極管：因本設(shè)計(jì)并未用到三極管，所以略過(guò)。</p><p>　　元器件安裝的基本要求一般包括以下幾方面：</p><p>　　1）保證導(dǎo)通與絕緣的電氣特性，電氣連接的通與斷是安裝的核心這里所說(shuō)的通與斷，不僅是安裝后簡(jiǎn)單的使

90、用萬(wàn)用表測(cè)試的結(jié)果，而且要考慮在振動(dòng)，長(zhǎng)期工作，濕度等自然條件變化的環(huán)境中，都能保證通者恒通，斷者恒斷。</p><p>　　2）保證機(jī)械強(qiáng)度，電子產(chǎn)品在使用過(guò)程中，不可避免的需要運(yùn)輸和搬動(dòng)，會(huì)發(fā)生各種有意或無(wú)意達(dá)到振動(dòng)，沖擊，如果機(jī)械安裝不夠牢固，電氣連接不夠可靠，都有可能因?yàn)榧铀俣鹊乃查g受力使裝置受到損害。</p><p>　　3）保證傳熱的要求，在安裝中，必須考慮某些零部件在傳熱，電

91、磁方面的要求。</p><p>　　4）安裝時(shí)接地與屏蔽要充分利用，接地與屏蔽一是消除外辦對(duì)產(chǎn)品的電磁干擾，二是消除產(chǎn)品對(duì)外辦的電碰干擾，三是減少產(chǎn)品內(nèi)部的相互電磁干擾。</p><p><b>　　元器件的焊接</b></p><p>　　元器件的焊接并不困難，但需要細(xì)心仔細(xì)，防止虛焊漏焊，以及焊壞元件等。焊接操作時(shí)，注意如下五個(gè)步驟：<

92、;/p><p>　　1）準(zhǔn)備施焊，左手拿焊絲，右手握烙鐵，進(jìn)入備焊狀態(tài)，要求烙鐵頭保持干凈，無(wú)焊渣等氧化物，并載表面鍍有一喜憂參半焊錫。</p><p>　　2）加熱焊件，烙鐵頭靠在兩焊伯的連接處，加熱整個(gè)焊件全體，在對(duì)于印制板器件來(lái)說(shuō)，要注意使烙鐵頭同時(shí)接觸焊盤(pán)和元器件的引線。</p><p>　　3）送入焊絲，焊件的焊接面被加熱到一定溫度時(shí)，焊錫絲從烙鐵對(duì)面接觸焊件

93、，注意不要把焊絲送到烙鐵頭上。</p><p>　　4）移開(kāi)焊絲，當(dāng)焊絲熔化一定量后，立即向上45度方向移開(kāi)焊絲。</p><p>　　5）移開(kāi)烙鐵 焊錫浸潤(rùn)焊盤(pán)和焊件的施焊部位以后，向右上45度方向移開(kāi)烙鐵，結(jié)束焊接。</p><p><b>　　系統(tǒng)調(diào)試與分析</b></p><p>　　電源電路是否正常是系統(tǒng)能否正

94、常工作的前提，因此首先對(duì)電源部分進(jìn)行調(diào)試。我們先將電路板上電源電路部分的濾波電容和發(fā)光二極管焊上，然后接上USB插口，接上電源后發(fā)光二極管如果正常發(fā)光，則說(shuō)明電源電路正常。一番調(diào)試之后，很遺憾發(fā)光管并沒(méi)有正常發(fā)光，后來(lái)經(jīng)過(guò)細(xì)心查找，才發(fā)現(xiàn)是畫(huà)PCB圖時(shí)USB母座的幾個(gè)管腳不對(duì)，GND和D-接反，因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)USB只供電，D+、D-均是空腳，所以我將GND和D-兩個(gè)管腳短接在一起，一同作為電源地使用，隨后發(fā)光二極管果然正常發(fā)光，我們用萬(wàn)用表

95、測(cè)的電源電壓是4.8V左右，屬于正常偏差范圍內(nèi)，這些數(shù)據(jù)說(shuō)明電源部分全部工作正常。</p><p>　　LCD1602顯示模塊需要調(diào)背光亮度，這是需要注意的問(wèn)題，元件全部焊接完畢之后我發(fā)現(xiàn)LCD并不正常發(fā)光，起初我以為是背光電源的限流電阻不對(duì)，或者是電路有問(wèn)題，經(jīng)過(guò)反復(fù)排查之后才發(fā)現(xiàn)是VDD、VSS畫(huà)反了，經(jīng)過(guò)調(diào)整之后正常發(fā)光顯示。</p><p>　　555多諧振蕩器可以正常發(fā)出方波，該

96、模塊完好。</p><p>　　本設(shè)計(jì)重在軟件，把每部分的程序整合在一起是關(guān)鍵，經(jīng)過(guò)重復(fù)調(diào)試之后，系統(tǒng)正常工作。</p><p>　　經(jīng)過(guò)以上調(diào)試，系統(tǒng)已基本實(shí)現(xiàn)預(yù)定的功能。至此，整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)總結(jié)</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)是以555多諧振蕩器和ST89C52單片機(jī)為核心

97、，制作一個(gè)能夠測(cè)量在線工作電容的在線電容測(cè)量?jī)x。本次設(shè)計(jì)滿足題目的基本要求和一部分發(fā)揮要求。儀表有性能可靠、電路簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。但是這種把較難測(cè)量的物理量轉(zhuǎn)變成精度較高且較容易測(cè)量的物理量也有不足之處，測(cè)量誤差不小，只能通過(guò)實(shí)際調(diào)試來(lái)盡量減小誤差，無(wú)法消除誤差。另外，測(cè)量過(guò)小電容時(shí)也比較麻煩。</p><p>　　雖然本設(shè)計(jì)完成了設(shè)計(jì)任務(wù)，但無(wú)法得到十分精確的測(cè)量結(jié)果，這主要是有以下幾點(diǎn)原因，555發(fā)出的方波頻率和外

98、接電容之間并非十分精確，其次是外界的干擾對(duì)波形有一定的影響，還有硬件自身也有一部分原因。希望在之后的設(shè)計(jì)之中能夠得到進(jìn)一步解決?？偠灾?，本次設(shè)計(jì)雖然滿足了一部分要求，但也造成了一些缺憾，只能在今后的學(xué)習(xí)生活中不斷學(xué)習(xí)，不斷補(bǔ)充，不斷完善。</p><p>　　回顧此次畢業(yè)，可謂是困難重重。從查閱資料到電路設(shè)計(jì)，從理論學(xué)習(xí)到實(shí)踐總結(jié)，我相當(dāng)于將C語(yǔ)言、單片機(jī)、數(shù)電、電子CAD等課程又重新學(xué)了一變。另外，因?yàn)橐郧皬?/p>

99、未制作過(guò)實(shí)物的原因，在設(shè)計(jì)中還遇到了很多以前不曾遇到的問(wèn)題，我通過(guò)各種各樣的方式，光是老師就打擾了四五位之多，在網(wǎng)絡(luò)上更是尋找專業(yè)論壇提問(wèn)，終于將這些問(wèn)題一一解決。</p><p>　　經(jīng)過(guò)此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我的確學(xué)到很多東西，這不僅鞏固了以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)，更增強(qiáng)了我對(duì)電子設(shè)計(jì)的濃厚興趣。通過(guò)本次實(shí)踐，我認(rèn)識(shí)到自己諸多缺點(diǎn)：時(shí)常粗枝大葉的忽略細(xì)節(jié)，常常自以為自己懂了卻很多東西都不懂。設(shè)計(jì)的初步階段，我是用LED數(shù)碼管

100、來(lái)顯示電容的，后來(lái)經(jīng)過(guò)老師提醒，才發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管不如LCD穩(wěn)定好用，并且無(wú)法顯示提醒字符。我又只好又重新設(shè)計(jì)顯示電路，但我對(duì)LCD的各種指令都忘得差不多，又只好重新找視頻學(xué)習(xí)，重新編寫(xiě)顯示程序；在調(diào)試過(guò)程中，缺少耐性，又不夠細(xì)心。同時(shí)，我也意識(shí)到，自己所學(xué)知識(shí)十分有限，對(duì)已經(jīng)學(xué)過(guò)的知識(shí)理解又不夠深刻，掌握得不夠牢固。</p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計(jì)雖然完成了，但我在設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)了更多需要改進(jìn)、完善的問(wèn)題，在畢業(yè)之后，

101、如果有機(jī)會(huì)，我希望能夠?qū)W習(xí)更多的知識(shí)，更加完善自己。</p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]李瀚蓀主編.電路分析基礎(chǔ)（第四版）上下冊(cè)[M].北京：高等教育出版社，2006.5[2]熊小萍主編.模擬電子技術(shù)[M].哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社，2009.8[3]童詩(shī)白主編.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）[M].北京：高等教育出版社

102、[4]閻石主編.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版/第五版）[M].北京：高等教育出版社[5]金唯香,謝玉梅主編.電子測(cè)試技術(shù)[M].長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)出版社[6]江思敏等編著.Protel電路設(shè)計(jì)教程（第一版/第二版）[M].北京：清華大學(xué)出版社，2002.1[7]龍立欽,周慶國(guó)等編著.電子工藝技術(shù)[M].西南交通大學(xué)出版社[1]S.馬爾金[著]，蔡光起等[譯].磨削技術(shù)理論與應(yīng)用[M].東北大學(xué)出版社, 2002.8.</p>

103、<p>　　[8] 羅民昌主編，集成電路系統(tǒng)，北京：中國(guó)鐵道出版社，1998.9</p><p>　　[9]張毅剛主編，MCS-51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1997.12</p><p>　　[10]申忠如，申淼，譚亞麗主編，MCS-51單片機(jī)原理及系統(tǒng)設(shè)計(jì)，西安：西安交通大學(xué)出版社，2008年3月第1版</p><p>　　[1

104、1]付曉光主編，單片機(jī)原理與使用技術(shù)，北京：清華大學(xué)出版社，2007.11</p><p>　　[12]李桂安主編，電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)及課程設(shè)計(jì)，南京：東南大學(xué)出版社，2008.8</p><p>　　[13]夏繼強(qiáng)主編，單片機(jī)實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教程，北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2001.9</p><p>　　[14]肖洪兵主編，跟我學(xué)用單片機(jī)，北京：北京航空航天大學(xué)出版社，

105、2002.10</p><p>　　[15]申忠如，郭福田，丁暉主編，現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)與系統(tǒng)設(shè)計(jì)，西安：西安交通大學(xué)出版社，2006.2</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　經(jīng)過(guò)三個(gè)多月的忙碌，終于完成了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)其難度、復(fù)雜性、對(duì)設(shè)計(jì)的要求都是以前所不能比擬的。所用的知識(shí)大多數(shù)是以前書(shū)本上的知識(shí)，另外則部分設(shè)

106、計(jì)到課外的一些擴(kuò)展內(nèi)容，需要自己通過(guò)其他途徑獲取信息。</p><p>　　在此，我想我需要感謝一些在設(shè)計(jì)中無(wú)私幫助我的老師。首先要感謝的是我的指導(dǎo)老師**老師，老師在設(shè)計(jì)過(guò)程中不斷提出一些建議，督促我按照進(jìn)度完成設(shè)計(jì)，對(duì)我的幫助極大。**老師無(wú)論在理論上還是實(shí)踐中都給予我有很大的幫助，使我得到不少的提高，這對(duì)于我以后的工作和學(xué)習(xí)都有一種很大的幫助，感謝她耐心的輔導(dǎo)。</p><p>　　

107、另外，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我先后資訊過(guò)**老師許多問(wèn)題，有些是專門(mén)找上門(mén)詢問(wèn)的，有些則是恰逢其會(huì)，老師們都十分耐心地為我解答，在這里非常感謝各位老師的耐心。</p><p>　　另外，在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，一些同學(xué)和網(wǎng)絡(luò)論壇上的熱心人士同樣給了我不少的幫助，解決了不少的難題。在此，我由衷的感謝他們。</p><p><b>　　附錄A 程序源代碼</b></p>

108、<p>　　#include <reg51.h></p><p>　　#include<intrins.h>//庫(kù)函數(shù)</p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　#define DB

109、P1</p><p>　　sbit UF=P2^3;</p><p>　　sbit NF=P2^4;</p><p>　　sbit PF=P2^5;</p><p>　　sbit R=P3^0;</p><p>　　sbit RS=P2^2; </p><p>　　sbit RW=P2^1;&l

110、t;/p><p>　　sbit E=P2^0;</p><p><b>　　uint C;</b></p><p><b>　　uint F;</b></p><p>　　uchar tt=0;</p><p>　　uchar flag=1;</p><p&g

111、t;　　uchar error[]="ERROR!";</p><p>　　uchar test[]="TESTING...";</p><p>　　uchar u[]="uf";</p><p>　　uchar n[]="nf";</p><p>　　uchar

112、 p[]="pf";</p><p>　　//******************延時(shí)程序*************// </p><p>　　void delay(char a)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　int i;</b><