電容測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)說明書

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上單片機(jī)技術(shù)課程設(shè)計(jì)說明書 電容測(cè)量?jī)x 學(xué) 院： 電氣與信息工程學(xué)院 學(xué)生姓名： 唐慧 指導(dǎo)教師： 王韌 職稱 副教授 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 電氣1301班 學(xué) 號(hào)： 完成時(shí)間： 2016年06月 專心-專注-專業(yè)湖南工學(xué)院?jiǎn)纹瑱C(jī)技術(shù)課程設(shè)計(jì)課題任務(wù)書學(xué)院：電氣與信息工程學(xué)院 專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化指導(dǎo)教師王韌學(xué)生姓名唐慧課題名稱電容測(cè)量?jī)x內(nèi)容及任務(wù)一、設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的電容測(cè)量?jī)x。二、設(shè)計(jì)內(nèi)容1、電容測(cè)量?jī)x的硬件系統(tǒng)（1）、單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊（2）、供電模塊（3）、顯示模塊（4）、外圍測(cè)量電路2、電容測(cè)量?jī)x的軟件系統(tǒng)（1）、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器

2、程序模塊（2）、顯示程序模塊（3）、按鍵處理程序模塊（4）、控制與計(jì)算程序模塊三、設(shè)計(jì)要求電容測(cè)量?jī)x上電或按鍵復(fù)位后能自動(dòng)顯示系統(tǒng)提示符“S.”或其它開啟標(biāo)示符，進(jìn)入準(zhǔn)備工作狀態(tài)。電容測(cè)量?jī)x可通過LCD1602液晶屏或數(shù)碼管來(lái)顯示當(dāng)前測(cè)量值；當(dāng)把待測(cè)的元件插上測(cè)試端子后，按下按鍵即開始進(jìn)行相應(yīng)測(cè)量。主要參考資料1李廣弟.單片機(jī)基礎(chǔ)M.第3版.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003.6.2李全利.單片機(jī)原理及應(yīng)用（C51編程）M.北京：高等教育出版社，2012.12.3馬忠梅.單片機(jī)的C語(yǔ)言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)M.第4版.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003.6. 4李光飛.單片機(jī)C程序設(shè)計(jì)指導(dǎo)M.北

3、京:北京航空航天大學(xué)出版社，2003.01.5李光飛.單片機(jī)課程設(shè)計(jì)實(shí)例指導(dǎo)M.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2004.9.教研室意見 教研室主任：（簽字）年 月 日摘 要當(dāng)前現(xiàn)代化電子市場(chǎng)正朝著快速及便利同時(shí)大容量的方向發(fā)展，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎能運(yùn)用到社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中，有力的推動(dòng)了社會(huì)現(xiàn)代化的發(fā)展。同時(shí)，電子產(chǎn)品也被要求以更快速度的升級(jí)和更快速的處理。在電容測(cè)量?jī)x系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中，以AT89S52單片機(jī)為核心，使用對(duì)應(yīng)的振蕩電路轉(zhuǎn)化為頻率實(shí)現(xiàn)參數(shù)的測(cè)量。電容是采用555多諧振蕩電路產(chǎn)生的，將振蕩頻率送入AT89S52的計(jì)數(shù)端端口，通過定時(shí)并且計(jì)數(shù)可以計(jì)算出被測(cè)頻率，再通過該頻率計(jì)算出被測(cè)參數(shù)，

4、最后通過數(shù)碼管顯示測(cè)量值。在電容測(cè)量?jī)x系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中，使用C語(yǔ)言編程編寫了運(yùn)行程序；包括主程序模塊、顯示模塊、電容測(cè)試模塊。同樣，在維修人員在對(duì)電子產(chǎn)品的維修中，電路的檢測(cè)是最基本的，有時(shí)需要檢測(cè)電路中各個(gè)部件是否工作正常，電容器是否工作正常。做出實(shí)物，通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試，結(jié)果表明電容測(cè)量?jī)x樣機(jī)的功能和指標(biāo)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。 關(guān)鍵詞：555多諧振蕩電路；單片機(jī)；三位數(shù)碼管目 錄 9 3363451 緒論 1.1 電容測(cè)量?jī)x研究意義近年來(lái)，測(cè)試儀器行業(yè)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(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，

5、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30%以上的速度在快速增長(zhǎng)。在此快速增長(zhǎng)的過程中，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。由于測(cè)量電容方法多并具有一定的復(fù)雜性，所以電容測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)是在參考555定時(shí)器基礎(chǔ)上擬定的一套自己的設(shè)計(jì)方案。是嘗試用555定時(shí)器將被測(cè)參數(shù)轉(zhuǎn)化為頻率，這里將電容的測(cè)量電路產(chǎn)生的頻率送入AT89S52

6、的計(jì)數(shù)端端口，通過定時(shí)并且計(jì)數(shù)可以計(jì)算出被測(cè)頻率再通過該頻率計(jì)算出各個(gè)參數(shù)。1.2 實(shí)現(xiàn)功能（1） 電容測(cè)量?jī)x在接入穩(wěn)壓電源后能顯示初始化狀態(tài)。（2） 電容測(cè)量?jī)x進(jìn)入待測(cè)量狀態(tài)。（3） 接入被測(cè)量電容后三位數(shù)碼管顯示測(cè)量數(shù)據(jù)。（4） 按復(fù)位鍵可以進(jìn)行重新測(cè)量。1.3 總體方案介紹電容測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)思想是把電容C通過RC振蕩轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)f，這樣就把模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，然后送入核心進(jìn)行計(jì)數(shù)后再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和運(yùn)算求出被測(cè)電容的值，并送顯示器顯示。首先設(shè)計(jì)RC振蕩電路，接入被測(cè)電容后，由555定時(shí)器構(gòu)成振蕩器產(chǎn)生方波。然后，把此脈沖信號(hào)通過接口傳到AT89S52單片機(jī)上，對(duì)此脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，通過軟

7、件編程，使之轉(zhuǎn)換成電容值，最后由三位數(shù)碼管顯示電容值。系統(tǒng)主要由測(cè)量電路和控制電路兩部分組成。測(cè)量電路主要用于產(chǎn)生RC振蕩頻率f，而控制電路則用于對(duì)所產(chǎn)生的振蕩頻率進(jìn)行計(jì)數(shù)處理控制并送顯示等。系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖1.4 工作原理說明（1）測(cè)量部分測(cè)量部分的功能是把電容C通過RC振蕩轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)f，這樣就把模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量。設(shè)計(jì)中RC振蕩是利用555定時(shí)器的振蕩電路產(chǎn)生的。由于555內(nèi)部的比較器靈敏度較高，而且采用差分電路形式，它的振蕩頻率受電源電壓和溫度變化的影響很小，故能保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。通過AT89S52單片機(jī)的I/O口自動(dòng)識(shí)別，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量。 （2）控制部分

8、控制部分以AT89S52單片機(jī)為核心，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。設(shè)計(jì)中采用三位數(shù)碼管構(gòu)成顯示器，直觀易懂，操作簡(jiǎn)單，且能降低功耗。2 電容測(cè)量?jī)x硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 AT89S52單片機(jī)簡(jiǎn)介 以AT89S52單片機(jī)為控制核心，外擴(kuò)外圍電路，完成頻率計(jì)所需要的外圍電路。顯示電路，鍵盤輸入電路，復(fù)位電路等。AT89S52單片機(jī)內(nèi)部配以基本單元：即三個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器、5個(gè)中斷源?？捎删幊虂?lái)實(shí)現(xiàn)根據(jù)定時(shí)、計(jì)數(shù)時(shí)計(jì)數(shù)溢出而產(chǎn)生的中斷申請(qǐng)信號(hào)中斷功能，并由三位數(shù)碼管對(duì)被測(cè)值進(jìn)行顯示。AT89S52系列單片機(jī)，具有反應(yīng)速度極快，工作效率特高的特點(diǎn)。 AT89S52

9、單片機(jī)的基本特點(diǎn)是低功耗、高性能，片內(nèi)由4KB可編程/擦除只讀存儲(chǔ)器的8位COMS微控制器組成，通過結(jié)合高密度、非易失存儲(chǔ)技術(shù)來(lái)保證單片機(jī)引腳與相應(yīng)指令系統(tǒng)的高兼容度。由于芯片里FLASH的存在，因此可以通過通用的非易失存儲(chǔ)編程器實(shí)現(xiàn)在線編程以及重復(fù)編程等功能。在通常情況下，當(dāng)系統(tǒng)掉電時(shí)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的內(nèi)容立即會(huì)被保存下來(lái)，而此時(shí)單片機(jī)其他一切都會(huì)停止工作，直到產(chǎn)生下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位信號(hào)整個(gè)系統(tǒng)才會(huì)重新開始工作。AT89S52的內(nèi)部特點(diǎn)：具有40個(gè)引腳、8K片內(nèi)程序存儲(chǔ)器空間、256B的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，32個(gè)外部雙向輸入/輸出I/O口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)2層中斷嵌套中斷，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)

10、數(shù)器,2個(gè)看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。AT89S52引腳圖如圖2所示。圖2 AT89S52引腳圖2.2 電源電路電源電路是給數(shù)字頻率計(jì)提供電源，此電路包括一個(gè)輸入220V輸出為15V的變壓器，一個(gè)六腳開關(guān)，一個(gè)發(fā)光二極管、電容、電阻、導(dǎo)線組成。其中根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值可取C1=2200µF,C2=470µF,C3=C4=0.1µF,R1=300，其中C1與C3組成濾波結(jié)構(gòu)，具有濾波作用，發(fā)光二極管的作用主要是：運(yùn)用二極管的單向?qū)щ娞匦詠?lái)提示電源是否接通或觀察電源是否一直保持通電正常、穩(wěn)定，并且300的電阻與二極管串聯(lián)，其作用是保護(hù)二極管不會(huì)因?yàn)殡娏魍蝗蛔兇蠖粺龎?/p>

11、。本電路采用的是+5V直流穩(wěn)壓電源對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行供電。如圖3所示。圖3 電源電路2.3 復(fù)位電路復(fù)位電路的作用是按下復(fù)位鍵可以使顯示界面回到最開始的地方。課程設(shè)計(jì)按鍵復(fù)位電路由兩個(gè)電阻一個(gè)電容和一個(gè)按鍵組成，大小分別為22µF，1K，200，1K電阻一端接電源，另一端接電容的正極接到單片機(jī)的復(fù)位引腳，200電阻按鍵串聯(lián)后與22µF電容并聯(lián)，當(dāng)按鍵按下時(shí)，200電阻與VCC直接相連，和1K電阻產(chǎn)生分壓，在RST產(chǎn)生復(fù)位所需的高電平。當(dāng)按鍵松開的，VCC給電容充電，RST仍為高電平，而當(dāng)電容充電完成后，相當(dāng)于短路，則為低電平，正常工作。復(fù)位電路如圖4所示。圖4 復(fù)位電路2.4

12、晶振電路晶振電路的作用是產(chǎn)生單片機(jī)所必須的時(shí)鐘頻率。單片機(jī)工作所需的同步時(shí)鐘信號(hào)由由以下兩種方法獲得，第一：由單片機(jī)片內(nèi)時(shí)鐘電路結(jié)合外部晶振、電容產(chǎn)生；第二：直接從單片機(jī)外部引入脈沖信號(hào)。設(shè)計(jì)中用第一方法，有石英晶體和微調(diào)電容（一般取值30pF左右）組成，石英晶體產(chǎn)生震蕩，單片機(jī)振蕩電路產(chǎn)生的脈沖信號(hào)稱振蕩信號(hào)，它的頻率等于石英晶體的振蕩頻率（fosc）,簡(jiǎn)稱晶振頻率，振蕩脈沖信號(hào)還不是單片機(jī)工作所需的時(shí)鐘信號(hào)，時(shí)鐘信號(hào)必須由振蕩脈沖信號(hào)經(jīng)單片機(jī)片內(nèi)時(shí)鐘電路的處理后才能產(chǎn)生。課程設(shè)計(jì)晶振電路主要由振蕩電路和分頻電路組成。其中振蕩電路由高增益反相器以及并聯(lián)外接的石英晶體和電容構(gòu)成產(chǎn)生振蕩脈沖。而

13、分頻電路則用于把振蕩脈沖分頻，已得到所需的時(shí)鐘信號(hào)。振蕩電路由單片機(jī)芯片的XTAL1端輸入，XTAL2端輸出。此時(shí)同時(shí)并接一個(gè)石英晶體振蕩器以及兩個(gè)33pF電容。而AT89S52中自帶有分頻電路所以不需要外接電路對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行分頻。晶振頻率是12MHz。如圖5所示。圖5 晶振電路2.5 下載電路由于AT89S52支持flash在線寫入、擦除，所以下載電路是必不可少的部分。由下載口進(jìn)行單片機(jī)與電腦的連接。并有下載電路產(chǎn)生電源提供給單片機(jī)工作。主要是USB下載口（ISP）構(gòu)成，1腳接P1.5；3腳接RET；4腳接P1.7；5腳接P1.6；6腳接VCC，7、8、9、10腳接GND；。通過下載口實(shí)現(xiàn)計(jì)

14、算機(jī)與單片機(jī)的通信。如圖6所示。圖6 下載電路2.6 數(shù)碼管顯示電路三位數(shù)碼管是由發(fā)光的二極管顯示字段組成的。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中使用最多的就是七段LED數(shù)碼管，有共陰極和共陽(yáng)極兩種。共陽(yáng)極的LED數(shù)碼管顯示器的公共端為發(fā)光二極管的陽(yáng)極，通常接+5V電源，當(dāng)發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮。電容測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)中采用的是3位七段共陽(yáng)極數(shù)碼管顯示器，一共具有12個(gè)引腳，4個(gè)位選端，8個(gè)字選端。單片機(jī)與數(shù)碼管模塊連接圖如圖7所示。圖7 顯示電路設(shè)計(jì)2.7 RC振蕩電路建立振蕩，就是要使電路自激，從而產(chǎn)生持續(xù)的振蕩，由直流電變?yōu)榻涣麟?，?duì)于RC振蕩電路來(lái)說，直流電源即是能源，自激的因素是微弱的信號(hào)

15、經(jīng)過放大，通過正反饋的選頻網(wǎng)絡(luò)，使輸出幅度越來(lái)越大，最后受電路中非線性元件的限制，使振蕩幅度自動(dòng)地穩(wěn)定下來(lái)，為此采用555定時(shí)器來(lái)產(chǎn)生RC振蕩頻率。2.7.1 555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)器和多諧定時(shí)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8所示，管腳排列如圖9所示。圖8 555定時(shí)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖9 555

16、管腳排列圖(2) 多諧定時(shí)器工作原理由555定時(shí)器組成的多諧定時(shí)器如圖10所示，其中R1、R2和電容C為外接元件。其工作波如圖11所示。圖10 定時(shí)器工作原理圖11 多諧振蕩器工作波形圖設(shè)電容的初始電壓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<1/3Vcc比較器N1輸出為高電平，N2輸出為低電平，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)=0，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充電，uc逐漸升高。當(dāng)uc上升到1/3Vcc時(shí)，N2輸出由0翻轉(zhuǎn)為1，這時(shí)=1，R-S觸發(fā)順保持狀態(tài)不變。所以0&

17、lt;t<t1期間，定時(shí)器輸出u0為高電平1。t=t2時(shí)刻，uc上升到2/3Vcc，比較器N1的輸出由1變?yōu)?，這時(shí)=0，=1，R-S觸發(fā)器復(fù)0，定時(shí)器輸出u0=0。t1<t<t2期間，=1，放電三極管T導(dǎo)通，電容C通過R2放電。uc按指數(shù)規(guī)律下降,當(dāng)uc<2/3Vcc比較器N1輸出由0變?yōu)?，R-S觸發(fā)器的=1，Q的狀態(tài)不變，u0的狀態(tài)仍為低電平。t=t2時(shí)刻，uc下降到1/3Vcc，比較器N2輸出由1變?yōu)?，R-S觸發(fā)器的=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)上述過程。通過上述分析可知，電容充電時(shí)，定時(shí)器輸出u0=1，電容放電時(shí)

18、，u0=0，電容不斷地進(jìn)行充、放電，輸出端便獲得矩形波。多諧定時(shí)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)榫匦尾ㄐ问降碾娔堋?3)振蕩周期由圖(11)可知，振蕩周期。T1為電容充電時(shí)間，T2為電容放電時(shí)間。充電時(shí)間： 放電時(shí)間： 矩形波的振蕩周期： 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（10）所示電路輸出矩形波的占空比： 2.7.2 RC振蕩電路的設(shè)計(jì)電容測(cè)試儀的設(shè)計(jì)采用的“脈沖計(jì)數(shù)法”，就利用了555芯片產(chǎn)生多諧振蕩這一原理來(lái)設(shè)計(jì)的。由555芯片構(gòu)成的多諧振蕩電路，通過計(jì)算振蕩

19、輸出的頻率來(lái)計(jì)算被測(cè)電容的大小。RC振蕩電路輸出的是矩形波脈沖，振蕩器的輸出口要接到AT89S52單片機(jī)的輸入引腳P3.5。這是因?yàn)門0設(shè)置為定時(shí)器，計(jì)內(nèi)部脈沖，ATC89S52單片機(jī)設(shè)置為計(jì)數(shù)器計(jì)外部脈沖。電路原理圖如圖12所示。 圖12 RC振蕩電路接通電源后，C2、CX被充電，A點(diǎn)電壓VC上升。當(dāng)VC上升到2/3Vcc時(shí)，觸發(fā)器被復(fù)位，同時(shí)555芯片內(nèi)部放電三極管導(dǎo)通，此時(shí)V0為低電平。C2、CX通過R2和放電三極管放電，使VC下降。當(dāng)VC下降到1/3Vcc時(shí)，觸發(fā)器又被置位，V0翻轉(zhuǎn)為高電平。C2、CX放電所需的時(shí)間為： 式中：當(dāng)放電結(jié)束時(shí)，放電三極管截止，VCC通過R1、R2向CX充

20、電，V由1/3Vcc上升到2/3Vcc所需的時(shí)間為： 當(dāng)VC上升到2/3VCC時(shí)，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，如此周而復(fù)始，在輸出端得到一個(gè)周期性的方波，其頻率為： 根據(jù)555多諧振蕩器頻率計(jì)算公式及電容串聯(lián)計(jì)算公式可推出： 整理得： 由上式可知，當(dāng)電路設(shè)計(jì)完成后，所有參數(shù)除頻率f外均為定值，且f隨CX的變化而唯一改變。當(dāng)電容較小時(shí)，脈沖頻率之間相差上百甚至上千，電路中的電阻應(yīng)做相應(yīng)的調(diào)整。記錄一秒鐘內(nèi)脈沖的數(shù)量，由查表可得到相對(duì)應(yīng)的電容值。鍵盤電路的作用是給單片機(jī)系統(tǒng)提供輸入信號(hào)。2.8 電路原理圖 電路原理圖見附錄A2.9 實(shí)物圖 實(shí)物圖見附錄B2.10 元器件清單 元器件清單見附錄C3 電容測(cè)量?jī)x軟件系

21、統(tǒng)設(shè)計(jì)電容測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)運(yùn)用C語(yǔ)言編來(lái)編寫課題程序，它由主程序、數(shù)碼管顯示子程序、按鍵控制子程序、頻率測(cè)量子程序等模塊組成。同時(shí)，軟件系統(tǒng)都給出了較為詳細(xì)的流程圖。3.1 單片機(jī)片外資源 P1：數(shù)據(jù)傳輸； P0：控制數(shù)碼管的位選； P2：控制數(shù)碼管的段選； 定時(shí)器T0，計(jì)數(shù)器T1。3.2 主程序流程圖主程序流程圖如圖13所示。圖13 主程序流程圖3.3 數(shù)碼管顯示模塊單片機(jī)P0口分別控制數(shù)碼管的位選。a-g為數(shù)碼管的8位字?jǐn)?shù)據(jù)線，分別與AT89S52單片機(jī)的P1.0-P1.7相連，用于傳輸數(shù)據(jù)。相關(guān)程序流程圖如圖10所示，詳細(xì)程序見附錄D圖14 數(shù)碼管顯示流程圖3.4 按鍵程序模塊當(dāng)有操作按鍵按下

22、時(shí)，單片機(jī)首先會(huì)先判斷鍵值，然后依據(jù)判斷出的鍵值來(lái)執(zhí)行相應(yīng)的鍵功能程序。相關(guān)程序流程圖如圖15所示。圖15 按鍵程序流程圖3.5 頻率測(cè)量模塊設(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)生的脈沖頻率的測(cè)量，再通過對(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)量的原理如圖16所示。圖16 測(cè)頻率原理圖示 說明：圖16中t1時(shí)刻檢測(cè)到高電平開定時(shí)器1，開始計(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)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)開定時(shí)器開始計(jì)數(shù)，然后檢測(cè)低電平，當(dāng)

23、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)過數(shù)據(jù)處理便得到輸入信號(hào)的頻率。相關(guān)程序流程圖如圖17所示。圖17 頻率測(cè)量流程圖3.6 系統(tǒng)程序清單課題軟件系統(tǒng)程序清單見附錄D。4 設(shè)計(jì)結(jié)果及誤差分析4.1 電容測(cè)量?jī)x使用說明電容測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)能測(cè)量0999nF的電容值。當(dāng)接入0999nF量程范圍內(nèi)的電容時(shí)，能通過三位數(shù)碼管顯示電容值；當(dāng)超過量程時(shí)，發(fā)光二極管亮燈。按下復(fù)位鍵時(shí)，可以重新測(cè)量電容值。4.2 電容測(cè)量?jī)x調(diào)試結(jié)果 （1）當(dāng)接通12V穩(wěn)壓電源

24、后，電容測(cè)量?jī)x顯示的是初始化狀態(tài)如圖18所示。圖18 電容測(cè)量?jī)x初始換狀態(tài) （2）當(dāng)接上330nF的334電容時(shí)，測(cè)得電容值為405nF，電容測(cè)量?jī)x的工作狀態(tài)如圖19所示。圖19 電容測(cè)量?jī)x工作狀態(tài)4.3 電容測(cè)量?jī)x誤差分析由圖19可知，被測(cè)電容已知是334電容，電容值為330nF。通過該電容測(cè)量?jī)x測(cè)得電容值為405nF，所以測(cè)量相對(duì)誤差為22.7%?？梢姕y(cè)小電容誤差較小，實(shí)際測(cè)量較大電容時(shí)誤差會(huì)隨之加大，引起誤差的原因有如下幾點(diǎn)： （1）首先單片機(jī)對(duì)于脈沖寬度的測(cè)量精確度有限 （2）外界的干擾對(duì)波形有一定的影響 （3）所選取的元器件精度不夠，造成了一定的誤差4.4 設(shè)計(jì)結(jié)論 由以上結(jié)果可知：

25、電容測(cè)量?jī)x接入穩(wěn)壓電源后，能夠測(cè)量電容，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。4.5 設(shè)計(jì)體會(huì)通過做電容測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)，在知識(shí)層面上，學(xué)得了很多新知識(shí)以及解決問題的新方法。在實(shí)踐方面，提高了動(dòng)手能力，提高了解決實(shí)際問題的能力等等。在思想上，更加明白的堅(jiān)持不懈的重要性，學(xué)習(xí)探索的重要性，實(shí)踐動(dòng)手的重要性。課程設(shè)計(jì)是大學(xué)非常重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，通過課程設(shè)計(jì)學(xué)生能夠了解到一些實(shí)際與理論之間的差異。通過課程設(shè)計(jì)不僅可以鞏固專業(yè)知識(shí)，為以后的工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，而其還可以培養(yǎng)和熟練使用資料，運(yùn)用工具書的能力，把所學(xué)的課本知識(shí)與實(shí)踐結(jié)合起來(lái)。課程設(shè)計(jì)是知識(shí)和實(shí)踐的結(jié)合，提高了學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，同時(shí)也是我們動(dòng)手能增強(qiáng)的體現(xiàn)過程，所以作為

26、學(xué)生一定要切實(shí)完成課程設(shè)計(jì)。結(jié)束語(yǔ) 在王老師的悉心指導(dǎo)下，通過一段時(shí)間的學(xué)習(xí)和探索，進(jìn)一步熟悉、了解了單片機(jī)相關(guān)知識(shí)，重新溫習(xí)了C語(yǔ)言編程和數(shù)字電子技術(shù)。電容測(cè)量?jī)x是采用以AT89S52為核心，輔以多諧振蕩電路、三位數(shù)碼管、復(fù)位電路等，來(lái)實(shí)現(xiàn)電容值的測(cè)量。實(shí)現(xiàn)了智能化運(yùn)行，高效設(shè)計(jì)，方便快捷，運(yùn)行平穩(wěn)、可靠，易于維護(hù)，相關(guān)配備功能齊全。整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)明、使用芯片較少、控制、實(shí)現(xiàn)精度高。同時(shí)，盡量減小了PCB版所占用的面積大?。怀杀?、消耗低。盡管達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，但其中仍然存在著很多需要改進(jìn)的地方。作品實(shí)測(cè)中，測(cè)量電容值有一定的誤差，而且電容值越大時(shí)誤差越大，該誤差則是來(lái)源于振蕩電路產(chǎn)生的頻率和單

27、片機(jī)程序上的誤差。希望在之后的設(shè)計(jì)之中能夠得到進(jìn)一步解決。在人機(jī)交換方面，顯示部分可以改用顯示效果更好的液晶屏顯示，使系統(tǒng)工作狀態(tài)和數(shù)據(jù)顯示更加清晰、更加人性化。該電容測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)的硬件電路圖簡(jiǎn)單,可降低生產(chǎn)成本。采用單片機(jī)可提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性,縮小系統(tǒng)的體積,調(diào)試和維護(hù)方便，而且以AT89S52單片機(jī)最小系統(tǒng)為核心的設(shè)計(jì)能夠滿足了整個(gè)系統(tǒng)的工作需求，555定時(shí)器實(shí)現(xiàn)了被測(cè)電容參數(shù)的頻率化，將被測(cè)電容的頻率信號(hào)送入單片機(jī)計(jì)數(shù)，再經(jīng)過顯示電路顯示被測(cè)參數(shù)的測(cè)量值，運(yùn)行程序用C語(yǔ)言編程，經(jīng)過不斷測(cè)試，電容測(cè)量?jī)x系統(tǒng)各個(gè)模塊都能正常工作，成功實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的要求。參考文獻(xiàn)1李廣弟.單片機(jī)基礎(chǔ)M.第3

28、版.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003.6.2李全利.單片機(jī)原理及應(yīng)用（C51編程）M.北京：高等教育出版社，2012.12.3馬忠梅.單片機(jī)的C語(yǔ)言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)M.第4版.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003.6. 4李光飛.單片機(jī)C程序設(shè)計(jì)指導(dǎo)M.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2003.01.5李光飛.單片機(jī)課程設(shè)計(jì)實(shí)例指導(dǎo)M.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2004.9.6郭天祥.51單片機(jī)C語(yǔ)言教程M.北京：電子工業(yè)出版社，2009.6.致 謝經(jīng)歷了一段時(shí)間的學(xué)習(xí)，在王老師的悉心指導(dǎo)下，我通過自己的努力完成了電容測(cè)量?jī)x的課程設(shè)計(jì)。在這里，我由衷的感謝王老師的悉心指導(dǎo)，在本次課程設(shè)計(jì)

29、中王老師拓寬了我對(duì)單片機(jī)知識(shí)層面的理解，深入淺出的講解給予了我很大的幫助，讓我對(duì)相關(guān)單片機(jī)的理論知識(shí)更加深入了解，使得我在實(shí)際設(shè)計(jì)中逐漸將把自己所學(xué)的理論知識(shí)靈活應(yīng)用于課程設(shè)計(jì)之中，嚴(yán)格的設(shè)計(jì)要求讓我的課本知識(shí)通過實(shí)踐得到了極大地升華，大大提升了我的實(shí)踐動(dòng)手能力、編程能力。王老師淵博的專業(yè)知識(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，精益求精的工作作風(fēng)，誨人不倦的高尚師德，以及平易近人的人格魅力對(duì)我影響深遠(yuǎn)。在此，謹(jǐn)向王老師致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意。其次我也非常感謝我的室友提供的無(wú)私幫助，他們無(wú)數(shù)次的爭(zhēng)論和探討使我的工作有了長(zhǎng)足的進(jìn)展。祝愿王老師工作順利，同學(xué)們學(xué)業(yè)有成！附 錄附錄A 電路原理圖 附錄B 電路實(shí)物圖

30、附錄C 元器件清單名稱規(guī)格數(shù)量 變壓器15V×21 散熱片 1 整流橋 2W101 電容 2200µF1 電容 100µF1 電容 470µF1 電容 3.3µF1 電容 1nF1 電容 33pF2 電容 0.1µF3 電阻 3.9K1 電阻 10K2 電阻 1K13 電阻 3001 芯片 NE5551 芯片 AT89S521 芯片 LM78051 下載口 1 晶振 12M1 按鍵 1 六角開關(guān) 1 三位數(shù)碼管 0.1F1 發(fā)光二極管 1 三極管 2N39063附錄D 程序清單/*程 序 名：電容測(cè)量?jī)x程序編 寫 者：唐慧指導(dǎo)老師：王

31、韌 時(shí) 間：2016.06.20班 級(jí)：電氣本1301班功 能：測(cè)量電容 型 號(hào)：AT89S52 使用晶振為12MHz*/#include"reg51.h"#include<string.h>#include<intrins.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned int/*0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F*/ Unsigne char code dispcode=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x9

32、0,0x88,0x83,0xC6,0xA1,0x86,0x8E;sbit A1 = P02;sbit A2 = P03;sbit A3 = P04;sbit LED=P26; unsigned char I=0;unsigned int T0count=0; unsigned char T0FLAG=0; unsigned char T4S=0;unsigned char T4Scount=0;bit flag=0; unsigned char Pulse_FLAG=1;/電容- float CZ=0; float CX=0; unsigned long x;unsigned int Pulsenum;/脈沖個(gè)數(shù)/*定義全局變量*/unsigned int VCC_dat = 0x00; unsigned char dat = 0x00; /AD值unsigned char Tdat = 0x00; /設(shè)定值unsigned char temp5;unsigned char count = 0x00; /定時(shí)器計(jì)數(shù)/*函數(shù)功能：延時(shí)ms入口參數(shù)：MS返 回：null備 注：null*/void DelayMs(uint Ms) unsigned char i,j; do fo