電容電感測(cè)量?jī)x

《單片機(jī)技術(shù)》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書電容電感測(cè)量?jī)x學(xué)院：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：職稱專業(yè)：班級(jí)：學(xué)號(hào)：完成時(shí)間：摘要隨著電子工業(yè)的高速發(fā)展，電子元器件的需求增加，電子元器件的適用范圍亦越來(lái)越廣泛。在生活應(yīng)用中我們常常要測(cè)定電容、電感的大小。因此，設(shè)計(jì)一種安全、便捷的電容電感測(cè)量?jī)x具有很大的現(xiàn)實(shí)必要性。該電容電感測(cè)量?jī)x以AT89S52單片機(jī)控制核心，通過測(cè)量頻率來(lái)間接測(cè)量電容、電感，并對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)和測(cè)試結(jié)果進(jìn)行保存記錄。該電容電感測(cè)量?jī)x是通過LCD1602液晶顯示屏來(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。本設(shè)計(jì)測(cè)量精度相對(duì)較高，且性能穩(wěn)定，是一款操作簡(jiǎn)單、具有記憶功能的智能化電容電感測(cè)量?jī)x。電容電感測(cè)量?jī)x具有測(cè)量工作量小、快捷簡(jiǎn)便、性能穩(wěn)定、測(cè)量準(zhǔn)確、故障檢出率高等特點(diǎn)。它解決了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量單個(gè)電容器需要拆除連接線、測(cè)量電抗器的電感、電容表輸出電壓低導(dǎo)致故障檢出率低等問題，為推動(dòng)電子工業(yè)的發(fā)展做了一定的貢獻(xiàn)。關(guān)鍵詞：電容電感測(cè)量?jī)x；AT89S52；LCD1602目錄1緒論………………11.1課題的背景及意義…………11.2電容電感測(cè)量?jī)x的發(fā)展現(xiàn)狀………………11.3設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容……………12系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)……………………32.1設(shè)計(jì)思想……………………32.2系統(tǒng)總體框圖……………33硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)…………………53.1主要元器件介紹……………53.1.1AT89S52單片機(jī)…………………53.1.2LCD1602液晶顯示屏……………93.1.3LM339電壓比較器………………93.1.4LM7805穩(wěn)壓塊…………………103.2硬件單元電路的設(shè)計(jì)……………………113.2.1AT89S52單片機(jī)最小系統(tǒng)……113.2.2測(cè)量電路………133.2.3下載電路………133.2.4顯示電路………144軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)………………154.1軟件設(shè)計(jì)的描述…………154.2系統(tǒng)軟件的程序設(shè)計(jì)……………………154.2.1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器模塊……………154.2.2液晶顯示模塊…………………164.2.3按鍵處理程序模塊……………164.2.4電容電感計(jì)算程序模塊………174.2.5主程序流程圖…………………175系統(tǒng)測(cè)試與結(jié)果分析……………195.1對(duì)電容電感的測(cè)試結(jié)果…………………195.2誤差分析…………………195.3設(shè)計(jì)體會(huì)…………………20參考文獻(xiàn)……………21致謝…………………22附錄…………………23附錄A元件清單………………23附錄B實(shí)物圖…………………24附錄C程序清單……………251緒論1.1課題的背景及意義隨著電子工業(yè)的發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)已經(jīng)在智能化測(cè)量?jī)x表中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。利用單片機(jī)的軟件來(lái)代替硬件功能，可以實(shí)現(xiàn)儀表測(cè)量的自動(dòng)化，并能進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理，以達(dá)到儀表的高可靠性、高精度和多功能。目前的電容、電感儀器設(shè)計(jì)中存在精度不夠高、智能化程度不足等問題。在生活應(yīng)用中我們常常要測(cè)定電容、電感的大小。因此，設(shè)計(jì)一種安全、便捷的電容電感測(cè)量?jī)x具有很大的現(xiàn)實(shí)必要性。1.2電容電感測(cè)量?jī)x的發(fā)展現(xiàn)狀當(dāng)今電子測(cè)試領(lǐng)域，電容和電感的測(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。電容和電感的測(cè)量發(fā)展已經(jīng)很久，而且方法眾多，常用測(cè)量方法如下。（1）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。（2）電感測(cè)量可依據(jù)交流電橋法，這種測(cè)量方法雖然能夠較準(zhǔn)確的測(cè)量電感，但交流電橋的平衡過程復(fù)雜，而且通過測(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)法和同步分離法?？v覽目前的電容電感測(cè)量?jī)x，硬件電路往往比較復(fù)雜，體積比較龐大，不便于攜帶，而且價(jià)格比較昂貴。例如傳統(tǒng)的用阻抗法、Q表、電橋平衡法等測(cè)試電容、電感的過程中不夠智能而且體積笨重，價(jià)格昂貴，需要外圍環(huán)境優(yōu)越，測(cè)試操作過程中需要調(diào)很多參數(shù)，對(duì)初學(xué)者來(lái)說(shuō)很不方便。當(dāng)今社會(huì)，對(duì)電容、電感的測(cè)試雖然已經(jīng)很成熟了，但是價(jià)格和操作簡(jiǎn)單特別是智能方面有待發(fā)展。價(jià)格便宜、操作簡(jiǎn)單和智能化的儀表開發(fā)和應(yīng)用存在巨大的發(fā)展空間。本設(shè)計(jì)正是應(yīng)社會(huì)發(fā)展的要求，研制出一種價(jià)格便宜、操作簡(jiǎn)單、體積更小、功能強(qiáng)大和便于攜帶的電容電感測(cè)量?jī)x，充分利用現(xiàn)代單片機(jī)技術(shù)，研究了基于單片機(jī)AT89S52的智能電容電感測(cè)量?jī)x，人機(jī)界面友好、操作方便的智能電容電感測(cè)試儀，具有十分重要的意義。1.3設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容本設(shè)計(jì)以AT89S52單片機(jī)控制核心，通過測(cè)量頻率來(lái)間接測(cè)量電容、電感，并對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)和測(cè)試結(jié)果進(jìn)行保存記錄。該電容電感測(cè)量?jī)x是通過LCD1602液晶顯示屏來(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。本設(shè)計(jì)測(cè)量精度相對(duì)較高，且性能穩(wěn)定，是一款操作簡(jiǎn)單、具有記憶功能的智能化電容電感測(cè)量?jī)x。2系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)思想為了讓電容、電感的測(cè)量更加方便、可靠，讓性價(jià)比更高的電容電感測(cè)量?jī)x面向大眾，根據(jù)所學(xué)的知識(shí)和自身能力對(duì)電容電感測(cè)量?jī)x進(jìn)行設(shè)計(jì)。具有以下三點(diǎn)要求：電容電感測(cè)量?jī)x操作簡(jiǎn)單、能耗低。能夠?qū)λ鶞y(cè)得的電容、電感進(jìn)行直觀的顯示。其精度控制在±5%。2.2系統(tǒng)總體框圖圖1系統(tǒng)總體框圖如圖1所示，圖中給出了整個(gè)系統(tǒng)的總體框圖。系統(tǒng)主要由六個(gè)部分組成，單片機(jī)和晶振電路、測(cè)量電路、下載電路、顯示電路、復(fù)位電路以及直流穩(wěn)壓電源。3硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1主要元器件介紹3.1.1AT89S52單片機(jī)電容電感測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)采用AT89S52單片機(jī)作為系統(tǒng)的核心。AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。AT89S52單片機(jī)的引腳圖如圖2所示。圖2AT89S52單片機(jī)引腳圖AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8K字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89S52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。P0口：P0口是一個(gè)8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P0端口寫“1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0不具有內(nèi)部上拉電阻。在Flash編程時(shí)，P0口也用來(lái)接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。P0口電路邏輯如圖3所示。圖3P0口電路邏輯P1口：P1口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。此外，P1.0和P1.1分別作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入（P1.0/T2）和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX）。在Flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口接收低8位地址字節(jié)。引腳號(hào)第二功能：P1.0T2（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的外部計(jì)數(shù)輸入），時(shí)鐘輸出P1.1T2EX（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號(hào)和方向控制）P1.5MOSI（在系統(tǒng)編程用）P1.6MISO（在系統(tǒng)編程用）P1.7SCK（在系統(tǒng)編程用）P1口電路邏輯如圖4所示。圖4P1口電路邏輯P2口：P2口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P2端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流。在訪問外部程序存儲(chǔ)器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVX@DPTR）時(shí)，P2口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用8位地址（如MOVX@RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在Flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。P2口電路邏輯如圖5所示。圖5P2口電路邏輯P3口：P3口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P3輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在Flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P3口也接收一些控制信號(hào)。端口引腳第二功能：P3.0RXD(串行輸入口)P3.1TXD(串行輸出口)P3.2INTO(外中斷0)P3.3INT1(外中斷1)P3.4TO(定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0)P3.5T1(定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1)P3.6WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通)P3.7RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通)此外，P3口還接收一些用于Flash閃存編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。P3口電路邏輯如圖6所示。圖6P3口電路邏輯地址鎖存控制信號(hào)ALE/PROG：當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過一個(gè)ALE脈沖。對(duì)FLASH存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。如有必要，可通過對(duì)特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令才能將ALE激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE禁止位無(wú)效。外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)：程序儲(chǔ)存允許（）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89S52由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次有效，即輸出兩個(gè)脈沖，在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過兩次信號(hào)。訪問程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)/VPP：外部訪問允許，欲使CPU僅訪問外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000H-FFFFH），端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存端狀態(tài)。如端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的指令。FLASH存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12V的編程允許電源Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用12V編程電壓Vpp。復(fù)位信號(hào)RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將是單片機(jī)復(fù)位。外接晶體引線端XTAL1和XTAL2：當(dāng)使用芯片內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)，XTAL1和XTAL2用于外接石英晶體諧振器和微調(diào)電容；當(dāng)使用外部時(shí)鐘時(shí)，用于接入外部時(shí)鐘脈沖信號(hào)。3.1.2LCD1602液晶顯示屏LCD1602為工業(yè)字符型液晶，能夠同時(shí)顯示16x02即32個(gè)字符。它由若干個(gè)5X7或者5X11等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符，每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因?yàn)槿绱怂运荒芎芎玫仫@示圖形。LCD1602液晶顯示屏的引腳圖如圖7所示。圖7LCD液晶顯示屏引腳圖LCD1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其中：第1腳：GND為電源地。第2腳：VCC接5V電源正極。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)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度）。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平1時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時(shí)選擇指令寄存器。第5腳：RW為讀寫信號(hào)線，高電平1時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平0時(shí)進(jìn)行寫操作。第6腳：EN端為使能端,高電平1時(shí)讀取信息，負(fù)跳變時(shí)執(zhí)行指令。第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)端。第15～16腳：空腳或背燈電源。15腳背光正極，16腳背光負(fù)極。3.1.3LM339電壓比較器芯片LM339是很常見的集成電路。LM339集成塊內(nèi)部裝有四個(gè)獨(dú)立的電壓比較器，該電壓比較器的特點(diǎn)是：失調(diào)電壓小，典型值為2mV。電源電壓范圍寬，單電源為2～36V，雙電源電壓為±1V～±18V。對(duì)比較信號(hào)源的內(nèi)阻限制較寬。共模范圍很大。差動(dòng)輸入電壓范圍較大，大到可以等于電源電壓。輸出端電位可靈活方便地選用。LM339集成塊采用C-14型封裝，外型及管腳排列如圖8所示。由于LM339使用靈活，應(yīng)用廣泛，所以世界上各大IC生產(chǎn)廠、公司竟相推出自己的四比較器，如IR2339、ANI339、SF339等，它們的參數(shù)基本一致，可互換使用。圖8LM339電壓比較器引腳圖第1腳：OUTPUT2為輸出端2。第2腳：OUTPUT1為輸出端1。第3腳：Vcc為電源正極。第4腳：-INOUT1為反相輸入端1。第5腳：+INOUT1為同相輸入端1。第6腳：-INOUT2為反相輸入端2。第7腳：+INOUT2為同相輸入端2。第8腳：-INOUT3為反相輸入端3。第9腳：+INOUT3為同相輸入端3。第10腳：-INOUT4為反相輸入端4。第11腳：+INOUT4為同相輸入端4。第12腳：GND為電源地。第13腳：OUTPUT4為輸出端4。第14腳：OUTPUT3為輸出端3。3.1.4LM7805穩(wěn)壓塊LM7805為三端穩(wěn)壓集成電路，是我們最常用到的穩(wěn)壓芯片了，它的使用方便，用很簡(jiǎn)單的電路即可以輸入一個(gè)直流穩(wěn)壓電源,它的輸出電壓恰好為5V，剛好是AT89S52單片機(jī)運(yùn)行所需的電壓。LM7805穩(wěn)壓塊的引腳圖如圖9所示。圖9LM7805穩(wěn)壓塊引腳圖其中引腳1接輸入，引腳2接地，引腳3接輸出。3.2硬件單元電路的設(shè)計(jì)3.2.1AT89S52單片機(jī)最小系統(tǒng)AT89S52單片機(jī)最小系統(tǒng)與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活，超有效的解決方案。AT89S52單片機(jī)最小系統(tǒng)電路如圖10所示。圖10AT89S52單片機(jī)最小系統(tǒng)電路AT89S52單片機(jī)最小系統(tǒng)特點(diǎn)：（1）具有電源指示。（2）可以實(shí)現(xiàn)與電腦串口通信。（3）標(biāo)準(zhǔn)的11.0592M晶振。（4）具有上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位。（5）支持AT89SXX系列單片機(jī)。（6）支持STC國(guó)產(chǎn)高性能單片機(jī)，且兼容單片機(jī)STC89C51、STC89C52、STC89C53等。（7）支持STC串口下載。單片機(jī)只有滿足相應(yīng)的時(shí)鐘信號(hào)才能進(jìn)行工作，時(shí)鐘信號(hào)由晶振電路產(chǎn)生，通過在AT89S52的XT1、XT2引腳上接入11.0592MHz的石英晶振外加兩個(gè)電容(電容根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般取30pF)組成的電路為單片機(jī)提供時(shí)鐘信號(hào)。采用11.0592MHz的晶振更能實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信的波特率，使用11.0592MHz的晶體晶振為系統(tǒng)單片機(jī)提供必要的時(shí)鐘信號(hào)。晶振電路如圖11所示。圖11晶振電路AT89S52有復(fù)位信號(hào)引腳RST，用于從外界引入復(fù)位信號(hào)。復(fù)位有兩種方式，即手動(dòng)復(fù)位和加電復(fù)位。在實(shí)際系統(tǒng)中，總是把手動(dòng)復(fù)位電路和加電復(fù)位電路結(jié)合在一起，形成一個(gè)既能手動(dòng)復(fù)位，又可加電復(fù)位的公用復(fù)位電路。單片機(jī)復(fù)位信號(hào)的產(chǎn)生采用了按鍵方式的電路設(shè)計(jì)。按復(fù)位鍵通過電容（一般采用104）對(duì)單片機(jī)產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)。復(fù)位電路如圖12所示。圖12復(fù)位電路3.2.2測(cè)量電路電路是一個(gè)由LM339組成的LC振蕩器。由單片機(jī)測(cè)量LC震蕩回路的頻率，然后根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)電容出電感的值。（1）電容、電感的值，分別用下列式子計(jì)算：（2）（3）其中，是固有頻率，是接入測(cè)試電容、電感后的頻率。測(cè)量電路如圖13所示。圖13測(cè)量電路3.2.3下載電路下載電路是下載口與單片機(jī)I/O口線相連。其中第1腳為MOSI，與單片機(jī)的P1.5引腳連接；第2腳為Vcc，接電源正極；第3腳為NC；第5腳為RST，接單片機(jī)的RET；第7腳為SCK，接單片機(jī)的P1.7引腳；第9腳為MISO，接單片機(jī)的P1.6引腳；第4、6、8、10腳為GND，接電源地。下載電路如圖14所示。圖14下載電路3.2.4顯示電路LCD1602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(yīng)用中并無(wú)差別。顯示電路如圖15所示。圖15顯示電路4軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4.1軟件設(shè)計(jì)的描述對(duì)于電容電感測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)的軟件系統(tǒng)包括定時(shí)器/計(jì)數(shù)器程序模塊、液晶顯示程序模塊、按鍵處理程序模塊、控制與計(jì)算程序模塊等，以及其它必須要有的基本模塊程序。按鍵處理程序模塊主要通過在主程序中調(diào)用鍵掃函數(shù)keyscan()來(lái)執(zhí)行相應(yīng)的功能。液晶顯示是通過在主程序中調(diào)用相關(guān)的液晶功能函數(shù)來(lái)執(zhí)行相應(yīng)功能。通過調(diào)用處理函數(shù)：lcd_set()：LCD功能設(shè)置函數(shù)；display(uchary,ucharx,uchar*p)：顯示函數(shù)；delay(uintcount)：延時(shí)函數(shù)；write(ucharcommand)：寫命令函數(shù)；read(uchardata0)：寫數(shù)據(jù)函數(shù)；jishu(void);顯示緩沖；jisuan(void);處理函數(shù)；keyproc();鍵功能程序；disds();顯示函數(shù)；先在鍵盤上輸入一個(gè)數(shù)字，然后輸入一個(gè)運(yùn)算符，再輸入一個(gè)數(shù)字，最好通過處理函數(shù)運(yùn)算出結(jié)果并把結(jié)果顯示在液晶上或者先輸入一個(gè)特殊的運(yùn)算符，再輸入一個(gè)數(shù)字，最后通過處理函數(shù)運(yùn)算出結(jié)果并把結(jié)果顯示在液晶上。4.2系統(tǒng)軟件的程序設(shè)計(jì)4.2.1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器模塊AT89S52單片機(jī)有兩個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0和T1，初始化程序?qū)0設(shè)置為計(jì)數(shù)器，T1設(shè)置為定時(shí)器。T0是工作在計(jì)數(shù)狀態(tài)下，對(duì)輸入的信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，但對(duì)工作在計(jì)數(shù)狀態(tài)下的T0，最大計(jì)數(shù)值為FOSC/24，由于FOSC=12MHz，因此，T0的最大計(jì)數(shù)頻率為500KHz。T1工作在定時(shí)狀態(tài)下，最大定時(shí)時(shí)間65ms，達(dá)不到1秒的定時(shí)，所以采用定時(shí)50ms，共定時(shí)20次，即可完成1秒的定時(shí)功能。頻率計(jì)開始工作或者完成一次頻率或周期的測(cè)量，程序都進(jìn)行測(cè)量初始化。測(cè)量初始化模塊是用來(lái)設(shè)置1602液晶顯示、工作寄存器、中斷控制和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作方式的。4.2.2液晶顯示模塊液晶接在單片機(jī)上的P0及P3部分管腳，通過液晶功能函數(shù)LCD1602（）的調(diào)用對(duì)液晶進(jìn)行操作，將各類指令寫入液晶模塊，用來(lái)驅(qū)動(dòng)液晶以實(shí)現(xiàn)不同的顯示功能，達(dá)到界面顯示的要求。液晶顯示流程圖如圖16所示。圖16液晶顯示流程圖4.2.3按鍵處理程序模塊按鍵處理程序的主要功能就是設(shè)置測(cè)量的類型和測(cè)量的檔位，當(dāng)有按鍵被按下時(shí)就執(zhí)行相應(yīng)的按鍵功能。按鍵處理程序流程圖如圖17所示。圖17按鍵處理程序流程圖4.2.4電容電感計(jì)算程序模塊AT89S52單片機(jī)根據(jù)測(cè)得的頻率計(jì)算出電容、電感值，該程序的流程圖如圖18所示。圖18電容電感計(jì)算程序流程圖4.2.5主程序流程圖系統(tǒng)上電初始化并且清屏,單片機(jī)初始化完成后,進(jìn)入鍵盤掃描程序,當(dāng)要進(jìn)行電容或電感測(cè)量時(shí),選擇測(cè)量按鍵,系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)判斷并進(jìn)行電容或電感的測(cè)量。當(dāng)判斷為電容時(shí),系統(tǒng)選擇電容的計(jì)算方法。當(dāng)判斷為電感時(shí),系統(tǒng)選擇電感的計(jì)算方法。計(jì)算完成后在液晶屏上顯示測(cè)量結(jié)果。當(dāng)把待測(cè)的電容或電感接入時(shí),系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行判斷,根據(jù)判斷結(jié)果確定算法。當(dāng)判斷到是電容時(shí),系統(tǒng)進(jìn)，入電容的計(jì)算方式,電容的計(jì)算方式采用公式（1）。當(dāng)判斷為電感時(shí),系統(tǒng)進(jìn)入電感的計(jì)算方式，電感的計(jì)算方式采用公式（2）（3）。采用該系統(tǒng)進(jìn)行電容和電感的測(cè)量,由于元器件的熱穩(wěn)定性和外界對(duì)電路的干擾影響,測(cè)量的結(jié)果會(huì)有所跳動(dòng),是因?yàn)槿龢O管的結(jié)電容隨著溫度的變化而變化,從而影響測(cè)量結(jié)果,基于以上原因,在測(cè)量過程中可以采用多次測(cè)量求平均值的方法提高測(cè)量精度。主程序流程圖如圖19所示。圖19主程序流程圖5系統(tǒng)測(cè)試與結(jié)果分析5.1對(duì)電容電感的測(cè)試結(jié)果我們對(duì)于各種性質(zhì)的元件（電容電感）分別找了足夠量的元件；用高精度數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量出器容值（感值）取多個(gè)相同電容的平均值作為參考量；然后用我們自制的電容電感測(cè)量?jī)x進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量多個(gè)容值不同的電容，算出其誤差，最后求平均誤差，電感的測(cè)量同理。表1電容測(cè)試結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)值測(cè)試值測(cè)試相對(duì)誤差10pF9.56pF-0.044100pF103.00pF0.03001nF997.05pF-0.0029510nF10.05nF0.005100nF100.78nF0.00781uF998.78nF-0.0012210uF9.85uF-0.015100uF102.95uF0.0298表2電感測(cè)試結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)值測(cè)試值測(cè)試相對(duì)誤差10uH10.41uH0.021100uH101.54uH0.01541mH965.35uH-0.0346510mH10.23mH0.023100mH97.32mH-0.02685.2誤差分析本測(cè)量?jī)x的測(cè)量范圍較寬，并且達(dá)到了不錯(cuò)的精度。電容測(cè)試結(jié)果分析：電容測(cè)試最大誤差為3%。電感測(cè)試結(jié)果分析：電感測(cè)試最大誤差為3.5%。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)中誤差的大小，主要利用修正的方法來(lái)減小本測(cè)試儀的測(cè)量誤差。所謂修正的方法就是在測(cè)量前或測(cè)量過程中，求取某類系統(tǒng)誤差的修正值。在測(cè)量的數(shù)據(jù)處理過程中選取合適的修正值很關(guān)鍵，修正值的獲得有三種途徑。第一種途徑是從相關(guān)資料中查取；第二種途徑是通過理論推導(dǎo)求?。坏谌N途徑是通過實(shí)驗(yàn)求取。本測(cè)試修正值選取主要通過實(shí)驗(yàn)求取，對(duì)影響測(cè)量讀數(shù)的各種影響因素，如溫度，電壓電源等變化引起的系統(tǒng)誤差，通過對(duì)相同被側(cè)參數(shù)的多次測(cè)量結(jié)果和不同被側(cè)參數(shù)的多次測(cè)量選取平均值，最后確定被側(cè)參數(shù)公式的常數(shù)K值，從而達(dá)到減小本設(shè)計(jì)系統(tǒng)誤差的目的。由于振蕩電路外圍器件由電容電阻分立元件搭接而成，所以由振蕩電路產(chǎn)生的被側(cè)參數(shù)對(duì)應(yīng)的頻率有一定的誤差，所以只能通過多次實(shí)驗(yàn)測(cè)量，選取合適的修正值來(lái)盡可能的減小本測(cè)試系統(tǒng)的誤差。5.3設(shè)計(jì)體會(huì)課程設(shè)計(jì)是一次非常好的將理論與實(shí)際相結(jié)合的機(jī)會(huì)，通過對(duì)電容電感測(cè)量?jī)x的課題設(shè)計(jì)，鍛煉了我的實(shí)際動(dòng)手能力，增強(qiáng)了我解決實(shí)際工程問題的能力，同時(shí)也提高了我查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平。當(dāng)然本系統(tǒng)還存在著許多需要改進(jìn)的地方，比如還可以繼續(xù)提高測(cè)量的精度和加大測(cè)量的范圍，因?yàn)槭遣捎脝纹瑱C(jī)實(shí)現(xiàn)的，利用其可以編程的特性，使測(cè)量的值結(jié)合一些數(shù)據(jù)處理方式使測(cè)量更加接近真實(shí)值。本系統(tǒng)亦還有許多可以拓展的功能，比如可以增加語(yǔ)音功能，每次測(cè)量值穩(wěn)定的時(shí)候就通過語(yǔ)音報(bào)告出來(lái)；也可以增加在線測(cè)量的功能，這樣就更能夠測(cè)量出元件工作時(shí)的正常值，而不僅僅是靜態(tài)的值。參考文獻(xiàn)[1]李廣弟.單片機(jī)基礎(chǔ)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003.35～38[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，2012.12～15[3]馬忠梅.單片機(jī)的C語(yǔ)言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003.78～82[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,2003.46～55[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，2004.48～51[6]焦娟麗，郭學(xué)良.液晶顯示器在單片機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代顯示，2006(9)：39～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(ucharWDLCM);//LCD模塊寫數(shù)據(jù)voidWriteCommandLCM (ucharWCLCM,BuysC);//LCD模塊寫指令ucharReadStatusLCM(void);//讀LCD模塊的忙標(biāo)voidDisplayOneChar(ucharX,ucharY,ucharASCII);//在第X+1行的第Y+1位置顯示一個(gè)字符voidLCMInit(void);//LCD初始voiddelayms(uintms);//1MS基準(zhǔn)延時(shí)程序voidDisplayListChar(ucharX,ucharY,uchardelayms,ucharcode*DData);voidjudge_xianshi(void);//顯示處理程序voidlx_display();voidcx_display();voidfx_display();voidinit_t0();voidstrive_f1();//求取F1voidstrive_f2();//求取電感的大小voidstrive_cx();//求取小電容（無(wú)極性電容）的大小voidstrive_fx();//測(cè)試外邊頻率voidstrive_min_c();//小電容測(cè)試voidstrive_max_c();//大電容測(cè)試uchart0_crycle=0;ucharf_crycle;ucharflag1;//uchardisplay_flag;uintf1,temp,f2;longryz;//***********************主程序******************************main(){fangdian_button=1;LCMInit();init_t0();strive_f1();//求取F1DisplayListChar(0,0,0,"F/L/CTester");while(1){strive_f2();//求取F1strive_cx();strive_fx();strive_min_c();strive_max_c();judge_xianshi();}}voidjudge_xianshi(){lx_display();cx_display();fx_display();}voidstrive_max_c()//大電解電容測(cè)試{max_elect_c_button=1;//置為1，準(zhǔn)備判斷小電容測(cè)量開關(guān)的狀態(tài)，上電時(shí)這個(gè)開關(guān)比較彈起if(max_elect_c_button==0){f_crycle=0;fangdian_button=0;delayms(250);fangdian_button=1;TMOD=0x10;//設(shè)定T0以工作方式1定時(shí)TH1=0;TL1=0;EA=1;ET1=1;//允許定時(shí)器0中斷TR1=1;int0_int=1;while(int0_int==1);TR1=0;ryz=0;ryz=f_crycle*50000;ryz+=TH1*256+TL1;DisplayListChar(1,0,0,"Cx=");DisplayOneChar(1,3,ryz/1000000%10+0x30);DisplayOneChar(1,4,ryz/100000%10+0x30);DisplayOneChar(1,5,ryz/10000%10+0x30);DisplayOneChar(1,6,ryz/1000%10+0x30);DisplayOneChar(1,7,ryz/100%10+0x30);DisplayOneChar(1,8,'.');DisplayOneChar(1,9,ryz/10%10+0x30);DisplayOneChar(1,10,ryz%10+0x30);DisplayListChar(1,11,0,"UF");}}voidstrive_min_c()//小電容測(cè)試{min_elect_c_button=1;//置為1，準(zhǔn)備判斷小電容測(cè)量開關(guān)的狀態(tài)，上電時(shí)這個(gè)開關(guān)比較彈起if(min_elect_c_button==0){f_crycle=0;fangdian_button=0;delayms(250);fangdian_button=1;TMOD=0x10;//設(shè)定T0以工作方式1定時(shí)TH1=0;TL1=0;EA=1; ET1=1;//允許定時(shí)器0中斷TR1=1;display_flag=4;//顯示標(biāo)志，為4為測(cè)試小電解電容int0_int=1;while(int0_int==1);TR1=0;ryz=0;ryz+=50000*f_crycle;ryz+=TH1*256+TL1;ryz/=20;DisplayListChar(1,0,0,"Cx=");DisplayOneChar(1,3,ryz/1000000%10+0x30);DisplayOneChar(1,4,ryz/100000%10+0x30);DisplayOneChar(1,5,ryz/10000%10+0x30);DisplayOneChar(1,6,ryz/1000%10+0x30);DisplayOneChar(1,7,ryz/100%10+0x30);DisplayOneChar(1,8,'.');DisplayOneChar(1,9,ryz/10%10+0x30);DisplayOneChar(1,10,ryz%10+0x30);DisplayListChar(1,11,0,"UF");display_flag=4;//顯示標(biāo)志，為4為測(cè)試小電解電容}}voidtimer1()interrupt3{ TH1=(65536-50000)/256;//定時(shí)50毫秒 TL1=(65536-50000)%256;f_crycle++;}//求取小電容（無(wú)極性電容）的大小voidstrive_fx(){uchari;f_button=1;//置為1，準(zhǔn)備判斷小電容測(cè)量開關(guān)的狀態(tài)，上電時(shí)這個(gè)開關(guān)比較彈起if(f_button==0){if(display_flag!=3)init_t0();display_flag=3;//顯示標(biāo)志，為3為測(cè)試頻率TR0=1;TR1=1;ryz=0;for(i=0;i<20;i++){f_crycle=0;while(f_crycle<1);f_crycle=0;ryz+=temp;}TR0=0;TR1=0;}}voidtimer0()interrupt1{ TH0=(65536-50000)/256;//定時(shí)50毫秒 TL0=(65536-50000)%256;f_crycle++; t0_crycle=0; TR0=0;//關(guān)閉定時(shí)0temp=TH1*256+TL1;//TH1=0;TL1=0;TR0=1;}voidfx_display(){if(display_flag==3){DisplayListChar(1,0,0,"Fx=");DisplayOneChar(1,3,ryz/1000000%10+0x30);DisplayOneChar(1,4,ryz/100000%10+0x30);DisplayOneChar(1,5,ryz/10000%10+0x30);DisplayOneChar(1,6,ryz/1000%10+0x30);DisplayOneChar(1,7,ryz/100%10+0x30);DisplayOneChar(1,8,ryz/10%10+0x30);DisplayOneChar(1,9,ryz%10+0x30);DisplayListChar(1,10,0,"HZ");}}voidcx_display(){if(display_flag==2){DisplayListChar(1,0,0,"Cx=");DisplayOneChar(1,3,ryz/1000000%10+0x30);DisplayOneChar(1,4,ryz/100000%10+0x30);DisplayOneChar(1,5,ryz/10000%10+0x30);DisplayOneChar(1,6,ryz/1000%10+0x30);DisplayOneChar(1,7,ryz/100%10+0x30);DisplayOneChar(1,8,ryz/10%10+0x30);DisplayOneChar(1,9,ryz%10+0x30);DisplayListChar(1,10,0,"pF");}}voidlx_display(){if(display_flag==1){DisplayListChar(1,0,0,"Lx=");DisplayOneChar(1,3,ryz/10000000%10+0x30);DisplayOneChar(1,4,ryz/1000000%10+0x30);DisplayOneChar(1,5,ryz/100000%10+0x30);DisplayOneChar(1,6,ryz/10000%10+0x30);DisplayOneChar(1,7,ryz/1000%10+0x30);DisplayOneChar(1,8,ryz/100%10+0x30);DisplayOneChar(1,9,ryz/10%10+0x30);DisplayOneChar(1,10,'.');DisplayOneChar(1,11,ryz%10+0x30);DisplayListChar(1,12,0,"uH");}}//********************************************************************************************voidinit_t0(){TMOD=0x51;//設(shè)定T0以工作方式1定時(shí)50毫秒,T1為計(jì)數(shù)器，工作方式1 TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; EA=1;//開總中斷 ET0=1;//允許定時(shí)器0中斷 t0_crycle=0;//定時(shí)器中斷次數(shù)計(jì)數(shù)單元TH1=0;TL1=0;}//求取小電容（無(wú)極性電容）的大小voidstrive_cx(){c_button=1;//置為1，準(zhǔn)備判斷小電容測(cè)量開關(guān)的狀態(tài)，上電時(shí)這個(gè)開關(guān)比較彈起if(c_button==0){if(display_flag!=2)init_t0();display_flag=2;//顯示標(biāo)志，為1為測(cè)試小電容TR0=1;TR1=1;f_crycle=0;while(f_crycle<=10);f_crycle=0;TR0=0;TR1=0;f2=temp;//if(f2>f1)f2=f1;if(f2<65)f2=65;if(f2!=0){ryz=((unsignedlong)f1)*((unsignedlong)f1);ryz/=f2;ryz*=2000;//換算為PFryz/=f2;ryz-=2000;}}}//測(cè)電感voidstrive_f2(){l_button=1;//置為1，準(zhǔn)備判斷電感測(cè)量開關(guān)的狀態(tài)，上電時(shí)這個(gè)開關(guān)比較彈起if(l_button==0){if(display_flag!=1)init_t0();display_flag=1;//顯示標(biāo)志，為1為測(cè)試電感TR0=1;TR1=1;f_crycle=0;while(f_crycle<=15);f_crycle=0;TR0=0;TR1=0;f2=temp;//if(f2>f1)f2=f1;if(f2<65)f2=65;if(f2!=0){ryz=((unsignedlong)f1)*((unsignedlong)f1);ryz/=f2;ryz*=1000;//換算為UHryz/=f2;ryz-=1000;}}}//******************************************************//上電的時(shí)候求取F1voidstrive_f1(){uchari;for(i=0;i<5;i++){l_button=1;//置為1，準(zhǔn)備判斷電感測(cè)量開關(guān)的狀態(tài)，上電時(shí)這個(gè)開關(guān)比較彈起while(l_button==0);TR0=1;TR1=1;while(f_crycle<=10);f_crycle=0;TR0=0;TR1=0;f1=temp;}}/*====================================================================按指定位置顯示一串字符:第X行,第y列注意:字符串不能長(zhǎng)于16個(gè)字符======================================================================*/voidDisplayListChar(ucharX,ucharY,ucharms,ucharcode*DData){unsignedcharListLength;ListLength=0;X&=0x1;Y&=0xF;//限制X不能大于15，Y不能大于1while(DData[ListLength]!='\0')//若到達(dá)字串尾則退出{if(Y<=0xF)//X坐標(biāo)應(yīng)小于0xF{DisplayOneCh