基于51單片機(jī)金屬探測(cè)器系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制作

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

目錄

1設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介...................................................................................................................1

2系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì).......................................................................................................1

2.1STC89C52單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì).............................................................................1

2.1.1STC89C52的概述...................................................................................1

2.1.2主要特性...................................................................................................2

2.1.3STC89C52的引腳說(shuō)明...........................................................................3

2.1.4定時(shí)器/計(jì)數(shù)器......................................................................................4

2.2電路的設(shè)計(jì)及原理..........................................................................................7

2.2.1最小系統(tǒng)原理圖....................................................................................7

2.2.2三點(diǎn)式振蕩器與波形轉(zhuǎn)換.......................................................................9

2.3原理圖繪制軟件的介紹................................................................................10

2.4系統(tǒng)硬件測(cè)試................................................................................................10

3系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì)....................................................................................................11

3.1頻率獲得..........................................................................................................11

3.2鍵盤接收...........................................................................................................12

4設(shè)計(jì)小結(jié)....................................................................................................................14

5附錄.............................................................................................................................15

附錄一原理圖............................................................................................................15

附錄二實(shí)物圖............................................................................................................16

附錄三元器件清單....................................................................................................17

附錄四PCB板圖.........................................................................................................18

附錄五源程序代碼....................................................................................................19

I

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

基于51單片機(jī)金屬探測(cè)器系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制作

1設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介

金屬探測(cè)器是專門用來(lái)探測(cè)金屬的儀器，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、安檢、娛

樂(lè)等領(lǐng)域。采用新的原理，設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的手持金屬探測(cè)器，利用其檢

測(cè)人們隨身攜帶的金屬物品，如小刀、鋼筆，甚至可以檢測(cè)到香煙盒的鋁薄。

可隨身攜帶，使用方便。

本文設(shè)計(jì)的金屬探測(cè)是根據(jù)電磁感應(yīng)原理制成的，將一金屬置于變化的磁

場(chǎng)當(dāng)中時(shí)，根據(jù)電磁感應(yīng)原理就會(huì)在金屬內(nèi)部產(chǎn)生渦流，渦流產(chǎn)生的磁場(chǎng)反過(guò)

來(lái)又影響原磁場(chǎng)，這種變化可以轉(zhuǎn)換為頻率和幅值的變化，供相關(guān)電路進(jìn)行檢

測(cè)。

由電容三點(diǎn)式振蕩電路產(chǎn)生正弦波，對(duì)其放大和整形后，送入單片機(jī)，由

單片機(jī)探測(cè)它頻率的變化。當(dāng)遇見(jiàn)金屬時(shí)由于電磁感應(yīng)原理原先建立起來(lái)的振

蕩將受到影響，頻率將發(fā)生變化，單片機(jī)探測(cè)到這種變化后進(jìn)行報(bào)警。

本文的金屬探測(cè)器設(shè)計(jì)了接口，可以和外圍的系統(tǒng)進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)了與

AT89S52管理的液晶顯示及鍵盤組成的外圍數(shù)據(jù)處理與顯示模塊的通信。對(duì)前

端探測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行再處理和分析，并將結(jié)果顯示在液晶屏幕上，并可以通過(guò)

鍵盤對(duì)前端的探測(cè)精度進(jìn)行設(shè)置。

2系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主要有STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)和LCD1602液晶顯示、LM393電壓

比較器，LC三端振蕩器等組成。

2.1STC89C52單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1.1STC89C52的概述

本設(shè)計(jì)是STC89C52單片機(jī)為控制核心，QJ004為MP3信號(hào)輸出，基于

QJ004串行MP3芯片綜合實(shí)現(xiàn)所有功能。系統(tǒng)框圖如下圖：

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按鍵輸入

液晶顯示

控制器

金屬探測(cè)器

警報(bào)

單片機(jī)是STC公司最新推出的一種新型51內(nèi)核的單片機(jī)。片內(nèi)含有Flash

程序存儲(chǔ)器、SRAM、UART、SPI、PWM等模塊。封裝圖如下圖：

2.1.2主要特性

1.增強(qiáng)型8051單片機(jī)，6時(shí)鐘/機(jī)器周期和12時(shí)鐘/機(jī)器周期可以任意

選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051.

2.工作電壓：5.5V～3.3V（5V單片機(jī)）/3.8V～2.0V（3V單片機(jī)）

3.工作頻率范圍：0～40MHz，相當(dāng)于普通8051的0～80MHz，實(shí)際工作

頻率可達(dá)48MHz

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4.用戶應(yīng)用程序空間為8K字節(jié)5.片上集成512字節(jié)RAM

6.通用I/O口（32個(gè)），復(fù)位后為：P1/P2/P3/P4是準(zhǔn)雙向口/弱上拉，

P0口是漏極開(kāi)路輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為I/O口

用時(shí)，需加上拉電阻。

ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無(wú)需專用編程器，無(wú)需專用

仿真器，可通過(guò)串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完

成一片

具有EEPROM功能

具有看門狗功能

10.共3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。即定時(shí)器T0、T1、T2

11.外部中斷4路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路，PowerDown模式可

由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒

12.通用異步串行口（UART），還可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè)UART

13.工作溫度范圍：-40～+85℃（工業(yè)級(jí)）/0～75℃（商業(yè)級(jí)）

2.1.3STC89C52的引腳說(shuō)明

VCC（40引腳）：電源電壓

VSS（20引腳）：接地

P0端口（P0.0～P0.7，39～32引腳）：P0口是一個(gè)漏極開(kāi)路的8位雙向

I/O口。作為輸出端口，每個(gè)引腳能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL負(fù)載，對(duì)端口P0寫入“1”

時(shí)，可以作為高阻抗輸入。在訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0口也可以提供

低8位地址和8位數(shù)據(jù)的復(fù)用總線。此時(shí)，P0口內(nèi)部上拉電阻有效。在

FlashROM編程時(shí)，P0端口接收指令字節(jié)；而在校驗(yàn)程序時(shí)，則輸出指令字

節(jié)。驗(yàn)證時(shí)要求外接上拉電阻。

P1端口（P1.0～P1.7，1～8引腳）：P1口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙

向I/O口。P1的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)（吸收或者輸出電流方式）4個(gè)TTL輸入。

對(duì)端口寫入1時(shí)，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這是可用作輸入

口。P1口作輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部上拉電阻，那些被外部拉低的引腳會(huì)輸

出一個(gè)電流。

P2端口（P2.0～P2.7，21～28引腳）：P2口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位

雙向I/O端口。P2的輸出緩沖器可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流方式）4個(gè)TTL輸

入。對(duì)端口寫入1時(shí)，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，這時(shí)可用作輸

入口。P2作為輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號(hào)拉低的

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引腳會(huì)輸出一個(gè)電流

P3口引腳復(fù)用功能引腳號(hào)復(fù)用功能

P3.0RXD（串行輸入口）

P3.1TXD（串行輸出口）

P3.2（外部中斷0）

P3.3（外部中斷1）

P3.4T0（定時(shí)器0的外部輸入）

P3.5T1（定時(shí)器1的外部輸入）

P3.6（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）

P3.7（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）

RST（9引腳）：復(fù)位輸入。當(dāng)輸入連續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平時(shí)為有

效，用來(lái)完成單片機(jī)單片機(jī)的復(fù)位初始化操作。看門狗計(jì)時(shí)完成后，RST引腳

輸出96個(gè)晶振周期的高電平。特殊寄存器AUXR（地址8EH）上的DISRTO位可

以使此功能無(wú)效。DISRTO默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。

ALE/（30引腳）：地址鎖存控制信號(hào)（ALE）是訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，

鎖存低8位地址的輸出脈沖。在Flash編程時(shí)，此引腳（）也用作編程輸入脈

沖。在一般情況下，ALE以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來(lái)作為外

部定時(shí)器或時(shí)鐘使用。然而，特別強(qiáng)調(diào)，在每次訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE

脈沖將會(huì)跳過(guò)。如果需要，通過(guò)將地址位8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操

作將無(wú)效。這一位置“1”，ALE僅在執(zhí)行MOVX或MOV指令時(shí)有效。否則，

ALE將被微弱拉高。這個(gè)ALE使能標(biāo)志位（地址位8EH的SFR的第0位）的設(shè)

置對(duì)微控制器處于外部執(zhí)行模式下無(wú)效。

VPP（31引腳）：訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。為使能從0000H到

FFFFH的外部程序存儲(chǔ)器讀取指令，必須接GND。注意加密方式1時(shí)，將內(nèi)部

鎖定位RESET。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，應(yīng)該接VCC。在Flash編程期間，也接

收12伏VPP電壓。

XTAL1（19引腳）：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。

XTAL2（18引腳）：振蕩器反相放大器的輸入端。

2.1.4定時(shí)器/計(jì)數(shù)器

89單片機(jī)至少有兩個(gè)16位內(nèi)部定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（T/CTimer/Counter）。分別

是定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0（T/C0）和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1（T/C1），另外一個(gè)是定時(shí)器/

計(jì)數(shù)器2（T/C2）。它們既可以編程為定時(shí)器使用，也可以編程為計(jì)數(shù)器使用。

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T/C是加1計(jì)數(shù)的，不支持減1計(jì)數(shù)。當(dāng)T/C工作在定時(shí)器時(shí)，對(duì)振蕩

源12分頻的脈沖計(jì)數(shù)，即每個(gè)機(jī)器周期計(jì)數(shù)值加1，計(jì)數(shù)頻率=當(dāng)前單片機(jī)工

作頻率/12。當(dāng)單片機(jī)工作在12MHz時(shí)，計(jì)數(shù)頻率=1MHz，單片機(jī)每1us計(jì)數(shù)

值加1。當(dāng)T/C工作在計(jì)數(shù)器時(shí)，計(jì)數(shù)脈沖來(lái)自外部脈沖輸入引腳

T0(P3.4)T1(P3.5)。當(dāng)T0或T1引腳上負(fù)跳變時(shí)計(jì)數(shù)值加1。識(shí)別引腳上的負(fù)跳

變需要2個(gè)機(jī)器周期，即24個(gè)振蕩周期。所以T0或者T1輸入的可計(jì)數(shù)外部

脈沖的最高頻率為當(dāng)前單片機(jī)工作頻率/24。當(dāng)單片機(jī)工作在12MHz時(shí)，最高

計(jì)數(shù)頻率500KHz，高于該頻率將計(jì)數(shù)出錯(cuò)。

TMOD在內(nèi)存RAM中位于特殊功能寄存器區(qū)的89H處，其高4位用于設(shè)置

定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1的工作方式，低4位用于設(shè)置定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0的工作方

式。由于T0和T1的用法很相似，所以，在此只結(jié)合TMOD的低4位講解定時(shí)

器/計(jì)數(shù)器T0的用法。

D7D6D5D4D3D2D1D0

GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0

T1控制字T0控制字

當(dāng)GATE=0時(shí)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器開(kāi)始工作或停止工作不受GATE位的控制，

而只受TCON寄存器中的TR0位控制，TR0=0時(shí)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0停止工作，

而當(dāng)TR0=1時(shí)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0開(kāi)始工作。

當(dāng)GATE=1時(shí)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0工作的起停除了受TCON寄存器中的TR0

位控制外，還受單片機(jī)外部引腳P3.2的控制，只有該引腳為高電平且TR0=1這

兩個(gè)條件同時(shí)滿足時(shí)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器才開(kāi)始工作，一般這種用法通常用來(lái)測(cè)量

P3.2引腳上正脈沖的寬度。對(duì)于控制T1方式字段中的GATE位和T0中的用法

完全一樣，只是當(dāng)GATE位為1時(shí)受單片機(jī)外部引腳P3.3和TCON中TR1的控

制。

C/T位決定T0工作在定時(shí)方式還是計(jì)數(shù)方式。當(dāng)C/T=0時(shí)，T0工作在

定時(shí)方式，此時(shí)由TH0和TL0組成的16位計(jì)數(shù)容器，這個(gè)容器會(huì)對(duì)晶振產(chǎn)

生的脈沖再12分頻后的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，如果單片機(jī)外部接的是12M晶振，

則TH0和TL0組成的16位計(jì)數(shù)容器中的數(shù)據(jù)就會(huì)每隔1微妙自動(dòng)加1；

當(dāng)C/T=1時(shí)，T0工作在計(jì)數(shù)方式，由TH0和TL0組成的16位計(jì)數(shù)容

器會(huì)對(duì)從單片機(jī)外部引腳P3.4輸入單片機(jī)的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，每輸入一個(gè)脈

沖，則TH0和TL0組成的16位計(jì)數(shù)容器中的數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)加1。如果TMOD

高4位中的C/T=0，表示T1工作在定時(shí)方式，而當(dāng)C/T=1表示T1工作在

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計(jì)數(shù)方式，計(jì)的是來(lái)自單片機(jī)外部引腳傳入單片機(jī)的脈沖數(shù)。

M1和M0兩位都可以設(shè)置成0或1，因此這兩位有4種組合，這4種組合

決定了T0的計(jì)數(shù)容器TH0和TL0共同構(gòu)成的16位計(jì)數(shù)容器中所計(jì)的脈沖數(shù)的

變化規(guī)律。具體見(jiàn)下表：

M1M0工作模式TH0和TL0構(gòu)成的16位計(jì)數(shù)容器的計(jì)數(shù)方式的描述

00模式0此時(shí)TH0和TL0構(gòu)成16位計(jì)數(shù)容器，最大計(jì)數(shù)范圍0～65535共65536個(gè)數(shù)

01模式1此時(shí)TH0和TL0構(gòu)成16位計(jì)數(shù)容器，最大計(jì)數(shù)范圍0～65535共65536個(gè)數(shù)

TH0和TL0成為兩個(gè)8位計(jì)數(shù)器，TH0中的數(shù)據(jù)固定為開(kāi)始設(shè)定的值不變，TL0

10模式2中數(shù)據(jù)按晶振12分頻后速度自動(dòng)加1至溢出，TH0中數(shù)據(jù)自動(dòng)拷貝給TL0，在

此基礎(chǔ)上自加，TL0如此循環(huán)自加

只有T0可用于本模式，T1不可以，此時(shí)T0的TH0和TL0成為兩個(gè)獨(dú)立的8

11模式3位計(jì)數(shù)器，且TH0只能用于定時(shí)方式；TL0可以工作與定時(shí)方式也可以工作與

計(jì)數(shù)方式

定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制寄存器TCON如下表所示，其中高4位和定時(shí)器/計(jì)數(shù)

器T0及T1有關(guān)。TCON是一個(gè)八位寄存器，用于控制定時(shí)器的啟動(dòng)/停止及標(biāo)

志定時(shí)器溢出中斷申請(qǐng)，既可以進(jìn)行字節(jié)尋址也可以進(jìn)行位尋址。

TCONTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0

位地址8FH8EH8DH8CH8BH8AH89H88H

TF1—T1溢出標(biāo)志為。當(dāng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器發(fā)生溢出時(shí)，該位由硬件置1，表示

計(jì)數(shù)容器已經(jīng)計(jì)滿溢出，所謂溢出就是計(jì)數(shù)容器中的數(shù)從最大變成0的現(xiàn)象。

向CPU申請(qǐng)中斷進(jìn)入終端服務(wù)程序，TF1又由硬件清零0，也可以軟件清零0。

TF0—T0溢出標(biāo)志。其功能操作與TF1相同。

TR1—T1運(yùn)行控制位，可通過(guò)軟件置1或0來(lái)啟動(dòng)關(guān)閉定時(shí)器1。

TR0—T0運(yùn)行控制位，其功能操作與TR0相同1。

中斷允許寄存器IE

D7D6D5D4D3D2D1D0

EAET2ESET1EX1ET0EX0

當(dāng)ET0=1(SETBET0)時(shí)，單片機(jī)的CPU能夠在定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0的計(jì)數(shù)容

器發(fā)生溢出時(shí)中斷主程序而去執(zhí)行相應(yīng)的中斷服務(wù)子程序；當(dāng)ET0=0(CLRET0)

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時(shí)，單片機(jī)的CPU不能夠在定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0的計(jì)數(shù)容器發(fā)生溢出時(shí)中斷主

程序而去執(zhí)行相應(yīng)的中斷服務(wù)子程序。

當(dāng)ET1=1(SETBET1)時(shí)，單片機(jī)的CPU能夠在定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1的計(jì)數(shù)容

器發(fā)生溢出時(shí)中斷主程序而去執(zhí)行相應(yīng)的中斷服務(wù)子程序；當(dāng)ET1=0(CLRET1)

時(shí)，即使定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1的計(jì)數(shù)容器發(fā)生了溢出，單片機(jī)也不能中斷主程序

而去執(zhí)行相應(yīng)的中斷服務(wù)子程序。

EA為總中斷允許控制位，將EA位設(shè)置成0關(guān)中斷。

2.2電路的設(shè)計(jì)及原理

2.2.1最小系統(tǒng)原理圖

單片機(jī)最小系統(tǒng)由電源接口，開(kāi)關(guān)，時(shí)鐘電路，下載接口，復(fù)位電路和

STC89c52單片機(jī)組成。

復(fù)位電路：當(dāng)在89C51單片機(jī)的RST引腳引入高電平并保持2個(gè)機(jī)器周期

時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部就執(zhí)行復(fù)位操作（若該引腳持續(xù)保持高電平，單片機(jī)就處于循

環(huán)復(fù)位狀態(tài)）

復(fù)位電路通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。

最簡(jiǎn)單的上電自動(dòng)復(fù)位電路中上電自動(dòng)復(fù)位是通過(guò)外部復(fù)位電路的電容充

放電來(lái)實(shí)現(xiàn)的。只要Vcc的上升時(shí)間不超過(guò)1ms,就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位。

除了上電復(fù)位外，有時(shí)還需要按鍵手動(dòng)復(fù)位。本設(shè)計(jì)就是用的按鍵手動(dòng)復(fù)

位。按鍵手動(dòng)復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中電平復(fù)位是通過(guò)RST（9）

端與電源Vcc接通而實(shí)現(xiàn)的。按鍵手動(dòng)復(fù)位電路見(jiàn)下圖。時(shí)鐘頻率用12MHZ

時(shí)C取10uF,R取10kΩ。

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時(shí)鐘電路：STC89C52RC單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常有兩種方式產(chǎn)生：一是內(nèi)部

時(shí)鐘方式，二是外部時(shí)鐘方式。內(nèi)部時(shí)鐘方式如圖3所示。在89S51單片機(jī)內(nèi)

部有一振蕩電路，只要在單片機(jī)的XTAL1（18）和XTAL2（19）引腳外接石英

晶體（簡(jiǎn)稱晶振），就構(gòu)成了自激振蕩器并在單片機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)。

圖中電容C1和C2的作用是穩(wěn)定頻率和快速起振，電容值在5~30pF，典型值為

30pF。晶振CYS的振蕩頻率范圍在1.2~12MHz間選擇，典型值為12MHz和

6MHz。

下載接口：STC89C52系列單片機(jī)具有在系統(tǒng)可編程（ＩＳＰ）特性，ＩＳ

Ｐ的好處是：省去購(gòu)買通用編程器，單片機(jī)在用戶系統(tǒng)上即可下載／燒錄用戶

程序，而無(wú)須將單片機(jī)從已生產(chǎn)好的產(chǎn)品上拆下，再用通用編程器將程序代碼

燒錄進(jìn)單片機(jī)內(nèi)部。有些程序尚未定型的產(chǎn)品可以一邊生產(chǎn)，一邊完善，加快

了產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)的速度，減小了新產(chǎn)品由于軟件缺陷帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。由于可以在

用戶的目標(biāo)系統(tǒng)上將程序直接下載進(jìn)單片機(jī)看運(yùn)行結(jié)果對(duì)錯(cuò)，故無(wú)須仿真器。

單片機(jī)出廠時(shí)就已完全加密。需要單片機(jī)內(nèi)部的電放光后上電復(fù)位（冷起動(dòng)）

才運(yùn)行系統(tǒng)ＩＳＰ程序，如從Ｐ３．０／ＲｘＤ檢測(cè)到合法的下載命令流就下

載用戶程序，如檢測(cè)不到就系統(tǒng)復(fù)位到用戶程序區(qū)。具體如下圖所示：

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2.2.2三點(diǎn)式振蕩器與波形轉(zhuǎn)換

圖C4,C7和L2組成的三點(diǎn)式LC振蕩器，根據(jù)振蕩器的組成原則及反饋網(wǎng)

絡(luò)，輸出信號(hào)IN做為L(zhǎng)M393的反相輸入信號(hào)，LM393的第二管腳作為參考電

壓輸入端，有電壓比較器的原理，輸出可以供數(shù)字電路處理的方波。

處理結(jié)果示意圖如下：

振蕩波形

0

整形波形

0

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2.3原理圖繪制軟件的介紹

AltiumDesigner是Altium公司于2004年推出的電路設(shè)計(jì)軟件版本，該軟件

能實(shí)現(xiàn)從概念設(shè)計(jì)，頂層設(shè)計(jì)直到輸出生產(chǎn)數(shù)據(jù)以及這之間的所有分析驗(yàn)證和

設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的管理。當(dāng)前比較流行的Protel98、Protel99SE和ProtelDXP，就是

它的前期版本。

AltiumDesigner2004已不是單純的PCB(印制電路板)設(shè)計(jì)工具，而是由多個(gè)

模塊組成的系統(tǒng)工具，分別是SCH(原理圖)設(shè)計(jì)、SCH(原理圖)仿真、PCB(印制

電路板)設(shè)計(jì)、AutoRouter(自動(dòng)布線器)和FPGA設(shè)計(jì)及嵌入式軟件開(kāi)發(fā)等，覆

蓋了以PCB為核心的整個(gè)物理設(shè)計(jì)。該軟件將項(xiàng)目管理方式、原理圖和PCB圖

的雙向同步技術(shù)、多通道設(shè)計(jì)、拓樸自動(dòng)布線以及電路仿真等技術(shù)結(jié)合在一

起，為電路設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)大的支持。

與較早的版本Protel99相比，AltiumDesigner2004不僅在外觀上顯得更加

豪華、人性化，而且極大地強(qiáng)化了電路設(shè)計(jì)的同步化，同時(shí)整合了VHDL和

FPGA設(shè)計(jì)系統(tǒng)，其功能大大加強(qiáng)了。

2.4系統(tǒng)硬件測(cè)試

系統(tǒng)硬件電路的測(cè)試主要是檢測(cè)電路是否出現(xiàn)漏焊、短路、斷路、虛焊、

一些具有方向的元件是否方向弄錯(cuò)、電路設(shè)計(jì)錯(cuò)誤等情況。

對(duì)于漏焊、元件方向弄錯(cuò)的檢測(cè)方法是將實(shí)物電路板對(duì)照著PCB圖的線

路，檢查每一個(gè)元件和導(dǎo)線在實(shí)物上是否有出現(xiàn)。如果發(fā)現(xiàn)沒(méi)有或者對(duì)不上的

情況下需及時(shí)的重新對(duì)照確定漏焊時(shí)及時(shí)的補(bǔ)焊。

對(duì)于短路、斷路、虛焊這些情況采用數(shù)字萬(wàn)用表。將數(shù)字萬(wàn)用表打到二極

管檔位，然后通過(guò)紅表筆和黑表筆碰一起，萬(wàn)用表會(huì)發(fā)出鳴叫警示。根據(jù)這個(gè)

原理就可以用來(lái)檢測(cè)短路、斷路、虛焊。在需要檢測(cè)的元件或?qū)Ь€的兩端用兩

根表筆檢測(cè)，如果導(dǎo)通蜂鳴器會(huì)鳴叫，如果斷開(kāi)蜂鳴器不叫。這樣根據(jù)我們所

需要檢測(cè)的情況，在結(jié)合檢測(cè)的現(xiàn)象就可以測(cè)出線路是否有問(wèn)題。

在調(diào)試上主要遇到了以下幾個(gè)問(wèn)題：

(1)按鍵無(wú)法正常的工作，按下后沒(méi)有反應(yīng)。

解決方法：通過(guò)對(duì)矩陣鍵盤的電路圖分析，和實(shí)際使用的微動(dòng)開(kāi)關(guān)進(jìn)行分

析，得知使用到的微動(dòng)開(kāi)關(guān)四個(gè)引腳，其中有兩對(duì)引腳內(nèi)部是連接的，也就相

當(dāng)于只有兩只有用的引腳，另外兩個(gè)和這兩個(gè)是連接在一起。然后觀察在實(shí)際

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湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

焊接的時(shí)候沒(méi)有分按鍵的引腳，出現(xiàn)焊接都是亂的，最后通過(guò)重新焊接矩陣鍵

盤后單片機(jī)可以正常的獲取按鍵信息。

3系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì)

硬件電路要完成的任務(wù)是，產(chǎn)生振蕩，并將波形變換為能夠被單片機(jī)處理

的方波，接下來(lái)進(jìn)行頻率測(cè)定、報(bào)警、通訊等都要用程序?qū)崿F(xiàn)最后燒入單片機(jī)。

以下是各功能模塊的軟件設(shè)計(jì)。

軟件模塊是整個(gè)系統(tǒng)的靈魂，軟件部分設(shè)計(jì)的好壞直接影響到系統(tǒng)的精度、

可用性、方便性和智能性金屬探測(cè)器中的程序分為兩個(gè)部分，前端軟件模塊和

外圍數(shù)據(jù)處理與顯示模塊，前端軟件完成的是一些比較基礎(chǔ)的工作，如振蕩頻

率的檢測(cè)，比較，報(bào)警等，而外圍數(shù)據(jù)處理與顯示模塊是進(jìn)行數(shù)據(jù)的再處理對(duì)

其進(jìn)行處理顯示。結(jié)合起來(lái)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)更加方便、智能的數(shù)字金屬探測(cè)器。

3.1頻率獲得

獲得頻率是通過(guò)定時(shí)器T0和計(jì)數(shù)器T1兩個(gè)協(xié)同工作而完成的。程序中所使用

的頻率是新探測(cè)的頻率，都是1s內(nèi)所獲得的脈沖數(shù)。這對(duì)此次設(shè)計(jì)的手持式金屬

探測(cè)器已經(jīng)足夠了，要想提高精度，一是延長(zhǎng)獲得脈沖的時(shí)間，二是減小△

PRISE(它是頻率波動(dòng)的范圍，如果超出此范圍則報(bào)警)。

精度設(shè)置是通過(guò)按鍵改變傳給比較值，比較值設(shè)置的比較大則對(duì)微小的頻

率變化系統(tǒng)不會(huì)發(fā)出警報(bào)。

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開(kāi)始

定時(shí)器T1計(jì)數(shù)

計(jì)算振蕩頻率

顯示振蕩頻率

否判斷振蕩頻率大于設(shè)置頻率

是

警報(bào)

結(jié)束

3.2鍵盤接收

鍵盤是輸入設(shè)備，用它來(lái)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，讓機(jī)器更好的按人的要求去工作。

這里引入鍵盤的目的是，進(jìn)行金屬探測(cè)精度的設(shè)置。由于鍵盤普遍存在抖動(dòng)現(xiàn)

象，如果抖動(dòng)現(xiàn)象處理不好，會(huì)發(fā)生意想不到的結(jié)果。為了防止抖動(dòng)，在程序

設(shè)計(jì)中采用了，一次鍵位判斷，兩次鍵位檢測(cè)的方法，每一步驟間隔5ms，每次

鍵位確定需要15ms，在檢測(cè)與接受過(guò)程中每一步驟出現(xiàn)錯(cuò)誤都將從新開(kāi)始驗(yàn)證，

因此保證了對(duì)用戶輸入的無(wú)誤接受。鍵盤接受模塊的程序流程圖如圖所示。

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開(kāi)始

Key1==0否

是

Key==0

計(jì)時(shí)sec

計(jì)時(shí)

否sec

Shu=Shu+1Sec==3

否

Sec==3Shu=Shu+1

是

是

Shu=Shu+10

Shu=Shu+10

否Key1==1

Key2==1否

是

是

Sec=0Sec=0

結(jié)束

3.3系統(tǒng)軟件測(cè)試

測(cè)試所需的工具：KEIL軟件、系統(tǒng)硬件、PL2303下載器等。

系統(tǒng)的軟件方面通過(guò)KEIL軟件進(jìn)行編寫，將編寫好的程序生成.HEX文件后

通過(guò)PL2303下載器下載到單片機(jī)中。通過(guò)觀察整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)，然后進(jìn)行

反復(fù)的修改調(diào)試程序，最終得到一個(gè)完善的程序。

在系統(tǒng)軟件調(diào)試上主要遇到以下問(wèn)題。

(1)數(shù)碼管顯示出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象

解決方法：在程序上一開(kāi)始對(duì)每一位的顯示之間延時(shí)過(guò)短造成了顯示頻率

過(guò)快人眼還沒(méi)反應(yīng)過(guò)來(lái)就更換顯示了，所以造成看到的顯示會(huì)在閃爍，后修改

了延時(shí)函數(shù)顯示正常。

(2)按鍵無(wú)法正常的工作，按下后沒(méi)有反應(yīng)。

解決方法：通過(guò)對(duì)矩陣鍵盤的電路圖分析，和實(shí)際使用的微動(dòng)開(kāi)關(guān)進(jìn)行分

析，得知使用到的微動(dòng)開(kāi)關(guān)四個(gè)引腳，其中有兩對(duì)引腳內(nèi)部是連接的，也就相

當(dāng)于只有兩只有用的引腳，另外兩個(gè)和這兩個(gè)是連接在一起。然后觀察在實(shí)際

焊接的時(shí)候沒(méi)有分按鍵的引腳，出現(xiàn)焊接都是亂的，最后通過(guò)重新焊接矩陣鍵

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湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

盤后單片機(jī)可以正常的獲取按鍵信息。

4設(shè)計(jì)小結(jié)

經(jīng)過(guò)制作設(shè)計(jì)的這段時(shí)間的努力終于將本設(shè)計(jì)方案要求基本實(shí)現(xiàn)。由于時(shí)

間、水平和經(jīng)驗(yàn)有限，設(shè)計(jì)的作品還存在著一些的不足之處。

對(duì)于這次設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)既是一次機(jī)遇，又是一次挑戰(zhàn)。在這次的設(shè)計(jì)過(guò)程中，

本人學(xué)到了很多東西，通過(guò)自己的實(shí)踐，增強(qiáng)了動(dòng)手能力。通過(guò)實(shí)際工程的設(shè)

計(jì)也使我了解到書本知識(shí)和實(shí)際應(yīng)用的差別。在實(shí)際應(yīng)用中遇到很多的問(wèn)題，

這都需要我對(duì)問(wèn)題進(jìn)行具體的分析，并一步一步地去解決它。

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5附錄

附錄一原理圖

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附錄二實(shí)物圖

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附錄三元器件清單

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附錄四PCB板圖

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附錄五源程序代碼

#include<reg52.h>//頭文件

#include"eeprom52.h"http://調(diào)用EEPROM處理程序

#defineucharunsignedchar//宏定義

#defineuintunsignedint

#defineLCD1602_datP0//LCD1602數(shù)據(jù)傳輸IO口

sbitLCD1602_rs=P2^5;//LCD1602控制IO口//I/O定義

sbitLCD1602_rw=P2^6;//I/O定義

sbitLCD1602_e=P2^7;

sbitkey_1=P1^3;//按鍵控制IO口

sbitkey_2=P1^4;

sbitbeep=P1^5;//蜂鳴器控制IO口

sbitled=P1^0;//指示燈控制IO口

unsignedlongshu1,shu=1500;//檢測(cè)頻率變量，頻率限制變量

ucharms,sec;//50ms計(jì)數(shù)變量，秒計(jì)數(shù)變量

uintcs;//中斷溢出計(jì)數(shù)變量

bitOK,beep1;//標(biāo)志位

/********************************************************************

*名稱:delay()

*功能:小延時(shí)。

*輸入:無(wú)

*輸出:無(wú)

***********************************************************************/

voiddelay(uintT)//延時(shí)程序

{

while(T--);

}

/********************************************************************

*名稱:LCD1602_write(ucharorder,dat)

*功能:1602寫如數(shù)據(jù)函數(shù)

*輸入:輸入的命令值

*輸出:無(wú)

***********************************************************************/

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voidLCD1602_write(ucharorder,dat)//1602一個(gè)字節(jié)處理

{

LCD1602_e=0;

LCD1602_rs=order;

LCD1602_dat=dat;

LCD1602_rw=0;

LCD1602_e=1;

delay(10);

LCD1602_e=0;

}

/********************************************************************

*名稱:LCD1602_writebye(uchar*prointer)

*功能:1602寫入數(shù)據(jù)函數(shù)指針式

*輸入:輸入的命令值

*輸出:無(wú)

***********************************************************************/

voidLCD1602_writebyte(uchar*prointer)//1602字符串處理

{

while(*prointer!='\0')

{

LCD1602_write(1,*prointer);

prointer++;

}

}

/********************************************************************

*名稱:LCD1602_cls()

*功能:初始化1602液晶

*輸入:無(wú)

*輸出:無(wú)

***********************************************************************/

voidLCD1602_cls()//1602初始化

{

LCD1602_write(0,0x01);//1602清屏指令

delay(1500);

LCD1602_write(0,0x38);//功能設(shè)置8位、5*7點(diǎn)陣

delay(1500);

LCD1602_write(0,0x0c);//設(shè)置光標(biāo)不顯示開(kāi)關(guān)、不顯示光標(biāo)、字符不閃爍

LCD1602_write(0,0x06);

LCD1602_write(0,0xd0);

delay(1500);

}

voidshow()

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湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

{

LCD1602_write(0,0x80);//0發(fā)送命令

LCD1602_writebyte("NowFreq:");//顯示檢測(cè)頻率

LCD1602_write(1,0x30+shu1/100000%10);//1發(fā)送數(shù)據(jù)

LCD1602_write(1,0x30+shu1/10000%10);//因?yàn)橐壕е荒茱@示字符，所以我們?cè)谶@里

加一個(gè)0x30把數(shù)字強(qiáng)制轉(zhuǎn)換成字符，0x30是字符0

LCD1602_write(1,0x30+shu1/1000%10);

LCD1602_writebyte(".");

LCD1602_write(1,0x30+shu1/100%10);

LCD1602_writebyte("KHz");

LCD1602_write(0,0xc0);

LCD1602_writebyte("SetFreq:");//顯示限制頻率

LCD1602_write(1,0x30+shu/1000%10);

LCD1602_write(1,0x30+shu/100%10);

LCD1602_write(1,0x30+shu/10%10);

LCD1602_writebyte(".");

LCD1602_write(1,0x30+shu%10);

LCD1602_writebyte("KHz");

}

/********************************************************************

*名稱:key()

*功能:按鍵控制程序

*輸入:無(wú)

*輸出:無(wú)

***********************************************************************/

voidkey()

{

if(OK==1)

{

if(!key_1)//判斷按鍵是否按下

{

OK=0;

if(sec==3)//執(zhí)行按鍵對(duì)應(yīng)的控制內(nèi)容

{

if(shu<3000)shu+=10;//長(zhǎng)按處理

}else

{

if(shu<3000)shu+=1;//短按處理

}

SectorErase(0x2000);//保存數(shù)據(jù)到單片機(jī)EEPROM中

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湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

byte_write(0x2000,shu/256);

byte_write(0x2001,shu%256);

}

if(!key_2)//判斷按鍵是否按下

{

OK=0;//執(zhí)行按鍵對(duì)應(yīng)的控制內(nèi)容

if(sec==3)

{

if(shu>200)shu-=10;//長(zhǎng)按處理

}else

{

if(shu>200)shu-=1;//短按處理

}

SectorErase(0x2000);//保存數(shù)據(jù)到單片機(jī)EEPROM中

byte_write(0x2000,shu/256);

byte_write(0x2001,shu%256);

}

}

if(key_1==1&&key_2==1)//判斷按鍵是否按下

{

sec=0;//重新計(jì)時(shí)

}

}

/********************************************************************

*名稱:proc（）

*功能:報(bào)警指示燈處理函數(shù)

*輸入:無(wú)

*輸出:無(wú)

***********************************************************************/

voidproc()

{

if(shu1>=(shu*100)|shu1==0)

{

led=0;

beep1=1;

}else

{

led=1;

beep1=0;

}

}

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湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

/********************************************************************

*名稱:main()

*功能:主程序

*輸入:無(wú)

*輸出:無(wú)

***********************************************************************/

voidmain()

{

ucharH,L;

TMOD=0x51;//定時(shí)器0配置方式0定時(shí)模式;定時(shí)器1配置方式0計(jì)數(shù)

模式

TH1=0;//定時(shí)器賦初值

TL1=0;

TL0=0xB0;//設(shè)置定時(shí)初值

TH0=0x3C;//設(shè)置定時(shí)初值

TR0=1;//定時(shí)器0啟動(dòng)定時(shí)

TR1=1;//定時(shí)器0啟動(dòng)計(jì)數(shù)

EA=1;//打開(kāi)總中斷

ET0=1;//定時(shí)器0中斷

ET1=1;//定時(shí)器1中斷

H=byte_read(0x2000);//讀取單片機(jī)EEPROM中保存的數(shù)據(jù)

L=byte_read(0x2001);

shu=H*256+L;

if(shu>3000)shu=1500;//判斷讀出的數(shù)據(jù)是否正確如果不正確//則重新賦值

LCD1602_cls();//LCD1602初始化

while(1)

{

key();//調(diào)用按鍵控制程序

show();//調(diào)用LCD1602液晶顯示程序

proc();//調(diào)用程序處理函數(shù)

}

}

voidinit_1()interrupt1

{

TL0=0xB0;//設(shè)置定時(shí)初值

TH0=0x3C;//設(shè)置定時(shí)初值

ms++;//50ms定時(shí)計(jì)數(shù)

if(ms%4==0)//按鍵處理時(shí)間控制沒(méi)200ms處理一次

{

OK=1;

}

23

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

if(ms%5==0)//蜂鳴器報(bào)警，指示燈閃爍處理

{

if(beep1==1)

{

led=0;

beep=!beep;

}else

{

led=1;

beep=1;

}

}

if(ms>19)//1s定時(shí)處理

{

shu1=(long)cs*65535+TH1*256+TL1;//計(jì)算頻率

cs=TH1=TL1=0;

ms=0;

if(!key_1||!key_2)//按鍵長(zhǎng)按處理

{

sec++;

if(sec>3)//長(zhǎng)按3s判斷

{

sec=3;

}

}else

{

sec=0;

}

}

}

voidinit_3()interrupt3//外部中斷檢測(cè)當(dāng)前傳感器頻率

{

cs++;//中斷溢出計(jì)數(shù)

}

#ifndef_EEPROM52_H_

#define_EEPROM52_H_

#include<intrins.h>

/********STC89C52扇區(qū)分布*******

第一扇區(qū)：1000H--11FF

第二扇區(qū)：1200H--13FF

第三扇區(qū)：1400H--15FF

24

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

第四扇區(qū)：1600H--17FF

第五扇區(qū)：1800H--19FF

第六扇區(qū)：1A00H--1BFF

第七扇區(qū)：1C00H--1DFF

第八扇區(qū)：1E00H--1FFF

*****************/

/********STC89C52扇區(qū)分布*******

第一扇區(qū)：2000H--21FF

第二扇區(qū)：2200H--