【正文】 器，這個特殊的觸發(fā)器有兩個輸入端：閾值端 TH可看成是置零端 R，要求高電平，觸發(fā)端 R可看成置位端低電平有效。它只有一個輸出端 Vo， Vo可等效為觸發(fā)器的 Q端。放電端 DIS可看成由內(nèi)部放電開關(guān)控制的一個接點，放電開關(guān)由觸發(fā)器的端控制： Q=1時 DIS端接地； Q=0時， DIS端懸空。此外，這個觸發(fā)器還有復(fù)位端 MR加上低電平 (0． 3V)時可使輸出為低電平。該特殊的 RS觸發(fā)器有兩個輸入端，這兩個輸入端的觸發(fā)電平要求一高一低，其中置零端 R即閾值端 TH要求高電平，置位端即觸發(fā)端則要求低電平，也就是使它們翻轉(zhuǎn)的閾值電壓值不同。當 VK端不接控制電壓時，對 TH端 (即 R端 )來講，大于 2／ 3VDD是高電平 1，小于 2／ 3VDD時是低電平 0；而對 TR端 (即端 )來講，大于 1／ 3VDD是高電平 1，小于 1／ 3VDD是低電平 O。 55芯片電路的應(yīng)用電路很多 ， 本次設(shè)計應(yīng)用直接反饋型無穩(wěn)類電路。電路如圖 6所示。 555 芯片芯片輸出的頻率為 f=(R*C)，只要我們改變電阻 R，就可以達到改變電阻量程的目的， 本設(shè)計 提供了 兩 組電阻，所以說有 兩組 組的電容測量量程。 分別為 (1～50UF)和（ ～ 1UF)。 在 555芯片輸出方波后，由于硬件的原因，輸出的方波會有很多毛刺，為了去除這些毛刺本設(shè)計中使用了一個兩輸入與門（ 74HC08），讓信號通過 74HC08后會使輸出的波形毛刺減少很多，使單片機的測量結(jié)果變得精確。 74HC08如圖 7所示，經(jīng)過整形前后波形 圖 6 555產(chǎn)生方波 電路 基于單片機的電容測試儀 的設(shè)計 6 比較如圖 8所示。 基于 AT89C51 電容測量系統(tǒng)顯示電路 本設(shè)計 使用的是 2 行 16 個字的 1602 液晶模塊 作為測量值顯示部分。其中 字符型液晶模塊是一種用 5x7 點陣圖形來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 個字、 2 行 16 個字、 2 行 20 個字等等 。 如圖 9 為 LCD1602 引腳圖 。 圖 10 LCD1602引腳圖 1602 采用標準的 16 腳接口，其中 : 第 1 腳： VSS 為地電源 第 2 腳： VDD 接 5V 正電源 第 3 腳： V0 為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生 “鬼影 ”，使用時可以通過一個 10K 的電位器調(diào)整對比度 第 4 腳： RS 為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。 圖 7 74HC08 圖 8 經(jīng)過 74HC08整形前后波形比較 期中下面一條為整形后） 圖 10 LCD1602引腳圖 基于單片機的電容測試儀 的設(shè)計 7 第 5 腳： RW 為讀寫信號線， 高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當 RS和 RW 共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當 RS 為低電平 RW 為高電平時可以讀忙信號，當 RS 為高 電平 RW 為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。 第 6 腳： E 端為使能端，當 E 端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。第7～ 14 腳： D0～ D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線。 第 15～ 16 腳：空腳 1602 液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（ CGROM)已經(jīng)存儲了 160 個不同的點陣字符圖形，如表 1 所示，這些字符有：阿拉伯數(shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母 “A”的代碼是 01000001B（ 41H），顯示時模塊把地址 41H 中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母 “A” 表 1 CGROM 和 CGRAM 中字符代碼與字符圖形對應(yīng)關(guān)系 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。 基于單片機的電容測試儀 的設(shè)計 8 表 2 LCD1602 內(nèi)部 11 條控制指令 它的讀寫操作、屏幕和光標的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的。（說明： 1 為高電平、 0 為低電平） 指令 1：清顯示，指令碼 01H,光標復(fù)位到地址 00H 位置 指令 2：光標復(fù)位，光標返回到地址 00H 指令 3：光標和顯示模式設(shè)置 I/D：光標移動方向，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，低電平則無效 指令 4：顯示開關(guān)控制。 D：控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電平表示關(guān)顯示 C：控制光標的開與關(guān)，高電平表示有光標，低電平表示無光標 B：控制光標是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍 指令 5：光標或顯示移位 S/C：高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標 指令 6：功能設(shè)置命令 DL：高電平時為 4 位總線，低電平時為 8 位總線 N：低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示 F 低電平時顯示 5x7 的點陣字符，高電平時顯示 5x10 的點陣字符（有些模塊是 DL：高電 平時為 8 位總線，低電平時為4 位總線） 指令 7：字符發(fā)生器 RAM 地址設(shè)置 指令 8： DDRAM 地址設(shè)置 指令 9：讀忙信號和光標地址 BF：為忙標志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。 基于單片機的電容測試儀 的設(shè)計 9 指令 10：寫數(shù)據(jù)指令 11：讀數(shù)據(jù) 液晶顯示模塊是一個慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認模塊的忙標志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。要顯示字符時要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符， LCD1602 的內(nèi)部顯示地址 如下。 各部分電路連接成整個電路圖 完成各個部分的電路設(shè)計后， 即可 組合成一個總的電路圖。 本設(shè)計中使用 Proteus 完成電路圖?？傠娐穲D 12 所示。 表 3 LCD1602的內(nèi)部顯示地址 圖 11 顯示電路圖 基于單片機的電容測試儀 的設(shè)計 10 系統(tǒng)所用元器件 本系統(tǒng)所用的元器件清單如 下 所示。 圖 12 總電路 基于單片機的電容測試儀 的設(shè)計 11 3 軟件流程及程序設(shè)計 軟件系統(tǒng)總體設(shè)計方案 本設(shè)計 的程序都是基于 C 語言的。要完成的任務(wù)是：初始化程序設(shè)計、按鍵程序設(shè)計、中斷 處理程序，計數(shù)器計數(shù)程序，顯示程序設(shè)計等。 本次設(shè)計所選用 Keil C51中的編譯 /連接器軟件 Keil uVision2作為編譯器 /連接工具。 程序設(shè)計算法設(shè)計 整個程序設(shè)計過程中遇到的最大的問題的如何根據(jù)測量到的方波的頻率來計算所測量的電容的大小。在前面的介紹中我們知道： 555 時基芯片的輸出頻率跟所使用的電阻 R 和電容 C 的關(guān)系是： 又因為 1Tf?，所以 表 4 元器件清單 Category Reference Value Order Code Resistors R1 1k Resistors R3 1k Resistors R2 200 Resistors R4 Resistors R5 Capacitors C1 22uF Capacitors C2 30pF Capacitors C3 30pF Capacitors C4 25uF Capacitors C5 10uF Integrated Circuits U1 AT89C51 Integrated Circuits U2 555 Integrated Circuits U3 74HC08 Miscellaneous LCD1 LM016L Miscellaneous RP1 RESPACK8 Miscellaneous SW1 SWSPST Miscellaneous SW2 SWSPST Miscellaneous X1 CRYSTAL 基于單片機的電容測試儀 的設(shè)計 12 *? (7) 即： *CT R? (8) 因 單片機采用 12M 的晶振，計數(shù)器 T0 的值增加 1，時間就增加 1μS ， 所以 采用中斷的方式來啟動和停止計數(shù)器 T0，中斷的觸發(fā)方式為脈沖下降沿觸發(fā)，第一次中斷到來啟動 T0，計數(shù)器的值為 1N ，第二次中斷到來停止 T0，計數(shù)器器的 值為 2N ，則測量方波的周期為 21( ) *1T N N us?? ， 令 開始時刻計數(shù)器的值 1 0N? ，則 6*10TN?? 。 簡單時序圖 13 所示 。 則： 60 .7 7 2* * 1 0CN R ?? (9) 單片機的計數(shù)器的值 N=065535，為了測量的精 度， N 的取值一般在 100～ 5000，當電阻 R 越大，電容 C 的值就越小。我們?nèi)〔煌碾娮柚?，就得到不同的電容測量的量程。 第一檔： 1 ?? 6*10100NC ?? *1100NC uF? 10~50uF 第二檔： 2 772R ?? 16* 1 0 * 1 0100NC ??? 1* 1 0 * 1100NC uF?? ~5 uF 為了編寫程序的方便，我們只計算 100N ，后面的單位可以根據(jù)使用的量程自行添加。 軟件設(shè)計流程 流程圖是一種傳統(tǒng)的算法表示法，它利用幾何圖形的框來代表各種不同性質(zhì)的操作，用流程線來指示算法的執(zhí)行方向 。本設(shè)計的 程序的流程 圖如圖 14 所示。 圖 13 簡單時序 基于單片機的電容測試儀 的設(shè)計 13 4 系統(tǒng)調(diào)試及仿真 講上面所編的 C 語言程序在 Keil uVision3 軟件上鏈接、編譯后，無誤，并給總電路圖中的單片機 AT89C51 加載程序 進行仿真，得到仿真結(jié)果如下所示。 （ 1)待測電容 C5在 1～ 50UF 內(nèi)，選擇檔位一： 例如 C5=45uf、 18uf 時，檔位一開關(guān)閉合，仿真結(jié)構(gòu)如下圖 15 所示 圖 14 流程圖 基于單片機的電容測試儀 的設(shè)計 14 (2)待測電容 C5在 ～ 內(nèi)，選擇檔位二： 例如 C5=、 時，檔位二開關(guān)閉合，仿真結(jié)構(gòu)如下圖 16 所示 。 5 總結(jié) 圖 16 仿真結(jié)果 2 基于單片機的電容測試儀 的設(shè)計 15 本系統(tǒng)存在的問題及改進措施 本設(shè)計基于 單片機 AT89C51 的計數(shù)器 0T 和中斷 0INT 配合使用來計算 RC 振蕩電路輸出的 頻率 ，設(shè)計中使 R 固定不變， 從而推算出 C 的大小。由于 單片機的計數(shù)器的值 N=0～65535，為了測量的精度， N 的取值一般在 100～ 5000， 所以所設(shè)計的電容測量儀的量程受較小。 心得體會 本次課程設(shè)計 是一次非常好的將理論與實際相結(jié)合的機會，通過對電容測試儀的課題設(shè)計，鍛煉了我的實際動手能力，增強了我解決實際工程問題的能力，同時也提高我查閱文獻資料、設(shè)計規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平。 本設(shè) 計通過由 555 芯片和電容電阻組成的振蕩電路來輸出方波，通過單片機定時器 T0測量其 輸出頻率， 再通過單片機軟件編程，對數(shù)據(jù)進行進一步的計算從而得出被測電容