【正文】 生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)過程的方式，已經(jīng)滿足不了現(xiàn)代企業(yè)高質(zhì)量、高效益的要求，漸漸成為企業(yè)擴大生產(chǎn)規(guī)模、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本的一個障礙。電容通常以傳感器形式出現(xiàn)，因此，電容測量技術(shù)的發(fā)展歸根結(jié)底就是電容傳感器的發(fā)展。電容測量技術(shù)發(fā)展也很快現(xiàn)在的電容測量技術(shù)也由單一化發(fā)展為多元化。目前常用的兩種測量電容的實現(xiàn)方法：一是利用多諧振蕩產(chǎn)生脈沖寬度與電容值成正比信號，通過低通濾波后測量輸出電壓實現(xiàn)；二是利用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)裝置產(chǎn)生與電容值成正比門脈沖來控制通過計數(shù)器的標準計數(shù)脈沖的通斷，即直接根據(jù)充放電時間判斷電容值。 該方案主要是根據(jù) 555 時基芯片的應用特點，把電容的大小轉(zhuǎn)變成 555 輸出頻率的大小，進而可以通過單片機對 555 輸出的頻率進行測量。啟動一個硬件開發(fā)項目，原始的推動力會來自于很多方面，比如市場的需要，基于 整個系統(tǒng)架構(gòu)的需要，應用軟件部門的功能實現(xiàn)需要，提高系統(tǒng)某方面能力的需要等等，所以作為一個硬件系統(tǒng)的設(shè)計者，要主動的去了解各個方面的需求，并且綜合起來，提出最合適的硬件解決方案。 0V 通過 R 對電容 C 充電。如此往復產(chǎn)生振蕩。測量結(jié)果主要受標準電容 0C 的絕對精度影響，因 此應該選擇精度高、穩(wěn)定性好的 0C ；其他誤差來源包括周期測量的量化誤差，除法運算產(chǎn)生的余數(shù)誤差，電源電壓的波動造成諧振頻率偏移帶來的誤差，因此電路應選用穩(wěn)壓性能好的穩(wěn)壓電源。這種方法中應用了 555 定時器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，在秒脈沖的作用下產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，來控制門電路實現(xiàn)計數(shù)，從而確定脈沖時間，通 過設(shè)計合理的電路參數(shù)，使計數(shù)值與被測電容相對應。 方案三、基于單片機和 555 定時器的數(shù)顯 式電容測量 這種電容測量方法主要是通過一塊 555定時芯片來測量電容，讓 555定時芯片工作在直接反饋無穩(wěn)態(tài)的狀態(tài)下， 555 時基芯片輸出一定頻率的方波，其頻率的大小跟被測量的電容之間的關(guān)系是：2ln)2( 1 21 CRRf ??，我們固定 R 的大小，其公式就可以寫為： / xf k C? ，只要我們能夠測量出 555 定時芯片輸出的頻率，就可以計算出測反向器 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 顯示 窄脈沖觸發(fā)器 秒脈沖發(fā)生器 譯碼器 鎖存器 記數(shù)器 標準記數(shù)脈沖 沈陽航空 航天大學 北方科技學院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 6 量的電容。 555定時器 555 定時器是 本次設(shè)計的重要組成部分，它是 一種多用途的數(shù)字 — 模擬混合集成電路，利用它能極方便的構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器。 555 振蕩電路 STC89C51 單片機控制電路 三位半液晶顯示電路 CD4543 電路部分 電路驅(qū)動 地址控制 數(shù)據(jù)采集 數(shù)據(jù)控制 沈陽航空 航天大學 北方科技學院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 7 圖 555 電路結(jié)構(gòu)圖 11v 是比較器 C1 的輸入端 9， 12v 是比較器 C2的輸入端。 RD是置零輸入端。圖中的數(shù)碼1 到 8 為器件引腳的編號。 當 11v 1Vr 、 12v 2Vr 時， 1vc = 2vc =0，故觸發(fā)器被置 1， vo 為高電平，同時 TD截止。 圖 施密特觸發(fā)器 由于比較器 C1和 C2 的參考電壓不同，因而基本 RS 觸發(fā)器的置 0信號和置 1信號必然發(fā)生在輸入信號 v1 的不同電平。 只要把施密特觸發(fā)器的反向輸出端經(jīng) RC 積分電路接回到它的輸入端，就構(gòu)成了多謝振蕩器。將 v’ o經(jīng) R2和 C組成的積分電路接到施密特觸發(fā)器的輸入端同樣也能構(gòu)成多諧振蕩器，如圖 圖 多諧振蕩器 電容上的電壓 vc 將在 Vt+與 Vt之間往復振蕩， vc 和 vo的波形如圖 。 早期的單片機都是 8 位或 4 位的。隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，開始出現(xiàn)了 16位單片機，但因為性價比不理想并未得到很廣泛的應用。目前，高端的 32 位單片機主頻已經(jīng)超過 300MHz，性能直追 90 年代T1 T2 T vc t t 0 0 vo 2/3Vcc 1/3Vcc 沈陽航空 航天大學 北方科技學院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 11 中期的專用處理器，而普通的型號出廠價格跌落至 1 美元，最高端的型號也只有 10美元。使用 Atmel 公司高密度非 易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完 全兼容。另外， STC89C51 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。作為輸出口，每位能驅(qū)動 8個TTL 邏輯電平。在 flash 編程時， P0 口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。對 P2 端口寫“ 1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。在使用 8位地址（如 MOVX RI）訪問外 部數(shù)據(jù)存儲器時， P2 口輸出 P2 鎖存器的內(nèi)容。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 RST—— 復位輸入。要注意的是：每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個 ALE 脈沖。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程 序時，應設(shè)置 ALE 禁止位無效。如 EA 端為高電平（接 Vcc 端）， CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲 器的指令。從書本上學不會設(shè)計，只能經(jīng)過實踐，通過對實際系統(tǒng)的研究和實踐才能學會。一般用自然語言給定一 個需求集，預先作非正式設(shè)計，常常用流程圖的形式說明，接著開始編碼，當系統(tǒng)實現(xiàn)時設(shè)計還需修改。作為還在學生階段的我們，用匯編語言進行編程對我們理解單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、資源都有很好的幫助， 但是 C語言編程在以后的實際工作中將會大大簡化自己的工作。本次畢業(yè)設(shè)計的程序是一個很簡單的過程，所以步驟也相對應的沈陽航空 航天大學 北方科技學院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 15 簡單了許多。 第四步：把編譯，看是否得到我們需要的結(jié)果，如果得不到結(jié)果就回到第三步，直到最后得到我們想要的結(jié)果。 MedWin 集成開發(fā)環(huán) 境的特點 (1)完美的 Windows 版集成開發(fā)環(huán)境 MedWin。 (5)VC 風格的窗口停駐、窗口切分和工作簿模式界面。 沈陽航空 航天大學 北方科技學院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 16 (9)無須點擊的感應式鼠標提示功能 。 (13)提供真實的軟件模擬仿真開發(fā)環(huán)境。 不使用項目管理方式開發(fā)應用程序 不使 用 MedWin 集成開發(fā)環(huán)境項目管理方式，只能對單模塊方式下的應用程序開發(fā)，具有很大的局限性。 (2)如果當前文件的擴展名為 C 或系統(tǒng)定義的擴展名，編譯 /匯編命令調(diào)用外部 C編譯命令對當前文件編譯 。當編譯 /匯編發(fā)生錯誤時，消息窗口中的錯誤信息自動與源文件關(guān)聯(lián)，提示出錯的位置。 (2)如果編譯 /匯編出現(xiàn)錯誤，在修改源文件后重復進行第三步操作。 Completed”的字樣。通常，當用戶源程序文件存放在當前工作目錄時，不需要進行高級設(shè)置。 存儲器屬性 存儲器屬性 Small / Compact / Large，此屬性為 C 編譯器所需，如果項目文件中沈陽航空 航天大學 北方科技學院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 19 包含 C 程序，用戶必須設(shè)置存儲器屬性。選中時，匯編器默認 SFR 為 80C51。 調(diào)試信息 建立新的項目后，系統(tǒng)默認為產(chǎn)生調(diào)試信息，能夠進行源文件調(diào)試 。請根據(jù) ： (1)如果文件存在，在文件檢取框中選擇并打開文件添加。 第四步：編輯，編譯 /匯編 /連接 沈陽航空 航天大學 北方科技學院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 20 命令： [項目管理 |編譯 /匯編 ] MedWin 集成開發(fā)環(huán)境根據(jù)文件的擴展名，自動對激活的文件選擇調(diào)用外部編譯器或匯編器 ： (1)如果當前文件的擴展名為 ASM 或系統(tǒng)定義的擴展名，編譯 /匯編命令調(diào)用外部匯編命令對當前文件匯編。 (2)如果出現(xiàn)錯誤，修改文件后重復進行第四步操作。 (2)使用產(chǎn)生代碼并裝人命令，項目管理器會自動判別文件是否需要重新編譯 /匯編，并將連接產(chǎn)生的代碼下載到仿真器，提供調(diào)試運行。 5 5 5 輸 出 的 方 波啟 動 T 0停 止 T 0T 圖 簡單時序圖 那就設(shè)定電阻 R= 21 2RR? =10k 歐， ln2=，所以確定 C 值就可以算出 f的理論值， 到 對應頻率值見表 。 頻率測量一般都是由計數(shù)器或定時器來完成的。 另一種方法是測周法 , 該方法是將標準頻率信號 2xf 送到計數(shù)器的計數(shù)輸入端 , 而讓被測頻率信 號 2xf 控制計數(shù)器的計數(shù)時間 , 所得的計數(shù)值 2N 與 2xf 有如下關(guān)系 ： 222 / Nff sx ? 。 可見在同樣的 sT 下 ， 測頻法在 1xf 的低頻端誤差遠大于高頻端 ， 而測周法在 2xf 的高頻率的誤差遠大于低頻端 ， 理論研究表明 ， 如進行 n次重復測量取平均 ， 則177。 因此 ， 如對一給定頻率信號 fx 進行測量 ， 用測頻法測量時 fs1越低越好 ， 用測周法 fs2越高越好 。 為此 ， 需尋找在什么頻點上切換兩種測量方法。 即 sfnET c )1000/1(10/12)/(12 6220 ?????? 。 至 第一段 頻率 7251300Hz 到 3616500Hz k1 為 144296300 至 第二段 頻率 3616500Hz 到 2064400Hz k2 為 144299800 至 第三段 頻率 2064400Hz 到 1203500Hz k3 為 144300100 至 第四段 頻率 1203500Hz 到 721860Hz k4 為 144299800 199pf 至 399pf 第五段 頻率 725130Hz 到 361650Hz k5為 144299800 399pf 至 699pf 第六段 頻率 361650Hz 到 206440Hz k6為 144299800 699pf 至 1199pf 第七段 頻率 206440Hz 到 102030Hz k7為 144300100 1199pf 至 1999pf 第八段 頻率 120350Hz 到 72186Hz k8為 144300000 屬于那一段量程，就用哪個 k 去除以測得的 f，就能得出被測電容的數(shù)值 。 本次畢業(yè)設(shè)計在軟件設(shè)計方面的難度是有點大。 INT0:外部中 0 請求中斷輸入引腳（ 引腳），低電平或下降沿有效。其功能與操作同 INT0。 (2)ES 是串行中斷允許位。 (4)EX1是外部中斷 INT1 中斷允許位。 方式寄存器 TMOD 是一個逐位定義的 8 位寄存器，但只能使用字節(jié)尋址的寄存器，字節(jié)地址為 89H。 當 INT0 引腳為高電平時 TR0 置位，啟動定時器 T0； 當 INT1 引腳為高電平時 TR1 置位，啟動定時器 T1。 沈陽航空 航天大學 北方科技學院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 30 如圖 STC89C51 單片機的中斷功能示意圖。//中斷程序執(zhí)行完后自動清零，再次進入中斷服務函數(shù)后需要給計數(shù)變量賦值 TH0=0xCH。 LCD 顯示 程序 關(guān)于 LCD 顯示 方式 LCD 顯示器內(nèi)藏的 T6963C 控制芯片是微機外圍電路 ，能與 CPU 異步操作，可尋址外部 64KRAM，可讀寫、拷貝顯示屏上數(shù)據(jù)，可用幾種語言編程，其程序指令如下： (1)指令，數(shù)據(jù)輸入、輸出 沈陽航空 航天大學 北方科技學院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 32 讀 狀 態(tài) 字S T A 0 = 1 ?S T A 1 = 1 ?寫 指 令 代 碼YN (2)顯示方式設(shè)置 1 0 0 1 N3 N2 N1 N0 NO： 1/0 光標閃爍 開 /關(guān)； N1： 1/0 光標 ； N2： 1/0 字符 光標； N3： 1/0 圖形 開 /關(guān) 。 (5)內(nèi)部寄存器寫入 0 0 1 0 0 N2 N1 N0 NO 光標指針 ； N1偏置寄存器 ； N2 地址指針 。 沈陽航空 航天大學 北方科技學院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 33 關(guān)于 LCD 編程 流程 初始化 ，設(shè)置顯示方式； 選擇圖形或字符，設(shè)置光標形式和光標地址 。 顯 示 方 式 設(shè) 置合 成 方 式 設(shè) 置設(shè) 置 圖 形 （ 字 符 ） 首 地 址設(shè) 置 地 址 指 針自 動 寫 入 數(shù) 據(jù)關(guān) 閉 自 動 寫 入結(jié) 束 圖 LCD顯示流程 編寫程序 袖珍式智能化電容表的 主程序，中斷程序，顯示程序等均在附錄Ⅰ中 。單片機在生產(chǎn)過程控制、自動檢測、數(shù)據(jù)采集及處理、科技計算、商業(yè)管理及辦公室自動化等方面獲得了廣泛的應用。 此次畢業(yè)設(shè)計著重提高我的單片機應用方面的實踐技能，樹立嚴謹?shù)目茖W作風，培養(yǎng)我 綜合運用理論知識解決實際問題的能力。 在此特別感謝我的指導老師 趙文成 ，在此次設(shè)計中給予我很多幫助，并對我 要 求嚴格，在各方面對我進行細心指導， 不僅讓我學到了很多畢設(shè)相關(guān)的知識，也懂得了很多 人 生 的道理，對我今后的學習生活和工作將會有很大的幫助， 在此表示誠摯的致意和衷心的