【正文】 ion, are also mon in the middle of the electronic teaching process. In the design of this topic in view of the students in the experiment, often because the label is missing and not privy to the capacitance value, capacitance measuring instrument based on single chip microputer system is developed. The subject through the single chip microputer, LCD1602 LCD display, measuring circuit design, etc., has developed a set of capacitance test system, the system is made up of display system, key system and measurement system, etc. Concrete implementation of merit key change measuring the capacitance of the system status, for different values and display functions. Paper discusses the hardware design part of the subject, which mainly discusses the system each function and the system principle, preliminary design principle diagram and circuit principle after argument, with Altium Designer software to carry on the special device, the principle of library file of drawing, PCB assembly production as well as the schematic drawing,。為此，我們查閱資料，根據(jù)所學(xué)的知識，設(shè)計了一個數(shù)字電容測試儀，只要接入被測電容，打開開關(guān)以后，就能直接在屏幕上顯示出電容的大小，方便在以后的實驗中對電容的使用。 論文主要技術(shù)方向為電路原理圖的設(shè)計，制作和電路工作原理的解析。而在電子電路 中，電容器不同性質(zhì)的用途尤多，這許多不同的用途，雖然也有截然不同之處，但因其作用均來自充電與畢業(yè)設(shè)計（論文）專業(yè)紙 2 放電。所用的電器，生產(chǎn)中的機械設(shè)備，如果沒有了電容都將無法繼續(xù)使用。然而在使用過程中，由于時間和管理的疏忽經(jīng)常會把器件的容量標(biāo)簽丟失，以至于無法得知器件的容量。 現(xiàn)在作為學(xué)生所接觸到的僅僅停留在學(xué)校的實驗和設(shè)計中，還不曾接觸的工業(yè)生產(chǎn)和商業(yè)交易中，更大批量的器件都會被丟棄浪費。 課題研究內(nèi)容 本課題通過分小組協(xié)作的模式展開，同學(xué)分別負責(zé)整個系統(tǒng)的硬件終端設(shè)計，軟件終端設(shè)計。 熟悉系統(tǒng)中各個單元電路的功能，按功能進行元器件型號的篩選分類，理出相應(yīng)的原理圖器件清單。 利用 Altium Designer 軟件構(gòu)建 PCB 文件，設(shè)置 PCB 的各種參數(shù)后將原理圖導(dǎo)入到 PCB 文件中， 形成初步構(gòu)局， 通過調(diào)整元件的位置 進行簡單的布局，采用自動 布線 和手工布線結(jié)合使 PCB中的布局合理美觀。 本課題通過硬件和軟件設(shè)計的搭配，通過不斷的調(diào)試和修改最終實現(xiàn)電容測量的功能。 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字節(jié) Flash， 512 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線， 看門狗定時器 ，內(nèi)置 4KB EEPROM， MAX810 復(fù)位電路， 3個 16 位 定時器 /計數(shù)器， 4 個外部中斷，一個 7 向量 4 級中斷結(jié)構(gòu)（ 兼容傳統(tǒng) 51 的 5 向量 2 級中斷結(jié)構(gòu)），全雙工 串行口 。最高運作頻率 35MHz，6T/12T 可選。對端口寫入 1 時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這是可用作輸入口。 P3 端口 （ ～ ， 10～ 17 引腳）： P3 是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O 端口。 XTAL1（ 19 引腳）：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。1602LCD 是指顯示的內(nèi)容為 16X2,即可以顯示兩行，每行 16 個字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。除了黑白顯示外，液晶顯示器還有多灰度有彩色顯示等。 應(yīng)用領(lǐng)域包括傳感器 放大器 ，直流增益模塊和所有傳統(tǒng)的運算放大器現(xiàn)在可以更容易地在單電源系統(tǒng)中實現(xiàn)的電路。利用 G/(G2A)和 /(G2B)可級聯(lián)擴展成 24 線譯碼器；若外接一個反相器還可級聯(lián)擴展成 32 線譯碼器。 ② 利用 E E2 和 E3 可級聯(lián)擴展成 24 線 譯碼器 ；若外接一個 反相器 還可級聯(lián)擴展成 32 線譯碼器。它可以作為工作系統(tǒng)設(shè)計語言，編寫系統(tǒng) 應(yīng)用程序 ，也可以作為應(yīng)畢業(yè)設(shè)計（論文）專業(yè)紙 8 用程序設(shè)計 語言，編寫不依賴計算機硬件的應(yīng)用程序。 KEIL 簡介 Keil uVision2 是 51 系列兼容單片機 C 語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，使用接近于傳統(tǒng) c 語言 的語法來開發(fā)，與匯編相比， C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢， 因而易學(xué)易用 ,而且大大的提高了工作效率和項目開發(fā)周期 ,他還能嵌入 匯編 ，可以在關(guān)鍵的位置嵌入，使程序達到接近于匯編的工作效率。 uVision2 IDE 可為它們提供單一而靈活的開發(fā)環(huán)境 。用過匯編語言后再使用 C 來開發(fā)，體會更加深刻。在編譯方面，畢業(yè)設(shè)計（論文）專業(yè)紙 9 它也支持 IAR、 Keil 和 MPLAB 等多種 編譯器 。 在本設(shè)計中，通過 PROTEUS 構(gòu)建了電路原理圖，與程序所連接進行了對本系統(tǒng)的仿真，對于在接入硬件調(diào)試之前起到了很大的幫輔作用。 74LS138 譯碼電路完成對電容的測量前的放電及量程的轉(zhuǎn)換。當(dāng) “ ” 端電壓畢業(yè)設(shè)計（論文）專業(yè)紙 10 高于 “ +” 端時，輸出管飽和，相當(dāng)于輸出端接低電位。 畢業(yè)設(shè)計（論文）專業(yè)紙 11 第 3 章 電路原理分析設(shè)計 電路板總體結(jié)構(gòu) 量 程 轉(zhuǎn) 換 電 路單 片 機S T C 8 9 C 5 2電 源 電 路 電 源 指 示 燈電 容 測 量 電 路液 晶 顯 示按 鍵 電 路串 口 通 信 電 路晶 振 電 路 復(fù) 位 電 路M A X 2 3 2 D B 97 4 L S 1 3 8L M 3 2 4 圖 31 電路板總體架構(gòu)圖 本系統(tǒng)采用電容充放電原理，使電容充電并達到基準(zhǔn)電壓后，電壓比較器會輸出一個充電停止信號送給單片機，單片機根據(jù)計數(shù)器記錄的充電時間計算出電容的值送給液晶顯示。其中供電系統(tǒng)是選用 5V交流供電 ,電源指示燈則顯示電源的開關(guān)情況，當(dāng)系統(tǒng)通電時：指示燈亮。液晶接口是單排座 16 針接口。該電源由 220V 輸入， 5V輸出供電路板所需的電源。 MAX232 芯片則分別接入了四個 22uf的電解電容，其 腳分別接 ， 腳與單片機的 和 口相接。用于接收指令和數(shù)據(jù)； STC89C52 通過 RS,RW,和 E 這三個端口控制 LCD 模塊。 按鍵電路模塊 分析 圖 35 按鍵電路原理圖 本電路使用的是獨立按鍵電路，由兩個按鍵 分別與單片機的, 相連接。當(dāng)剩余電量放空時，則 Y0口輸出一個高電平，通知單片機發(fā)出外部中斷，由此放電電路關(guān)閉。集電極則分別接入了不同阻值的 5 個電阻。待測電容通過接通的一條電路，經(jīng)過三極管和所連接的不同阻值的電阻對其進行充電。當(dāng)待測定容放完剩余電量，選定量程后，系統(tǒng)通過測量電路開始對待測電容進行充電，測量。即 。的容量為 1 微法。當(dāng)電容充電達到參考電壓值時，比較器翻轉(zhuǎn)，發(fā)出充電完成信號到中斷 0 端口，單片機響應(yīng)中斷，停止計數(shù)器 0，并關(guān)閉充電電路。當(dāng)電容兩端電壓超過比較電壓時，比較器翻轉(zhuǎn)，產(chǎn)生一個低電平到單片機的中斷 0(INT0)引腳，通知單片機電容充電完成。該部分所輸出的波形，用 Multisim軟件做出了仿真。 Altium Designer 在單一設(shè)計環(huán)境中集成板級和 FPGA 系統(tǒng)設(shè)計、基于 FPGA 和分立處理器的 嵌入式軟件開發(fā) 以及 PCB版圖設(shè)計、編輯和制造。 畢業(yè)設(shè)計（論文）專業(yè)紙 19 原理圖的設(shè)計流程 啟 用 畫 圖 工 具設(shè) 置 工 作 環(huán) 境元 器 庫 構(gòu) 建 及 裝 載置 放 元 器 件 及 布 局原 理 圖 布 線原 理 圖 錯 誤 檢 查 及 修 改原 理 圖 構(gòu) 建 完 成 圖 41 原理圖設(shè)計流程圖 1. 啟用畫圖工具 啟動 Altium Designer 進入原理圖設(shè)計，由電路圖的 尺寸對圖紙的大小設(shè)計相應(yīng)的參數(shù)。根據(jù)所設(shè)計的要求的不同，所需要的元器件及其封裝也是不相同的。根據(jù)課題要求設(shè)置元器件的參數(shù)屬性和網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識的放置。 7. 原理圖構(gòu)建完成 在檢錯完成后，原理圖構(gòu)建完成。主要由元件庫管理器，主工具欄，菜單，使用工具欄，編輯區(qū)等組成。 圖 46 文件保存界面 完成原理圖的繪制，將其保存。對本系統(tǒng)的設(shè)計工作進程 起到了關(guān)鍵的作用。當(dāng)接通不同的電路時，其產(chǎn)生的波形發(fā)生了明顯的跳動，說明該電路可對電容進行充放電。 本電路從左至右，于三個不同的節(jié)點上加入了三個萬用表，用于對三個點的畢業(yè)設(shè)計（論文）專業(yè)紙 26 電壓進行檢測。電壓輸出端為 ，此時的反相端口則為 3V。購買了萬能板及電路所需的器件，畢業(yè)設(shè)計（論文）專業(yè)紙 27 芯片以及其他各種相關(guān)的零件，通過不斷的修改和焊接。執(zhí)行該命令后將會出現(xiàn)如圖對話框，然后就可以正式的 PCB 元件導(dǎo)入，布局以及布線。在層堆棧管理器，可自定義層的結(jié)構(gòu)，看到層堆棧的立體效果。當(dāng)進行工作層設(shè)置時，可以執(zhí)行 PCB 設(shè)計管理器的DesignBoardLayer 命令，將彈出如圖對話框，其中顯示用到的信號層，平面層，機械層以及層的顏色和圖紙顏色。其目的是防止相互干擾。其實這些電容是為開關(guān)器件而設(shè)置的，布置這些電容就應(yīng)盡量靠近這些元部件，離得太遠就沒有作用了。所以，設(shè)計中應(yīng)盡量減少過線孔。 畢業(yè)設(shè)計（論文）專業(yè)紙 32 布線，覆銅 PCB 的設(shè)計環(huán)節(jié)當(dāng)中，設(shè)計規(guī)則是不可缺少的一部分。在本系統(tǒng)設(shè)計時 PCB 中布線時的線寬為，各孔徑的尺寸設(shè)定為 。如果線路 沒有 布通， PCB板將無法運行，這將會是一塊不成功的板子。接著 就 是美觀。 執(zhí)行 — 自動布線 — 全部：布線的過程中會彈出相應(yīng)的信息框，主要是顯示布線中每個部分的完成情況： 畢業(yè)設(shè)計（論文）專業(yè)紙 33 圖 419 布線信息框 下圖為自動布線后的 PCB 截圖： 圖 420 PCB 板截圖 的覆銅 覆銅，就是將 PCB 上閑置的空間作為基準(zhǔn)面 ， 然后用固體銅填充，這些銅區(qū)又稱為灌銅。 具體的覆銅步驟如下： 點擊下腳的 Top Layer 和 Bottom Layer 設(shè)置選項： 圖 421 顏色設(shè)置選項框 對 PCB 圖的四個頂角進行相應(yīng)的頂層進行 銅膜走線 ，生成下圖： 圖 422 頂層銅膜走線圖 點擊 Bottom layer 對 PCB 圖的四個頂角進行相應(yīng)的底層進行銅膜走線，生成下圖： 圖 423 底層銅膜走線圖 制成 PCB 電路板： 畢業(yè)設(shè)計（論文）專業(yè)紙 35 圖 424 PCB 電路板 PCB 板的焊接 普通電烙鐵：普通電烙鐵只適合焊接要求不高的場合使用。如未與電路板貼緊，在重復(fù)焊接時焊盤高溫易使焊盤損傷或脫落，物流過程中也可導(dǎo)致焊盤損傷或脫落。 加適 量的焊錫，然后先拿開焊錫絲。例如電源連接線虛焊，電路連接短路等問題。 這也是本文研究的重點，現(xiàn)將本文的主要設(shè)計工作總結(jié)如下： 計及電容測試的相關(guān)文獻，了解掌握了電容測試技術(shù)的現(xiàn)狀以及發(fā)展動態(tài)，并對基于單片機的電容測試儀進行討論。 學(xué)的相互討論，對該設(shè)計實現(xiàn)過程中的問題進行具體的分析，并提出解決的方案。 （ 2）軟件應(yīng)用方面，加深學(xué)習(xí) Altium Designer 軟件的運用，更加熟練的運用軟件，可以提高原理圖繪制及 PCB 制作的效率和質(zhì)量。為此，我向熱心幫助過我的所有老師和同學(xué)表示 由衷的感謝 !在論文工作中，遇到了許許多多這樣那樣的問題，有的是專業(yè)上的問題，有的是論文格式上的問題，一直得到老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)，使我的論文可以又快又好的完成，老師以其淵博的學(xué)識、嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、求實的工作作風(fēng)和他敏捷的思維給我留下了深刻的印象，我將終生難忘我的老師對我的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)，再一次向他表示衷心的感謝，感謝他為學(xué)生營造的濃郁學(xué)術(shù)氛圍，以及學(xué)習(xí)、生活上的無私幫助 ! 值此論文完成之際，謹向 xx老師致以最崇高的謝意 ! 另外我還要感謝在本次設(shè)計中負責(zé)軟件設(shè)計的 xxx 同學(xué)，在設(shè)計過程中她向我提供了很 多的寶貴意見