【正文】 ............................................................................. 28 附錄 A 程序源代碼 .................................................................................. 29 附錄 B 設(shè)計原理圖 ................................................................................... 36 附錄 C 設(shè)計 PCB 圖 ................................................................................... 37 貴 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 III 頁 在線電容測量儀設(shè)計 摘 要 本文介紹了在線電容測量儀設(shè)計與制作的過程。文章首先介紹了在線電容測量儀的選題背景和發(fā)展現(xiàn)狀，然后設(shè)計并分析系統(tǒng)硬件的各單元電路，包括單片機(jī)時鐘電路、單片機(jī)復(fù)位電路、 555 測量電路、系統(tǒng)換擋電路、系統(tǒng)電源電路等；其次則是軟件的設(shè)計和調(diào)試過程。簡 單來說，電子產(chǎn)品在市面上應(yīng)用得越來越廣泛，市場要求產(chǎn)品必須容易檢修和維持壽命，而檢修的關(guān)鍵在于 檢測電子產(chǎn)品是否符合規(guī)格和要求，其關(guān)鍵就是在于檢測其內(nèi)部核心的電路，也即各類電子元件的參數(shù)測量。本土儀器設(shè)備廠商大多重視研發(fā)和生產(chǎn)，缺乏營銷渠道，更別說建立一套完整的現(xiàn)代營銷體系和面向應(yīng)用的研發(fā)模式了。隨著模塊化和虛擬技術(shù)的發(fā)展，為中國的測試測量儀器行業(yè)帶來了新的契機(jī)，加上各級政府日益重視，以及中國自主應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)研究的快速進(jìn)展，都在為該產(chǎn)業(yè)提供前所未有的動力和機(jī)遇。傳感器電容變化，引起電橋失衡，橋路輸出變化。這樣，電橋法不易實(shí)現(xiàn)自動測量。 能夠顯示單位。如果把平均值送到 A／ D 轉(zhuǎn)換器，經(jīng)顯示器顯示的數(shù)據(jù)就是電容的大小。 方案四：使用 AT89C52 單片機(jī)和 NE555 芯片構(gòu)成的多諧振蕩電路電容測量。 STC89C52 是一種低損耗、高性能、 CMOS 八位微處理器，片內(nèi)有 8k 字節(jié)的在線可重復(fù)編程、快速擦除快速寫入程序的存儲器，能重復(fù)寫入 /擦除 1000次，數(shù)據(jù)保存時間為十年。該單片機(jī)外形及引腳排列如圖 ： 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 7 頁 圖 AT89C52 單片機(jī) STC89C52 的 主要特性及管腳說明 STC89C52主要具有以下幾個特點(diǎn)： 1） STC89C52與 MCS51系列的單片機(jī)在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容； 2）內(nèi)有 8k字節(jié)在線可重復(fù)編程快擦寫程序存儲器； 3）靜態(tài)工作 ,工作范圍 :0Hz～ 24MHz； 4） 128 8位內(nèi)部 RAM； 5） 32位雙向輸入輸出線； 6）兩個十六位定時器 /計數(shù)器 7） 5個中斷源 ,兩級中斷優(yōu)先級； 8） 1個全雙工的異步串行口； 9）閑置和掉電兩種工作方式。 P1 口管腳寫入 1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1口被外部下拉為低電 平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 6） P3 口： P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL 門電流。在平時， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器周期兩次 /PSEN有效。時鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。晶體的頻率越高，則系統(tǒng)的時鐘頻率也就越高，單片機(jī)的運(yùn)行速度也就越快。其具體的復(fù)位電路如圖 。 1972年，美國西格尼蒂克斯公司 (Sigics)研制出 Tmer NE555雙極型時基電路，設(shè)計原意是用來取代體積大 ,定時精度差的熱延遲繼電器等機(jī)械式延遲器。 通常只要外接少量幾個元件，就可構(gòu)成各種不貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 12 頁 同用途的脈沖電路以及許多實(shí)用電路，如多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)電路及施密特觸發(fā)器等等。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。 圖 測量換擋電路 該電路的核心是雙刀單擲開關(guān)，通過開關(guān)的斷開和閉合可以選擇兩組電路，其一是發(fā)光二極管電路，其二則是 555 芯片 7 號管腳 DC 所需要的電阻。這里介紹的字符型液晶模塊是一種用 5x7點(diǎn)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，這里我們使用的是 2行 16個字的 1602液晶模塊。 第 7～ 14腳： D0～ D7為 8位雙向數(shù)據(jù)線。 指令 4：顯示開關(guān)控制。 指令 9：讀忙信號和光標(biāo)地址。而 3腳分別是 USB的數(shù)據(jù)線 D和 D+，當(dāng) USB只做電源時，這兩個管腳可以不管。 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 19 頁 圖 總電路圖 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 20 頁 3 軟件設(shè)計與描述 本章將根據(jù)電容測量儀的工作原理設(shè)計軟件，并用 Keil4編譯，經(jīng)過調(diào)試后測試仿真。 要采集 555定時器發(fā)出的方波頻率，可以采用單片機(jī)的定時計數(shù)器，配合中斷來完成。 根據(jù) / ( * )F R C? 的公式，頻率 F 與電容 C 成反比，只要固定前面系數(shù)，電容和頻率的關(guān)系就清晰了。圖 為 LCD顯示的示意圖。個人制作印制電路板比較復(fù)雜，而且由于手工操作的原因，新手不容易成功。 7） 按鍵及撥碼開關(guān)各 1個。 二極管：在此裝置中要用到普通二極管和發(fā)光二極管，在普通二極管中有白色環(huán)標(biāo)志的那頭為負(fù)極。不過，一般對于新電容是不需檢測的。 2）加熱焊件，烙鐵頭靠在兩焊伯的連接處，加熱整個焊件全體，在對于印制板器件來說，要注意使烙鐵頭同時接觸焊盤和元器件的引線。 555多諧振蕩器可以正常發(fā)出方波，該模塊完好。另外，測量過小電容時也比較麻煩。通過本次實(shí)踐，我認(rèn)識到自己諸多缺點(diǎn)：時常粗枝大葉的忽略細(xì)節(jié)，常常自以為自己懂了卻很多東西都不懂。首先要感謝的是我的指導(dǎo)老師熊小萍老師，老師在設(shè)計過程中不斷提出一些建議，督促我按照進(jìn)度完成設(shè)計，對我的幫助極大。 sbit R=P3^0。 uchar error[]=ERROR!。a) for(i=0。 //大概是 105us E=0。 delay(1)。 RW=1。\039。 } //*****************定時計數(shù)器初始化 **************************// void TCinit() { TMOD=0X15。 //1000 1000，開總中斷，并開定時器 T1 的中斷。 } else if (NF==1amp。amp。NF=0。 if (F=7100||F=8)//定義每一個檔位的測量范圍，從 1 到 900，超出顯示錯誤。 TR0=1。 } else show(error,0xc2)。 show(n,0xc6)。 show_data(C,0xc2)。 TL0=0X00。 dat[3]=a%10+0X30。 write_mand(add)。//清除屏幕顯示 } //*************檢查忙否 ***********************// void check_busy() {do { E=0。//允許 delay(1)。//寫入 E=1。 for(a。 uchar tt=0。 sbit NF=P2^4。所用的知識大多數(shù)是以前書本上的知識，另外則部分設(shè)計到課外的一些擴(kuò)展內(nèi)容，需要自己通過其他途徑獲取信息。另外，因為以前從未制作過實(shí)物的原因，在設(shè)計中還遇到了很多以前不曾遇到的問題，我通過各種各樣的方式，光是老師就打擾了四五位之多，在網(wǎng)絡(luò)上更是尋找專業(yè)論壇提問，終于將這些問題一一解決。儀表有性能可靠、電路簡單的特點(diǎn)。一番調(diào)試之后，很遺憾發(fā)光管并沒有正常發(fā)光，后來經(jīng)過細(xì)心查找，才發(fā)現(xiàn)是畫 PCB圖時 USB母座的幾個管腳不對，GND和 D接反，因為本設(shè)計 USB只供電， D+、 D均是空腳，所以我將 GND和 D兩個管腳短接在一起，一同作為電源地使用，隨后發(fā)光二極管果然正常發(fā)光，我們用萬用表測的電源電壓是 ，屬于正常偏差范圍內(nèi)，這些數(shù)據(jù)說明電源部分全部 工作正常。 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 25 頁 元器件的焊接 元器件的焊接并不困難，但需要細(xì)心仔細(xì)，防止虛焊漏焊，以及焊壞元件等。如果發(fā)現(xiàn)萬用表指針不偏轉(zhuǎn)說明該電容開路。 元器件的檢測與安裝 在安裝元件前要先認(rèn)識和檢測元件，一些常見元件的認(rèn)識與檢測如下： 色環(huán)電阻：在此使用的是四個色環(huán)標(biāo)準(zhǔn)的電阻。 5） 5mm發(fā)光二極管 5個。 PCB 板的制作 用 Protel99 設(shè)計好 PCB 板，按照規(guī)則布局并布線，認(rèn)真檢查正確無誤以后就開始制作電路板。 以上就是本設(shè)計測量的三個檔位，三個檔位的測量精度并沒有發(fā)生變化，但可測范圍卻是變化了的。另外，單片機(jī)計數(shù)器有三種工作方式，其中計數(shù)范圍最大的是方式一，最高計數(shù)范圍為 162 ，也即 65536，換句話說，單片機(jī)能夠測量的最高頻率是 65536HZ。 4 超出量程或錯誤操作時能夠提示錯誤。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。 表 LCD1602 內(nèi)部顯示地址 系統(tǒng)電源電路 在設(shè)計實(shí)物時，需要考慮本系統(tǒng)采用什么樣的電源，本設(shè)計所采用的模塊大多是典型數(shù) 字器件，其電源都是 5V左右，所以宜采用 USB接口來提供電源。 指令 7：字符發(fā)生器 RAM地址設(shè)置。 指令 3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置 I/D：光標(biāo)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。當(dāng) RS 和RW共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng) RS為低電平 RW為高電平時可以讀忙信號，當(dāng) RS為高電平 RW 為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 14 頁 對于測量原理的說明我們將在軟件編程部分詳細(xì)說明。 圖 555 多諧振蕩器電路 555 芯片輸出的頻率為 / ( * )F R C? ，只要我們改變電阻 R，就可以達(dá)到改變電貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 13 頁 阻量程的目的， R 串接在 555 芯片 3 腳和 6 腳之間，本設(shè)計提供了三組不同的電阻，當(dāng)電容過大或過小時均可以配合電容使得多諧振蕩器能夠發(fā)出單片機(jī)測量范圍內(nèi)的方波，這樣以 來，就能測量 UF、 NF、 PF三種不同的電容了。放電端 DIS可看成由內(nèi)部放電開關(guān)控制的一個接 點(diǎn)，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。 555 電路，也稱 555 芯片電路，是一種中規(guī)模集成電路。 555 多諧振蕩器電路 555芯片電路是一種將模擬功能與邏輯功能巧妙結(jié)合在同一硅片上的組合集成電路。針對復(fù)位電路對時間的需要，我們對上電復(fù)位電路進(jìn)行設(shè)計。對外接電容的值雖然沒有嚴(yán)格的要求，但是電容的大小會影響振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性。 12） XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE禁貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 9 頁 止，置位無效。 8） PROGALE / ：當(dāng)訪 問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在給出地址 “1” 時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時， P2 口輸出其 特殊功能寄存器的內(nèi)容。在 FIASH編程時， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH進(jìn)行校驗時， P0輸出原碼，此時 P0外部必須被拉高。 STC89C52芯片提供三級程序存儲器加密，提供了方便靈活而可靠的硬加密手段 ，能完全保證程序或系統(tǒng)不被仿制。 80C52單片機(jī) 晶振電路 復(fù)位電路 555 多諧震蕩器 被測電容 換擋電路 顯示電路 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 6 頁 單元電路設(shè)計分析 AT89C5