【正文】 程，北京：北京航空航天大學(xué)出版社， [14]肖洪兵主編，跟我學(xué)用單片機(jī)，北京：北京航空航天大學(xué)出版社， [15]申忠如，郭福田，丁暉主編，現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)與系統(tǒng)設(shè)計(jì)，西安：西安交通大學(xué)出版社， 主要元器件介紹 第 28 頁(yè)（共 42頁(yè)） 致 謝 經(jīng)過三個(gè)多月的忙碌，終于完成了本次畢業(yè)設(shè)計(jì) 其難度、復(fù)雜性、對(duì)設(shè)計(jì)的要求都是以前所不能比擬的。從查閱資料到電路設(shè)計(jì)，從理論學(xué)習(xí)到實(shí)踐總結(jié)，我相當(dāng)于將 C語(yǔ)言、單片機(jī)、數(shù)電、電子 CAD 等課程又重新學(xué)了一變。本次設(shè)計(jì)滿足題目的基本要求和一部分發(fā)揮要求。我們先將電路板上電源電路部分的濾波電容和發(fā)光二極管焊上，然后接上 USB插口，接上電源后發(fā)光二極管如果正常發(fā)光，則說(shuō)明電源電路正常。 4）安裝時(shí)接地與屏蔽要充分利用，接地與屏蔽一是消除外辦對(duì)產(chǎn)品的電磁干擾，二是消除產(chǎn)品對(duì)外辦的電碰干擾，三是減少產(chǎn)品內(nèi)部的相互電磁干擾。檔次調(diào)整好了和表筆接好后，觀察萬(wàn)用表指針是否較大的偏轉(zhuǎn)，然后由最大的偏轉(zhuǎn)慢慢的減小至 最小值（或零），如果時(shí)上述情況則證明該電容有充、放電的功能，為好電容。 12） 1/2W 碳膜電阻 10 個(gè)，其中 100Ω 5 個(gè)， 10K 兩個(gè)， 18Ω、 100K、 100M 電阻各一個(gè)。 4） USBB型母座 1個(gè)。 4）完成電路圖之后需要制作網(wǎng)絡(luò)表，導(dǎo)入 PCB，或者直接更新 PCB 也可。 當(dāng)測(cè)量 UF級(jí)別的電阻時(shí)，電容縮小了 610? ，電阻需要擴(kuò)大 610 才能維持 a不變，此時(shí)電阻 4 610 *10 =100R ? ； 當(dāng)測(cè)量 NF 級(jí)別的電阻時(shí)，電容縮小了 910 ，電阻需要擴(kuò)大 910 才能維持 a 不變，此時(shí)電阻 4 910 *10 =100RK? ； 當(dāng)測(cè)量 PF級(jí)別的電阻時(shí)，電容縮小了 1210 ，電阻需要擴(kuò)大 1210 才能維持 a不變，此時(shí)電阻 4 1210 *10 =10 0RM? 。在本設(shè)計(jì)中我們使用12M 赫茲的晶振，并用 T0 做計(jì)數(shù)器，外部脈沖必須從 腳輸入，外部脈沖的最高頻率為 。 3 單片機(jī)將電容容 值送由 LCD1602液晶顯示器數(shù)字顯示。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。要顯示字符時(shí)，需先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符，下表是 LCD1602的內(nèi)部顯示地址。 DL：高電平時(shí)為 4 位總線，低電平時(shí)為 8 位總線； N：低電平時(shí)為單行顯示，高電平時(shí)雙行顯示； F 低電平時(shí)顯示 5x7 的點(diǎn)陣字符，高電平時(shí)顯示5x10的點(diǎn)陣字符（有些模塊是 DL：高電平時(shí)為 8位總線，低電平時(shí)為 4位總線）。 指令 2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址 00H。 第 5 腳： RW 為讀寫信號(hào)線， 高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。 同理，當(dāng) SW3 閉合時(shí)，電阻的值是 100M 歐姆，頻率 72 20 / ( *1 )F C pf? ，可以測(cè)量PF級(jí)別的電容。電路如圖 。它只有一個(gè)輸出端Vo， Vo可等效為觸發(fā)器的 Q端。盡管世界各大半導(dǎo)體或器件公司、廠家都在生產(chǎn)各自型號(hào)的 555／ 556 時(shí)基電路，但其內(nèi)部電路大同小異，且都具有相同的引出功能端。 10uF電容足可使 RST 腳上的電壓在振蕩器啟振后尚有兩個(gè)機(jī)器周期以上的時(shí)間保持高于施密特觸發(fā)器的低門檻電平，從而使整個(gè)復(fù)位過程得以完成。內(nèi)部復(fù)位操作是在發(fā)現(xiàn) RST 為高電平后的第二個(gè)周期進(jìn)行的，并且此后每個(gè)周期都重復(fù)進(jìn)行復(fù)位操作，直到 RST變成低電平為止。 電路中的電容 C1 和 C2典型值通常選擇為 30PF左右，但實(shí)際應(yīng)用時(shí)還需要根據(jù)晶振的參數(shù)來(lái)選擇。 11） XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。另外，該引腳被略微拉高。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。 P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。工作電壓范圍寬（ ~6V），全靜態(tài)工作，工作頻率寬在 0Hz～ 24MHz 之間，比 8751/87C51 等 51 系列的 6MHz～ 12MHz 更具有靈活性 ,系統(tǒng)能快能慢。在整個(gè)框圖中，處于核心地位的是作為中央處理器的單片機(jī)， 555 芯片構(gòu)成多諧振蕩器后輸出方波，由單片機(jī)接收并計(jì)算出頻率，然后再換算成電容，交由 LCD1602液晶顯示。這種電容測(cè)量方法主要利用了電容的充放電特性 Q UC? ，放電常數(shù) RC?? ，通過測(cè)量與被測(cè)電容相關(guān)電路的充放電時(shí)間來(lái)確定電容值。可由 555 集成定時(shí)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出電壓的脈寬為：ln 3 1 .1Tw RC RC??。 本次設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求 雖然市面上各種電容測(cè)量?jī)x種類繁多，但本次設(shè)計(jì)主要是為了鞏固所學(xué)，因?yàn)檫@個(gè)原因，本次設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求如下： 設(shè)計(jì)須采用單片機(jī)和 NE555等數(shù)字器件為核心。電橋的平衡條件是： ? ?1 * * 1 n 2 * x * 2 xZ Z n e xp [ j Z Z e xp j ]? ? ? ????（ ） （ ） 通過調(diào)節(jié)阻抗 ZZ2使電橋平衡，這時(shí)電表讀數(shù)為零。在調(diào)頻電路中， 電容傳感器是振蕩電路中的選頻元件。另外，國(guó)內(nèi)的一些公司經(jīng)常陷入一個(gè)誤區(qū)當(dāng)中：在技術(shù)水平?jīng)]有達(dá)到的條件下，一味地追求精度或追求高指標(biāo)，而沒有處理好與穩(wěn)定性之間的關(guān)系，這些都是制約本土儀器發(fā)展的因素。 目前來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)的本土測(cè)量?jī)x器設(shè)備還比較落后，有著 諸如精度不高，外觀不好，可靠性差等缺點(diǎn)。 貴 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 IV 頁(yè) Online capacitance measuring instrument design Abstract This paper introduces the process of design and production of online capacitance measuring instrument. This article first introduced the background and development status of online capacitance measuring instrument, then design and analysis the each unit circuit of the system hardware, including the microcontroller clock circuit, reset circuit, 555 measuring circuit, system shift circuit, power supply circuit。畢業(yè) 論文（設(shè)計(jì)） 中凡引用他人已經(jīng)發(fā)表或未發(fā)表的成果、數(shù)據(jù)、觀點(diǎn)等，均已明確注明出處。本設(shè)計(jì)用 C語(yǔ)言設(shè)計(jì)軟件， Keil和 Proteus 兩款軟件成功模擬仿真后，用 Protel99se 軟件設(shè)計(jì)為印刷電路板。 電容測(cè)量?jī)x的發(fā)展歷史 在電子電路當(dāng)中，電容通常是以傳感器形式出現(xiàn)的，所以，在線電容測(cè)量技術(shù)的歷史發(fā)展實(shí)際上就是電容傳感器的發(fā)展歷史。其三，國(guó)內(nèi)缺乏標(biāo)準(zhǔn)的材料配套體系。在此快速增長(zhǎng)的過程中，無(wú)疑催生出了許多測(cè)試行業(yè)新創(chuàng)企業(yè)，也催生出了一批批可靠性和穩(wěn)定性較高的產(chǎn)品。 而常用萬(wàn)用表中的電容測(cè)量電路則是將電容的容量轉(zhuǎn)化為電壓，該電路依據(jù)被測(cè)電容容量產(chǎn)生一個(gè)模擬電壓 ,容量大則產(chǎn)生電壓值高 , 容 量小則產(chǎn)生電壓值低。因?yàn)?555定時(shí)器構(gòu)成的一些應(yīng)用電路基本和電容有關(guān)，所以可以用測(cè)量其輸出方波波形的方法來(lái)測(cè) 量電容，譬如 555 定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的 輸出脈寬 tw 與電容 C成正比 ， 。 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 4 頁(yè) 2 硬件電路設(shè)計(jì)及其描述 本章將介紹在線電容測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)的具體設(shè)計(jì)過程，并為每一個(gè)單元電路做詳盡的描述介紹 。 方案二：用阻抗法測(cè) R、 L、 C 有兩種實(shí)現(xiàn)方法：以恒流源供電，然后測(cè)元件電壓；用恒壓源供電，然后測(cè)元件電 流。 從以上四種方案中，很容易可以看出第四種方案十分符合我們的設(shè)計(jì)要求，其余方案都有著各種不可忽視的缺陷，而該方案不僅硬件電路簡(jiǎn)單，軟件設(shè)計(jì)也不復(fù)雜，十分適合初學(xué)者來(lái)制作實(shí)物。 STC89C52 可構(gòu)成真正的單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)，縮小系統(tǒng)體積，增加系統(tǒng)的可靠 性，降低系統(tǒng)的成本。 2） GND： 工作 地 。 5） P2 口： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出4 個(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫 “1” 時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE脈沖。 10） VPPEA/ ：當(dāng) EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。本設(shè)計(jì)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，內(nèi)部時(shí)鐘方式如圖 。 MCS51單片機(jī)常選擇振蕩頻率 6MHz或 12MHz的石英晶體。 RST腳的電壓等于 Vcc與電容兩端電壓之差。美國(guó)各大公司相繼仿制這種電路 1974 年西格尼蒂克斯公司又在同一基片上將兩個(gè)雙極型 555 單元集成在一起，取名為NF556。 555集成電路有雙極型和 CMOS兩種。 555芯 片電路的應(yīng)用電路很多，如：多個(gè)單穩(wěn)、多個(gè)雙穩(wěn)、單穩(wěn)和無(wú)穩(wěn)，雙穩(wěn)和無(wú)穩(wěn)的組合等。以 SW1 為例，當(dāng)某一個(gè)開關(guān)閉合時(shí)， 555 選擇其中一個(gè)電阻，造成檔位切換，同時(shí)電阻上面的發(fā)光二極管發(fā)光， A0處為高電平，此處會(huì)連接到單片機(jī)，給單片機(jī)一個(gè)檔位切換的信號(hào)，單片機(jī)即可據(jù)此顯示該檔位的單位。 第 2腳： VDD接 5V 正電源。 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 15 頁(yè) 表 LCD1602 各管腳功能 管腳號(hào) 管腳名稱 電平 管腳功能描述 1 VSS 0V 電源地 2 VCC +5V 電源正 3 V0 對(duì)比度（亮度）調(diào)整 4 RS(CS） H/L RS=“H”, 表示 DB7—— DB0 為顯示數(shù)據(jù) RS=“L”, 表示 DB7—— DB0 為顯示指令數(shù)據(jù) 5 R/W(SID) H/L R/W=“H”,E=“H”, 數(shù)據(jù)被讀到 DB7—— DB0 R/W=“L”,E=“H→L”, DB7 —— DB0的數(shù)據(jù)被寫到 IR 或 DR 6 E(SCLK) H/L 使能信號(hào) 7 DB0 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 8 DB1 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 9 DB2 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 10 DB3 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 11 DB4 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 12 DB5 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 13 DB6 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 14 DB7 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 15 A VDD 背光源正端（ +5V） ，通常需要接限流電 阻 26 K VSS 背光源負(fù)端 1602 液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（ CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了 160 個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，如表 1所示，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，比如大寫的英文字母“ A”的代碼是 01000001B（ 41H），顯示時(shí)模塊把地址 41H 中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來(lái)，我們就能看到字母“ A” 表 CGROM 和 CGRAM 中字符代碼與字符圖形對(duì)應(yīng)關(guān)系 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 16 頁(yè) 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。 指令 5：光標(biāo)或顯示移位。 指令 10：寫數(shù)據(jù)指令 11：讀數(shù)據(jù)。 各部分電路連接成整體電路圖 當(dāng)各個(gè)部分的電路設(shè)計(jì)完成后，就需要將單元電路連接起來(lái)。本系統(tǒng)的軟件采用 C語(yǔ)言設(shè)計(jì)。對(duì)外部事件脈沖（下降沿）計(jì)數(shù)，是計(jì)數(shù)器；對(duì)片內(nèi)機(jī)周脈沖計(jì)數(shù)，是定時(shí)器。單片機(jī)所能測(cè)量的最高頻率是 65536HZ，但為了測(cè)量精度著想， F的值必須存在足夠的溢出空間，同時(shí)為了便宜選擇和購(gòu)買電阻，我們選擇 a=7220，這樣： 7220/FC? 7220/CF? （ 32） 在單片機(jī)中，只要計(jì)算出頻率，只要輸入公式 32的語(yǔ)句即能得到電容容量。 系統(tǒng)初始化 顯示 TESTING 開定時(shí)器 T計(jì)數(shù)器 T0 T1 中斷？ 停止 T0、 T1，重置初值 計(jì)算頻率大小 頻率范圍正常？ 換算電容的大小 顯示 ERROR! 檔位正常？ 顯示電容及單位 Y N Y N Y N 開始 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 23 頁(yè) 4 PCB 與實(shí)物制作 電路圖的繪制 電路原理圖的繪制分以下幾個(gè)步驟： 1）在 Protel99 軟件中先新建一個(gè)文檔，把所需要的元件載入到文檔里面。 材料清單 本次設(shè)計(jì)所用材料并不多，其清單如下： 1） ST89C52單片機(jī) 1片。 9） 15V 100uf電解電容