【文章內(nèi)容簡介】 0引腳）：接地 P0端口（ ～ ， 39～ 32引腳）： P0 口是一個漏極開路的 8 位雙向 I/O口。 VCC（ 40引腳）：電源電壓 1602 液晶顯示 圖 22 LCD1602 液晶顯示屏實(shí)物圖 1602 液晶也叫 1602 字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的 點(diǎn)陣 型液晶模塊。它由若干個 5X7 或者 5X11 等 點(diǎn)陣 字符位組成，每個點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個字符，每位之間有一個點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因?yàn)槿绱怂运荒芎芎玫仫@示圖形 。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）。 液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對其顯示區(qū) 域進(jìn)行控制，有電就有顯示，這樣即可以顯示出圖形。液晶顯示器具有厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動、易于實(shí)現(xiàn)全彩色顯示的特點(diǎn)，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在便攜式電腦、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、 PDA 移動通信工具等眾多領(lǐng)域。 液晶顯示器的分類液晶顯示的分類方法有很多種，通?？砂雌滹@示方式分為段式、字符式、點(diǎn)陣式等。除了黑白顯示外，液晶顯示器還有多灰度有彩色顯示等。如果根據(jù)驅(qū)動方式來分，可以分為靜態(tài)驅(qū)動、單純矩陣驅(qū)動和主動矩陣驅(qū)動三種。 其工作特性如下： 或 5V 工作電壓，對比度可調(diào) 內(nèi)含復(fù)位電路 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專業(yè)紙 6 提供各種控制命令 ,如：清 屏、字符閃爍、光標(biāo)閃爍、顯示移位等多種功能 有 80 字節(jié) 顯示數(shù)據(jù)存儲器 DDRAM 內(nèi)建有 192 個 5X7 點(diǎn)陣 的字型的字符發(fā)生器 CGROM 8個可由用戶自定義的 5X7 的字符發(fā)生器 CGRAM LM324 運(yùn)算放大器芯片 圖 23 LM324 實(shí)物圖 LM324 由四個獨(dú)立的，高增益，內(nèi)部頻率補(bǔ)償運(yùn)算放大器 構(gòu)成 ，其中專為從單電源供電的電壓范圍經(jīng)營。從分裂電源的操作也有可能和低電源電流消耗是獨(dú)立的電源電壓的幅度。 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(yùn)算放大器現(xiàn)在可以更容易地在單電源系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的電路。例如，可直接操作的 LM324，這是用來在數(shù)字系統(tǒng)中，輕松地將提供所需的接口電路，而無需額外的 177。15V 電源標(biāo)準(zhǔn)的5V電源電壓。 特點(diǎn)如下： ： 3V32V 電流 ：最大 100mA 運(yùn)算放大器 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專業(yè)紙 7 74LS138 譯碼器芯片 圖 24 74LS138 實(shí)物圖 74LS138 為 3 線－ 8 線譯碼器共有 54LS138 和 74LS138 兩種型式，其主要電特性的典型值如下： 74LS138 傳播延遲時間 22ns 功耗 原理：當(dāng)一個選通端（ G1）為高電平，另兩個選通端（ /(G2A)和 /(G2B)）為低電平時，可將地址端（ A、 B、 C）的二進(jìn)制編碼在一個對應(yīng)的輸出端以低電平譯出。利用 G/(G2A)和 /(G2B)可級聯(lián)擴(kuò)展成 24 線譯碼器；若外接一個反相器還可級聯(lián)擴(kuò)展成 32 線譯碼器。若將選通端中的一個作為數(shù)據(jù)輸入端時， 138 還可作數(shù)據(jù)分配器。 其工作原理如下： ① 當(dāng)一個選通端（ E1）為高電平，另兩個選通端（ (/E2))和 /(E3)）為低電平時，可將地址端（ A0、 A A2）的 二進(jìn)制編碼 在 Y0至 Y7對應(yīng)的輸出端以低電平譯出。 比如 ： A2A1A0=110 時，則 Y6 輸出端輸出低 電平信號 。 ② 利用 E E2 和 E3 可級聯(lián)擴(kuò)展成 24 線 譯碼器 ；若外接一個 反相器 還可級聯(lián)擴(kuò)展成 32 線譯碼器。 ③ 若將選通端中的一個作為數(shù)據(jù)輸入端時， 74LS138 還可作 數(shù)據(jù)分配器 。 ④ 可用在 8086 的 譯碼 電路中， 擴(kuò)展內(nèi)存 。 軟件設(shè)計(jì) C 簡介 C語言是一種 計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語 言 ，它既具有 高級語言 的特點(diǎn)，又具有 匯編語言 的特點(diǎn)。它可以作為工作系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jì)（論文）專業(yè)紙 8 用程序設(shè)計(jì) 語言，編寫不依賴計(jì)算機(jī)硬件的應(yīng)用程序。它的應(yīng)用范圍廣泛，具備很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，不僅僅是在軟件開發(fā)上，而且各類科研都需要用到 C 語言，適于編寫系統(tǒng)軟件，隨著 微型計(jì)算機(jī) 的日益普及 ,出現(xiàn)了許多 C 語言版本。由于沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn) , 使得這些 C語言之間出現(xiàn)了一些不一致的地方。為了改變這種情況 ,美國國家標(biāo)準(zhǔn)研究所 (ANSI)為 C語言制定了一套 ANSI 標(biāo)準(zhǔn)，成為現(xiàn)行的 C語言標(biāo)準(zhǔn)。 KEIL 簡介 Keil uVision2 是 51 系列兼容單片機(jī) 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(hù)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(xiàng)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(dá)到接近于匯編的工作效率。 KEILC51 標(biāo)準(zhǔn) C編譯器為 8051 微控制器的軟件開發(fā)提供了 C 語言環(huán)境 ,同時保留了匯編代碼高效 ,快速的特點(diǎn)。 C51 編譯器的功能不斷增強(qiáng)，使你可以更加貼近 CPU 本身，及其它的衍生產(chǎn)品。 C51 已被完全集成到 uVision2 的集成開發(fā)環(huán)境中，這個集成開發(fā)環(huán)境包含 ：編譯器，匯編器，實(shí)時 操作系統(tǒng) ，項(xiàng)目管理器，調(diào)試器。 uVision2 IDE 可為它們提供單一而靈活的開發(fā)環(huán)境 。 其優(yōu)點(diǎn)如下： ⒈ Keil C51 生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。 ⒉ 與匯編相比， C 語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。用過匯編語言后再使用 C 來開發(fā)，體會更加深刻。 Keil C51軟件提供豐富的 庫函數(shù) 和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全 Windows 界面。 PROTEUS 簡介 Proteus 是世界上著名的 EDA 工具 (仿真軟件 )，從原 理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī) 與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到 PCB 設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前世界上唯一將 電路仿真 軟件、 PCB 設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件 三 合 一 的 設(shè) 計(jì) 平 臺 ， 其 處 理 器 模 型 支 持 8051 、 HC11 、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC3 AVR、 ARM、 8086 和 MSP430 等， 2021 年又增加了 Cortex 和 DSP 系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專業(yè)紙 9 它也支持 IAR、 Keil 和 MPLAB 等多種 編譯器 。 Proteus 軟件不僅具有其它 EDA 工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片 機(jī)愛好者、致力于單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。 在本設(shè)計(jì)中，通過 PROTEUS 構(gòu)建了電路原理圖，與程序所連接進(jìn)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。在使用該軟件的最初期，由于對軟件功能的不熟悉，許多功能都不會使用，構(gòu)建原理圖時，許多器件也無法找到，通過學(xué)習(xí)和查詢，逐漸掌握了該軟件的使用方法，慢慢的完成了原理圖的構(gòu)建和仿真。 系統(tǒng)工作原理 圖 25 系統(tǒng)工作原理圖 本電路在加入待測電容后，系統(tǒng)將對加 入的電容檢測是否存有剩余電量。通過檢測，電容如有剩余電量，則通過單片機(jī)選通放電三極管 Q7，將電容上的電放掉，放電完畢之后。 74LS138 譯碼電路完成對電容的測量前的放電及量程的轉(zhuǎn)換。電路選通 Q1Q5 中的一個三極管，經(jīng)過一定的電阻（本系統(tǒng)中選用），對電容進(jìn)行充電；同時，打開單片機(jī)的計(jì)數(shù)器 0，開始計(jì)數(shù)。然后單片機(jī)等待外部中斷 0的發(fā)生。當(dāng)電容充電達(dá)到參考電壓值時，比較器翻轉(zhuǎn)， 該電壓值與一個固定電壓值做比較，當(dāng)兩個電壓進(jìn)行比較時， 當(dāng) “ +”端電壓高于 “ ” 端時，輸出管截止，相當(dāng)于 輸出端開路。當(dāng) “ ” 端電壓畢業(yè)設(shè)計(jì)（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。 由此來確定所測電容是否充電完畢。 發(fā)出充電完成信號到中斷 0 端口，單片機(jī)響應(yīng)中斷，停止計(jì)數(shù)器 0，并關(guān)閉充電電路，接通放電電路。接著讀出計(jì)數(shù)器 0的值，進(jìn)行計(jì)算，適當(dāng)?shù)恼{(diào)整后，輸出到 LCD 上顯示。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專業(yè)紙 11 第 3 章 電路原理分析設(shè)計(jì) 電路板總體結(jié)構(gòu) 量 程 轉(zhuǎn) 換 電 路單 片 機(jī)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(dá)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(jī)，單片機(jī)根據(jù)計(jì)數(shù)器記錄的充電時間計(jì)算出電容的值送給液晶顯示。系統(tǒng) 硬件電路 包括單片機(jī)主控電路、電容測量電路、量程轉(zhuǎn)換電路、顯示及按鍵電路、電源電路。 本系統(tǒng)的電路板總體結(jié)構(gòu)框圖。電路板以 STC89C52 單片機(jī)為核心，各功能模塊電路進(jìn)行繪制。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。當(dāng)系統(tǒng)未通電時：指示燈不亮。串口通信電路則包括了 Max232 芯片， DB9 接頭。按鍵電路則由兩個獨(dú)立按鍵組成。液晶接口是單排座 16 針接口。量程轉(zhuǎn)換電路由 74LS138 芯片和充電電路及放電電路畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專業(yè)紙 12 組成。電容測量電路則由 LM324 芯片和電容測量電路構(gòu)成。 電路板各模塊功能 分析 電源電路模塊 分析 圖 32 電源電路原理圖 本電路使用直插式電源。該電源由 220V 輸入， 5V輸出供電路板所需的電源。該電源插口有三個管腳。 1 腳 接 VCC， 腳接 ： I/PAC：100240V,AC:5060Hz. 串口通信電路模塊 分析 圖 33 串口通信電路原理圖 該電路由 DB9 接頭和 MAX232 芯片構(gòu)成。 DB9 接頭在本電路中使用到三條接口， 2 腳接 RXD， 3 腳接 TXD， 5 腳接 VCC。 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(jī)的 和 口相接。該兩部分都成了本電路 的串口通信電路。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專業(yè)紙 13 液晶顯示電路模塊 分析 圖 34 液晶顯示電路原理圖 該電路使用 LCD1602 液晶顯示屏用作顯示輸出。 本電路中， LCD1602 有八個數(shù)據(jù)引腳（ D0~D7）與 STC89C52 相連。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。 RS： WCU 寫入數(shù)據(jù)或者指令選擇段。 NCU 要寫入指令時，使 RS 為低電平； MCU 要寫入數(shù)據(jù)時，使 MCU 為高電平。 3腳則與一個阻值為 10KV 的可調(diào)電阻相接， 用于對顯示屏的明暗度進(jìn)行調(diào)節(jié)。 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(dú)立按鍵電路，由兩個按鍵 分別與單片機(jī)的, 相連接。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專業(yè)紙 14 放電電路模塊 分析 圖 36 放電電路原理圖 該電路中放電電路由電阻 R20 及 NPN 三極管 Q7 所構(gòu)成。當(dāng)所測電容中存有剩余電量時， 74LS138 芯片 Y0 口輸出一個低電平，電路將接通放 電電路。剩余電量經(jīng)電阻 R20，及三極管 Q7 流過，通過回路放空。當(dāng)剩余電量放空時，則 Y0口輸出一個高電平，通知單片機(jī)發(fā)出外部中斷，由此放電電路關(guān)閉。 量程轉(zhuǎn)換電路模塊 分析 圖 37 量程轉(zhuǎn)換電路原理圖 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專業(yè)紙 15 該電路由 74LS138 芯片及量程轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成。量程轉(zhuǎn)換電路有 5個三極管與若干不同阻值的電阻構(gòu)成。 5個 PNP三極管的發(fā)射極與 VCC連接，基極測分別接入一個阻值為 1K歐姆電阻 ,該電阻的另外一段則接入了 74LS138 芯片的 Y1~Y5。集電極則分別接入了不同阻值的 5 個電阻。 ( 本系統(tǒng)中選用)。 在本電路中，其工作原理：測量開始由單片機(jī)控制譯碼電路給被測電容放電，放電完成后再有單片機(jī)控制譯碼電路選擇充電電阻來完成量程自動轉(zhuǎn)換。當(dāng)74LS138 芯片的 A2~A0 口輸出電信號 0 1 0 時，電路將接通 Y0~Y5 中的任意一端。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(jìn)行充電。由于每次充電會選通不同的電路，所以對待測電容充電的時間也會有所不同。通過每次充電的所需的時間，從中選取一個最為合適的作 為最終選定量程。 電容測量電路模塊 分析 圖 38 電容測量電路原理圖 該電路由電容測量模塊和 LM324 芯片構(gòu)成。當(dāng)待測定容放