【文章內(nèi)容簡介】 口使用。當(dāng)作為通用的 I/O 輸入時，應(yīng)先向端口鎖存器寫入 口可驅(qū)動 4 個 LS 型 TTL 負(fù)載。 RST： 復(fù)位電路輸入端，高電平有效。在此引腳加上持續(xù)時間大于 2 個機(jī)器周期的高電平，就可以使單片機(jī)復(fù)位。在單片機(jī)正常工作時，此引腳應(yīng)為 ≤ 的低電平。 ALE/PROG： ALE 為 CPU 訪問外部程序存儲器或外部數(shù)據(jù)存儲器提供一個地址鎖存信號，將低 8 位地質(zhì)所存在片外的地址鎖存器中。 此外，單片機(jī)在正常運(yùn)行時， ALE 端一直有正脈沖信號輸出，此頻率為時鐘振蕩器頻率 f 的 1/6。該正脈沖振蕩信號可做外部定時或出發(fā)信號使用。但是要注意每當(dāng) STC89C52 訪問外部 RAM 時（即執(zhí)行 MOVX 類指令時），要丟失一個 ALE 脈沖。 PROG 為該引腳的第二功能，即在對片內(nèi) Flash 存儲器編程是，此引腳作為編程脈沖輸入端。 江蘇師范大學(xué)物理與電子工程學(xué)院 數(shù)顯電容測量儀課程設(shè)計(jì) 5 PSEN： 片外程序存儲器的讀選通信號，低電平有效。 EA/VPP： EA 為該引腳的異地功能，即外部程序存儲器訪問允許控制端。 當(dāng) EA 引腳接高電平時，在 PC 值不超出 0FFFH 時，將自動轉(zhuǎn)向讀取片外 60KB 程序存儲器空間的程序。 當(dāng) EA 引腳接高電平時，只讀取外部程序存儲器中的內(nèi)容，讀取的地址范圍為 0000HFFFFH，片內(nèi)的 4KB Flash 程序存儲器不起作用。 VPP 位該引腳第二功能，即在對片內(nèi) Flash 進(jìn)行編程時， VPP 引腳接入編程電壓。 XTAL1： 片內(nèi)振蕩器反相放大器和時鐘發(fā)生器電路的輸入端。當(dāng)使用片內(nèi)振蕩器時，該引腳連接外部石英晶體和微調(diào)電容；當(dāng)采用外接時鐘源時，該 引腳接外部時鐘振蕩器的信號。 XTAL2： 片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端。當(dāng)使用片內(nèi)振蕩器時，該引腳連接外部石英晶體和微調(diào)電容；當(dāng)采用外部時鐘源時，該引腳懸空。 INT0： 外部中斷請求 0，中斷請求信號由 INT0 引腳輸入，中斷請求標(biāo)志為 IE0。 INT1： 外部中斷請求 1，中斷請求信號由 INT1 引腳輸入，中斷請求標(biāo)志為 IE1。 TO:計(jì)數(shù)器 /定時器 T0 計(jì)數(shù)溢出發(fā)出的中斷請求，中斷請求標(biāo)志為 TF0。 T1： 計(jì)數(shù)器 /定時器 T1 計(jì)數(shù)溢出發(fā)出的中斷請求，中斷請求標(biāo)志為 TF1。 STC89C52 應(yīng)用說明 STC89C52 主要性能如表 1 所示 : 表 1 STC89C52 主要性能 STC89C52 各引腳性能 STC89C52 各引腳性能 與 MCS51 單片機(jī)產(chǎn)品兼容 1000 次擦寫周期 三級加密程序存儲器 三個 16 位定時器 /計(jì)數(shù)器 全雙工 UART 串行通道 掉電后中斷可喚醒 雙數(shù)據(jù)指針 8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器 全靜態(tài)操作： 0Hz～ 33Hz 32 個可編程 I/O 口線 八個中斷源 低功耗空閑和掉電模式 看門狗定時器 掉電標(biāo)識符 江蘇師范大學(xué)物理與電子工程學(xué)院 數(shù)顯電容測量儀課程設(shè)計(jì) 6 單片機(jī)工作的最小化配置 單片機(jī)的最小化系統(tǒng)簡稱單片機(jī)最小應(yīng)用 系統(tǒng)，通俗的講就是單片機(jī)工作所用的最少元件。如 圖 2 所示，最小系統(tǒng)一般包括只需要單片機(jī)、晶振電路和復(fù)位電路這三部分就可以讓單片機(jī)正常工作。該設(shè)計(jì)使用了 STC89C52 芯片，該芯片自帶 8K FLASH 程序存儲器，在通常情況下，該芯片的這 8K 的存儲空間是足夠我們使用的，因此 STC89C52 芯片的第 31 個引腳一般都用來接高電平，所以我們只用芯片本身內(nèi)部提供的 8K 程序存儲器。單片機(jī)的時鐘電路通常由 12M 的晶振及兩個 30P 的電瓷電容組成，它們共同決定了單片機(jī)的機(jī)器周期為 1us。該復(fù)位電路由一個 10UF 電容一個 200 歐電 阻和 10K 電阻共同組成。 圖 2 STC89C52 的最小化配置 江蘇師范大學(xué)物理與電子工程學(xué)院 數(shù)顯電容測量儀課程設(shè)計(jì) 7 3 數(shù)字電容測量儀系統(tǒng)工作原理 整體方案設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)是通過一塊 555 芯片來測量電容，讓 555 芯片工作在直接反饋無穩(wěn)態(tài)的狀態(tài)下， 使 555 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： CxRf *? 我們固定 R 的大小，其公式就可以寫為： Cxkf? 因此， 只要我們能夠測 量出 555 芯片輸出的頻率，就可以計(jì)算出被測電容的容值。計(jì)算頻率的方法可以利用單片機(jī)的計(jì)數(shù)器 T0 和中斷 INT0 配合使用來測量，這種研究方法相當(dāng)?shù)暮唵?。系統(tǒng)框圖見圖 3： 圖 3 系統(tǒng)框圖 圖中給出了整個系統(tǒng)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)框圖，系統(tǒng)主要由四個主要部分組成，單片機(jī)和晶振電路設(shè)計(jì)， 555 芯片電路設(shè)計(jì)， LCD1602 顯示電路，復(fù)位電路設(shè)計(jì)。 被測電容 復(fù)位電路 555 晶振電路 LCD1602 按鍵測量 S T C 8 9 C 5 2 江蘇師范大學(xué)物理與電子工程學(xué)院 數(shù)顯電容測量儀課程設(shè)計(jì) 8 系統(tǒng)按鍵電路 按鍵電路可以實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話，人們可以通過按鍵來實(shí)現(xiàn)讓單片機(jī)自動的做不同的工作。鍵盤是一組按鍵的集合，按鍵開關(guān)是一種 常開型開關(guān)，一般情況下按鍵電路的兩個觸點(diǎn)會處于斷開狀態(tài)，按下鍵時它們是閉合的。鍵盤分為編碼鍵盤及非編碼鍵盤這 2 種，按鍵的識別是由專門的硬件通過譯碼來實(shí)現(xiàn)的，能產(chǎn)生鍵編號或者是鍵值的鍵盤被稱為編碼鍵盤，而缺少這種的要靠自編軟件識別的鍵盤則被稱為非編碼鍵盤。在由單片機(jī)組成的電路系統(tǒng)以及智能儀器中，使用的較多的一般是非編碼鍵盤。圖 4 就是一種比較典型的按鍵電路，在按鍵沒有按下的時候，輸出的是高電平，當(dāng)按鍵按下去的時候，輸出的是低電平。電路圖見圖 4： 圖 4 系統(tǒng)按鍵電路 系統(tǒng)復(fù)位電路 單片機(jī)復(fù)位電路主要 包括積分復(fù)位、微分復(fù)位、比較器復(fù)位和看門狗復(fù)位這四種類型。 52 單片機(jī)的復(fù)位功能主要是由外接復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)的，單片機(jī)在啟動時都會需要復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn) CPU 和各個原件都處于初始狀態(tài)，并從初始狀態(tài)開始工作。 該復(fù)位電路采用的是按鈕復(fù)位這種方式，還有一種方式是上電自動復(fù)位。上電自動復(fù)位電路通過外接的電解電容自動充放電從而實(shí)現(xiàn)電路的復(fù)位作用，只要Vcc 的上升時間低于 1ms，自動上電復(fù)位就可以實(shí)現(xiàn)。圖 5 中所示的電解電容在系統(tǒng)內(nèi)可以起到上電復(fù)位的作用，因?yàn)榭紤]到芯片剛剛上電時由于供電不穩(wěn)定而江蘇師范大學(xué)物理與電子工程學(xué)院 數(shù)顯電容測量儀課程設(shè)計(jì) 9 做出錯誤的計(jì)算，所以增加一個上電 復(fù)位以達(dá)到延時啟動 CPU 的目的，使芯片能夠正常工作。雖然現(xiàn)在很多芯片自帶了上電延時功能，但是我們一般還是會增加額外的上電復(fù)位電路，提高可靠性。當(dāng)按壓式開關(guān)按下時，電容兩端構(gòu)成回路并放電，使 RST 端重新變?yōu)楦唠娖?，按鍵抬起時電容又充電使 RST 變回低電平電路。 圖 5 系統(tǒng)復(fù)位電路 555 芯片電路 555 芯片電路是一種能將模擬數(shù)據(jù)功能與邏輯數(shù)據(jù)功能結(jié)合在同一個芯片上的組合式集成電路。它的設(shè)計(jì)新穎、功能強(qiáng)大、適用面廣泛，深受電子方面工作人員以及電子愛好者的喜愛，因此人們稱 555 芯片為小 IC。 555 芯 片電路能應(yīng)用的電路有很多，例如：多個單穩(wěn)、雙穩(wěn)觸發(fā)器以及一個單穩(wěn)和無穩(wěn)觸發(fā)器，一個雙穩(wěn)和無穩(wěn)觸發(fā)器等組合。在實(shí)際電路應(yīng)用中，除了一些簡單的電路外， 555 芯片還可以與不同的原件組合出很多功能不同的電路。本次設(shè)計(jì)中應(yīng)用的電路是直接反饋型無穩(wěn)類電路。電路如圖 6 所示： 江蘇師范大學(xué)物理與電子工程學(xué)院 數(shù)顯電容測量儀課程設(shè)計(jì) 10 圖 6 555 芯片電路 在 555 芯片輸出方波后，由于硬件的原因，輸出的方波會有很多毛刺，所以為了去除這些毛刺本設(shè)計(jì)中使用了一個兩輸入與門（ 74HC08），讓信號通過74HC08 后會使輸出的波形毛刺減少很多，使單片機(jī)的測量結(jié)果變得精確。 555 時基芯片的輸出頻率跟所使用的電阻 R 和電容 C 的關(guān)系是： ?? 又因?yàn)閒T 1?，所以 *? 即： *CT R? 如 果單片機(jī)采用 12M 的晶振，計(jì)數(shù)器 T0 的值增加 1，時間就增加 1μS ，我們采用中斷的方式來啟動和停止計(jì)數(shù)器 T0，中斷的觸發(fā)方式為脈沖下降沿觸發(fā)，第一次中斷到來啟動 T0，計(jì)數(shù) 器的值為 1N ，第二次中斷到來停止 T0，計(jì)數(shù)器器的值為 2N ，則測量方波的周期為 21( ) *1T N N us?? 江蘇師范大學(xué)物理與電子工程學(xué)院 數(shù)顯電容測量儀課程設(shè)計(jì) 11 如何開始時刻計(jì)數(shù)器的值 1 0N? ，則 6*10TN?? 。 則： 60 .7 7 2* * 1 0CN R ?? 單片機(jī)的計(jì)數(shù)器的值 N=065535，為了測量的精度， N 的取值一般在