【文章內(nèi)容簡介】 M 中。由于測試指示燈為發(fā)光二極管且陽極通過限流電阻與電源正極相接，所以為共陽極。因此 I/0 口輸出低電平時，與之相連的相應(yīng)指示燈會亮；I/0 口輸出高電平時，相應(yīng)的指示燈會滅。發(fā)光二極管的接口電路如圖 32 所示：10 圖 32 發(fā)光二極管的接口電路發(fā)光二極管的設(shè)計中，每個二極管與單片機接口間有一個電阻，其阻值至少為 180 歐。按 時的工作電流 15mA 來計算，需要讓與之串聯(lián)的電阻，分去 VCC 5V 電壓中的 電壓，則得到 R=U/I=，且電阻的功率為 P=UI=*=。另外，在本設(shè)計中，LED 應(yīng)用于七位數(shù)碼管中，實現(xiàn)了被測參數(shù)的顯示，七位數(shù)碼管以共陰極的方式經(jīng)過 74LS573 鎖存器與單片機的 P0 口相連。六位數(shù)碼管顯示被測參數(shù)的示值從左到右依次代表十萬、萬、千、百、十和個位，這樣顯示結(jié)果更為簡單可行。數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動電路來驅(qū)動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。1)靜態(tài)顯示驅(qū)動：靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動，靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一電阻、電容、電感測試儀的系統(tǒng)硬件設(shè)計11個段碼都由一個單片機的 I/O 端口進行驅(qū)動，或者使用如 BCD 碼二十進制譯碼器譯碼進行驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動使編程簡單，顯示亮度高。2)動態(tài)顯示驅(qū)動：數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的 8 個顯示筆劃a,b,c,d,e ,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極 COM 增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的 I/O 線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通 COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的 COM端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮?xí)r間為 1～2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的 I/O 端口，而且功耗更低。經(jīng)過對兩種顯示方式的比較分析：靜態(tài)方式需要大量 I/O，而動態(tài)掃描顯示方式能夠節(jié)省大量的 I/O 口，且電路結(jié)構(gòu)也比較簡單，顯示效果良好，因此最終采用動態(tài)掃描顯示方式。系統(tǒng)核心電路(AT89S52 最小系統(tǒng))的 P0 口以總線方式與二片數(shù)據(jù)鎖存器(74HC573)相連接，二片 74HC573 的片選使能端(LE)分別連接在或非門(74HC02)的 4 管腳，三個或非門相類似，都是兩個輸入端的其中一端接在單片機的 16 管腳(WR)，而另一端分別接在 ~。單片機片選電路如圖 33 所示。圖 33 單片機片選電路12或非門片選電路分析：當單片機通過 P0 口總線輸出數(shù)據(jù)時，16 管腳(WR)為低電平“0” ，片選信號端 ~ 中，要被片選端為“0” ，其它為“1” ，這樣三個或非門中，只有需要片選中或非門的輸出為高電平“1” ，其它兩個或非門的輸出信號為低電平“0” 。另外，74HC573 數(shù)據(jù)鎖存器的 LE 使能端為高電平有效，與之前電路結(jié)合可以實現(xiàn)片選功能。在本設(shè)計中，LED 顯示接口電路如下圖 34 所示：圖 34 LED 顯示接口電路電路由 6 個共陰極數(shù)碼管、兩個 74HC573 和一個 ULN2803 組成。兩個 74HC573 分別作為段碼和位碼的數(shù)據(jù)鎖存器，它們的片選信號來自最小系統(tǒng) AT89S52 的 和 ，由此可以計算出它們的片選地址：段碼片選地址為[C000H~DFFFH]，位碼片選地址為 [A000H~BFFFH]。ULN2803 是達林頓管，在電路中能起到大電流輸出和高壓輸出的作用。由于電路使用的是共陰極動態(tài)顯示方式，ULN2803 在位碼數(shù)據(jù)鎖存器后連接八個數(shù)碼管的 COM 端，可以增強驅(qū)動數(shù)碼管的能力，使數(shù)碼管的顯示效果更好。本設(shè)計中設(shè)置了 Sr,Sc,SL 三個按鍵，利用單片機的 、 和 口直接和按鍵相連接，控制程序放在 MCS51 單片機的 ROM 中用于啟動各個被測參數(shù)程序的調(diào)整。見圖 35 按鍵電路所示電阻、電容、電感測試儀的系統(tǒng)硬件設(shè)計13圖 35 按鍵電路控制R 、L、C的三個按鍵接入一個10K大小的上拉電阻，起限流保護作用。當有鍵按下時為低電平，無鍵按下時則為高電平。 測量電阻、電容電路的設(shè)計 555 定時器簡介555 定時器是一種模擬電路和數(shù)字電路相結(jié)合的中規(guī)模集成器件，它性能優(yōu)良，適用范圍很廣，外部加接少量的阻容元件可以很方便地組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器，以及不需外接元件就可組成施密特觸發(fā)器。因此集成 555 定時被廣泛應(yīng)用于脈沖波形的產(chǎn)生與變換、測量與控制等方面。1)555 定時器內(nèi)部結(jié)構(gòu)555 定時器是一種模擬電路和數(shù)字電路相結(jié)合的中規(guī)模集成電路,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 36(A)部分及管腳排列如圖(B)部分所示。14圖 36 定時器內(nèi)部結(jié)構(gòu)它由分壓器、比較器、基本 RS 觸發(fā)器和放電三極管等部分組成。分壓器由三個 5KΩ 的等值電阻串聯(lián)而成。分壓器為比較器 AA 2 提供參考電壓，比較器 A1 的參考電壓為 ，加在同相輸入端，比較器 A2 的參考電壓為 ，加在反相輸入端。比較器由兩個結(jié)構(gòu)相同的集成運放 AA 2 組成。高電平觸發(fā)信號加在 A1 的反相輸入端，與同相輸入端的參考電壓比較后，其結(jié)果作為基本RS 觸發(fā)器 端的輸入信號；低電平觸發(fā)信號加在 A2 的同相輸入端，與反相輸入端的參考電壓比較后，其結(jié)果作為基本 RS 觸發(fā)器 端的輸入信號?；綬S 觸發(fā)器的輸出狀態(tài)受比較器 AA 2 的輸出端控制。2)多諧振蕩器工作原理由 555 定時器組成的多諧振蕩器如圖 37(C)部分所示，其中 RR 2 和電容 C 為外接元件。其工作波如圖(D)部分所示。電阻、電容、電感測試儀的系統(tǒng)硬件設(shè)計15 圖 37 震蕩器工作原理設(shè)電容的初始電壓 Uc＝0 ，t＝0 時接通電源，由于電容電壓不能突變，所以高、低觸發(fā)端 VTH＝V TL＝0 ，比較器 A1 輸出為高電平，A 2 輸出為低電平，即 =1， =0(1 表示高電位，0 表示低電位)，RS 觸發(fā)器置 1，定時器輸出 u0=1 此時 ，定時器內(nèi)部放電三極管截止，電源 Vcc 經(jīng) R1，R 2 向電容 C充電，u c 逐漸升高。當 uc 上升到 時，A 2 輸出由 0 翻轉(zhuǎn)為 1，這時= =1，RS 觸發(fā)順保持狀態(tài)不變。所以 0tt1 期間，定時器輸出 u0 為高電平 1。時刻，u c 上升到 ，比較器 A1 的輸出由 1 變?yōu)?0，這時=0， =1， RS 觸發(fā)器復(fù) 0，定時器輸出 u0=0。期間， ，放電三極管 T 導(dǎo)通，電容 C 通過 R2 放電。u c 按指數(shù)規(guī)律下降,當 時比較器 A1 輸出由 0 變?yōu)?1，RS 觸發(fā)器的= =1，Q 的狀態(tài)不變， u0 的狀態(tài)仍為低電平。時刻，u c 下降到 ，比較器 A2 輸出由 1 變?yōu)?0，RS 觸發(fā)器的=1， =0，觸發(fā)器處于 1，定時器輸出 u0=1。此時電源再次向電容 C 放電，16重復(fù)上述過程。通過上述分析可知，電容充電時，定時器輸出 u0=1，電容放電時，u 0=0，電容不斷地進行充、放電，輸出端便獲得矩形波。多諧振蕩器無外部信號輸入，卻能輸出矩形波，其實質(zhì)是將直流形式的電能變?yōu)榫匦尾ㄐ问降碾娔堋?)振蕩周期由圖(D)可知，振蕩周期 T=T1+T2。T 1 為電容充電時間，T 2 為電容放電時間。充電時間： (32)放電時間： (33)矩形波的振蕩周期： (34)因此改變 RR 2 和電容 C 的值，便可改變矩形波的周期和頻率。對于矩形波，除了用幅度，周期來衡量外，還有一個參數(shù)：占空比q，q=( 脈寬 tw)/(周期 T)，t w 指輸出一個周期內(nèi)高電平所占的時間。圖（C）所示電路輸出矩形波的占空比： (35) 測量電阻電路的設(shè)計定時器 555 是一種用途很廣的集成電路，只需外接少量 R、C 元件，就可以構(gòu)成多諧、單穩(wěn)及施密特觸發(fā)器。電阻的測量采用“脈沖計數(shù)法” ，由 555 電路構(gòu)成的多諧振蕩電路，通過計算振蕩輸出的頻率來計算被測電阻的大小。555 接成多諧振蕩器的形式，其振蕩周期為： (36) 得出： (37)電阻、電容、電感測試儀的系統(tǒng)硬件設(shè)計17即： (38) 電路分為 2 檔：100 Rx1000 Ω：按下電阻測試建 Sr，閉合開關(guān) Srd,R2=330Ω,C2=：? (39)1000 Rx 1M Ω：按下電阻測試建 Sr，閉合開關(guān) Srg,R1=20KΩ,C3=103pF： (310)電阻測試電路見圖 38 所示。圖 38 電阻測試電路 測量電容電路的設(shè)計電容的測量同樣采用“脈沖計數(shù)法” ，由 555 電路構(gòu)成的多諧振蕩電路，通過計算振蕩輸出的頻率來計算被測電容的大小。555 接成多諧振蕩器的形式，其振蕩周期為： (311)18我們設(shè)置 R1=R2,得出： (312) 即： (313)電路分為 1 檔：R4=510KΩ,R4=R6； (314)電容測試電路見圖 39 所示。圖 39 電容測試電路電阻、電容、電感測試儀的系統(tǒng)硬件設(shè)計19 測量電感電路的設(shè)計及仿真 測量電感電路的設(shè)計電感的測量是采用電容三點式振蕩電路來實現(xiàn)的。電容三點式振蕩電路又稱考畢茲振蕩電路，三點式振蕩電路是指：LC 回路中與發(fā)射極相連的兩個電抗元件必須是同性質(zhì)的，另外一個電抗元件必須為異性質(zhì)的，而與發(fā)射級相連的兩個電抗元件同為電容式的三點式振蕩電路，也就是射同基反 的構(gòu)成原則成為電容三點式振蕩電路。其振蕩頻率為： (315) 即： (316) (317)電感測試電路見圖 310 所示。圖 310 電感測試電路20 測量電感電路的仿真PSpice 仿真軟件簡介：這次設(shè)計中主要用到 Pspice 軟件中的電 路 原 理 圖 編 輯 程 序 Schematics 模塊 和 輸 出 結(jié) 果 繪 圖 程 序 Probe 模 塊 。 其 中 在 電 路 原 理 圖 編 輯 程 序Schematics 模 塊 中 PSPICE 的 輸 入 有 兩 種 形 式 ， 一 種 是 網(wǎng) 單 文 件 (或 文 本 文件 )形 式 ， 一 種 是 電 路 原 理 圖 形 式 ， 相 對 而 言 后 者 比 前 者 較 簡 單 直 觀 ， 它 既 可以 生 成 新 的 電 路 原 理 圖 文 件 ， 又 可 以 打 開 已 有 的 原 理 圖 文 件 。 電 路 元 器 件 符號 庫 中 備 有 各 種 原 器 件 符 號 ， 除 了 電 阻 ， 電 容 ， 電 感 ， 晶 體 管 ， 電 源 等 基 本器 件 及 符 號 外 ， 還 有 運 算 放 大 器 ， 比 較 器 等 宏 觀 模 型 級 符 號 ， 組 成 電 路 圖 ，原 理 圖 文 件 后 綴 為 .sch。 圖 形 文 字 編 輯 器 自 動 將 原 理 圖 轉(zhuǎn) 化 為 電 路 網(wǎng) 單 文 件以 提 供 給 模 擬 計 算 程 序 運 行 仿 真 。 而 在 輸 出 結(jié) 果 繪 圖 程 序 Probe 模 塊 中Probe 程 序 是 PSPICE 的 輸 出 圖 形 后 處 理 軟 件 包 。 該 程 序 的 輸 入 文 件 為 用 戶作 業(yè) 文 本 文 件 或 圖 形 文 件 仿 真 運 行 后 形 成 的 后 綴 為 .dat 的 數(shù) 據(jù) 文 件 。 它 可以 起 到 萬 用 表 ， 示 波 器 和 掃 描 儀 的 作 用 ， 在 屏 幕 上 繪 出 仿 真 結(jié) 果 的 波 形 和 曲線 。 隨 著 計 算 機 圖 形 功 能 的 不 斷 增 強 ， PC 機 上 windows95,98,2022/XP 的出 現(xiàn) ， Probe 的 繪 圖 能 力 也 越 來 越 強 。利用 PSpice 仿真軟件對電容三點式振蕩電路的仿真原理如圖 311，雙擊XSC1 后可查看仿真波形，仿真波形如圖 312 所示。圖 311 仿真原理圖電阻、電容、電感測試儀的系統(tǒng)硬件設(shè)計21圖 312 仿真波形圖由仿真結(jié)果可知該輸出波形為正弦波，為了方便頻率測量，把該