【文章內(nèi)容簡介】 代表十萬、萬、千、百、十和個(gè)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(gè)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(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的 I/O 端口進(jìn)行驅(qū)動，或者使用如 BCD 碼二十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)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(jī)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(gè)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(gè)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(dú)立的 I/O 線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機(jī)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(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的 COM 端，就使各個(gè)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(diǎn)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(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)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。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 15 頁 共 47 頁經(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。 單片機(jī)控制部分圖 52 單片機(jī)管腳圖上圖為單片機(jī)管腳圖。AT89C52 是一個(gè)低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 8k bytes 的可反復(fù)擦寫的 Flash 只讀程序存儲器和 256 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器和 Flash 存儲單元，功能強(qiáng)大的 AT89C52 單片機(jī)可提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場合?！T89C52 有 40 個(gè)引腳，32 個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含 2 個(gè)外中斷口，3個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2 個(gè)全雙工串行通信口，2 個(gè)讀寫口線，AT89C52 可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程,但不可以在線編程(S 系列的才支持在線編程)。其將通用的微處理器和 Flash 存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的 Flash 存儲器可有效地降低開發(fā)成本。MCS51 單片機(jī)包含中央處理器、程序存儲器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲器(RAM)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元，以及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線，現(xiàn)在分別加以說明：1)中央處理器：中央處理器(CPU)是整個(gè)單片機(jī)的核心部件，是 8 位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理 8 位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼，CPU 負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個(gè)單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。2)數(shù)據(jù)存儲器(RAM)：內(nèi)部有 128 個(gè) 8 位用戶數(shù)據(jù)存儲單元和 128 個(gè)專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 16 頁 共 47 頁RAM 只有 128 個(gè)，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。3)程序存儲器(ROM)：共有 4096 個(gè) 8 位掩膜 ROM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。4)定時(shí)/計(jì)數(shù)器(ROM)：有兩個(gè) 16 位的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。5)并行輸入輸出(I/O)口：共有 4 組 8 位 I/O 口(P0、 PP2 或 P3)，用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸。6)全雙工串行口：內(nèi)置一個(gè)全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當(dāng)同步移位器使用。7)中斷系統(tǒng)：具備較完善的中斷功能，有兩個(gè)外中斷、兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷和一個(gè)串口中斷，可滿足不同的控制要求，并具有 2 級的優(yōu)先級別選擇。8)時(shí)鐘電路：內(nèi)置最高頻率達(dá) 12MHz 的時(shí)鐘電路，用于產(chǎn)生整個(gè)單片機(jī)運(yùn)行的脈沖時(shí)序。本設(shè)計(jì)中單片機(jī)的控制部分電路圖如圖 ：sclschsrlsrh FRFLFCXTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0./U4AT89C52D43LEDBIYD42LEDBIYD41LEDBIYSW1SWSPSTSW2SWSPSTSW3SWSPST+5vR421kR431kR41kX012X114X215X31Y01Y15Y22Y34A10B9INH6X13Y3U54052D45LEDBIYD4LEDBIYR451k R461k圖 單片機(jī)控制部分電路接口說明：P0 口：數(shù)碼管段選 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 17 頁 共 47 頁P(yáng)2 口：數(shù)碼管位選 口：電阻測量選擇位 口：電容測量選擇位 口：電感測量選擇位 口：電阻低量程選擇位 口：電阻高量程選擇位 口：電容低量程選擇位 口：電容高量程選擇位 口：單位 K 指示位 口：單位 1 指示位XTAL1，XTAL2：外接 12M 晶振接口RST:復(fù)位電路接口本系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制部分由單片機(jī)完成，其中 P0 口接數(shù)碼管段選 P2 接數(shù)碼管位選，控制數(shù)碼管顯示。 口為定時(shí)/計(jì)數(shù)器 T0 口主要接受頻率信號，這里 T1 口工作為計(jì)數(shù)方式。由于要實(shí)現(xiàn)自動測量所以需要按鍵也比較少，上圖中 SWSWSW1 為類型選擇按鍵，按下SW3 表示當(dāng)前測量的元件是電阻，按下 SW2 表示當(dāng)前測量的是電感，按下 SW1 表示當(dāng)前測量的是電容。同時(shí)用三個(gè)不同顏色的發(fā)光二極管來表示待測元件類型，DD5 位單位指示，D4 表示單位為K 其實(shí)也就是大量程，D5 表示單位為 1 也就是小量程。 和 接兩個(gè) LED 燈用來顯示單位。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 18 頁 共 47 頁3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 總體流程圖總體軟件流程圖如下：定時(shí)器初始化 L測試C測試R測試按鍵分析設(shè)置狀態(tài)單片機(jī)數(shù)據(jù)處理顯示開始有鍵按下YN圖 軟件總流程圖軟件部分采用 C 語言編寫，程序簡單明了。單片機(jī)上電后先系統(tǒng)初始化，然后進(jìn)入按鍵掃描子程序掃描按鍵，當(dāng)有按鍵時(shí)先判斷按鍵類型，然后把相應(yīng)的單片機(jī)接口變成低電平，單片機(jī)接收到低電平信號后，決定測量類型，然后開啟定時(shí)器測量頻率。頻率測量完畢后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理，最后在數(shù)碼管上顯示。程序主要包括一下幾部分：（1）頻率測量部分：這部分利用測頻法測量頻率，定時(shí)計(jì)數(shù)器工作在方式 1，T1 做定時(shí)器，T0 做計(jì)數(shù)器。(2) 顯示部分： 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 19 頁 共 47 頁采用動態(tài)掃描方式，P0 口送段選，P2 口送位選，循環(huán)顯示結(jié)果。(3) 延時(shí)部分：(4) 按鍵控制部分：(5) 中斷處理部分：計(jì)數(shù)中斷用來計(jì)數(shù)從而得出所測頻率，定時(shí)中斷定時(shí) 40us，通過計(jì)數(shù)從而定出 1S 定時(shí)。 測頻模塊頻率測量部分是本次設(shè)計(jì)的核心，主要用單片機(jī)通過軟件方式實(shí)現(xiàn)，單片機(jī)測量頻率主要有兩種方法，測頻法和測周法，下面對著兩種方法進(jìn)行簡要說明。 測周法：該方法是將標(biāo)準(zhǔn)頻率信號 fx1 送到計(jì)數(shù)器輸入端，而讓被測頻率信號 fx2 控制計(jì)數(shù)器的技術(shù)時(shí)間，所得的計(jì)數(shù)值 N2 與 fx2 有如下關(guān)系： fx2=fx1/N2 原理圖如下：圖 測周法原理圖 當(dāng)檢測到高電平時(shí)開定時(shí)器開始計(jì)數(shù)，然后檢測低電平，當(dāng)檢測到低電平時(shí)已經(jīng)測得脈沖的脈寬，但我們測得是頻率，故在程序中繼續(xù)檢測等待下一個(gè)高電平的到來，此時(shí)關(guān)定時(shí)器停止計(jì)數(shù)，用此計(jì)數(shù)值乘以機(jī)器的周期數(shù)(晶振頻率已知)，得出觸發(fā)電路產(chǎn)生的周期，然后再經(jīng)過數(shù)據(jù)處理便得到輸入信號的頻率。測頻法： 測頻法就是將被測信號加到計(jì)數(shù)器的輸入端，計(jì)數(shù)器在標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間 Tt 內(nèi)進(jìn)行技術(shù)所得的計(jì)數(shù)值 N1 與被測信號的頻率 fx 有如下關(guān)系： fx=N1/Tt如果我們選擇 Tt=1S 那么計(jì)數(shù)值 N 就是所測頻率值。從上面的分析可以看出測周法適用與低頻信號，測頻法適用于高頻信號，本次設(shè)計(jì)中頻率主要集中在高頻段，為了滿足測量精度達(dá)到要求，所以本次測量采用測頻法。測量時(shí)單片機(jī)利用 T0 定時(shí)，利用 T1 計(jì)數(shù)。首先單片機(jī)先初始化定時(shí)計(jì)數(shù)器，設(shè)置初值開中斷。定時(shí)器計(jì)數(shù)器以中斷的方式工作，定時(shí)時(shí)設(shè)置 40us 時(shí)發(fā)生中斷，這樣中斷 250 次剛好是 1S，此時(shí)計(jì)數(shù)器的中斷值就是當(dāng)前 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 20 頁 共 47 頁所測得的頻率值。然后單片機(jī)就進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，最后控制數(shù)碼管顯示測量值。軟件流程圖如下: 定時(shí)器初始化 TR1=0。TR0=0停止定時(shí)計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)處理顯示開始定時(shí) 1S 到否TR1=1。TR0=1T1 開始定時(shí)T0 開始計(jì)數(shù)NY圖 測頻部分流程圖 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 21 頁 共 47 頁4 系統(tǒng)安裝與測試 系統(tǒng)安裝 首先按照一般的設(shè)計(jì)步驟，現(xiàn)在軟件里面仿真，仿真成功后再做出實(shí)物驗(yàn)證、調(diào)試 [10]。本次設(shè)計(jì)采用 Proteus 進(jìn)行仿真，仿真時(shí)采用分步仿真，遇到問題就逐個(gè)解決，最后在整體仿真。在仿真過程中遇到了不少問題，不過經(jīng)過老師和同學(xué)的幫助最后終于成功仿真出來。硬件部分也采取類似的方法。圖 實(shí)物電路圖 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 22 頁 共 47 頁 測試與分析（1）電阻的測量電阻的一組測量數(shù)據(jù)如下表 所示：表 電阻測量電阻標(biāo)值 萬用表讀數(shù) 本儀表讀數(shù) 相對誤差﹪10Ω 100Ω 1KΩ 1000Ω 1MΩ （2）電容的測量電容的一組測量數(shù)據(jù)如下表 所示：表 電容測量電容標(biāo)值 本儀表讀數(shù) 相對誤差%100pF 1000pf 10000pf （3）電感的測量電感的一組測量數(shù)據(jù)如下表 所示：表 電感測量電感標(biāo)值 本儀表讀數(shù) 相對誤差%100uH 1mH 2（4）系統(tǒng)誤差分析相對誤差計(jì)算公式 ： 10R??萬 儀萬由表可知當(dāng)測量元件參數(shù)過大或過小時(shí)測量誤差將隨之增大，通過分析知，本設(shè)計(jì)采用的是諧振頻率法測量元件，當(dāng)元件參數(shù)過大時(shí)其諧振頻率較小，反之，其諧振頻率較大，由于振蕩電路產(chǎn)生的頻率不太穩(wěn)定，而程序中的參數(shù)都是基于理論值的，最后通過幾個(gè)測量將程序中的數(shù)據(jù)處理參數(shù)矯正，但是只能通過取點(diǎn)式的找?guī)讉€(gè)特殊值，所以參數(shù)的設(shè)定不能做到很精確，加之單片機(jī)的性能所限，頻率過低或過高時(shí)測量精度將隨之降低，同時(shí)系統(tǒng)中各元件自身的精度也將影響該儀器的精度。這些因素都形成了器件測量的誤差和限制了測量范圍 [11]。（5）系統(tǒng)改進(jìn)由以上分析知，各測量模塊選擇更精密的元件，增加各測量模塊的檔位以限制輸出頻率或選用更好的單片機(jī)，通過更多的測量讓程序中的參數(shù)更加精確。合理的布局實(shí)物中的電路避免問題。這些都將增大該儀器的測量范圍，提高系統(tǒng)的測量精度。對于量程轉(zhuǎn)換部分可以采用繼電器實(shí)現(xiàn)自動轉(zhuǎn)換。5 結(jié)論 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 23 頁 共 47 頁畢業(yè)論文是一次非常好的將理論與實(shí)際相結(jié)合的機(jī)會，通過對電阻、電容、電感測試儀的課題設(shè)計(jì)，鍛煉了我的實(shí)際動手能力，增強(qiáng)了我解決實(shí)際問題的能力，也為將來的工作打下了基礎(chǔ)。本設(shè)計(jì)的硬件電路圖簡單,可降低生產(chǎn)成本。采用單片機(jī)可提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性,縮小系統(tǒng)的體積,調(diào)試和維護(hù)方便，而且以 MCS52 單片機(jī)最小系統(tǒng)為核心的設(shè)計(jì)能夠滿足了整個(gè)系統(tǒng)的工作需求，555 振蕩器實(shí)現(xiàn)了被測電阻和被測電容參數(shù)的頻率化，被測頻率通過 CD4052 模擬開關(guān)送入單片機(jī)計(jì)數(shù)，再經(jīng)過顯示電路顯示被測參數(shù)的測量值，軟件用 C 語言編程，根據(jù)具體情況控制啟動被測參數(shù)的相應(yīng)程序,能靈活控制被測參數(shù)的檔位切換。經(jīng)過測試，完成了設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求，但其中仍然存在著很多需要改進(jìn)的地方。作品實(shí)測中，由于時(shí)間的關(guān)系和自己的能力有限，所以測量誤差比較大，希望在之后的設(shè)計(jì)之中能夠得到進(jìn)一步解決。在人機(jī)交換方面，顯示部分可以改用顯示效果更好的液晶屏顯示，使系統(tǒng)工作狀態(tài)和數(shù)據(jù)顯示更加清晰、更加人性化?？傮w來說，本次設(shè)計(jì)是成功的。 致謝 在本次論文的撰寫中，我得到了梁芳老師的精心指導(dǎo)，不管是從開始查資料準(zhǔn)備還是中間設(shè)計(jì) 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 24 頁 共 47 頁制作的過程中，一直都耐心地給予我指導(dǎo)和意見，使我在專業(yè)知識和撰寫論文方面都有了較大提高；同時(shí)也顯示了老師高度的敬業(yè)精神和責(zé)任感。在此，我對梁芳表示誠摯的感謝以及真心的祝福。 四年大學(xué)生活即將結(jié)束，回顧幾年的歷程，老師們給了我們很多指導(dǎo)和幫助。他們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)，優(yōu)良的作風(fēng)和敬業(yè)的態(tài)度，為我們樹立了為人師表的典范。在此，我對所有的老師表示感謝，祝你們身體健康，工作順利！參考文獻(xiàn)[1]閻 石 .數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) (第 5 版 )[M]． 北 京 :高 等 教 育 出 版 社 ,2022. 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 25