【文章內(nèi)容簡介】 ta I/O 15 BLA 背光源正極8 D1 Data I/O 16 BLK 背光源負(fù)極1602 主要參數(shù)：表 3 LCD1602 主要參數(shù)顯示容量： 162 字符芯片工作電壓： —.5V工作電流： （ ）7最佳模塊工作電壓： 字符尺寸： （WXH）mm基本操作時序：讀狀態(tài)：輸入：RS=L,RW=H,E=H 輸出：D0―D7=狀態(tài)字。寫指令：輸入：RS=L,RW=L, D0D7= 指令碼，E=高脈沖 輸出：無。讀數(shù)據(jù)：輸入：RS=H,RW=H,E=H 輸出： D0D7=數(shù)據(jù)。寫數(shù)據(jù)：輸入。RS=H,RW=L,D0D7=指令碼，E= 高脈沖 輸出：無。3 硬件電路 多諧振蕩器的設(shè)計 555 多諧振蕩器電路設(shè)計555 定時器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件，其電源電壓范圍寬，可在 ～16V 工作，輸出驅(qū)動電流約為 200mA，其輸出可與 TTL、CMOS 或者模擬電路電平兼容。其引腳圖如圖 4 所示，其引腳功能如表 4 所示。G N D1T R I G2O U T3R E S E T4 C T R L 5T H R 6D IS 7V C C 85 5 5圖 4 555 引腳圖和內(nèi)部電路圖表 4 555 定時器引腳功能引腳 名稱 功能1 GND（地） 接地，作為低電平2 TRIG(觸發(fā))當(dāng)此引腳電壓降至 1/3VCC（或有控制端決定的閥值電壓）時輸出端給高電平。3 OUT（輸出） 輸出高電平（+VCC）或低電平4 RESET(復(fù)位)是直接清零端。當(dāng)此端接低電平，則時基電路不工作，此時不論 TR、TH處于何電平，時基電路輸出為“0”，該端不用時應(yīng)接高電平。5 CTRL(控制) VC 為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內(nèi)部兩個比較器的基準(zhǔn)電8壓，當(dāng)該端不用時，應(yīng)將該端串入一只 電容接地，以防引入干擾。6 THR（閥值） TH 高觸發(fā)端7 DIS(放電) 放電端。該端與放電管集電極相連，用做定時器時電容的放電。8 VCC（供電） 提供高電平給芯片以下為 NE555 的電氣參數(shù)：表 5. NE555 電氣參數(shù)供電電壓（VCC） 最大輸出電流 200mA額定工作電流（VCC=+5V）36mA 最大功耗 600mA額定工作電流(VCC=+15V) 1015mA 最低工作功耗 30Mw(5v),225Mw(15v) 555 構(gòu)成的多諧測量電路多諧振蕩器又稱為無穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，在無穩(wěn)態(tài)工作模式下 555 定時器可輸出連續(xù)的特定頻率的方波。GND 1TRIG2OUT 3RESET 4CTRL5 THR6DIS7 VCC8U2NE555VCCVCCGNDC6VCCCXoutR551KR651KD6IN5819 D7IN5819圖 5 電容測量電路本電路圖是由 NE555 定時器構(gòu)成的占空比可調(diào)的多諧振蕩器，電源 Vcc 通過RD6 向 (待測電容)充電，以及 CX 通過 DR6 向 NE555 的第 7 腳 DIS 放電，XC是電路產(chǎn)生振蕩。電容 在 1/3VCC 和 2/3VCC 之間充放電（占空比為 ），其波形X如圖 6，輸出信號的時間參數(shù)為 : 式 30PLHT?? 式 式 32L69 式 33)]65(/[)]65([1)( RCRCTf XX?????根據(jù)設(shè)計要求 為 50pF10uF 的 電 容 值XC圖 6 多諧振蕩產(chǎn)生的波形由式 33 所示，設(shè)計要求能夠測量 50pf10uF 的值，下面按 pF、nF、uF 將其分為三個部分進(jìn)行近似計算，其中，R 為常數(shù)為 102Kohm，則 式 34RCf/)(maxmin?? 式 35inax① ：pF 檔：當(dāng) 時，555 多諧振蕩器輸出 pF 級最小頻率 ；KohRpFC102,max? min1f將 R 代入式 34 得： 式 36)()]10(43.[/)43.(maxin1 KHzf ?????當(dāng) 時，555 多諧振蕩器輸出 pF 級最大頻率 ；,5mi ax1m將 R 代入式 35 得： 式 37)()]5(.[/in).( 12ax1 zRCf ???② nF 檔：當(dāng) 時，555 多諧振蕩器輸出 nF 級最小頻率 ；KohmF102,max min2f將 R 代入式 34 得： 式 38)()]10(43.[/)43.( 9axin2 HzRf ???????當(dāng) 時，555 多諧振蕩器輸出 pF 級最大頻率 ；C,mi ax2m將 R 代入式 35 得： 式 39)(6./)](.[/).1( 9minax2 KzCf ?③ uF 檔： 當(dāng) 時，555 多諧振蕩器輸出 nF 級最小頻率 ；KohuF02,max? min3f將 R 代入式 34 得： 式 310)()]10([/)( 6maxin3 HzRf ?????當(dāng) 時，555 多諧振蕩器輸出 pF 級最大頻率 ；C,mi ax3m將 R 代入式 35 得： 式 311)(./)](.[/).( 6minax3 zCf ???綜上所述，555 多諧振蕩器在不同電容值情況下，輸出頻率如表 6 所示。V0VCH0 TPLTPH10表 檔位 頻率最小值 minf頻率最大值 maxfR 值級別 備注PF KHZ() KHZ()Kohm 級別 Q=102nF HZ() KHZ()Kohm 級別 Q=102uF HZ(143/Q HZ) HZ()Kohm 級別 Q=102由 表 6 可 知 ， 取 R=102KΩ， HZ KHZ 在系統(tǒng)晶振可測量?f范圍內(nèi)。 故取 R5，R6 ，為 51kΩ 金 屬 膜 電 阻 精 度 為 1%， 總 電 阻 R=102kΩ。由 于 被 測 量 電 路 有 會 產(chǎn) 生 高 頻 ， 所 以 D6,D7 選 用 肖 基 特 二 極 管 IN5819。 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路設(shè)計. 復(fù)位電路設(shè)計單片機(jī)復(fù)位電路如圖 7 所示。由于 ATMega16 已經(jīng)內(nèi)置了上電復(fù)位設(shè)計。并且在“熔絲位”里，可以控制復(fù)位時的額外時間，故改芯片的外部上電復(fù)位線路的設(shè)計變得簡單，由 R2（10K）的電阻到 VCC 和 C5（）的電容接地以消除干擾、雜波。圖中 D3(1N4007)的作用有兩個：作用一是將復(fù)位輸入的最高電壓鉗在 Vcc+左右，另一作用是系統(tǒng)斷電時，將 R2(10K)電阻短路，讓 C5 快速放電，讓下一次來電時，能產(chǎn)生有效的復(fù)位。 當(dāng) AVR 在工作時，按下 SB0 開關(guān)時，復(fù)位腳變成低電平，觸發(fā) AVR 芯片復(fù)位。PB0(XCK/T0)1 PB1(T1)2PB23 PB34PB45 PB56PB67 PB78RESET9 VCC10GND11 XTAL212XTAL113 PD014PD115 PD216PD317 PD418PD519 PD620 PD7 21PC0 22PC123PC2 24PC3 25PC426PC5 27PC6 28PC729AVCC 30GND 31AREF32PA7 33PA6 34PA535PA4 36PA3 37PA238PA1 39PA0 40U1ATMEGA16VCCR210KD3IN4007SB0RESETVCC圖 7 復(fù)位電路. 晶振電路設(shè)計11PB0(XCK/T0)1 PB1(T1)2PB23 PB34PB45 PB56PB67 PB78RESET9 VCC10GND11 XTAL212XTAL113 PD014PD115 PD216PD317 PD418PD519 PD620 PD7 21PC0 22PC123PC2 24PC3 25PC426PC5 27PC6 28PC729AVCC 30GND 31AREF32PA7 33PA6 34PA535PA4 36PA3 37PA238PA1 39PA0 40U1ATMEGA16C422PF Y112MHZC322PFVCC圖 8 晶振電路ATMega16 已經(jīng)內(nèi)置 RC 振蕩線路，可以產(chǎn)生 1M、2M 、4M、8M 的振蕩頻率。由于內(nèi)置采用 RC 振蕩電路，晶振頻率不夠穩(wěn)定，在一些要求較高的場合，如定時器等需要比較精確的定時時間時，使用外部的晶振線路更為可靠。綜合考慮，本設(shè)計選擇外接晶振電路，如圖 8 所示。 LCD 硬件電路設(shè)計. 顯示電路設(shè)計12PB0(XCK/T0)1PB1(T1)2PB23PB34PB45PB56PB67PB78RESET9VCC10GND11XTAL212XTAL113PD014PD115PD216PD317PD418PD519PD620 PD7 21PC0 22PC1 23PC2 24PC3 25PC4 26PC5 27PC6 28PC7 29AVCC 30GND 31AREF 32PA7 33PA6 34PA5 35PA4 36PA3 37PA2 38PA1 39PA0 40U1ATMEGA16C422PFVSS1VCC2VEE3RS4R/W5E6DB07DB18DB29DB310DB411DB512DB613DB714A15K16U3LCDY112MHZC322PFVCCR210KC5D3IN4007SB0RESETVCCVCCR3 10KVCCR410ΩVCCVEFVEFRSR/WEDB0DB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7RSR/WEDB0DB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7圖 9 顯示電路單片機(jī)的 PA0PA7 為顯示元件 LCD1602 的數(shù)據(jù)傳輸總線，PD5PD7 為顯示屏的控制總線，R3 為屏幕亮度調(diào)節(jié)電阻。本系統(tǒng)采用 6F22 碳性的 9V 電池供電，通過按鍵開關(guān) K1 和二極管 D1,經(jīng)濾波電容 C1 輸入 LM7805 三端正穩(wěn)壓集成電路的輸入端口，經(jīng) LM7805 穩(wěn)壓后由其輸出端口輸出，再經(jīng)濾波電容 C2 濾波輸出穩(wěn)定的 5V 工作電源。其電路圖如圖 10 所示，其中發(fā)光二極管 D2 作為輸出電源的指示燈，電阻 R1 為 D2 的限流電阻，二極管 D4 的作用是防止電流從輸出口倒灌是燒毀 LM7805，對 LM7805 起保護(hù)作用。13Vin1GND2Vout 3W1 LM7805E9VC1 D1IN4007 D2LEDK1VCCD4IN40071234USB圖 10 系統(tǒng)供電電路圖 系統(tǒng)總原理圖本次設(shè)計采用 555 定時器構(gòu)成多謝振蕩器，將電容的容量值轉(zhuǎn)換成頻率值，然后送到 Atmega16 芯片將輸入的頻率值通過定時器 T1 的輸入捕捉功能和溢出中斷功能，計算出頻率值，再根據(jù)公式轉(zhuǎn)換成電容值送到 LCD1602 顯示器中顯示出來。系統(tǒng)電源由 9V 電池經(jīng)過 LM7805 輸出穩(wěn)定的 5V 電壓提供給各部件工作?？傠娐穲D見附錄 1。4 軟件設(shè)計 軟件實(shí)現(xiàn)本設(shè)計由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩電路得到待測電容對應(yīng)的頻率值，利用單片機(jī)定時器/計數(shù)器T1的輸入捕捉功能和定時器/計數(shù)器 T1的溢出中斷把頻率值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，再利用軟件比較、切換量程然后計算出相應(yīng)的電容值，在液晶顯示模塊上正確顯示出來，并能保持穩(wěn)定。 主程序不僅擔(dān)負(fù)著量程的識別與轉(zhuǎn)換，而且還負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的修正和傳輸。主控制器的工作狀態(tài)直接決定整個測量系統(tǒng)能否正常工作。首先，初始化系統(tǒng)，定義相應(yīng)的變量并賦予初值；其次，初始化顯示子程序的數(shù)據(jù)端口和控制端口，進(jìn)行一段時間演唱，然后調(diào)用顯示子程序顯示 z=1 時的值，即開機(jī)顯示和其他狀況時的顯示，均顯示“1”和“Wele to Test”；最后，初始化定時器/計數(shù)器 1 的控制寄存器 TCCR1A 和 TCCR1B，設(shè)置好中斷屏蔽寄存器相關(guān)位，開啟總中斷，等待定時器/計數(shù)器 T1 的輸入捕捉