【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 鍵的兩個(gè)觸點(diǎn)處于斷開狀態(tài)，按下鍵是它們閉合。鍵盤分編碼鍵盤和非編碼鍵盤，案件的識(shí)別由專用的硬件譯碼實(shí)現(xiàn)，并能產(chǎn)生鍵編號(hào)或鍵值的稱為編碼鍵盤，而缺少這種鍵盤編碼電路要靠自編軟件識(shí)別的稱為非編碼鍵盤。在單片機(jī)組成的電路系統(tǒng)及智能化儀器中，用的更多的是非編碼鍵盤。圖9就是一種比較典型的按鍵電路，在按鍵沒有按下的時(shí)候，輸出的是高電平，當(dāng)按鍵按下去的時(shí)候，輸出的低電平。按鍵檢測(cè)電路原理圖如圖33所示。圖33 按鍵檢測(cè)電路555芯片電路的應(yīng)用電路很多，如：多個(gè)單穩(wěn)、多個(gè)雙穩(wěn)、單穩(wěn)和無穩(wěn)，雙穩(wěn)和無穩(wěn)的組合等。在實(shí)際應(yīng)用中，除了單一品種的電路外，還可組合出很多不同電路。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。 555芯片工作原理圖如圖34所示。圖34 555芯片工作原理圖555芯片芯片輸出的頻率改變電阻R，就可以達(dá)到改變電阻量程的目的，圖中提供了三組電阻，所以說有三組的電容測(cè)量量程，每個(gè)量程之間的跨度是10倍的關(guān)系。555芯片工作仿真電路如圖35所示。 圖35 555芯片工作仿真電路 電容測(cè)量系統(tǒng)顯示電路LCD以其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點(diǎn)，在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。這里介紹的字符型液晶模塊是一種用5x7點(diǎn)陣圖形來顯示字符的液晶顯示器，根據(jù)顯示的容量可以分為1行16個(gè)字、2行16個(gè)字、2行20個(gè)字等等，這里我們使用的是2行16個(gè)字的1602液晶模塊。LCD1602引腳圖如圖36所示。圖36 LCD1602引腳圖1602 采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳接口[9]，其中:第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接5V正電源。第3腳：V0為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生鬼影，使用時(shí)可以通過一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度。第4 腳：RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。第5腳：RW為讀寫信號(hào)線， 高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和RW共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平RW為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS為高電平RW 為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。第6 腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11 條控制指令，它的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實(shí)現(xiàn)的，也就是0、1的控制，來讀取1602內(nèi)部?jī)?chǔ)存器中的內(nèi)容，指令是固定在硬件上的。指令1：清顯示，指令碼01H,光標(biāo)復(fù)位到地址00H位置指令2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址00H指令3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置I/D：光標(biāo)移動(dòng)方向，高電平右移，低電平左移S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效指令4：顯示開關(guān)控制。D：控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電平表示關(guān)顯示C：控制光標(biāo)的開與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無光標(biāo)B：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍指令5：光標(biāo)或顯示移位S/C：高電平時(shí)移動(dòng)顯示的文字，低電平時(shí)移動(dòng)光標(biāo)指令6：功能設(shè)置命令DL：高電平時(shí)為4位總線，低電平時(shí)為8位總線：低電平時(shí)為單行顯示，高電平時(shí)雙行顯示F低電平時(shí)顯示5x7的點(diǎn)陣字符，高電平時(shí)顯示5x10的點(diǎn)陣字符指令7：字符發(fā)生器RAM地址設(shè)置指令8：DDRAM地址設(shè)置指令9：讀忙信號(hào)和光標(biāo)地址BF：為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時(shí)模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。指令10：寫數(shù)據(jù)指令11：讀數(shù)據(jù)液晶顯示模塊是一個(gè)慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認(rèn)模塊的忙標(biāo)志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。要顯示字符時(shí)要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符。 LCD1602液晶顯示模塊可以和單片機(jī)直接接口電路原理圖如圖37所示。圖37 LCD1602液晶顯示模塊可以和單片機(jī)直接接口電路原理圖 LCD1602液晶顯示模塊可以和STC12C5204AD直接接口仿真電路如圖38所示。LCD1602圖38 LCD1602與STC12C5204AD連接仿真圖第4章 基于單片機(jī)電容測(cè)量軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)是一個(gè)創(chuàng)造性的過程，對(duì)一些設(shè)計(jì)者來說需要一定的資質(zhì)，而最后設(shè)計(jì)通常都是由一些初步設(shè)計(jì)演變而來的。從書本上學(xué)不會(huì)設(shè)計(jì)，只能經(jīng)過實(shí)踐，通過對(duì)實(shí)際系統(tǒng)的研究和實(shí)踐才能學(xué)會(huì)。對(duì)于高效的軟件工程，良好的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵，一個(gè)設(shè)計(jì)得好的軟件系統(tǒng)應(yīng)該是可直接實(shí)現(xiàn)和易于維護(hù)、易懂和可靠的。設(shè)計(jì)得不好的系統(tǒng)，盡管可以工作，但很可能維護(hù)起來費(fèi)用昂貴、測(cè)試?yán)щy和不可靠，因此，設(shè)計(jì)階段是軟件開發(fā)過程中最重要的階段。直到最近，軟件設(shè)計(jì)在很大程度上仍是一個(gè)特定過程。一般用自然語言給定一個(gè)需求集，預(yù)先作非正式設(shè)計(jì)，常常用流程圖的形式說明，接著開始編碼，當(dāng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)時(shí)設(shè)計(jì)還需修改。當(dāng)實(shí)現(xiàn)階段完成后，設(shè)計(jì)往往已與起初形式相去甚遠(yuǎn)以至于設(shè)計(jì)的原始文檔完全不適合對(duì)系統(tǒng)的描述。 軟件設(shè)計(jì)任務(wù) 軟件設(shè)計(jì)主要是針對(duì)硬件設(shè)計(jì)里面的控制部分的，這里指STC12C5204AD單片機(jī)，一般的單片機(jī)均可用匯編語言和Keil C語言進(jìn)行編程。C語言直觀，相對(duì)比較的簡(jiǎn)單，但占用的程序存儲(chǔ)器的內(nèi)存比較大，匯編語言是針對(duì)硬件設(shè)計(jì)的語言，如果想用匯編語言設(shè)計(jì)的話必須要對(duì)硬件有很大的了解，相對(duì)C語言就比較的復(fù)雜，但是比較的精簡(jiǎn)，占用的程序存儲(chǔ)器的空間比較的小。作為還在學(xué)生階段的我們，用匯編語言進(jìn)行編程對(duì)我們理解單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、資源都有很好的幫助，但是編程在以后的實(shí)際工作中將會(huì)大大簡(jiǎn)化自己的工作。因此本論文的程序都是基于C語言的。要完成的任務(wù)是：初始化程序設(shè)計(jì)、按鍵程序設(shè)計(jì)、中斷處理程序，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)程序，顯示程序設(shè)計(jì)等。 軟件設(shè)計(jì)的工具本次畢業(yè)設(shè)計(jì)所選用Keil4 C51中的編譯/連接器軟件Keil4 uVision4[10]作為編譯器/連接工具。 程序設(shè)計(jì)算法設(shè)計(jì) 整個(gè)程序設(shè)計(jì)過程中遇到的最大的問題的如何根據(jù)測(cè)量到的方波的頻率來計(jì)算所測(cè)量的電容的大小。在前面的介紹中我們知道：555時(shí)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： (41)又因?yàn)?，所? （42）即： （43）如果單片機(jī)采用12M的晶振，計(jì)數(shù)器的值增加1，時(shí)間就增加1μS ，我們采用中斷的方式來啟動(dòng)和停止計(jì)數(shù)器，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(dòng)T0，計(jì)數(shù)器的值為，第二次中斷到來停止T0，計(jì)數(shù)器器的值為，則測(cè)量方波的周期為[11]，如何開始時(shí)刻計(jì)數(shù)器的值，則。簡(jiǎn)單時(shí)序圖如圖所示41。圖41 時(shí)序圖則： （44）單片機(jī)的計(jì)數(shù)器的值N=065535，為了測(cè)量的精度，N的取值一般在100~1000，當(dāng)電阻R越大，電容C的值就越小。我們?nèi)〔煌碾娮柚?，就得到不同的電容測(cè)量的量程。第一檔： 10n~100nF第二檔： KΩ 1n~10nF第三檔： 100P~1nF~100NF。 軟件設(shè)計(jì)流程 主程序流程圖本次設(shè)計(jì)主要是應(yīng)用單片機(jī)的中斷與計(jì)數(shù)的功能，通過INT0,T0，對(duì)555振蕩電路產(chǎn)生的正玄波進(jìn)行計(jì)數(shù)[12]，在單片機(jī)內(nèi)部經(jīng)過數(shù)據(jù)的計(jì)算與處理得到被測(cè)電容的大小值，再將數(shù)據(jù)傳送出去最后由LCD1602a進(jìn)行顯示[14]。 本次設(shè)計(jì)的主程序流程圖如圖42所示。開始 T0，INT0初始化有無按鍵N啟動(dòng)555YY有無按鍵有無中斷YNN啟動(dòng)計(jì)數(shù)器T0有無中斷顯示電容值計(jì)算電容的大小停止計(jì)數(shù)器圖42 主程序設(shè)計(jì)流程圖 中斷子程序流程圖通過一個(gè)測(cè)量按鍵啟動(dòng)整個(gè)測(cè)量程序，當(dāng)有按鍵按下時(shí)，中斷開始并且555芯片開始工作[13]，通過外部中斷零INT0來控制計(jì)數(shù)器T0的開始和停止，INT0采用邊沿觸發(fā)方式，在第一個(gè)脈沖邊沿啟動(dòng)T0，使T0開始計(jì)數(shù)，在第二個(gè)脈沖邊沿停止T0計(jì)數(shù)，并且中斷返回。 中斷子程序如圖43所示。中斷開始555工作T0開始計(jì)數(shù)T0停止計(jì)數(shù) 中斷返回 圖43 中斷子程序流程圖 顯示子程序當(dāng)單片機(jī)計(jì)算出被測(cè)電容值后，、R/W、E引腳。液晶顯示模塊是一個(gè)慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認(rèn)模塊的忙標(biāo)志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。開始的首先檢測(cè)一下是否為忙。當(dāng)不為忙時(shí)，RS為1時(shí)，R/W為0時(shí)，E為0時(shí)，往LCD寫入顯示數(shù)據(jù)。當(dāng)RS為0時(shí)，R/W為0時(shí)，E至高電平后為0時(shí)，往LCD寫入指令代碼。LCD1602內(nèi)部的儲(chǔ)存器已經(jīng)嵌入一部分顯示代碼，再設(shè)置顯示的地址和就可以顯示的字符內(nèi)容。顯示子程序流程圖如圖44所示。開始延時(shí)5ms檢測(cè)是否忙碌LCD初始化 讀取第一行內(nèi)容代碼地址顯示第二行的內(nèi)容顯示第一行的內(nèi)容讀取第二行內(nèi)容代碼地址YN返回 圖44 顯示子程序流程圖 編寫程序有了前面的對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的分析后畫出的流程圖，下面的工作就是根據(jù)流程圖編寫程序。編寫程序是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過程，要求編程人員具有很強(qiáng)邏輯思維，而且要在對(duì)整個(gè)系統(tǒng)工作原理相當(dāng)熟悉的基礎(chǔ)上面才能完成任務(wù)。在編寫程序的時(shí)候要養(yǎng)成作注釋的習(xí)慣，這樣既利于自己以后的修改，又利于以后程序的維護(hù)。尤其是使用C語言編寫程序[15]的時(shí)候更是要注釋，因?yàn)镃語言是一門比較高級(jí)的語言，C語言比較的煩瑣。當(dāng)然編寫程序遇到困難的時(shí)候還需要很大技巧。 結(jié)果分析通過仿真得到如下數(shù)據(jù)表格表41 電容測(cè)量值與實(shí)際值的比較被測(cè)電容值 測(cè)量值 通過表中的數(shù)據(jù)可以看出仿真的數(shù)據(jù)還是比較準(zhǔn)確的，但是在實(shí)際的操作中，測(cè)量值可能沒有這么準(zhǔn)確，因?yàn)樵趯?shí)際的電路中，555芯片輸出的方波可能不會(huì)如仿真時(shí)的那么標(biāo)準(zhǔn)平滑，波形不會(huì)那么理想，再加上單片機(jī)的測(cè)量也會(huì)存在一些誤差，所以綜合以上的一些考慮，真實(shí)中的測(cè)量結(jié)果肯定要比仿真中的結(jié)果誤差大。所以本次的方案算然說不能過非常精確的測(cè)出結(jié)果來，但是相比較一些能夠測(cè)出比較精確結(jié)果的電路來，本電路是實(shí)現(xiàn)起來很容易，測(cè)量結(jié)果也比較準(zhǔn)確，實(shí)際操作中比較有保障的一種電路。第5章 結(jié) 論畢業(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(huì)，通過對(duì)電容測(cè)試儀的課題設(shè)計(jì)，鍛煉了我的實(shí)際動(dòng)手能力，增強(qiáng)了我解決實(shí)際工程問題的能力，同時(shí)也提高我查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平。本設(shè)計(jì)的硬件電路比較簡(jiǎn)單，這大大的降低了成本。而采用單片機(jī)可以提高系統(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。本設(shè)計(jì)通過由555芯片和電容電阻組成的振蕩電路來輸出方波，通過單片機(jī)定時(shí)器T0測(cè)量其脈沖寬度，從而達(dá)到測(cè)量其周期的目的，再通過單片機(jī)軟件編程，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的計(jì)算從而得出被測(cè)電容的值，再通過LCD1602顯示出其測(cè)量值。系統(tǒng)的軟件部分是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能的關(guān)鍵，軟件部分是在Keil51的平臺(tái)上使用是C語言編寫程序。本系統(tǒng)通過一個(gè)測(cè)量按鍵啟動(dòng)整個(gè)測(cè)量程序，通過外部中斷零INT0來控制計(jì)數(shù)器T0的開始和停止，INT0采用邊沿觸發(fā)方式，在第一個(gè)脈沖邊沿啟動(dòng)T0，使T0開始計(jì)數(shù)，在第二個(gè)脈沖邊沿停止T0計(jì)數(shù)，然后通過對(duì)數(shù)據(jù)的計(jì)算和處理最后將數(shù)據(jù)顯示在LCD1602上?？傊?，整個(gè)系統(tǒng)的工作正常，完成了設(shè)計(jì)任務(wù)的全部要求雖然本設(shè)計(jì)完成了設(shè)計(jì)任務(wù)，但無法得到十分精確的測(cè)量結(jié)果，這主要是有以下幾點(diǎn)原因，首先單片機(jī)對(duì)于脈沖寬度的測(cè)量精確度有限，其次是外界的干擾對(duì)波形有一定的影響，還有硬件自身也有一部分原因。希望在之后的設(shè)計(jì)之中能夠得到進(jìn)一步解決。參考文獻(xiàn)[1] 楊素行. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡(jiǎn)明教程(第三版).高等教育出版社.[2] 李群芳，肖看. 單片機(jī)原理接口及應(yīng)用技術(shù)[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2009：36～47.[3] 周堅(jiān). 單片機(jī)輕松入門[M]. 第二版. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2007：60～80.[4] 高峰. 單片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)[M]. 第二版. 北京：科學(xué)出版社，2009：15～20.[5] 趙廣林. 常用電子元器件識(shí)別/檢測(cè)/[M]. 電子工業(yè)出版社 3241.[6] 劉衛(wèi)國. 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