【文章內(nèi)容簡介】 當(dāng)按鍵按下去的時候，輸出的低電平。按鍵檢測電路原理圖如圖33所示。圖33 按鍵檢測電路555芯片電路的應(yīng)用電路很多，如：多個單穩(wěn)、多個雙穩(wěn)、單穩(wěn)和無穩(wěn)，雙穩(wěn)和無穩(wěn)的組合等。在實際應(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量量程，每個量程之間的跨度是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，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個字、2行16個字、2行20個字等等，這里我們使用的是2行16個字的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為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生鬼影，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度。第4 腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。第5腳：RW為讀寫信號線， 高電平時進(jìn)行讀操作，低電平時進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和RW共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平RW為高電平時可以讀忙信號，當(dāng)RS為高電平RW 為低電平時可以寫入數(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，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現(xiàn)的，也就是0、1的控制，來讀取1602內(nèi)部儲存器中的內(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：高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標(biāo)指令6：功能設(shè)置命令DL：高電平時為4位總線，低電平時為8位總線：低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示F低電平時顯示5x7的點陣字符，高電平時顯示5x10的點陣字符指令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：讀忙信號和光標(biāo)地址BF：為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時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)電容測量軟件設(shè)計 軟件設(shè)計軟件設(shè)計是一個創(chuàng)造性的過程，對一些設(shè)計者來說需要一定的資質(zhì)，而最后設(shè)計通常都是由一些初步設(shè)計演變而來的。從書本上學(xué)不會設(shè)計，只能經(jīng)過實踐，通過對實際系統(tǒng)的研究和實踐才能學(xué)會。對于高效的軟件工程，良好的設(shè)計是關(guān)鍵，一個設(shè)計得好的軟件系統(tǒng)應(yīng)該是可直接實現(xiàn)和易于維護(hù)、易懂和可靠的。設(shè)計得不好的系統(tǒng)，盡管可以工作，但很可能維護(hù)起來費用昂貴、測試?yán)щy和不可靠，因此，設(shè)計階段是軟件開發(fā)過程中最重要的階段。直到最近，軟件設(shè)計在很大程度上仍是一個特定過程。一般用自然語言給定一個需求集，預(yù)先作非正式設(shè)計，常常用流程圖的形式說明，接著開始編碼，當(dāng)系統(tǒng)實現(xiàn)時設(shè)計還需修改。當(dāng)實現(xiàn)階段完成后，設(shè)計往往已與起初形式相去甚遠(yuǎn)以至于設(shè)計的原始文檔完全不適合對系統(tǒng)的描述。 軟件設(shè)計任務(wù) 軟件設(shè)計主要是針對硬件設(shè)計里面的控制部分的，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，相對比較的簡單，但占用的程序存儲器的內(nèi)存比較大，匯編語言是針對硬件設(shè)計的語言，如果想用匯編語言設(shè)計的話必須要對硬件有很大的了解，相對C語言就比較的復(fù)雜，但是比較的精簡，占用的程序存儲器的空間比較的小。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際工作中將會大大簡化自己的工作。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、按鍵程序設(shè)計、中斷處理程序，計數(shù)器計數(shù)程序，顯示程序設(shè)計等。 軟件設(shè)計的工具本次畢業(yè)設(shè)計所選用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)計算法設(shè)計 整個程序設(shè)計過程中遇到的最大的問題的如何根據(jù)測量到的方波的頻率來計算所測量的電容的大小。在前面的介紹中我們知道：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： (41)又因為，所以 （42）即： （43）如果單片機(jī)采用12M的晶振，計數(shù)器的值增加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T0，計數(shù)器的值為，第二次中斷到來停止T0，計數(shù)器器的值為，則測量方波的周期為[11]，如何開始時刻計數(shù)器的值，則。簡單時序圖如圖所示41。圖41 時序圖則： （44）單片機(jī)的計數(shù)器的值N=065535，為了測量的精度，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)計流程 主程序流程圖本次設(shè)計主要是應(yīng)用單片機(jī)的中斷與計數(shù)的功能，通過INT0,T0，對555振蕩電路產(chǎn)生的正玄波進(jìn)行計數(shù)[12]，在單片機(jī)內(nèi)部經(jīng)過數(shù)據(jù)的計算與處理得到被測電容的大小值，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555YY有無按鍵有無中斷YNN啟動計數(shù)器T0有無中斷顯示電容值計算電容的大小停止計數(shù)器圖42 主程序設(shè)計流程圖 中斷子程序流程圖通過一個測量按鍵啟動整個測量程序，當(dāng)有按鍵按下時，中斷開始并且555芯片開始工作[13]，通過外部中斷零INT0來控制計數(shù)器T0的開始和停止，INT0采用邊沿觸發(fā)方式，在第一個脈沖邊沿啟動T0，使T0開始計數(shù)，在第二個脈沖邊沿停止T0計數(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開始計數(shù)T0停止計數(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)計算出被測電容值后，、R/W、E引腳。液晶顯示模塊是一個慢顯示器件，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。開始的首先檢測一下是否為忙。當(dāng)不為忙時，RS為1時，R/W為0時，E為0時，往LCD寫入顯示數(shù)據(jù)。當(dāng)RS為0時，R/W為0時，E至高電平后為0時，往LCD寫入指令代碼。LCD1602內(nèi)部的儲存器已經(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5ms檢測是否忙碌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整個系統(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，而且要在對整個系統(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]的時候更是要注釋，因為C語言是一門比較高級的語言，C語言比較的煩瑣。當(dāng)然編寫程序遇到困難的時候還需要很大技巧。 結(jié)果分析通過仿真得到如下數(shù)據(jù)表格表41 電容測量值與實際值的比較被測電容值 測量值 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，但是在實際的操作中，測量值可能沒有這么準(zhǔn)確，因為在實際的電路中，555芯片輸出的方波可能不會如仿真時的那么標(biāo)準(zhǔn)平滑，波形不會那么理想，再加上單片機(jī)的測量也會存在一些誤差，所以綜合以上的一些考慮，真實中的測量結(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出結(jié)果來，但是相比較一些能夠測出比較精確結(jié)果的電路來，本電路是實現(xiàn)起來很容易，測量結(jié)果也比較準(zhǔn)確，實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際相結(jié)合的機(jī)會，通過對電容測試儀的課題設(shè)計，鍛煉了我的實際動手能力，增強(qiáng)了我解決實際工程問題的能力，同時也提高我查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平。本設(shè)計的硬件電路比較簡單，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)定時器T0測量其脈沖寬度，從而達(dá)到測量其周期的目的，再通過單片機(jī)軟件編程，對數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的計算從而得出被測電容的值，再通過LCD1602顯示出其測量值。系統(tǒng)的軟件部分是系統(tǒng)實現(xiàn)功能的關(guān)鍵，軟件部分是在Keil51的平臺上使用是C語言編寫程序。本系統(tǒng)通過一個測量按鍵啟動整個測量程序，通過外部中斷零INT0來控制計數(shù)器T0的開始和停止，INT0采用邊沿觸發(fā)方式，在第一個脈沖邊沿啟動T0，使T0開始計數(shù)，在第二個脈沖邊沿停止T0計數(shù)，然后通過對數(shù)據(jù)的計算和處理最后將數(shù)據(jù)顯示在LCD1602上?？傊麄€系統(tǒng)的工作正常，完成了設(shè)計任務(wù)的全部要求雖然本設(shè)計完成了設(shè)計任務(wù)，但無法得到十分精確的測量結(jié)果，這主要是有以下幾點原因，首先單片機(jī)對于脈沖寬度的測量精確度有限，其次是外界的干擾對波形有一定的影響，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. 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. 常用電子元器件識別/檢測/[M]. 電子工業(yè)出版社 3241.[6] 劉衛(wèi)國. C語言程序設(shè)計[M]. 北京：鐵道大學(xué)出版社，2008：30～41.[7] 徐愛鈞, 彭秀華. KeilCx51 [M] .電子工業(yè)出版社2004年3142. [8] 夏繼強(qiáng). 單片機(jī)實驗與實踐教程. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社, 2001. [9] 謝自美. 電子線路設(shè)計實驗測試(第二版).武漢:華中理工大學(xué)出版社，2000.[10] Stephan innovations demanded by PCB tools:Industial Diamond Review[J],2004(3):32.[11] des Relations Intermationals[M] :Dalloz,1988.[12] 康華光. 《電子技術(shù)基礎(chǔ)》（模擬部分 第五版）[M]. 高等教育出版社, 2005.[13] 戴衛(wèi)恒. 51單片機(jī)C語言應(yīng)用程序設(shè)計實例精講[M]. 北京：電子工業(yè)出版， 致 謝此次設(shè)計實踐是本科四年來對自己所學(xué)知識的