【文章內(nèi)容簡介】 寬 tw)/(周期T)， tw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： 212121121 2 RR RRTT TTTq ?????? 錯誤 !未找到引用源。 (34) 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 8 RC 振蕩電路的設(shè)計 本電容測試儀的設(shè)計采用的“脈沖計數(shù)法”，就利用了 555 芯片產(chǎn)生多諧振蕩這一原理來設(shè)計的。由 555 芯片構(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。 RC 振蕩電路輸出的是矩形波脈沖，振蕩器的輸出口要接到 STC89C52RC 單片機(jī)的輸入引腳 。這是因為 T0 設(shè)置為定時器，計內(nèi)部脈沖， STC89C52RC 單片機(jī)設(shè)置為計數(shù)器計外部脈沖。 電路原理圖如圖 。 圖 RC振蕩電路 接通電源后， C CX被充電， A 點(diǎn)電壓 VC 上升。當(dāng) VC上升到CCV32時，觸發(fā)器被復(fù)位，同時 555 芯片內(nèi)部放電三極管導(dǎo)通，此時 V0為低電平。 C CX通過 R2和放電 三極管放電，使 VC下降。當(dāng) VC 下降到CCV31時，觸發(fā)器又被置位， V0翻轉(zhuǎn)為高電平。 C CX放電所需的時間為： 2ln2CRtPL ? (35) 式中： ? ? ? ?XX CCCCC ??? 22 當(dāng)放電結(jié)束 時，放電三極管截止， VCC通過 R R2向 C CX充電， V由CCV31上升到CCV32所需的時間為： 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 9 ? ? 2ln21 CRRtPL ?? (36) 當(dāng) VC 上升到CCV32時，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，如此周而復(fù)始，在輸出端得到一個周期性的方波，其頻率為： ? ?PHPL ttf ??1 (37) 根據(jù) 555 多諧振蕩器頻率計算公式及電容串聯(lián)計算公式可推出： ? ? ?????? ???????? ??????? XXCC CCRRTf 2221 22ln/1/1 (38) 整理得： ? ?? ?122ln/ 2212 ?????? CRRfCC X (39) 由上式可知，當(dāng)電路設(shè)計完成后，所有參數(shù)除頻率 f 外均為定值，且 f 隨 CX的變化而唯一改變。當(dāng)電容較小時，脈沖頻率之間相差上百甚至上千，電路中的電阻應(yīng)做相應(yīng)的調(diào)整。記錄一秒鐘內(nèi)脈沖的數(shù)量，由查表可得到相對應(yīng)的電容值。 單片機(jī)電路的設(shè)計 單片機(jī) 的選擇 STC89C52RC 自 1974 年美國 Fairchild 公司研制出第一臺單片機(jī) F8以來，單片機(jī)經(jīng)歷了由 4 位機(jī)到8 位機(jī)再到 16位、 32 位機(jī)的發(fā)展過程。近年來， 32位單片機(jī)已進(jìn)入了實(shí)用階段，但是由于 8位單片機(jī)在性能價格比上占有優(yōu)勢，并且 8 位增強(qiáng)型單片機(jī)在速度和功能上可向現(xiàn)在的 16 位單片機(jī)挑戰(zhàn)，因此在未來相當(dāng)長的時期內(nèi)， 8位單片機(jī)仍是單片機(jī)的主流機(jī)型。 Intel 公司于 1976 年推出了 MCS48系列單片機(jī)，于 1980 年推出了 MCS51 系列單片機(jī)，于 1983 年推出了 MCS96 系列單片機(jī)。 1． MCS51 系列單片機(jī) MCS51 系列單片機(jī)是一種高性能的 8位單片機(jī)，它是在 MCS48 系列單片機(jī)的基礎(chǔ)上推出的第二代單片機(jī)。其典型產(chǎn)品為 8051，封裝為 40 引腳。 8051 單片機(jī)片內(nèi)含有 4KB 的 ROM， ROM 中的程序是由單片機(jī)芯片生產(chǎn)廠家固化的，適合于大批量的產(chǎn)品； 8751 單片機(jī)片內(nèi)含有 4KB 的 EPROM，單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)人員可以把編好的程 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 10 序用開發(fā)機(jī)或編程器寫入其中，需要修改時，可以先用紫外線擦除器擦除，然后再寫入新的程序； 8031 片內(nèi)沒有程序存儲器，當(dāng)在單片機(jī)芯片外擴(kuò)展 EPROM 后，就相當(dāng)于一片 8751，此種應(yīng) 用方式方便靈活。這三種芯片只是在程序存儲器的形式上不同，在結(jié)構(gòu)和功能上都一樣。表 為 MCS51 系列單片機(jī)常用產(chǎn)品特性一覽表。 表 MCS51系列單片機(jī)常用產(chǎn)品特性一覽表 2．其他 51 系列單片機(jī) (1)AT89 系列單片機(jī) AT89 系列單片機(jī)是美國 ATMEL 公司的 8 位 Flash 單片機(jī)產(chǎn)品，與 MCS51 系列的單片機(jī)軟硬件兼容。 該系列中有 20 引腳封裝的產(chǎn)品，體積的減小使其應(yīng)用更加靈活。時鐘頻率的提高可使運(yùn)算速度加快。在片內(nèi)含有 Flash 存儲器， Flash 存儲器是一種可以電擦除和電寫入的閃速存儲器（簡記為 FPEROM），這使開發(fā)調(diào)試更為方便。 表 AT89系列單片機(jī)常用產(chǎn)品特性一覽表 型號 片內(nèi)存儲器 I/O口線 定時 /計數(shù)器 模擬比較器 中斷源 串行口 程序存儲器 數(shù)據(jù)存儲器 89C1051 1KBFEPROM 64B 15 1個 16位 1個 3個 無 89C2051 2KBFEPROM 128B 15 2個 16位 1個 5個 2級 UART 89C51 4KBFEPROM 128B 32 2個 16位 無 5個 2級 UART 89C52 8KBFEPROM 256B 32 3個 16位 無 6個 2級 UART (2)其他 MCS51 系列兼容單片機(jī) 為了進(jìn)一步增強(qiáng) MCS51 系列單片機(jī)的功能，一些單片機(jī)生產(chǎn)廠商還對 MCS51 系列單片機(jī)的硬件進(jìn)行了擴(kuò)充。如 PHILIPS 的 8XC552 系列，在 80C51 的基礎(chǔ)上增加了一個 16位的定型號 片內(nèi)存儲器（ B） I/O口線 定時 /計數(shù)器 片外存儲器（ B） 程序存儲器 數(shù)據(jù)存儲器 程序存儲器 數(shù)據(jù)存儲器 8051 4KROM 128 32 2個 16位 64K 64K 8751 4KEPROM 128 32 2個 16位 64K 64K 8031 無 128 32 2個 16位 64K 64K 80C51 4KROM 128 32 2個 16位 64K 64K 8051 4KROM 128 32 2個 16位 64K 64K 8751 4KEPROM 128 32 2個 16位 64K 64K 8031 無 128 32 2個 16位 64K 64K 80C51 4KROM 128 32 2個 16位 64K 64K 87C51 4KEPROM 128 32 2個 16位 64K 64K 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 11 時 /計數(shù)器和一個 8 路輸入的 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，并配有串行總線接口； 80C51XA 使單片機(jī)位數(shù)增至 16 位； Intel 公司的 80C51GA/GB 也增加了 A/D 轉(zhuǎn)換功能。 (3)我國宏晶科技 STC 系列單片機(jī) 我國宏晶科技公司的 STC 系列單片機(jī)具有低成本，速度快，功耗低，兼容性好的特點(diǎn)。 設(shè)計選用宏晶科技的 STC89C52RC 單片機(jī)作為系統(tǒng)計算核心。 STC89C52RC 單片機(jī)是宏晶科技推出的新一代高速 /低功耗 /超強(qiáng)抗干擾的單片機(jī)，指令代 碼完全兼容傳統(tǒng)的 8051 單片機(jī)， 12時鐘 /機(jī)器周期和 6時鐘機(jī)器 /周期可任意選擇。 主要特性如 下： 1. 增強(qiáng)型 8051 單片機(jī)， 6時鐘 /機(jī)器周期和 12 時鐘 /機(jī)器周期可以任意選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051. 2. 工作電壓： ～ （ 5V單片機(jī)） /～ （ 3V 單片機(jī)） 3. 工作頻率范圍： 0～ 40MHz，相當(dāng)于普通 8051 的 0～ 80MHz，實(shí)際工作頻率可達(dá) 48MHz 4. 用戶應(yīng)用程序空間為 8K字節(jié) 5. 片上集成 512 字節(jié) RAM 6. 通用 I/O 口（ 32 個），復(fù)位后為： P1/P2/P3/P4 是準(zhǔn)雙向口 /弱上拉， P0 口是漏極開路輸出，作為總線擴(kuò)展用時，不用加上拉電阻，作為 I/O 口用時，需加上拉電阻。 7. ISP（在 系統(tǒng)可編程） /IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器，可通過串口（ RxD/,TxD/）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片 8. 具有 EEPROM 功能 9. 具有看門狗功能 單片機(jī)時鐘 電路設(shè)計 時鐘電路用于產(chǎn)生 STC89C52RC 單片機(jī)工作時所必需的時鐘信號。 STC89C52RC 本身就是一個復(fù)雜的同步時序電路。為保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn)， STC89C52RC 單片機(jī)應(yīng)該在唯一的時鐘信號控制下，嚴(yán)格地按時序執(zhí)行指令進(jìn)行工作。 時鐘是單片機(jī)的心臟，單片機(jī)各功能部件的運(yùn)行都是以時鐘頻率為 基準(zhǔn)的，有條不紊的一拍拍的工作。因此，時鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)的穩(wěn)定性。常用時鐘電路有兩種方式，一種是外部時鐘方式，另一種是內(nèi)部時鐘方式。 外部時鐘方式是使用外部振蕩脈沖信號，常用于多片 STC89C52RC 單片機(jī)同時工作，以便 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 12 于同步。對外部脈沖信號的要求一般為低于 12MHz 的方波。 外部時鐘源直接接到 XTAL2 端，直接輸入到片內(nèi)的時鐘發(fā)生器上。電路見圖 。由于XTAL2 的邏輯電平不是 TTL 的，故建議外接一個 ~10K 的上拉電阻。 圖 單 片機(jī)外部時鐘方式電路 STC89C52RC 單片機(jī)內(nèi)部有一個構(gòu)成振蕩器的高增益發(fā)相放大器，該高增益發(fā)相放大器 的輸入端為芯片引腳 XTAL1，輸出端為 XTAL2。這兩個引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，就構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器，圖 是 STC89C52RC 單片機(jī)內(nèi)部時鐘方式的振蕩器電路。 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 13 圖 單片機(jī)內(nèi)部時鐘方式的電路 本設(shè)計采用內(nèi)部時鐘方式，選用 6MHZ 的石英晶體。外接電容的大小會影響晶