【正文】 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。 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。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。 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 19 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。 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 Y N 返回 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 18 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。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。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)。 555 工作 T0開始計數(shù) T0停止計數(shù) 中斷開始 中斷返回 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 17 顯示子程序流程圖如圖 44 所示 。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。 開始的首先檢測一下是否為忙。 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，由原理圖可以看出 、 、 分別接液晶屏的 RS、 R/W、 E 引腳。 圖 42 主程序設(shè)計流程圖 計算電容的大小 顯示電容值 開始 T0， INT0 初始化 啟動計數(shù)器 T0 有無按鍵 啟動 555 有無中斷 有無按鍵 N N Y 有無 中斷 停止計數(shù)器 Y Y N 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 16 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。 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]。我們?nèi)〔煌碾娮柚?，就得到不同的電容測量的量程。 簡單時序圖如圖所示 41。 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 14 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。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。 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。 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。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。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(fèi)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。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。 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。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。 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(diǎn)陣字符，高電平時顯示 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 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。 第 7～ 14 腳： D0～ D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線。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 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 2腳： VDD 接 5V正電源。 LCD1602引腳圖如圖 36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(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。 圖 34 555芯片工作原理圖 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 10 555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。本次設(shè)計中應(yīng)用的電路是直接反饋型無穩(wěn)類電路。 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。圖 9就是一種比較典型的按鍵電路，在按鍵沒有按下的時候，輸出的是高電平，當(dāng)按鍵按下去的時候，輸出的低電平。鍵盤分編碼鍵盤和非編碼鍵盤，案件的識別由專用的硬件譯碼實現(xiàn)，并能產(chǎn)生鍵編號或鍵值的稱為編碼鍵盤，而缺少這種鍵盤編碼電路要靠 自編軟件識別的稱為非編碼鍵盤。 電容測量系統(tǒng)按鍵電路 按鍵是實現(xiàn)人機(jī)對話的比較直觀的接口，可以通過按鍵實現(xiàn)人們想讓單片機(jī)做的不同的工作。該特殊的 RS觸發(fā)器有兩個輸入端，石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 9 這兩個輸入端的觸發(fā)電平要求一高一低，其中置零端 R即閾值端 TH要求高電平，置位端即觸發(fā)端則要求低電平，也就是使它們翻轉(zhuǎn)的閾值電壓值不同。 555集成電路有雙極型和 CMOS兩種。通常只要外接少量幾個元件，就可構(gòu)成各種不同用途的脈沖電路以及許多實用電路，如多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)電路及施密特觸發(fā)器等等。 555電路，也稱 555芯片 電路，是一種中規(guī)模集成電路。它設(shè)計新穎，構(gòu)思奇巧，用途廣泛，備受電子專業(yè)設(shè)計人員和電子愛好者的青睞，人們將其戲稱為偉大的小 IC。對外部脈沖信號只要求高電平的持續(xù)時間大于 20us，一般為低于 12MHz 的方波。晶體的頻率越高，則系統(tǒng)的時鐘頻率也就越高，單片機(jī)的運(yùn)行速度也就越快。對外接電容的值雖然沒有嚴(yán)格的要求，但是電容的大小會影響振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性。這兩個引腳接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，就構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器電路 [7]。 STC12C5204AD 芯片的主要功能特性介紹： (1)增強(qiáng)型 8051 CPU， 1T，單時鐘 / 機(jī)器周期，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051 (2)工作電壓： （ 5V 單片機(jī)） (3)工作頻率范圍： 0 35MHz，相當(dāng)于普通 8051 的 0～ 420MHz (4)用戶應(yīng)用程序空間 4K 字節(jié) (5)片上集成 256 字節(jié) RAM (6)通用 I/O 口（ 27/23/15/13/11 個），復(fù)位后為：準(zhǔn)雙向口 /弱上拉（普通 8051 傳統(tǒng) I/O 口） (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（ ）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片 (8)有 EEPROM 功能 (9)看門狗 (10)內(nèi)部集成 MAX810 專用復(fù)位電路（外部晶體 20M 以下時，復(fù)位腳可直接1K 電阻到地） (11)內(nèi)置一個掉電檢測電路，在 口有一個低壓門檻比較器 (12)時鐘源：外部高精度晶體 / 時鐘，內(nèi)部 R/C 振蕩器（溫漂為 +/5%到 +/10%以內(nèi)） (13)共 4 個 16 位定時器 (14)2 個時鐘輸出口，可由 T0 的溢出在 ，可由 T1 的溢出在石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 8 (15)外部中斷 I/O 口 6 路，傳統(tǒng)的下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷，并新增支持上升沿中斷的 PCA 模塊， (16)工作溫度范圍： 40 +85℃ （工業(yè)級） / 0 75℃ （商業(yè)級） (17)封裝： LQFP32， SOP32/28/20/16， SKDIP28， PDIP20/18/16， LSSOP20 電容測量系統(tǒng)時鐘電路 內(nèi)部時鐘方式：內(nèi)部時鐘原理圖如下圖 32 所示。如果外部時鐘頻率在 27MHz 以上時，使用標(biāo)稱頻率就是基本頻率的晶體 ， 或直接使用外部有源晶振，時鐘從 XTAL1 腳輸入， XTAL2 腳必須浮空。 XTAL2：內(nèi)部時鐘電路反相放大器輸出端，接外部晶振的另一端。 ： :標(biāo)準(zhǔn) I/O 口 PORT3[0] RxD:串口數(shù)據(jù)接收端 ： :標(biāo)準(zhǔn) I/O 口 PORT3[1] TxD：串口數(shù)據(jù)接收端 ： :標(biāo)準(zhǔn) I/O 口 PORT3[2] 0INT ：外部中斷 0，下降沿中斷或低電平中斷 ： :標(biāo)準(zhǔn) I/O 口 PORT3[3] 1INT ：外部中斷 1，下降沿中斷或低電平中斷 ： ：標(biāo)準(zhǔn) I/O 口 PORT3[4] T0：定時器 /計數(shù)器 0 的外部輸入 ECI： PCA 計數(shù)器的外部脈沖輸入腳 CLKOUT0：定時器 /計數(shù)器 0 的時鐘輸出，可通過設(shè)置 WAKE_CLKO[0]位/T0CLKO 將該管腳配置為 CLKOUT0 ： ：標(biāo)準(zhǔn) I/O 口 PORT3[5] T1：定時器 /計數(shù)器 1 的外部輸入 CCP1：外部信號捕獲（頻率測量或當(dāng)外部中斷使用）、高速脈沖輸出及脈寬調(diào)制輸出 CLKOUT1：定時器 /計數(shù)器 1