【正文】 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。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。 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 14 頁 對于測量原理的說明我們將在軟件編程部分詳細(xì)說明。 同理，當(dāng) SW2 閉合時，電阻的值是 100K 歐姆，頻率 7220 / ( *1 )F C nf? ，可以測量NF級別的電容。以 SW1 為例，當(dāng)某一個開關(guān)閉合時， 555 選擇其中一個電阻，造成檔位切換，同時電阻上面的發(fā)光二極管發(fā)光， A0處為高電平，此處會連接到單片機，給單片機一個檔位切換的信號，單片機即可據(jù)此顯示該檔位的單位。 圖 測量換擋電路 該電路的核心是雙刀單擲開關(guān)，通過開關(guān)的斷開和閉合可以選擇兩組電路，其一是發(fā)光二極管電路，其二則是 555 芯片 7 號管腳 DC 所需要的電阻。 圖 555 多諧振蕩器電路 555 芯片輸出的頻率為 / ( * )F R C? ，只要我們改變電阻 R，就可以達(dá)到改變電貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 13 頁 阻量程的目的， R 串接在 555 芯片 3 腳和 6 腳之間，本設(shè)計提供了三組不同的電阻，當(dāng)電容過大或過小時均可以配合電容使得多諧振蕩器能夠發(fā)出單片機測量范圍內(nèi)的方波，這樣以 來，就能測量 UF、 NF、 PF三種不同的電容了。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。該特殊的 RS 觸發(fā)器有兩個輸入端，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。放電端 DIS可看成由內(nèi)部放電開關(guān)控制的一個接 點，放電開關(guān)由觸發(fā)器的端控制： Q=1時 DIS端接地； Q=0時， DIS端懸空。對于初學(xué)者來說，可以把 555電路等效看成一個帶放電開關(guān)的 RS觸發(fā)器，這個特殊的觸發(fā)器有兩個輸入端：閾值端 TH可看成是置零端 R，要求高電平，觸發(fā)端 R 可看成置位端低電平有效。 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)成各種不貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 12 頁 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。在這期間，日本、西歐等各大公司和廠家也競相仿制、生產(chǎn)。美國各大公司相繼仿制這種電路 1974 年西格尼蒂克斯公司又在同一基片上將兩個雙極型 555 單元集成在一起，取名為NF556。 1972年，美國西格尼蒂克斯公司 (Sigics)研制出 Tmer NE555雙極型時基電路，設(shè)計原意是用來取代體積大 ,定時精度差的熱延遲繼電器等機械式延遲器。 555 多諧振蕩器電路 555芯片電路是一種將模擬功能與邏輯功能巧妙結(jié)合在同一硅片上的組合集成電路。此過渡過程之長短取決于電阻和電容值的大小。 RST腳的電壓等于 Vcc與電容兩端電壓之差。其具體的復(fù)位電路如圖 。針對復(fù)位電路對時間的需要，我們對上電復(fù)位電路進行設(shè)計。為響應(yīng)這一不定期程， CPU 發(fā)出內(nèi)部復(fù)位信號。 MCS51單片機常選擇振蕩頻率 6MHz或 12MHz的石英晶體。晶體的頻率越高，則系統(tǒng)的時鐘頻率也就越高，單片機的運行速度也就越快。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。本設(shè)計采用內(nèi)部時鐘方式，內(nèi)部時鐘方式如圖 。時鐘頻率直接影響單片機的速度，時鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 12） XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。在 FLASH 編程期間，此 引腳也用于施加 12V編程電源（ VPP）。 10） VPPEA/ ：當(dāng) EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次 /PSEN有效。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE禁貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 9 頁 止，置位無效。此時， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC指令是 ALE才起作用。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE脈沖。在平時， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。 8） PROGALE / ：當(dāng)訪 問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。 7） RST：復(fù)位輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 6） P3 口： P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL 門電流。在給出地址 “1” 時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時， P2 口輸出其 特殊功能寄存器的內(nèi)容。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 5） P2 口： P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出4 個 TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫 “1” 時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。 P1 口管腳寫入 1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1口被外部下拉為低電 平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FIASH編程時， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH進行校驗時， P0輸出原碼，此時 P0外部必須被拉高。當(dāng) P1口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。 2） GND： 工作 地 。該單片機外形及引腳排列如圖 ： 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 7 頁 圖 AT89C52 單片機 STC89C52 的 主要特性及管腳說明 STC89C52主要具有以下幾個特點： 1） STC89C52與 MCS51系列的單片機在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容； 2）內(nèi)有 8k字節(jié)在線可重復(fù)編程快擦寫程序存儲器； 3）靜態(tài)工作 ,工作范圍 :0Hz～ 24MHz； 4） 128 8位內(nèi)部 RAM； 5） 32位雙向輸入輸出線； 6）兩個十六位定時器 /計數(shù)器 7） 5個中斷源 ,兩級中斷優(yōu)先級； 8） 1個全雙工的異步串行口； 9）閑置和掉電兩種工作方式。 STC89C52芯片提供三級程序存儲器加密，提供了方便靈活而可靠的硬加密手段 ，能完全保證程序或系統(tǒng)不被仿制?？捎?12V電壓編程 ,而且擦寫時間僅需 10毫秒，僅為 8751/87C51 的擦除時間的百分之一 ,與 8751/87C51的擦寫相比，不易損壞器件，沒有兩種電源的要求，改寫時不拔下芯片，適合許多嵌入式控制領(lǐng)域。 STC89C52 可構(gòu)成真正的單片機最小應(yīng)用系統(tǒng)，縮小系統(tǒng)體積，增加系統(tǒng)的可靠 性，降低系統(tǒng)的成本。 STC89C52 是一種低損耗、高性能、 CMOS 八位微處理器，片內(nèi)有 8k 字節(jié)的在線可重復(fù)編程、快速擦除快速寫入程序的存儲器，能重復(fù)寫入 /擦除 1000次，數(shù)據(jù)保存時間為十年。 80C52單片機 晶振電路 復(fù)位電路 555 多諧震蕩器 被測電容 換擋電路 顯示電路 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 6 頁 單元電路設(shè)計分析 AT89C52 單片機功能描述 單片機是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器 CPU隨機存儲器 RAM、只讀存儲器 ROM、多種 I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器 /計時器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、 A/D 轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的微型計算 機系統(tǒng)，在工業(yè)控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。 原理框圖 本設(shè)計的原理總框圖如圖 ： 圖 原理總框圖 圖中給出了整個系統(tǒng)設(shè)計的系統(tǒng)框圖，系統(tǒng)主要由四個主要部分組成，單片機和晶振電路設(shè)計，復(fù)位電路設(shè)計， 555 芯片電路設(shè)計，顯示電路設(shè)計。 從以上四種方案中，很容易可以看出第四種方案十分符合我們的設(shè)計要求，其余方案都有著各種不可忽視的缺陷，而該方案不僅硬件電路簡單，軟件設(shè)計也不復(fù)雜，十分適合初學(xué)者來制作實物。 方案四：使用 AT89C52 單片機和 NE555 芯片構(gòu)成的多諧振蕩電路電容測量。一般情況下，可設(shè)計電路使 T ARC? ( T 為振蕩周期或觸發(fā)時間； A 為電路常數(shù)與電路參數(shù)有關(guān) )。 方案三：直接根據(jù)充放電時間判斷電容值。 方案二：用阻抗法測 R、 L、 C 有兩種實現(xiàn)方法：以恒流源供電，然后測元件電壓；用恒壓源供電，然后測元件電 流。如果把平均值送到 A／ D 轉(zhuǎn)換器，經(jīng)顯示器顯示的數(shù)據(jù)就是電容的大小。從式中可以看出，當(dāng) R 固定時，只要改變電容 C，則輸出脈寬也會跟著改變，由 Tw的寬度就可以求出電容的大小。 從能夠滿足設(shè)計要求的方案中，我們主要選擇以下四種方案略作描述： 方案一：將電容量通過設(shè)計電路轉(zhuǎn)換成電壓，然后把電壓量經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量進行顯示。 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 4 頁 2 硬件電路設(shè)計及其描述 本章將介紹在線電容測量儀設(shè)計的具體設(shè)計過程，并為每一個單元電路做詳盡的描述介紹 。 能夠顯示單位。 有各模塊功能的介紹。另外， 555 定時器構(gòu)成的多諧振蕩器輸出頻率主要與它外部連接的電容電阻有關(guān)，如果電阻固定，就可以用測量方波周期或者頻率的方法來簡介測量電容。因為 555定時器構(gòu)成的一些應(yīng)用電路基本和電容有關(guān)，所以可以用測量其輸出方波波形的方法來測 量電容，譬如 555 定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的 輸出脈寬 tw 與電容 C成正比 ， 。這樣，電橋法不易實現(xiàn)自動測量。根據(jù)平衡條件以及一些已知的電路參數(shù)就可求出被測電容。測量電容還有一種經(jīng)典的方法，就是電橋法。 而常用萬用表中的電容測量電路則是將電容的容量轉(zhuǎn)化為電壓，該電路依據(jù)被測電容容量產(chǎn)生一個模擬電壓 ,容量大則產(chǎn)生電壓值高 , 容 量小則產(chǎn)生電壓值低。傳感器電容變化，引起電橋失衡，橋路輸出變化。電容值變化引起振蕩頻率變化，由頻率值表征被測物理量變化。市面上的幾種電容測量儀都是根據(jù)這樣的原理制作的，比如常見電容傳感器都配備有檢測電路，就是根據(jù)調(diào)頻電路設(shè)計的。在此快速增長的過程中，無疑催生出了許多測試行業(yè)新創(chuàng)企業(yè)，也催生出了一批批可靠性和穩(wěn)定性較高的產(chǎn)品。隨著模塊化和虛擬技術(shù)的發(fā)展，為中國的測試測量儀器行業(yè)帶來了新的契機，加上各級政府日益重視，以及中國自主應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)研究的快速進展，都在為該產(chǎn)業(yè)提供前所未有的動力和機遇。 雖然有著一些缺陷，但近幾年來，國內(nèi)測量儀器的可靠性和穩(wěn)定性問題得到了很多方面的重視，狀況有了很大改觀。雖 然目前已有較貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 2 頁 大的改觀，但距離整個產(chǎn)業(yè)的要求還有一定距離。其三，國內(nèi)缺乏標(biāo)準(zhǔn)的材料配套體系。本土儀器設(shè)備廠商大多重視研發(fā)和生產(chǎn)，缺乏營銷渠道，更別說建立一套完整的現(xiàn)代營銷體系和面向應(yīng)用的研發(fā)模式了。 在整個產(chǎn)業(yè)布局上，國內(nèi)的測量儀器儀表有著一些缺陷，其一是國內(nèi)比較重視產(chǎn)品的研發(fā)而忽視產(chǎn)品測量，這種錯誤的觀念在整個產(chǎn)業(yè)線上十分明顯，以至于許多電子 行業(yè)的專業(yè)人員都傾向于從事研發(fā)行業(yè)，從而造成電子測試方面的人才十分匱乏，一些基礎(chǔ)的測試學(xué)科理論也比較薄弱。而現(xiàn)在隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，新式的電容式傳感器越做越先進，市面上用得較多容柵式電容傳感器，陶瓷電容壓力傳感器等電容隨處可見，而電容測量技術(shù)的發(fā)展也逐漸由單一化發(fā)展為多元化。 電容測量儀的發(fā)展歷史 在電子電路當(dāng)中，電容通常是以傳感器形式出現(xiàn)的，所以，在線電容測量技術(shù)的歷史發(fā)展實際上就是電容傳感器的發(fā)展歷史。簡 單來說，電子產(chǎn)品在市面上應(yīng)用得越來越廣泛，市場要求產(chǎn)品必須容易檢修和維持壽命，而檢修的關(guān)鍵在于 檢測電子產(chǎn)品是否符合規(guī)格和要求，其關(guān)鍵就是在于檢測其內(nèi)部核心的電路，也即各類電子元件的參數(shù)測量。 second is the process of desi