【正文】 個數(shù)字/模擬信號仿真器，可提供連續(xù)的數(shù)字信號和模擬信號，以便對電路原理圖進行信號模擬仿真，從而驗證其正確性和可行性。本系統(tǒng)的主要功能是：繪制、修改和編輯電路板；更新和修改零件封裝；管理電路板組件。本系統(tǒng)的主要功能是：繪制、修改和編輯電路原理圖；更新和修改電路圖零件庫；查看和編輯有關(guān)電路圖和零件庫的各種報表。一、Protel 99 SE的系統(tǒng)組成按照系統(tǒng)功能來劃分，Protel99se主要包含以下兩大部分和6個功能模塊。程序流程圖如圖44所示。圖43 測頻率原理圖示說明：圖43中t1時刻檢測到高電平開定時器1，開始計數(shù)；t2時刻等待檢測低電平；t3時刻第二次檢測到高電平時關(guān)定時器停止計數(shù)。 頻率參數(shù)計算的原理 本設計頻率的計算采用單片機外部中斷 ，對外觸發(fā)電路產(chǎn)生的脈沖頻率的測量，再通過對測量數(shù)據(jù)的校正來完成。通過三個按鍵Sr,Sc,SL來進行靈活控制，具體操作流程如42所示。圖313 多路選擇開關(guān)電阻、電容、電感測試儀的軟件設計4 電阻、電容、電感測試儀的軟件設計 I/O口的分配 R測量程序的選擇 C測量程序的選擇 L測量程序的選擇、開始結(jié)束初始化執(zhí)行鍵功能有無按鍵操？作？有無在本設計的模塊中，模塊是以單片機為核心，再通過按鍵控制測量的被測參數(shù)在數(shù)碼管顯示，按鍵主流程圖如41所示。表31 多路選擇開關(guān)控制 測量類別00Y0R01Y1C10Y2L11*表31中*表示未定義此功能。當INH輸入端=“1”時所有通道截止，二位二進制輸入信號選通四對通到中的一通道。圖311仿真原理圖圖312仿真波形圖由仿真結(jié)果可知該輸出波形為正弦波，為了方便頻率測量，把該波形通過555構(gòu)成的施密特觸發(fā)器整形為方波，送入單片機T1口進行頻率計算。隨著計算機圖形功能的不斷增強，PC機上windows95,98,2000/XP的出現(xiàn)，Probe的繪圖能力也越來越強。而在輸出結(jié)果繪圖程序Probe模塊中Probe程序是PSPICE的輸出圖形后處理軟件包。電路元器件符號庫中備有各種原器件符號，除了電阻，電容，電感，晶體管，電源等基本器件及符號外，還有運算放大器，比較器等宏觀模型級符號，組成電路圖。圖310 電感測試電路 測量電感電路的仿真PSpice仿真軟件簡介：這次設計中主要用到Pspice軟件中的電路原理圖編輯程序Schematics模塊和輸出結(jié)果繪圖程序Probe模塊。電容三點式振蕩電路又稱考畢茲振蕩電路，三點式振蕩電路是指：LC回路中與發(fā)射極相連的兩個電抗元件必須是同性質(zhì)的，另外一個電抗元件必須為異性質(zhì)的，而與發(fā)射級相連的兩個電抗元件同為電容式的三點式振蕩電路，也就是射同基反的構(gòu)成原則成為電容三點式振蕩電路。555接成多諧振蕩器的形式，其振蕩周期為： (311)我們設置 R1=R2,得出： (312) 即： (313)電路分為1檔：R4=510KΩ,R4=R6； (314)電容測試電路見圖39所示。555接成多諧振蕩器的形式，其振蕩周期為： (36) 得出： (37)即： (38) 電路分為2檔：100Rx1000 Ω：按下電阻測試建Sr，閉合開關(guān)Srd,R2=330Ω,C2=： (39)1000Rx 1M Ω：按下電阻測試建Sr，閉合開關(guān)Srg,R1=20KΩ,C3=103pF： (310)電阻測試電路見圖38所示。圖（C）所示電路輸出矩形波的占空比： (35) 測量電阻電路的設計定時器555是一種用途很廣的集成電路，只需外接少量R、C元件，就可以構(gòu)成多諧、單穩(wěn)及施密特觸發(fā)器。充電時間： (32)放電時間： (33)矩形波的振蕩周期： (34)因此改變RR2和電容C的值，便可改變矩形波的周期和頻率。3)振蕩周期由圖(D)可知，振蕩周期T=T1+T2。通過上述分析可知，電容充電時，定時器輸出u0=1，電容放電時，u0=0，電容不斷地進行充、放電，輸出端便獲得矩形波。時刻，uc下降到，比較器A2輸出由1變?yōu)?，RS觸發(fā)器的=1，=0，觸發(fā)器處于1，定時器輸出u0=1。期間，放電三極管T導通，電容C通過R2放電。所以0tt1期間，定時器輸出u0為高電平1。 圖37 震蕩器工作原理設電容的初始電壓Uc＝0，t＝0時接通電源，由于電容電壓不能突變，所以高、低觸發(fā)端VTH＝VTL＝0，比較器A1輸出為高電平，A2輸出為低電平，即=1，=0(1表示高電位，0表示低電位)，RS觸發(fā)器置1，定時器輸出u0=1此時，定時器內(nèi)部放電三極管截止，電源Vcc經(jīng)R1，R2向電容C充電，uc逐漸升高。2)多諧振蕩器工作原理由555定時器組成的多諧振蕩器如圖37(C)部分所示，其中RR2和電容C為外接元件。高電平觸發(fā)信號加在A1的反相輸入端，與同相輸入端的參考電壓比較后，其結(jié)果作為基本RS觸發(fā)器端的輸入信號；低電平觸發(fā)信號加在A2的同相輸入端，與反相輸入端的參考電壓比較后，其結(jié)果作為基本RS觸發(fā)器端的輸入信號。分壓器為比較器AA2提供參考電壓，比較器A1的參考電壓為，加在同相輸入端，比較器A2的參考電壓為，加在反相輸入端。圖36 定時器內(nèi)部結(jié)構(gòu)它由分壓器、比較器、基本RS觸發(fā)器和放電三極管等部分組成。因此集成555定時被廣泛應用于脈沖波形的產(chǎn)生與變換、測量與控制等方面。當有鍵按下時為低電平，無鍵按下時則為高電平。本設計中設置了Sr,Sc,SL三個按鍵，、控制程序放在 MCS51單片機的ROM中用于啟動各個被測參數(shù)程序的調(diào)整。ULN2803是達林頓管，在電路中能起到大電流輸出和高壓輸出的作用。在本設計中，LED顯示接口電路如下圖34所示：圖34 LED顯示接口電路電路由6個共陰極數(shù)碼管、兩個74HC573和一個ULN2803組成。圖33 單片機片選電路或非門片選電路分析：當單片機通過P0口總線輸出數(shù)據(jù)時，16管腳(WR)為低電平“0”，~，要被片選端為“0”，其它為“1”，這樣三個或非門中，只有需要片選中或非門的輸出為高電平“1”，其它兩個或非門的輸出信號為低電平“0”。系統(tǒng)核心電路(AT89S52最小系統(tǒng))的P0口以總線方式與二片數(shù)據(jù)鎖存器(74HC573)相連接，二片74HC573的片選使能端(LE)分別連接在或非門(74HC02)的4管腳，三個或非門相類似，都是兩個輸入端的其中一端接在單片機的16管腳(WR)，~。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮時間為1～2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。2)動態(tài)顯示驅(qū)動：數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。1)靜態(tài)顯示驅(qū)動：靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動，靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機的I/O端口進行驅(qū)動，或者使用如BCD碼二十進制譯碼器譯碼進行驅(qū)動。六位數(shù)碼管顯示被測參數(shù)的示值從左到右依次代表十萬、萬、千、百、十和個位，這樣顯示結(jié)果更為簡單可行。需要讓與之串聯(lián)的電阻，分去VCC ，則得到R=U/I=，且電阻的功率為P=UI=*=。因此 I/0口輸出低電平時，與之相連的相應指示燈會亮；I/0口輸出高電平時，相應的指示燈會滅。在本設計中，、控制程序放在 MCS51單片機的ROM中。與小白熾燈泡和氖燈相比，LED的特點是：工作電壓很低(有的僅一點幾伏)；工作電流很小(有的僅零點幾毫安即可發(fā)光)；抗沖擊和抗震性能好，可靠性高，壽命長；通過調(diào)制通過的電流強弱可以方便地調(diào)制發(fā)光的強弱。當需要復位時，也可以按下復位按鍵，進行復位。另外本系統(tǒng)的容阻上電復位，就是利用RC電路的充電過程來給單片機復位。本設計中單片機的設計電路如下圖31所示： 圖31 單片機的設計電路本電路使用單片機內(nèi)部振蕩器，電路中CC3為振蕩器的匹配電容。7)中斷系統(tǒng)：具備較完善的中斷功能，有兩個外中斷、兩個定時/計數(shù)器中斷和一個串口中斷，可滿足不同的控制要求，并具有2級的優(yōu)先級別選擇。5)并行輸入輸出(I/O)口：共有4組8位I/O口(P0、 PP2或P3)，用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸。3)程序存儲器(ROM)：共有4096個8位掩膜ROM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。 MCS51單片機包含中央處理器、程序存儲器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲器(RAM)、定時/計數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元，以及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線，現(xiàn)在分別加以說明：1)中央處理器：中央處理器(CPU)是整個單片機的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進制數(shù)據(jù)或代碼，CPU負責控制、指揮和調(diào)度整個單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運算和控制輸入輸出功能等操作。另外，本設計還需要利用單片機的定時計數(shù)器、中斷系統(tǒng)、串行接口等等，所以，選擇以單片機為核心進行設計具有極大的必要性。電阻、電容、電感測試儀的系統(tǒng)硬件設計3 電阻、電容、電感測試儀的系統(tǒng)硬件設計 MCS51單片機電路的設計在本設計中，考慮到單片機構(gòu)成的應用系統(tǒng)有較大的可靠性，容易構(gòu)成各種規(guī)模的應用系統(tǒng)，且應用系統(tǒng)有較高的軟、硬件利用系數(shù)。電容三點式振蕩電路是利用電容三點式振蕩電路實現(xiàn)被測電感參數(shù)頻率化。2)通道選擇：本設計通過單片機控制CD4052模擬開關(guān)來控制被測頻率的自動選擇。數(shù)碼管顯示：本設計中有1個74HC02個74LS571個2803驅(qū)動和6個數(shù)碼管，采用共陽極方式連接構(gòu)成動態(tài)顯示部分，降低功耗。圖21 系統(tǒng)設計框圖框圖各部分說明如下：1)控制部分：本設計以單片機為核心，采用89C51單片機，利用其管腳的特殊功能以及所具備的中斷系統(tǒng)，定時/計數(shù)器和LED顯示功能等。取得相應的振蕩頻率，然后根據(jù)所測頻率判斷是否轉(zhuǎn)換量程，或者是把數(shù)據(jù)進行處理后，得出相應的參數(shù)值。 系統(tǒng)的原理框圖本設計中，考慮到單片機具有物美價廉、功能強、使用方便靈活、可靠性高等特點，擬采用MCS 51系列的單片機為核心來實現(xiàn)電阻、電容、電感測試儀的控制。綜上所述，利用振蕩電路與單片機結(jié)合實現(xiàn)電阻、電容、電感測試儀更為簡便可行，節(jié)約成本。容易構(gòu)成各種規(guī)模的應用系統(tǒng)，且應用系統(tǒng)有較高的軟、硬件利用系數(shù)。4)利用振蕩電路與單片機結(jié)合利用555多諧振蕩電路將電阻，電容參數(shù)轉(zhuǎn)化為頻率，而電感則是根據(jù)電容三點式電路也轉(zhuǎn)化為頻率，這樣就能夠把模擬量近似的轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，而頻率f是單片機很容易處理的數(shù)字量，一方面測量精度高，另一方面便于使儀表實現(xiàn)自動化，而且單片機構(gòu)成的應用系統(tǒng)有較大的可靠性。 3)采用CPLD或FPGA實現(xiàn)應用目前廣泛應用的VHDL硬件電路描述語言，實現(xiàn)電阻，電容，電感測試儀的設計，利用MAXPLUSII集成開發(fā)環(huán)境進行綜合、仿真，并下載到CPLD或FPGA可編程邏輯器件中，完成系統(tǒng)的控制作用。 2)可編程邏輯控制器(PLC) 應用廣泛，它能夠非常方便地集成到工業(yè)控制系統(tǒng)中。11電阻、電容、電感測試儀的系統(tǒng)設計2 電阻、電容、電感測試儀的系統(tǒng)設計 電阻、電容、電感測試儀設計方案比較電阻、電容、電感測試儀的設計可用多種方案完成，例如利用模擬電路，電阻可用比例運算器法和積分運算器法，電容可用恒流法和比較法，電感可用時間常數(shù)發(fā)和同步分離法等、使用可編程邏輯控制器(PLC)、振蕩電路與單片機結(jié)合或CPLD與EDA相結(jié)合等等來實現(xiàn)。(9)完成英文翻譯。(7)安裝和調(diào)試，并進行實際測試，記錄測試數(shù)據(jù)和結(jié)果。(5)設計測量頻率程序，設置程序。(3)設計測量電阻，電容，電感的振蕩電路。 本設計所做的工作本設計是以555為核心的振蕩電路，將被測參數(shù)模擬轉(zhuǎn)化為頻率，并利用單片機實現(xiàn)計算頻率，所以，本次設計需要做好以下工作：(1)學習單片機原理等資料。從中國電子信息產(chǎn)業(yè)統(tǒng)計年鑒中可以看出，中國的測試測量儀器每年都以超過30%以上的速度在快速增長。測試儀器行業(yè)目前已經(jīng)越過低谷階段，重新回到了快速發(fā)展的軌道，尤其最近幾年，中國本土儀器取得了長足的進步，特別是通用電子測量設備研發(fā)方面，與國外先進產(chǎn)品的差距正在快速縮小，對國外電子儀器巨頭的壟斷造成了一定的沖擊。上述這些都是制約本土儀器發(fā)展的因素。所以，還應把標準化和模塊化的研究放到重要的位置。由于歷史的原因，中國儀器配套行業(yè)的企業(yè)多為良莠不齊的小型企業(yè)，標準化的研究也沒有跟上需求