【正文】 空航天大學(xué)出版社 ,2020. 附附 錄錄 24 附 錄 附錄 源程序 include include include define uchar unsigned char define uint unsigned int define ulong unsigned long sbit RS=P2^5。 再者，我還要感謝我的一個(gè) 同學(xué) 陳志謙 ，謝謝他 把他 的書(shū)借給我，這幫了我很大的一個(gè)忙。這段時(shí)間，很感謝老師對(duì)我施加的壓力，也感謝 老師有那么大的耐心，給我講解我所提出的各個(gè)問(wèn)題。致致 謝謝 22 致 謝 我要特別的感謝 我的指導(dǎo)老師 李平老師 ，沒(méi)有老師的指導(dǎo)，我想我會(huì)很難完成這個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)。 還有軟件部分，程序 是用 C 語(yǔ)言編寫(xiě)的，程序也比較簡(jiǎn)單，總體來(lái)說(shuō)就兩大部分，一個(gè)是液晶顯示的程序，還有一個(gè)是定時(shí) /計(jì)數(shù)的程序 。 當(dāng)然由于時(shí)間的緊迫，在測(cè)試階段，對(duì)儀器的 調(diào)試還略顯不足，系統(tǒng)的穩(wěn)定性還有待提高。本系統(tǒng)的研制主要應(yīng)用到了模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、單片機(jī)控制技術(shù)、電子工藝等多方面的知識(shí)，本系統(tǒng)達(dá)預(yù)期的要求， 能夠?qū)﹄姎庠?R、 C 進(jìn)行簡(jiǎn)易的測(cè)量，誤差保持在 5%以內(nèi)。 結(jié)結(jié) 論論 21 6 結(jié) 論 在設(shè)計(jì)制作本系統(tǒng) 的過(guò)程中，我深切體會(huì)到，實(shí)踐是理論運(yùn)用的最好檢驗(yàn)。調(diào)調(diào) 試試 與與 仿仿 真真 20 電容仿真圖： 圖 57電容仿真圖 此圖為載入將要測(cè)量的 電容 值后仿真得出的結(jié)果圖。 調(diào)調(diào) 試試 與與 仿仿 真真 19 電阻仿真圖： 圖 56電阻仿真圖 此圖為載入將要測(cè)量的電阻值后仿真得出的結(jié)果圖。 測(cè)量電阻和電壓的部分由兩個(gè) 555 芯片構(gòu)成，需要測(cè)量的時(shí)候?qū)芷瑩苤料鄳?yīng)的電路上，按下測(cè)量按鈕，這時(shí)測(cè)量的電阻和電壓值會(huì)在 LCD1602 上顯示 出數(shù)值。調(diào)調(diào) 試試 與與 仿仿 真真 18 0..00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000003. 圖 55系統(tǒng)的總設(shè)計(jì)圖 此圖為本系統(tǒng)的總設(shè)計(jì)圖。因?yàn)楝F(xiàn)在是仿真圖，所以沒(méi)有誤差修正，而且實(shí)際中的電阻或電容的值肯定跟仿真時(shí)不一樣。其實(shí) 555 定時(shí)器還有一個(gè)很大的缺點(diǎn)，那就是不能產(chǎn)生頻率很低的信號(hào)，所以 的測(cè)量范圍比較小，這和 555本身的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)。測(cè)量電阻和電容時(shí)，電路是由 555 芯片和外接的電阻電容組成的。 計(jì)算頻率公式為： f=1/(*(R2+R3)*C) 其中 R2=10 千歐姆， R3=10 千歐姆。 計(jì)算頻率 公式為： f=1/(*(R1+2*R)*C1) 其中 R1=10 千歐姆， C1=1nF。 這些都是 經(jīng)過(guò)驗(yàn)證得到的， 而且每次測(cè)的時(shí)候，數(shù)據(jù)就有可能不一樣， 這是因?yàn)榉€(wěn)定度不大， 但是 數(shù)據(jù) 相差不大。如果所測(cè)波的頻率太大， 計(jì)數(shù)的值就會(huì)超過(guò) 65536，就超出了測(cè)量范圍，所以測(cè)量電阻的電路所能測(cè)的電阻范圍為： 1~300 千歐姆，電容的范圍為： 1~250nF。在這個(gè)設(shè)計(jì)中， 這里 所用的晶振是 12MHz 的 ，雖然 指 令的執(zhí)行 速度提高了，但是功耗和噪聲卻增加了，也加大了測(cè)量的誤差。此設(shè)計(jì)中，不考慮小于中界頻率的， 因?yàn)樗鶞y(cè)頻率都比較大， 所以用的是直接測(cè)頻 法 。這就涉及到了 一個(gè)量，那就是中界頻率。 測(cè)量電路 最終 輸出的是高低電平矩形波，那么單片機(jī)在計(jì)數(shù)時(shí)，誤差最大 時(shí) 不超過(guò)一個(gè)周期， 可以盡量縮小誤差，如果 所測(cè)矩形波的頻率越大，那么這種誤差就會(huì)越小。單片機(jī)對(duì)送入的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，這一定 會(huì)產(chǎn)生 誤差 的， 因?yàn)橹鏖T(mén)的開(kāi)啟時(shí)刻與計(jì)數(shù) 脈沖之間的時(shí)間是沒(méi)有關(guān)系的， 單片機(jī)有可能會(huì)多計(jì)一個(gè)脈沖，也有可能少計(jì)一個(gè)，這是不能確定的 。 利用單片機(jī) 的定時(shí) /計(jì)數(shù)測(cè)頻，就是讓單片機(jī)按照一定的程序，自己完成操作，當(dāng)然，這其中會(huì)存在一定的誤差。 調(diào)調(diào) 試試 與與 仿仿 真真 16 5 調(diào)試 與仿真 仿真最主要的一步就是計(jì)算頻率， 頻率測(cè)量的方法有很多，有諧振法、外差法、示波法、電子計(jì)數(shù)器法， 這個(gè)設(shè)計(jì)中用的是電子計(jì)數(shù)器法，因?yàn)閱纹瑱C(jī)的 T0 和 T1 可以直接用于測(cè)頻率，不需要接其它的電路，只要程序?qū)懞镁托辛?，這也是單片機(jī)的一大優(yōu)點(diǎn)。其中 T0 的定時(shí)時(shí)間是已知的，定時(shí)時(shí)間為 t=10ms。它們都是由軟件來(lái)設(shè)定的 。對(duì) T0 或者是 T1引腳上輸入一個(gè)從 1 到 0 的跳變，那么計(jì)數(shù)加 1，這就是計(jì)數(shù)功能。 AT89C51 芯片內(nèi)有兩個(gè) 16 位的定時(shí) /計(jì)數(shù)器： T0 和 T1。 液液 晶晶 顯顯 示示 部部 分分 如圖 42 所示， 圖 42液晶流程圖 開(kāi)始 初始化 測(cè)量電阻 測(cè)量 電 容 刷新顯示 轉(zhuǎn)換電阻程序 轉(zhuǎn)換電容程序 Y N N Y’ 開(kāi)始運(yùn)行程序 檢測(cè)系統(tǒng)初始化 查看 LED 是否顯示字符 寫(xiě)入待測(cè)電阻電容數(shù)據(jù) 返回初始顯示，繼續(xù)檢測(cè) Y 軟軟 件件 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 14 1602LCD 液晶顯示屏開(kāi)始運(yùn)行程序，顯示屏檢測(cè)系統(tǒng)初始化，查開(kāi) LED 顯示屏是否顯示出字符，然后輸入待測(cè)的電阻或電容數(shù)據(jù)，測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)后，返回初始顯示 LED 屏幕，繼續(xù)檢測(cè) 。 軟軟 件件 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 13 4 軟件設(shè)計(jì) 這個(gè)設(shè)計(jì)的編程， 這里 使用的是 C 語(yǔ)言，其實(shí)用匯編語(yǔ)言會(huì)更容易些， 本人 對(duì) C 語(yǔ)言比 較熟悉，所以 還是選擇了比較熟悉的語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)程序。 RS 觸發(fā)器被翻轉(zhuǎn)以后，三極管處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)， 因?yàn)槎O管是單向?qū)?，所以這時(shí)電容 Cx 開(kāi)始通過(guò) R3 放電，當(dāng)電容 Cx上的電壓達(dá)到 1/3Vcc 時(shí)，比較器 2開(kāi)始動(dòng)作，RS 觸發(fā)器又被翻轉(zhuǎn)，輸出端輸出高電平，而三極管卻處于截止的狀態(tài)，電容 Cx又開(kāi)始充電，就這樣反反復(fù)復(fù)的充放電，那么輸出端就會(huì)輸出一個(gè)高低電平矩形波，矩形波的周期就是放電時(shí)間與充電時(shí)間的和。 測(cè)量電容電路 圖 37測(cè)量電容電路 如上 圖中 Cx 為待測(cè)的電容 。 就這樣不斷重復(fù)這個(gè)充放電的過(guò)程，輸出端就是一個(gè)高低電平的矩形波，矩形波的周期就是充電時(shí)間加上放電時(shí)間。 測(cè)電阻電路 圖 36測(cè)電阻電路 如 圖 36所示， Rx是被測(cè)的電阻，接通電源后，電容 C1通過(guò) R1 和 Rx充電，當(dāng)電容C1 上的電壓達(dá)到 2/3Vcc 時(shí)，比較器 1 開(kāi)始動(dòng)作， RS 觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，此時(shí)，輸出端輸出為硬硬 件件 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 11 低電平。電路連接負(fù)載端，通常此腳為低電平，但在定時(shí)的時(shí)候是高電平。此腳與放電管相連，用作定時(shí)電容的放電。 所以此端如果不用，就串入一只 的電容，并接地，防止引入干擾。 Cv（ 5 腳）：控制電壓端。 TR（ 2 腳）：低電平觸發(fā)端。 TH（ 6 腳）：高電平觸發(fā)端。當(dāng)此端接低電平時(shí)，電路不工作，這時(shí)不管 TH 是何電平，電路輸出為 “0 。 GND（ 1腳）：接地。 Vcc（ 8腳）：接 正 電源。此設(shè)計(jì)測(cè)量的原理就是，利用 555 定時(shí)器外加幾個(gè)電阻、電容或電感，生成多諧振蕩器。 555 是由兩個(gè)比較器 （ C1 和 C2） 、一個(gè) RS 觸發(fā)器和一個(gè)三極管開(kāi)關(guān)電路 （ TD） 組成的 ，其中，三個(gè) 5 千歐的電阻起分壓的硬硬 件件 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 10 作用 。其中， 充電的 時(shí)間與放電的時(shí)間之和，就是波形的周期，頻率是周期的倒數(shù) 。 測(cè)量部分 測(cè)量電阻和電容是采用 555 內(nèi) 的 振蕩電路來(lái)完成的 。 （ 4） 輸入模式設(shè)置：光標(biāo)左移一格，地址計(jì)數(shù)器減 1，數(shù)據(jù) 為 0x04。 （ 2） 功能設(shè)置： 8 位接口，雙行顯示， 5*7 點(diǎn)陣，數(shù)據(jù) 為 0x38。這個(gè)電路圖，液晶顯示這塊，希望字符能從最后一個(gè)開(kāi)始顯示，依次往前推，光標(biāo)依次向左移動(dòng)，字符不動(dòng)，而且是 8位接口，雙行顯示， 5*7 點(diǎn)陣。 D0~D78： 位雙向數(shù)據(jù)線 ，此處與單片機(jī)的 ~ 分別相連 。 硬硬 件件 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 9 E：使能端。高電平時(shí)，進(jìn)行讀操作；低電平時(shí)，進(jìn)行寫(xiě)操作。高電平時(shí)，選擇數(shù)據(jù)寄存器；低電平時(shí)，選擇指令寄存器。接地時(shí)，對(duì)比度最高；接正電源時(shí)，對(duì)比度最弱。 VDD：接 +5V 電源。 字符尺寸： ㎜。 工作電流： ()。 它的主要技術(shù)參數(shù)為： 顯示容量： 16 2個(gè)字符。 LCD1602 模塊由控制器 HD44780、驅(qū)動(dòng)器 HD44100 和液晶板組成。 具體電路如圖 34所示。 它 與單片機(jī)相連，電路比較簡(jiǎn)單， 而且它的體積比較小，重量比較輕，功耗還很低 ， 能很容易的顯示 出 各阻抗的單位 。 當(dāng) 單 片機(jī)通電后，I/O 口上的電平就是高的，如果按鍵的另一端接電源，那么按鍵按下去的前后， I/O 口的電平?jīng)]什么變化，起不了按鍵選擇的作用，所以必須接地，按鍵按下去后，按鍵所連的引腳變?yōu)榈碗娖健?目前最常使用的就是用軟件延時(shí)的方法來(lái)避開(kāi)抖動(dòng)的階段，一般是 5~10ms 的延時(shí)， 所以 采用10ms 的延時(shí)來(lái)消除抖動(dòng)的，延時(shí)之后，再判斷一次按鍵是否閉合。 但是，在按鍵電路的使用過(guò)程中，有一個(gè)不容忽視的問(wèn)題，那就是按鍵抖動(dòng)現(xiàn)象。 當(dāng)按鍵按下時(shí)，程序執(zhí)行。 本 設(shè)計(jì)中用了 P3 口的第二功能，需要用到兩個(gè)定時(shí) /計(jì)數(shù)器，用于計(jì)算 矩形波的頻率。 ： WR（片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器“寫(xiě)”選通控制輸出）。 ： T0（定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0的外部輸入）。 ： INT0（外部中斷 0輸入） 。 P3 口還有第二功能，這時(shí)各引腳的定義為： ： RXD（串行口輸 入）。本設(shè)計(jì)沒(méi)有用到它的特殊功能，只拿它當(dāng)普通的 I/O 口使用。本設(shè)計(jì)也把它當(dāng)作普通的 I/O 口使用。本設(shè)計(jì)不需要擴(kuò)展 I/O 口，所以 P0 口是作為普 通的 I/O 口使用的。 （ 7） I/O 口：有 4 個(gè) 8 位并行 I/O 口，各個(gè)口都由口鎖存器、輸出驅(qū)動(dòng)器和輸入緩沖器組成。就是用來(lái)鎖存輸出的低 8位地址。 （ 4） EA 引腳接高電平時(shí)，在片內(nèi)程序存儲(chǔ)器中取指令，如果內(nèi)容超過(guò) FFFH 時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)的轉(zhuǎn)到片外程序 存儲(chǔ)器中取指令；當(dāng) EA 接低電平時(shí)，會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)到片外程序存儲(chǔ)器中取指令。如圖 32所示。復(fù)位信號(hào)變低電平時(shí)，單片機(jī)開(kāi)始執(zhí)行程序。 如圖 31。 選的晶振頻率是 12MHz 的，則機(jī)器周期就是 1微秒。 下面是 4 類引腳介紹，分別是： （ 1） 電源： Vcc：芯片電源，接 +5V； Vss: 接地端； （ 2） 時(shí)鐘 XTAL XTAL2：晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端； 其中， AT89C51 的時(shí)鐘信號(hào)通常由兩種方式產(chǎn)生：一是內(nèi)部時(shí)鐘方式，二是外部時(shí)鐘方式。在這里， 單片機(jī)芯片用的是 80C51 系列中的 AT89C51。在硬件設(shè)計(jì)中 AT89C51單片機(jī)， 測(cè)量部分，單片機(jī)控制部分，顯示部分 。還具有可編程性，硬件的功能描述可完全在軟件上實(shí)現(xiàn)。 這個(gè)測(cè)量方法是目前比較好的一個(gè)選擇了，首先，數(shù)字化測(cè)量的準(zhǔn)確度高，測(cè)量速度快，又是數(shù)字顯示，簡(jiǎn)單明了；其次，把阻抗轉(zhuǎn)換為頻率，頻率相對(duì)來(lái)說(shuō)，是一個(gè)比總總 體體 方方 案案 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 4 較容易測(cè)量出的量，尤其在單片機(jī)里，這一點(diǎn)就使整個(gè)設(shè)計(jì)輕松了不少；再者， 選用的芯片 555，所用的測(cè)量電路都是它們最基本的電路，電路圖比較簡(jiǎn)單，也很容易 理解， 測(cè)量范圍也很廣， 還有最重要的一點(diǎn)是，電路比較穩(wěn)定，受外界影響比較小，都可以穩(wěn)定的輸出矩形波。 而 測(cè)量 電路， 是 用 555 定時(shí)器組成的基本 振蕩電路來(lái)測(cè)量電阻和電容 。 在設(shè)計(jì)中，被測(cè)電阻、電容作為諧振電路的一部分 ， 用單片機(jī)測(cè)得電路發(fā)出的矩形波 的頻率，然后根據(jù)公式計(jì)算出電阻和電容。 現(xiàn)在比較容易的一個(gè)方法就是阻抗的數(shù)字化測(cè)量。利用這種方法，前提是需要把電路調(diào)到諧振，而且精度不高，但是可一測(cè)得很高的 Q值。 諧振法是利用 LC 串聯(lián)電路和并聯(lián)電路的諧振特性來(lái)進(jìn)行測(cè)量的方法。直流電橋法用于精確地測(cè)量電阻的阻值，但是要適當(dāng)?shù)倪x擇比率臂的倍率和標(biāo)準(zhǔn)電阻的阻值；比較電橋測(cè)量電容，就是通過(guò)與已知電容比較來(lái)測(cè)定未知電容，但是相鄰兩臂要采用純電阻。 電橋法是利用電橋平衡的原理。該方法一般只能用于頻率較低的情況，而且還需要把電阻器、電容器看成是理想的元器件。測(cè)量阻抗參數(shù)最常用的方法有伏安法、電橋法和諧振法。 這段時(shí)間里，單片機(jī)對(duì)波進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)達(dá)到定的時(shí)間時(shí)，溢出，計(jì)數(shù)停止，那么波的頻率就是計(jì) 數(shù)的數(shù)值除以定時(shí)的時(shí)間， 根據(jù)頻率，可計(jì)算算出被測(cè)元器件的參考值，然后顯示出來(lái)。 課題主要研究方法 本課題主要研究的內(nèi)容是基于單片機(jī)的 RC 檢測(cè)儀，測(cè)量 電容和電阻 的原理是利用555 形成多諧振蕩電路 ，通過(guò)電容的充放電，使電阻、電容 的參數(shù)轉(zhuǎn)換為頻率。目前，在世界電子測(cè)量?jī)x器市場(chǎng)上，競(jìng)爭(zhēng)依然很激烈， 現(xiàn)在的廠商，都是把顧客當(dāng)上帝，消費(fèi)者需要什么樣的儀器，他們就生產(chǎn)什么樣的儀器，并且把更 便宜、更好、更快、更易使用的測(cè)試儀器作為他們的奮斗目標(biāo)。同時(shí)，國(guó)外公司還占有國(guó)內(nèi)中檔產(chǎn)品以及許多關(guān)鍵零部件市場(chǎng) 60%以上的份額。國(guó)內(nèi)的廠家主要有上海儀器儀表研究所、重慶茂豐工貿(mào)、蘇州協(xié)銳電子和常州同惠電子等，所生產(chǎn)的RC 檢測(cè)儀體積 比較大，測(cè)試頻率的范圍一般從幾十赫茲到達(dá)幾百千赫茲，而且可供選擇的頻率的種類 也相對(duì)少些， 測(cè)試速度