【正文】 電路實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)，從而確定脈沖時(shí)間，通 過設(shè)計(jì)合理的電路參數(shù)，使計(jì)數(shù)值與被測(cè)電容相對(duì)應(yīng)。 沈陽航空 航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 5 圖 誤差分析：這種電容測(cè)量方法的誤差主要由兩部分組成 ： 一部分是 由 555 定時(shí)器構(gòu)成的振蕩電路和觸發(fā)電路由于非線性造成的誤差，其中最重要的是單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路的非線性誤差， 00//C C T T? ? ? (T 由充放電時(shí)間決定； 0C 是被測(cè)電容值 )；另一部分是由數(shù)字電路的量化誤差引起，是數(shù)字電路特有的誤差該誤差相對(duì)影響較小，可忽略不計(jì)。 方案三、基于單片機(jī)和 555 定時(shí)器的數(shù)顯 式電容測(cè)量 這種電容測(cè)量方法主要是通過一塊 555定時(shí)芯片來測(cè)量電容，讓 555定時(shí)芯片工作在直接反饋無穩(wěn)態(tài)的狀態(tài)下， 555 時(shí)基芯片輸出一定頻率的方波，其頻率的大小跟被測(cè)量的電容之間的關(guān)系是：2ln)2( 1 21 CRRf ??，我們固定 R 的大小，其公式就可以寫為： / xf k C? ，只要我們能夠測(cè)量出 555 定時(shí)芯片輸出的頻率，就可以計(jì)算出測(cè)反向器 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 顯示 窄脈沖觸發(fā)器 秒脈沖發(fā)生器 譯碼器 鎖存器 記數(shù)器 標(biāo)準(zhǔn)記數(shù)脈沖 沈陽航空 航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 6 量的電容。 硬件 結(jié)構(gòu) 框圖見圖 。 555定時(shí)器 555 定時(shí)器是 本次設(shè)計(jì)的重要組成部分，它是 一種多用途的數(shù)字 — 模擬混合集成電路，利用它能極方便的構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器。 圖 是國產(chǎn)雙極型定時(shí)器 CB555 的電路結(jié)構(gòu)圖。 555 振蕩電路 STC89C51 單片機(jī)控制電路 三位半液晶顯示電路 CD4543 電路部分 電路驅(qū)動(dòng) 地址控制 數(shù)據(jù)采集 數(shù)據(jù)控制 沈陽航空 航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 7 圖 555 電路結(jié)構(gòu)圖 11v 是比較器 C1 的輸入端 9， 12v 是比較器 C2的輸入端。在控制電壓輸入端 Vco 懸空時(shí)，1Vr =2/3Vcc， 2Vr =1/3Vcc。 RD是置零輸入端。 RD 是置零輸入端，只要在 RD 端加上低電平，輸出端 v0 便立即被置成低電平，不瘦其他輸入狀態(tài)的影響。圖中的數(shù)碼1 到 8 為器件引腳的編號(hào)。 圖 555邏輯符號(hào) 圖 555引腳排列 由圖可知當(dāng) 11v 1Vr 、 12v 2Vr 時(shí)，比較器 C1的輸出 1vc =0、比較器 C2的輸出 2vc =1.，基本 RS 觸發(fā)器被置 0， TD 導(dǎo)通，同時(shí) vo 為低電平。 當(dāng) 11v 1Vr 、 12v 2Vr 時(shí)， 1vc = 2vc =0，故觸發(fā)器被置 1， vo 為高電平，同時(shí) TD截止。 這樣我們就得到了表 的 CB555 功能表。 圖 施密特觸發(fā)器 由于比較器 C1和 C2 的參考電壓不同，因而基本 RS 觸發(fā)器的置 0信號(hào)和置 1信號(hào)必然發(fā)生在輸入信號(hào) v1 的不同電平。 為了提高比較參數(shù)電壓 Vr1 和 Vr2的穩(wěn)定性，通常在 Vco 端接有 濾波電容。 只要把施密特觸發(fā)器的反向輸出端經(jīng) RC 積分電路接回到它的輸入端，就構(gòu)成了多謝振蕩器。 為了減輕門 G4的負(fù)載，在電容 C的容量較大時(shí)不宜直接由 G4 提供電容的充放電電流。將 v’ o經(jīng) R2和 C組成的積分電路接到施密特觸發(fā)器的輸入端同樣也能構(gòu)成多諧振蕩器，如圖 圖 多諧振蕩器 電容上的電壓 vc 將在 Vt+與 Vt之間往復(fù)振蕩， vc 和 vo的波形如圖 。單片機(jī)由芯 片內(nèi)僅有 CPU 的專用處理器發(fā)展而來。 早期的單片機(jī)都是 8 位或 4 位的。此后在 8031 上發(fā)展出了 MCS51 系列單片機(jī)系統(tǒng)。隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，開始出現(xiàn)了 16位單片機(jī)，但因?yàn)樾詢r(jià)比不理想并未得到很廣泛的應(yīng)用。隨著 INTEL i960 系列特別是后來的 ARM 系列的廣泛應(yīng)用， 32位單片機(jī)迅速取代 16 位單片機(jī)的高端地位，并且進(jìn)入主流市場(chǎng)。目前，高端的 32 位單片機(jī)主頻已經(jīng)超過 300MHz，性能直追 90 年代T1 T2 T vc t t 0 0 vo 2/3Vcc 1/3Vcc 沈陽航空 航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 11 中期的專用處理器，而普通的型號(hào)出廠價(jià)格跌落至 1 美元，最高端的型號(hào)也只有 10美元。而在作為掌上電腦和手機(jī)核心處理的高端單片機(jī)甚至可以 直接使用專用的 Windows 和 Linux 操作系統(tǒng)。使用 Atmel 公司高密度非 易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完 全兼容。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng) 可編程 Flash，使得 STC89C51 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提 供高靈活、超有效的解決方案。另外， STC89C51 可降至 0Hz 靜態(tài)邏 輯操作，支持 2種軟件可選擇節(jié)電模式。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)， 單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng) 8個(gè)TTL 邏輯電平。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P0口也被作為低 8 位地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用。在 flash 編程時(shí)， P0 口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。 P1 口： P1 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， p1 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口接收低 8位地址字節(jié)。對(duì) P2 端口寫“ 1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。在訪問外部程序存儲(chǔ)器或用 16 位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVX DPTR）時(shí)， P2 口送出高八位地址。在使用 8位地址（如 MOVX RI）訪問外 部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P2 口輸出 P2 鎖存器的內(nèi)容。 P3 口： P3 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， p3 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)， P3口也接收一些控制信號(hào)。 RST—— 復(fù)位輸入。 沈陽航空 航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 13 ALE/PROG—— 當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8位字節(jié)。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過一個(gè) ALE 脈沖。如有必要，可通過對(duì)特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中的 8EH 單元的 D0位置位，可禁止 ALE 操作。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程 序時(shí)，應(yīng)設(shè)置 ALE 禁止位無效。 EA/VPP—— 外部訪問允許，欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000HFFFFH）， EA端必須保持低電平（接地）。如 EA 端為高電平（接 Vcc 端）， CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ) 器的指令。 圖 STC89C51 芯片圖 。從書本上學(xué)不會(huì)設(shè)計(jì)，只能經(jīng)過實(shí)踐，通過對(duì)實(shí)際系統(tǒng)的研究和實(shí)踐才能學(xué)會(huì)。設(shè)計(jì)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(cè)試?yán)щy和不可靠，因此，設(shè)計(jì)階段是軟件開發(fā)過程中最重要的階段 。一般用自然語言給定一 個(gè)需求集，預(yù)先作非正式設(shè)計(jì)，常常用流程圖的形式說明，接著開始編碼，當(dāng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)時(shí)設(shè)計(jì)還需修改。 軟件設(shè)計(jì)任務(wù) 軟件設(shè)計(jì)主要是針對(duì)硬件設(shè)計(jì)里面的控制部分的，這里指 STC89C51單片機(jī)，一般的單片機(jī)均可用 匯編語言和 C語言進(jìn)行編程。作為還在學(xué)生階段的我們，用匯編語言進(jìn)行編程對(duì)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 C語言編程在以后的實(shí)際工作中將會(huì)大大簡化自己的工作。要完成的任務(wù)是： 初始化程序設(shè)計(jì)、按鍵程序設(shè)計(jì)、中斷處理程序，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)程序，顯示程序設(shè)計(jì)等 。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的程序是一個(gè)很簡單的過程，所以步驟也相對(duì)應(yīng)的沈陽航空 航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 15 簡單了許多。 第二步：編寫各個(gè)子系統(tǒng)的程序，最后組合在一起，得到整個(gè)系統(tǒng)。 第四步：把編譯，看是否得到我們需要的結(jié)果，如果得不到結(jié)果就回到第三步，直到最后得到我們想要的結(jié)果。 MedWin 是萬利電子有限公司 Insight 系列仿真開發(fā)系統(tǒng)的高性能集成開發(fā)環(huán)境。 MedWin 集成開發(fā)環(huán) 境的特點(diǎn) (1)完美的 Windows 版集成開發(fā)環(huán)境 MedWin。 (3)具有分別獨(dú)立控制項(xiàng)目文件的工程項(xiàng)目管理器。 (5)VC 風(fēng)格的窗口停駐、窗口切分和工作簿模式界面。 (7)符合編程語言語法的彩色文木顯示。 沈陽航空 航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 16 (9)無須點(diǎn)擊的感應(yīng)式鼠標(biāo)提示功能 。 (11)不限制打開數(shù)據(jù)區(qū)觀察窗口 的數(shù)目。 (13)提供真實(shí)的軟件模擬仿真開發(fā)環(huán)境。 (2)使用 MedWin 集成開發(fā)環(huán)境項(xiàng)目管理方式 — 可進(jìn)行多模塊、混合語言編程的，同樣也適合單模塊程序的開發(fā)。 不使用項(xiàng)目管理方式開發(fā)應(yīng)用程序 不使 用 MedWin 集成開發(fā)環(huán)境項(xiàng)目管理方式，只能對(duì)單模塊方式下的應(yīng)用程序開發(fā)，具有很大的局限性。因?yàn)楫?dāng)打開項(xiàng)目文件后， MedWin 集成開發(fā)環(huán)境默認(rèn)所有編譯 /匯編、產(chǎn)生代碼的 過程都是對(duì)項(xiàng)目或項(xiàng)目所包含的文件進(jìn)行的。 (2)如果當(dāng)前文件的擴(kuò)展名為 C 或系統(tǒng)定義的擴(kuò)展名，編譯 /匯編命令調(diào)用外部 C編譯命令對(duì)當(dāng)前文件編譯 。 如果需要設(shè)置文件編譯 /匯編的命令行參數(shù)，可以選擇 [項(xiàng)目管理 |文件屬性 ]命令設(shè)置。當(dāng)編譯 /匯編發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，消息窗口中的錯(cuò)誤信息自動(dòng)與源文件關(guān)聯(lián)，提示出錯(cuò)的位置。鼠標(biāo)左鍵或鍵人回車，可將錯(cuò)誤信息與源文件的錯(cuò)誤位置關(guān)聯(lián) 。 (2)如果編譯 /匯編出現(xiàn)錯(cuò)誤，在修改源文件后重復(fù)進(jìn)行第三步操作。此命令自動(dòng)地對(duì)修改過的源程序進(jìn)行編譯或匯編，對(duì)沒有修改過的程序?qū)⒃竭^編譯或匯編過程，然后連接所有的 OBJ, LIB 文件，再裝載代碼到仿真器，完成調(diào)試程序所需的 準(zhǔn)備工作。 Completed”的字樣。以下是使用 MedWin 集成開發(fā)環(huán)境項(xiàng)目管理方式開發(fā)應(yīng)用程序的步驟 : (1)建立一個(gè)新的項(xiàng)目進(jìn)人第一步 —— 新建項(xiàng)目文件 (2)打開已經(jīng)存在的項(xiàng)目文件進(jìn)人第二步 —— 打開項(xiàng)目文件 第一步：新建項(xiàng)目文件 命令： [項(xiàng)目管理 |新建項(xiàng)目文件 ] 項(xiàng)目名稱 MedWin 集成開發(fā)環(huán) 境的項(xiàng)目器是按項(xiàng)目名稱管理的，項(xiàng)目管理器內(nèi)的項(xiàng)目名稱不可以相同。通常，當(dāng)用戶源程序文件存放在當(dāng)前工作目錄時(shí)，不需要進(jìn)行高級(jí)設(shè)置。 如果源文件與項(xiàng)目文件不在同一目錄時(shí)， 將會(huì)出現(xiàn)不能進(jìn)行源文件調(diào)試的情況發(fā)生。 存儲(chǔ)器屬性 存儲(chǔ)器屬性 Small / Compact / Large，此屬性為 C 編譯器所需，如果項(xiàng)目文件中沈陽航空 航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 19 包含 C 程序，用戶必須設(shè)置存儲(chǔ)器屬性。系統(tǒng)默認(rèn) 128 字節(jié)。選中時(shí)，匯編器默認(rèn) SFR 為 80C51。該路 徑與系統(tǒng)定義的頭文件路徑在 DOS 環(huán)境設(shè)置的關(guān)系是 ： set c51 inc=(系統(tǒng)定義的頭文件路徑 )； (項(xiàng)目定義的頭文件路徑 ) 項(xiàng)目庫文件路徑為該項(xiàng)目所定義的庫文件所處的路徑，該路徑與系統(tǒng)定義的庫文件路徑在 DOS 環(huán)境設(shè)置的關(guān)系是 ： set c511ib=系統(tǒng)定義的庫文件路徑 )； (項(xiàng)目定義的庫文件路徑 ) 在項(xiàng)目的編譯和連接過程中， MedWin 自動(dòng)加人以上環(huán)境變量的設(shè)置。 調(diào)試信息 建立新的項(xiàng)目后，系統(tǒng)默認(rèn)為產(chǎn)生調(diào)試信息，能夠進(jìn)行源文件調(diào)試 。如果在多模塊調(diào)試中需要關(guān)閉一個(gè)或多個(gè)文件的源文件調(diào)試，可在文件屬性對(duì)話框中，分別關(guān)閉產(chǎn)生調(diào)試信息選項(xiàng)。請(qǐng)根據(jù) ： (1)如果文件存在，在文件檢取框中選擇并打開文件添加。新建文件后，鍵人命令 [項(xiàng)目管理 |添加文件 項(xiàng) ]，將新建文件添加到項(xiàng)目中。 第四步：編輯，編譯 /匯編 /連接 沈陽航空 航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 20 命令： [項(xiàng)目管理 |編譯 /匯編 ] MedWin 集成開發(fā)環(huán)境根據(jù)文件的擴(kuò)展名，自動(dòng)對(duì)激活的文件選擇調(diào)用外部編譯器或匯編器 ： (1)如果當(dāng)前文件的擴(kuò)展名為 ASM 或系統(tǒng)定義的擴(kuò)展名，編譯 /匯編命令調(diào)用外部匯編命令對(duì)當(dāng)前文件匯編。 第五步：錯(cuò)誤信息關(guān)聯(lián) 文件經(jīng)過編譯 /匯編后的結(jié)果顯示于消息窗口 ，出現(xiàn)錯(cuò)誤后錯(cuò)誤信息與文件關(guān)聯(lián)。 (2)如果出現(xiàn)錯(cuò)誤，修改文件后重復(fù)進(jìn)行第四步操作。此命令對(duì)修改過的源程序自動(dòng)進(jìn)行編譯或匯編，否則將越過編譯或匯編過程進(jìn)行連接，并裝載代碼到仿真器，完成調(diào)試文件所需的準(zhǔn)備工作。 (2)使用產(chǎn)生代碼并裝人命令，項(xiàng)目管理器會(huì)自動(dòng)判別文件是否需要重新編譯 /匯編，并將連接產(chǎn)生的代碼下載到仿真器，提供調(diào)試運(yùn)行。在前面的介紹中我們知道： 555 定時(shí)器芯 片的輸 出頻 率跟所使沈陽航空 航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 21 用的電阻 R 和電容 C 的關(guān)系是：2ln)2( 121 CRRf ??。 5 5 5 輸 出 的 方 波啟 動(dòng) T