【正文】 精度得到了有效的提高，同時通過數(shù)字慣性濾波法 避免了讀數(shù)的跳動，使得讀取測量結(jié)果更加方便。采用 89C51單片機 為主要控制環(huán)節(jié)，通過振蕩電路把參數(shù)轉(zhuǎn)換成頻率信號，再由模擬開關(guān)控制輸入信號，并通過單片機對輸入的信號進行計數(shù)和運算，最后在 LED數(shù)碼顯示管上顯示出被測原件的大小 。 技術(shù) 要求 測量范圍：電阻 100歐姆到 1M歐姆，電容 100pF到 10000pF，電感 100uH到 10mH。 測量量程能夠自動轉(zhuǎn)換。 擬解決關(guān)鍵問題 (1) 對 RC震蕩和 LC三點式振蕩的振蕩器的設(shè)計和相關(guān)計算。所以要對振蕩器進行設(shè)計。 (2) 8051單片機的軟件 程序的設(shè)計和調(diào)試。這是一個重要的環(huán)節(jié)，要經(jīng)過反復(fù)的編寫程序和調(diào)試。 課題的來源 隨著社會發(fā)展的需求，測試儀應(yīng)用的廣發(fā)，老式的測試儀越來越不能滿足社會的需求，基于這這一觸發(fā)點需要完成一套智能型的適應(yīng)需求的 RLC 測試儀。 以課題設(shè)計電路的類別來說，包涵硬件電路和軟件電路。傳統(tǒng)意義上的硬件電路已經(jīng)不能滿足當今社會日益發(fā)展的功能要求，而只有兩者相互結(jié)合的設(shè)計，各取所長，才能滿足設(shè)計的要求。 長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 2 總體方案設(shè)計 方案一 RLC參數(shù)的測量方法主要有電橋法、諧振法和伏安法 電橋法 電橋法是能同時測量電器元件 R、 L、 C最典型的方法，如圖 1所示。電橋平衡的條件為 )*(2)*(1 21 **** xn jxjn eZZeZZ ???? ?? ? 圖 21 RLC 測量電橋 通過調(diào)節(jié)阻抗 Z Z2 使電橋平衡，這時電表 讀數(shù)為零。用這種測量方法，參數(shù)的值還要通過聯(lián)立方程求解，調(diào)節(jié)電阻值一般只能手動，電橋平衡的判別亦難以用簡單的電路實現(xiàn)。 諧振法 諧振 法可以用來測量 L、 C值，如圖 2所示。但是，這種測量方法要求的頻率連續(xù)可調(diào)，直至諧振。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e vi s i onS i z eBD a t e : 24 M a y 2020 S he e t o f F i l e : C : \ D oc um e nt s a nd S e t t i ngs \ G ue s t \桌面 \ M y D e s i g r a w n B y :L0 C0C1VCx 圖 22 諧振法測量 L、 C原理圖 G Z1 Z2 Zx Zn 長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 伏安法 伏安法是測量電阻的最基本方法，如圖 23所示。這種測量方法要同時測出兩個模擬量，不易實現(xiàn)自動化。這種測量的方法的精度變化大，若要較高的精度，必須較多的量程，電路復(fù)雜。很多測試儀 都是把較難測量的物理量轉(zhuǎn)變精度較高且較容易測量的物理量。其實，這種轉(zhuǎn)換就是把模擬量近似地轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，另一方面也避免了由指針讀數(shù)引起的誤差。 方案選擇 方案二與方案一相 比較，方案二的產(chǎn)品比方 案一的產(chǎn)品體積小，操作簡單，應(yīng)用更加廣泛。且精度高，適應(yīng)儀器發(fā)展的需求。 系統(tǒng)原理框圖 系統(tǒng)原理框圖如圖 25所示。它的振蕩周期為 8488421 )2)(2( l n)2( l n))(2( l n CRRCRCRRttT xxx ??????? 即 bkTRCTR x ???? 2)2( ln2 48 (1) 式中8)2(ln21 Ck ? , 24Rb? 。 通過選用高精度的基準電阻和增加基準點的個數(shù)，便可使測量結(jié)果的誤差在允許的范圍內(nèi)。取 R1=R2，則 kTTRC x ?? 1)2( ln3 1 式中1)2(ln31 Rk ? 。這樣根據(jù)振蕩頻率公式 : CLf x?2 1? (4) 其 中2121 CC CCC ?? 對于 10uH的電感 M H zf 10**102 1 95 ?? ??? 由于單片采用 12MHz晶振晶 ,最快只能計幾百 kHz 的頻率 ,因此在測電感這一檔時 ,應(yīng)分頻后再送單片機計數(shù)。當選通端處在選通狀態(tài)時，輸出端的狀態(tài)取決于輸人端的狀態(tài)；當選通端處于截 止狀態(tài)時，則不管輸人端電平如何，輸出端都呈高阻狀態(tài)。由于模擬開關(guān)具有功耗低、速度快、無機械觸點、體積小和使用壽命長等特點，因而，在自動控制系統(tǒng)和計算機中得到了廣泛應(yīng)用。模擬開關(guān)的真值表 如下 表 31 模擬開關(guān)的 真值表 E A B 1 0 0 1 1 1 0 0 高阻狀態(tài) 0 1 高用狀態(tài) 模擬開關(guān)的工作 原理如下： 當選通端Ｅ和輸人端Ａ同為 1時，則 S2端為０，Ｓ 1端為１，這時ＶＴ 1導(dǎo)通，ＶＴ 2截止，輸出端Ｂ輸出為１，Ａ =Ｂ，相當于輸入端和輸出端接通。 當選通端Ｅ為０時，這時ＶＴ 1和ＶＴ 2均為截止狀態(tài)，電路輸出呈高阻狀態(tài)。 常用的 CMOS模擬開關(guān)集成電路 根據(jù)電路的特性和集成度的不同，ＭＯＳ模擬開關(guān)集成電路可分 為很多種類。 表 32 常用的模擬開關(guān) 類別 型號 名稱 特點 模擬開關(guān) CD4066 四雙向模擬開關(guān) 四組獨立開關(guān)，雙向傳輸 多路模擬開關(guān) CD4051 8 選 1 模擬開關(guān) 電平位移，雙向傳輸，地址選擇 CD4052 雙 4 選 1 模擬開關(guān) 電平位移，雙向傳輸，地址選擇 CD4053 三路 2 組雙向模擬開關(guān) 電平位移，雙向傳輸，地址選擇 CD4067 單 16 通道模擬開關(guān) 電平位移，雙向傳輸，地址選擇 CD4097 雙 8 通道電路模擬開關(guān) 電平位移，雙向傳輸，地址選擇 CD4529 雙四路或單八路模擬開關(guān) 電平位移，雙向傳輸，地址選擇 單八路模擬開關(guān) CD4051 根據(jù)設(shè)計需求我們選用的是 CD4051模擬開關(guān) 長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 X62X41X3X74V C C16X55EN6X013V E E7GND8X312C9B10A11X215X114U?C D 4051B C 圖 35 CD4051 CD4051相當于一個單刀八擲開關(guān)，開關(guān)接通哪一通道，由輸入的 3位地址碼 ABC來決定。 “INH” 是禁止端，當 “INH”=1 時，各通道均不接通。例如，若模擬開關(guān)的供電電源 VDD=＋ 5V， VSS=0V，當 VEE=－ 5V時，只要對此模擬開關(guān)施加 0～ 5V 的數(shù)字控制信號，就可控制幅度范圍為－ 5V～＋ 5V 的模擬信號。 89C51單片機 單片機綜述 微處理器 CPU微處理器是微型電子計算機的心臟或指揮中心，所以人們又稱這個關(guān)鍵部件叫中央處理器，簡稱為 CPU。這神芯片能夠完成微機相應(yīng)部分的功能，人們稱它為單片微型計算機，簡稱單片機。普遍以為單片機是將 CPU， RAM， ROM、定時器 /計數(shù)器以及輸入 /輸出（ I/O）接口電路等計算機主要部件集成在一塊芯片上，這樣所組成的芯片級微型計算機稱為單片微型計算機（ Single Chip Microputer），簡稱為單片機微型機或單片機。 AT89C51是美國 ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓 ， 高性能 CMOS 8位單片機 ， 片內(nèi)含 4k bytes的可反復(fù)擦寫的 Flash只讀程序存儲器和 128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器 (RAM )， 器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準 MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器 (CPU)和 Flash存儲單元，功能強大 AT89C51單片機可提供許多高性價比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。在本設(shè)計中利用單片機主要目的是為了，實現(xiàn)廣告燈的智 能閃爍，從而實現(xiàn)多種花樣顯示，同時也用于控制固態(tài)繼電器的開通與關(guān)斷。 AT89C51單片機功能特性概述 AT89C51提供以下標準功能 ： 4k字節(jié) Flash閃速存儲器， 128字節(jié)內(nèi)部 RAM， 32個 I/O口線，兩個 16位定時 /計數(shù)器，一個 5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路?？臻e方式停止 CPU的工作，但允許 RAM，定時 /計數(shù)器，串行通信 口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。 AT89C51單片機引 腳 圖 ： 長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 P 1. 0/ T 21P 1. 1/ T 2E X2P 1. 2/ E C I3P 1. 3/ C E X 04P 1. 4/ C E X 15P 1. 5/ C E X 26P 1. 6/ C E X 37P 1. 7/ C E X 48R S T9P 3. 0/ R xD10P 3. 1/ T xD11P 3. 2/ I N T 012P 3. 3/ I N T 113P 3. 4/ T 014P 3. 5/ T 115P 3. 6/ W R16P 3. 7/ R D17X T A L 218X T A L 119V S S20P 2. 0/ A 821P 2. 1/ A 922P 2. 2/ A 1023P 2. 3/ A 1124P 2. 4/ A 1225P 2. 5/ A 1326P 2. 6/ A 1427P 2. 7/ A 1528P S E N29A L E / P R O G30E A / V P P31P 0. 7/ A D 732P 0. 6/ A D 633P 0. 5/ A D 534P 0. 4/ A D 435P 0. 3/ A D 336P 0. 2/ A D 237P 0. 1/ A D 138P 0. 0/ A D 039V C C40U?P 89 C 51 R C 2B N / 01 圖 36 AT89C51 單片機引腳圖 AT89C51單片機引腳功能說明： ? Vcc：電源電壓 ? GND：地 ? P0口： P0口是一組 8位漏極開路型雙向 I/0口，也即地址 /數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址 (低 8位 )和 數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。 ? Pl口 ： P1是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P1的輸出緩沖級可驅(qū)動 (吸收或輸出電流 )4個 TTL邏輯門電路。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流 (IIL)。 ? P2口 ： P2是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P2的輸出緩沖級可驅(qū)動 (吸收或輸出電流 )4個 TTL邏輯門電路。在訪問外部程序存儲器或 16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器 (例如執(zhí)行 MOVX DPTR指令 )時， P2 口送出高 8位地址數(shù)據(jù)。 ? P3口 ： P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口。對 P3口寫入 “ 1” 時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。P3口除了作為一般的 I/0口線外，更重要的用途是它的第二功能，如下表 34所示 : 表 34 P3 引腳的第二功能表 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） 0INT （外中斷 0） 1INT （外中斷 1） T0（定時 /計數(shù)器 0） T1（定時計數(shù)器 1） WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） ? RST： 復(fù)位輸入。 ? ALE/PROG ： 當 訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時， 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 ：每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個 ALE脈沖。該位置位后，只有一條 MOVX和 MOVC指令 ALE才會被激活。 ? PSEN ：程序儲存允許 (PSEN )輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當 AT89C51由外部程序存儲器取指令 (或數(shù)據(jù) )時，每個機器周期兩次 T 觸發(fā)下 有效，即輸出兩