【正文】 (315) 即： (316) (317) 電感測(cè)試電路 見(jiàn)圖 310 所示 。 圖 310 電感 測(cè)試電路 測(cè)量電感電路的 仿真 PSpice 仿真軟件簡(jiǎn)介： 這次設(shè)計(jì)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。其中在電路原理圖編輯程序 Schematics模塊中 PSPICE 的輸入有兩種形式，一種是網(wǎng)單文件 (或文本文件 )形式，電阻、電容、電感測(cè)試儀的系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 19 一種是電路原理圖形式，相對(duì)而言后者比前者較簡(jiǎn)單直觀，它既可以生成新的電路原理圖文件，又可以打開(kāi)已有的原理圖文件。電路元器件符號(hào)庫(kù)中備有各種原器件符號(hào)，除了電阻，電容，電感， 晶體管，電源等基本器件及符號(hào)外，還有運(yùn)算放大器，比較器等宏觀模型級(jí)符號(hào)，組成電路圖，原理圖文件后綴為 .sch。圖形文字編輯器自動(dòng)將原理圖轉(zhuǎn)化為電路網(wǎng)單文件以提供給模擬計(jì)算程序運(yùn)行仿真。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。該程序的輸入文件為用戶作業(yè)文本文件或圖形文件仿真運(yùn)行后形成的后綴為 .dat 的數(shù)據(jù)文件。它可以起到萬(wàn)用表，示波器和掃描儀的作用，在屏幕上繪出仿真結(jié)果的波形和曲線。隨著計(jì)算機(jī)圖形功能的不斷增強(qiáng)， PC 機(jī)上 windows95,98,2020/XP的 出現(xiàn)， Probe 的繪圖能力也越來(lái)越強(qiáng)。 利用 PSpice 仿真軟件對(duì) 電容三點(diǎn)式振蕩電路的仿真原理如圖 311， 雙擊XSC1 后可查看仿真波形， 仿真波形如圖 312 所示。 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(cè)量，把該波形通過(guò)555 構(gòu)成的施密特觸發(fā)器 整形為方波，送入單片機(jī) T1 口進(jìn)行頻率計(jì)算。 多路選擇開(kāi)關(guān)電路的設(shè)計(jì) 利用 CD4052 實(shí)現(xiàn)測(cè)量類別的轉(zhuǎn)換， CD4052 是 差分四通道數(shù)字控制 模擬開(kāi)關(guān) 器件，有 A0和 A1兩個(gè)二進(jìn)制控制輸入端和 INH 輸入，具 有低導(dǎo)通阻抗和很低的截止電流。當(dāng) INH 輸入端 =“ 1”時(shí)所有通道截止，二位二進(jìn)制輸入信號(hào)選通四對(duì)通到中的一通道。 當(dāng)選擇了某一通道的頻率后， Y 輸出頻率通過(guò) T1 送入單片機(jī)進(jìn)行計(jì)數(shù) ，通過(guò)計(jì)算得到要被測(cè)值 ， 多路選擇開(kāi)關(guān)控制如 表 31 所示 。 表 31 多路選擇開(kāi)關(guān)控制 測(cè)量類別 0 0 Y0R 0 1 Y1C 1 0 Y2L 1 1 * 表 31 中 *表示未定義此功能。 電阻、電容、電感測(cè)試儀的系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 21 多路選擇開(kāi)關(guān)硬件電路如圖 313 所示 。 圖 313 多路選擇開(kāi)關(guān) 4 電阻 、 電容 、 電感測(cè)試儀 的軟件設(shè)計(jì) I/O 口的分配 R 測(cè)量 程序的 選擇 C 測(cè)量 程序的 選擇 L 測(cè)量 程序的 選擇 多路選擇開(kāi)關(guān)控制選擇 、 和 按鍵輸入及測(cè)量指示燈 在本設(shè)計(jì)的模塊中，模塊是以單片機(jī)為核心，再通過(guò)按鍵控制測(cè)量的被測(cè)參數(shù)在數(shù)碼管顯示，按鍵主流程圖如 41 所示 。 圖 41 按鍵主程序流程圖 主程序流程圖 在 電阻、電容、電感測(cè)試儀 的 設(shè)計(jì)中， 便于直觀性，在 數(shù)碼管 上顯示 被測(cè)參數(shù) 的選擇 ， 被測(cè)參數(shù) 各個(gè)燈的選擇以及具體設(shè)置。通過(guò)三個(gè)按鍵 Sr,Sc,SL 來(lái)進(jìn)行靈活控制，具體操作流程如 42 所示 。 開(kāi)始 結(jié)束 初始化 執(zhí)行鍵功能 有無(wú)按 鍵操？作？ 有 無(wú) 電阻、電容、電感測(cè)試儀的軟件設(shè)計(jì) 23 圖 42 RLC 測(cè)試儀 的軟件流程圖 首先插入被測(cè)元件， 開(kāi)關(guān)打開(kāi)以后，按下 SET 鍵， 進(jìn)行復(fù)位，然后 進(jìn)行按鍵選擇，選擇被測(cè)參數(shù)類別，之后單片機(jī)根據(jù)按鍵類別啟動(dòng)相應(yīng)的參數(shù)測(cè)試程開(kāi)始 初始化 鍵掃描 健分析，置狀態(tài) R測(cè)試狀態(tài) C測(cè)試狀態(tài) L測(cè)試狀態(tài) 開(kāi)中斷 定時(shí)器設(shè)置 通道及指示燈的設(shè)置 采值并計(jì)算 顯示 結(jié)束 No Yes 序，測(cè)試完畢后將結(jié)果送入數(shù)碼管顯示。 頻率 參數(shù) 計(jì)算的原理 本設(shè)計(jì)頻率的計(jì)算采用單片機(jī)外部中斷 ，對(duì)外觸發(fā)電路產(chǎn)生的脈沖頻率的測(cè)量，再通過(guò)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的校正來(lái)完成。 單片機(jī)對(duì)頻率測(cè)量的原理如下圖 43 所示 。 圖 43 測(cè)頻率原理圖示 說(shuō)明：圖 43 中 t1 時(shí)刻檢測(cè)到高電平 開(kāi)定時(shí)器 1，開(kāi)始計(jì)數(shù)； t2 時(shí)刻等待檢測(cè)低電平； t3 時(shí)刻第二次檢測(cè)到高電平時(shí)關(guān)定時(shí)器停止計(jì)數(shù)。 利用 GATE=1,TR1=1,只有 引腳輸入高電平時(shí)， T1 才允許計(jì)數(shù)，利用此，將外部輸入脈沖經(jīng) 引腳上輸入，等待高電平的到來(lái)，當(dāng)檢測(cè)到高電平時(shí)開(kāi)定時(shí)器開(kāi)始計(jì)數(shù)，然后檢測(cè)低電平，當(dāng)檢測(cè)到低電平時(shí)已經(jīng)測(cè)得脈沖的脈寬，但我們測(cè)得是頻率，故在程序中藥繼續(xù)檢測(cè)等待下一個(gè)高電平的到來(lái)，此時(shí)關(guān)定時(shí)器停止計(jì)數(shù)，用此計(jì)數(shù)值乘以機(jī)器的周期數(shù) (晶振頻率已知 )，得出觸發(fā)電路產(chǎn)生的周期，然后再經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理便得到輸入信號(hào)的頻率 。程序流程圖如圖 44 所示。 電阻、電容、電感測(cè)試儀的軟件設(shè)計(jì) 25 圖 44 頻率計(jì)算程序流程圖 開(kāi)始 程序初始化 數(shù)據(jù)處理 開(kāi)定時(shí)器 TR=1 fw 是否為 1 fw 是否為 1 fw 是否為 0 結(jié)束 N N N Y Y Y 5 PCB 板的設(shè)計(jì)與系統(tǒng)的調(diào)試 PROTEL99SE 的介紹與 PCB 板的設(shè)計(jì) Protel99SE 是應(yīng)用于 Windows9X/2020/NT 操作系統(tǒng)下的 EDA 設(shè)計(jì)軟件，采用設(shè)計(jì)庫(kù)管理模式，可以進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)，具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)交換能力和開(kāi)放性及 3D 模擬功能，是一個(gè) 32 位的設(shè)計(jì)軟件，可以完成電路原理圖設(shè)計(jì)，印制電路板設(shè)計(jì)和可編程邏輯器件設(shè)計(jì)等工作，可以設(shè)計(jì) 32 個(gè)信號(hào)層， 16 個(gè)電源 地層和 16 個(gè)機(jī)加工層。 一、 Protel 99 SE 的系統(tǒng)組成 按照系統(tǒng)功能來(lái)劃分， Protel99se 主要包含以下 兩 大部分和 6 個(gè)功能模塊。 電路工程設(shè)計(jì)部分 (1)電路原理設(shè)計(jì)部分 (Advanced Schematic 99)：電路原理圖設(shè)計(jì)部分包括電路圖編輯器 (簡(jiǎn)稱 SCH 編輯器 )、電路圖零件庫(kù)編輯器 (簡(jiǎn)稱 Schlib 編輯器 )和各種文本編輯器。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(kù)；查看和編輯有關(guān)電路圖和零件庫(kù)的各種報(bào)表。 (2)印刷電路板設(shè)計(jì)系統(tǒng) (Advanced PCB 99)：印刷電路板設(shè)計(jì)系統(tǒng)包括印刷 電路板編輯器 (簡(jiǎn)稱 PCB 編輯器 )、零件封裝編輯器 (簡(jiǎn)稱 PCBLib 編輯器 )和電路板組件管理器。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。 (3)自動(dòng)布線系統(tǒng) (Advanced Route 99)：本系統(tǒng)包含一個(gè)基于形狀(Shapebased)的無(wú)柵格自動(dòng)布線器，用于印刷電路板的自動(dòng)布線，以實(shí)現(xiàn) PCB設(shè)計(jì)的自動(dòng)化。 電路仿真與 PLD 部分 (1)電路模擬仿真系統(tǒng) (Advanced SIM 99)：電路模擬仿真系統(tǒng)包含一個(gè)數(shù)字 /模擬信號(hào)仿真器，可提供連續(xù)的數(shù)字信號(hào)和模擬 信號(hào)，以便對(duì)電路原理圖進(jìn)行信號(hào)模擬仿真，從而驗(yàn)證其正確性和可行性。 (2)可編程邏輯設(shè)計(jì)系統(tǒng) (Advanced PLD 99)：可編程邏輯設(shè)計(jì)系統(tǒng)包含一個(gè)有語(yǔ)法功能的文本編輯器和一個(gè)波形編輯器 (Waveform)。本系統(tǒng)的主要功能是；對(duì)邏輯電路進(jìn)行分析、綜合；觀察信號(hào)的波形。利用 PLD 系統(tǒng)可以最大限度的精簡(jiǎn)邏輯部件，使數(shù)字電路設(shè)計(jì)達(dá)到最簡(jiǎn)化。 (3)高級(jí)信號(hào)完整性分析系統(tǒng) (Advanced Integrity 99）：信號(hào)完整性分析系統(tǒng)提供了一個(gè)精確的信號(hào)完整性模擬器，可用來(lái)分析 PCB 設(shè)計(jì)、檢查電路設(shè)計(jì)參數(shù) 、實(shí)驗(yàn)超調(diào)量、阻抗和信號(hào)諧波要求等。 PCB 板的設(shè)計(jì)與系統(tǒng)的調(diào)試 27 二、 Protel 99 SE 的功能特性 開(kāi)放式集成化的設(shè)計(jì)管理體系 超強(qiáng)功能的、修改與編輯功能 強(qiáng)大的設(shè)計(jì)自動(dòng)化功能 本設(shè)計(jì)中， PCB 的設(shè)計(jì)如 圖 51 所示： 圖 51 PCB 板的設(shè)計(jì)電路 系統(tǒng) 調(diào)試 與 系統(tǒng) 測(cè)試 系統(tǒng) 軟件 調(diào)試 單片機(jī)開(kāi)發(fā)中除必要的硬件外，同樣離不開(kāi)軟件，匯編語(yǔ)言源程序要變?yōu)?CPU 可以執(zhí)行的機(jī)器碼有兩種方法，一種是手工匯編，另一種是機(jī)器匯編，目前已極少使用手工匯編的方法了。機(jī)器匯編是通過(guò)匯編軟件將源程序變?yōu)闄C(jī)器碼， 用于 MCS51 單片機(jī)的匯編軟件有早期的 A51，隨著單片機(jī)開(kāi)發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，從普遍使用匯編語(yǔ)言到逐漸使用高級(jí)語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，單片機(jī)的開(kāi)發(fā)軟件也在不斷發(fā)展， Keil 軟件是目前最流行開(kāi)發(fā) MCS51系列單片機(jī)的軟件，這從近年來(lái)各仿真機(jī)廠商紛紛宣布全面支持 Keil 即可看出。 Keil 提供了包括 C 編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開(kāi)發(fā)方案，通過(guò)一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境 (uVision)將這些部份組合在一起。運(yùn)行 Keil 軟件需要 Pentium 或以上的 CPU， 16MB或更多 RAM、 20M 以上空閑的硬 盤(pán)空間、 WIN9 NT、 WIN20 WINXP等操作系統(tǒng) 。 系統(tǒng) 硬件調(diào)試 本設(shè)計(jì)的硬件部分通過(guò)調(diào)試， 在調(diào)試過(guò)程中遇到很多問(wèn)題，由于本單路是由面包板搭成的， 所以電路不穩(wěn)定。 剛開(kāi)始數(shù)碼管全亮但是單片機(jī)供電出現(xiàn)問(wèn)題，用萬(wàn)用表測(cè)試后發(fā)現(xiàn)單片機(jī)地線連接斷路， 問(wèn)題 解決后在 顯示 測(cè)試過(guò)程中數(shù)碼管顯示不變，然后 發(fā)現(xiàn)一片 573 芯片發(fā)熱，斷電后 用萬(wàn)用表測(cè)試 發(fā)現(xiàn) 連接該 573 芯片的數(shù)據(jù)口出現(xiàn)斷路，再次更換面包板后，測(cè)試顯示部分基本正常，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)數(shù)碼管 g 段顯示不穩(wěn)定，分析后可能因上次 g 段數(shù)據(jù)斷路導(dǎo)致 573芯片發(fā)熱有 損壞，更換新的 573 后顯示正常。 其 調(diào)試內(nèi)容為 ： PCB 板的設(shè)計(jì)與系統(tǒng)的調(diào)試 29 1)面包板接通電源，程序在 軟件上運(yùn)行后， 調(diào)試 數(shù)碼管 全亮 顯示效果，數(shù)碼管 調(diào)試 結(jié)果 如圖 52 所示 ： 圖 52 數(shù)碼管 調(diào)試 2)被測(cè)電阻的 調(diào) 試， 按下 Sr 鍵后， 閉合開(kāi)關(guān) Srg,數(shù)碼管顯示被測(cè)電阻 20K的阻值 ，電阻 調(diào) 試 經(jīng)修正后的結(jié)果 如圖 53 所示 ： 圖 53 電阻 調(diào) 試 PCB 板的設(shè)計(jì)與系統(tǒng)的調(diào)試 31 3)被測(cè)電容的 調(diào) 試， 按下 Sc 鍵后， 數(shù)碼管顯示被測(cè)電 容 103 的 示 值 : 電 容 調(diào) 試 經(jīng)修正后的結(jié)果 如圖 54 所示 ： 圖 54 電容 調(diào) 試 系 統(tǒng) 測(cè)試 (1)測(cè)試原理： 在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中， 以 MCS51 單片機(jī)為核心的 電阻 、 電容 、 電感測(cè)試儀 ，將 電阻，電容，電感 ， 使用對(duì)應(yīng)的振蕩電路轉(zhuǎn)化為頻率實(shí)現(xiàn)各個(gè)參數(shù)的測(cè)量。其中電阻和電容是采用 555 多諧振蕩電路產(chǎn)生的，而電感則是根據(jù)電容三點(diǎn)式產(chǎn)生的，將振蕩頻率送入 AT89C52 的計(jì)數(shù)端端，通過(guò)定時(shí)并且計(jì)數(shù)可以計(jì)算出被測(cè)頻率，再通過(guò)該頻率計(jì)算出被測(cè)參數(shù)。 以 Keil51 為仿真平臺(tái)，使用 C 語(yǔ)言與匯編語(yǔ)言混合編程編寫(xiě)了系統(tǒng)應(yīng)用軟件；包括主程序模塊、顯示模塊、電阻測(cè)試模塊、電容測(cè)試模塊和電感測(cè)試模塊。 (2)測(cè)試 方法 ：在測(cè)試時(shí)將 被測(cè)參數(shù) 通過(guò)本系統(tǒng)測(cè)量出來(lái) 的示值與 參數(shù)的 標(biāo)稱 值 進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)而可以知道本系統(tǒng)的 測(cè)試 精度 。 (3)測(cè)試 儀器 ：示波器，萬(wàn)用表， 穩(wěn)壓 電源 ， 計(jì)算機(jī)。 (4)測(cè)試結(jié)果： 通過(guò)按鍵，實(shí)現(xiàn)其按鍵所對(duì)應(yīng)的功能，并觀察測(cè)試結(jié)果，對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)一步的進(jìn)行校正和對(duì)實(shí)現(xiàn)功能的可靠性的確認(rèn)，并記錄觀察結(jié)果。 測(cè)試 結(jié)果 如下： a)電阻測(cè)試數(shù)據(jù)如表 51 所示 。 表 51 電阻測(cè)試數(shù)據(jù) 標(biāo)稱值 (Ω) 振蕩頻率 （ Hz） 系統(tǒng)測(cè)量 （ Ω） 相對(duì)誤差 (%) 330 6929 333 200 9501 205 530 4981 528 4700 5036 4892 20200 2596 19216 470000 157 464683 b) 電容測(cè)試數(shù)據(jù)如表 52 所示 。 表 52 電容測(cè)試數(shù)據(jù) 讀取示值 （ pF） 振蕩頻率 （ Hz） 標(biāo)稱 值 （ pF） 相對(duì)誤差值 （ %） 103 316 10105 104 29 96206 224 16 1995