數(shù)字電容測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)

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1、 基于51單片機(jī)的 數(shù)顯電容測(cè)量?jī)x 指導(dǎo)老師： 王立巍 設(shè) 計(jì) 者： 吳玉德 班 級(jí)： 09 物 31 學(xué) 號(hào)： 09223014 江蘇師范大學(xué) 物理與電子工程學(xué)院 2012年11月

2、 摘要 當(dāng)前現(xiàn)代化電子市場(chǎng)正朝著快速及便利同時(shí)大容量的方向發(fā)展，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎能運(yùn)用到社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中，有力的推動(dòng)了社會(huì)現(xiàn)代化的發(fā)展。同時(shí)，電子產(chǎn)品也被要求以更快速度的升級(jí)和更快速的處理。 本設(shè)計(jì)以STC89C52單片機(jī)和555振蕩器作為主要元件，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電容容量的基本測(cè)量。本設(shè)計(jì)基于555振蕩器構(gòu)成多諧振蕩器來(lái)產(chǎn)生輸入脈沖信號(hào)，然后再通過(guò)STC89C52單片機(jī)對(duì)方波脈沖進(jìn)行中斷計(jì)數(shù)而測(cè)量電容的。在多諧振蕩器輸出端加入一個(gè)74HC08使輸出波型毛刺減少，從而使單片機(jī)測(cè)量結(jié)果變精確。555振蕩器所產(chǎn)生的信號(hào)會(huì)根據(jù)所

3、選的電阻的阻值不同，從而調(diào)節(jié)電容的參數(shù)值，這樣就可以確定被測(cè)電容的容值范圍，最后通過(guò)LCD1602顯示器顯示被測(cè)電容容值。在軟件設(shè)計(jì)中，該設(shè)計(jì)使用C語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)程序。該儀器具有方便快捷，簡(jiǎn)單實(shí)用，價(jià)格低廉等特點(diǎn)。 關(guān)鍵詞：電容測(cè)量;555振蕩器;STC89C52;LCD1602 Abstract The current modern electronic market is headed in fast and convenient large capacity and the direction of development, modern electronic products

4、to use to almost all areas of society of powerful promoted the development of modern society. At the same time, the electronic products also are required to faster speed upgrade and more fast process. This design to STC89C52 single-chip microcomputer and 555 oscillator as the main components, to re

5、alize the basic capacity of capacitance measurement. This design based on the 555 oscillator to generate more than a harmonic oscillator input pulse signal, and then through the STC89C52 microcontroller each other to interrupt pulse count and measurement of capacitance. In order to join the output o

6、scillator a 74 HC08 to make the output waveform burr reduced, so that the single chip microcomputer variable precision measurement results. 555 oscillator generated signal will be selected according to the resistance of the resistance is different, which regulates capacitance parameter value, which

7、can determine the capacity of the capacitance value range, the last through the LCD1602 display shows measured capacitance let value. In software design, this design using C language to write the program. The instrument has convenient and quick, simple, practical, and low prices, etc. Keywords: c

8、apacitance measurements;555 oscillator;STC89C52;LCD1602 III 目錄 摘要 I Abstract II 目錄 1 緒論 1 1.1 引言 1 2 STC89C52單片機(jī)的基本功能及應(yīng)用 3 2.1 STC89C52芯片介紹 3 2.2 STC89C52應(yīng)用說(shuō)明 5 2.3 單片機(jī)工作的最小化配置 6 3 數(shù)字電容測(cè)量?jī)x系統(tǒng)工作原理 7 3.1 整體方案設(shè)計(jì) 7 3.2 系統(tǒng)按鍵電路 8 3.3 系統(tǒng)復(fù)位電路 8 3.4

9、 555芯片電路 9 3.5 系統(tǒng)顯示電路 11 3.6 整流方波電路 12 4 程序設(shè)計(jì) 13 5 總結(jié) 15 參考文獻(xiàn) 16 附錄 17 附錄1 元件清單 17 附錄2 系統(tǒng)原理圖 18 附錄3 程序清單 18 I 江蘇師范大學(xué)物理與電子工程學(xué)院 數(shù)顯電容測(cè)量?jī)x課程設(shè)計(jì) 1 緒論 1.1 引言 目前，隨著電子工業(yè)的發(fā)展，電子元器件急劇增加，電子元器件的適用范圍也逐漸廣泛起來(lái)，在應(yīng)用中我們常常要測(cè)定電容的大小。 在電子產(chǎn)品的生產(chǎn)和維修中，電容測(cè)量這一環(huán)節(jié)至關(guān)重要，一個(gè)好的電子產(chǎn)品應(yīng)具備一定規(guī)格年限的使用壽命。因此在生產(chǎn)這一環(huán)

10、節(jié)中，對(duì)其產(chǎn)品的檢測(cè)至關(guān)重要，而檢測(cè)電子產(chǎn)品是否符合出產(chǎn)要求的關(guān)鍵在于檢測(cè)其內(nèi)部核心的電路，電路的好壞決定了電子產(chǎn)品的好與壞，而電容在基本的電子產(chǎn)品的集成電路部分有著其不可替代的作用。同樣，在維修人員在對(duì)電子產(chǎn)品的維修中，電路的檢測(cè)是最基本的，有時(shí)需要檢測(cè)電路中各個(gè)部件是否工作正常，電容器是否工作正常。因此，設(shè)計(jì)可靠，安全，便捷的電容測(cè)試儀具有極大的現(xiàn)實(shí)必要性。當(dāng)前現(xiàn)代化電子市場(chǎng)正朝著方便快捷容量大的方向發(fā)展，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎能運(yùn)用到社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中，有力的推動(dòng)了社會(huì)現(xiàn)代化的發(fā)。同時(shí)，電子產(chǎn)品也面臨著更快速度的節(jié)奏升級(jí)和更快速的處理功效。 當(dāng)今電子測(cè)試領(lǐng)域，電容測(cè)量技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用的非常廣泛了

11、，數(shù)字電容測(cè)量技術(shù)的發(fā)展主要取決于電容傳感器的發(fā)展。由最初的用交流不平衡電橋就能測(cè)量基本的電容傳感器到現(xiàn)在主要使用容柵式電容傳感器，陶瓷電容壓力傳感器等。電容測(cè)量技術(shù)也從單一化向多元化發(fā)展。雖然國(guó)內(nèi)電容傳感器方面的廠家越來(lái)越多，但是每當(dāng)提起國(guó)內(nèi)電容測(cè)量?jī)x器，用戶(hù)就會(huì)有很多看法。如：諸如精度不高，外觀不好，可靠性差等。 近年來(lái)我國(guó)在電子測(cè)量?jī)x器的精準(zhǔn)度方面投入了很多人力物力，狀況有了很大改觀。中國(guó)本土的儀器制造與生產(chǎn)已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步，特別是在電子測(cè)量這個(gè)領(lǐng)域，與國(guó)外的差距正在逐日減少，并對(duì)國(guó)外電子設(shè)備巨頭產(chǎn)生了一定的影響。隨著現(xiàn)代化技術(shù)的提高與政府的重視，中國(guó)的的測(cè)量?jī)x器每年都以30%的速

12、度增長(zhǎng)，同時(shí)也催生除了大批創(chuàng)新型企業(yè)和產(chǎn)品。其實(shí)影響國(guó)內(nèi)測(cè)量技術(shù)的根本原因是： （1）測(cè)試在整個(gè)產(chǎn)品流程中的地位偏低，人們一般認(rèn)為產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)過(guò)程中最重要的是研發(fā)，而測(cè)試的話只屬于邊沿技術(shù)。其實(shí)這一點(diǎn)是非常錯(cuò)誤的，因?yàn)樵诖蟛糠值难芯繖C(jī)構(gòu)部門(mén)配置上對(duì)其重視都不夠。造成這種錯(cuò)誤觀念的原因是因?yàn)檎麄€(gè)社會(huì)對(duì)電子測(cè)量的重視度不夠，從而造成電子測(cè)試方面人才的缺失同時(shí)相關(guān)的基礎(chǔ)科學(xué)研究也變得比較薄弱，這就成為了中國(guó)電子測(cè)量發(fā)展的一個(gè)瓶頸。同時(shí)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)自己對(duì)電子測(cè)試的重視度和對(duì)儀器本身的研究程度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。 （2）面向應(yīng)用和現(xiàn)代市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)模式還沒(méi)有真正建立起來(lái)，國(guó)內(nèi)儀器設(shè)備生產(chǎn)商只是一味的研發(fā)生產(chǎn)，但是卻

13、沒(méi)有建立起一條連貫的全面的現(xiàn)代營(yíng)銷(xiāo)體系跟科技研發(fā)模式。傳統(tǒng)的營(yíng)銷(xiāo)模式雖然在以前的八九十年代發(fā)展出很大的效益，但卻無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)代化市場(chǎng)的需求。因此，為了拉近國(guó)內(nèi)電子測(cè)量?jī)x器與國(guó)外巨頭廠家之間的差距，國(guó)內(nèi)電子測(cè)量?jī)x器廠家應(yīng)當(dāng)加快自己企業(yè)的換代更新。 （3）缺乏標(biāo)準(zhǔn)件的材料配套體系。歷史上的中國(guó)電子測(cè)量設(shè)備配套行業(yè)的企業(yè)都是一些私人的中小型企業(yè)，并沒(méi)有很大的資金投入到生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化跟技術(shù)研發(fā)上，這導(dǎo)致了電子測(cè)量行業(yè)配套行業(yè)的研發(fā)水品普遍較低。雖然隨著社會(huì)現(xiàn)代化發(fā)展，這方面已經(jīng)有了很大的提高，但是這還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。我們應(yīng)當(dāng)提高對(duì)電子測(cè)量技術(shù)的研發(fā)力度，一味的提高精準(zhǔn)度但卻沒(méi)有配套材料精準(zhǔn)度的支持是很難實(shí)現(xiàn)

14、的。以上這些因素都制約了本土電子測(cè)量?jī)x器的發(fā)展革新。 電容測(cè)量是一項(xiàng)很基礎(chǔ)的研究工作，在日常的電路研究及實(shí)驗(yàn)中，電容作為一個(gè)使用非常頻繁的電子元件，實(shí)際電路對(duì)電容的研究越來(lái)越精確。如果電容測(cè)量達(dá)不到一個(gè)很準(zhǔn)確的水品，會(huì)直接的影響到各項(xiàng)科技的提升和進(jìn)步，因此研究電容測(cè)量技術(shù)具有非常重要的意義。傳統(tǒng)電容測(cè)量?jī)x精度不高，測(cè)量不夠便利，因此我選擇一個(gè)數(shù)字電容測(cè)量?jī)x來(lái)測(cè)量電容的容值大小。該數(shù)字電容儀有方便，精度高的優(yōu)點(diǎn)，這也使我的選題有了更大的意義，并提高了我對(duì)做畢業(yè)設(shè)計(jì)的興趣。 2 STC89C52單片機(jī)的基本功能及應(yīng)用 2.1 STC89C52芯片介紹 STC89C52是一種低

15、電壓、高性能的CMOS 8位微處理器，具有8K在系統(tǒng)可編程的Flash處理器。STC89C52對(duì)比51單片機(jī)具有更大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，并且?guī)в?K字節(jié)EEPROM存儲(chǔ)空間，使得該單片機(jī)比51單片機(jī)存儲(chǔ)空間更大，數(shù)據(jù)處理速度也更快。在單片機(jī)芯片上，該芯片擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)內(nèi)可編程的Flash，這使得STC89C52單片機(jī)相比其它單片機(jī)有了很大的提高，大大提高了它在各種電子系統(tǒng)中的使用。 STC89C52是由一個(gè)時(shí)鐘電路OSC、一個(gè)程序存儲(chǔ)器ROM、一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM和一個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器組成。程序存儲(chǔ)器跟數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分為了兩個(gè)不同的邏輯存儲(chǔ)空間，這樣就可以用8位地址對(duì)數(shù)據(jù)及程序存儲(chǔ)器

16、來(lái)進(jìn)行訪問(wèn)，通過(guò)這樣可以提高8位CPU的存儲(chǔ)和處理速度。 （1）STC89C52芯片引腳分布及說(shuō)明： STC89S52引腳分布如圖1所示： 圖1 STC89C52引腳分布 （2） STC89C52各引腳功能簡(jiǎn)介： P0 口：8位。漏極開(kāi)路的雙向I/O口。 當(dāng)STC89C52擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器及I/O接口芯片是沒(méi)P作為地址總線（低8位）及數(shù)據(jù)總線的分時(shí)復(fù)用端口。 P0口也可作為通用的I/O口使用，但需加上拉電阻，這時(shí)為準(zhǔn)雙向口。當(dāng)作為通用的I/O輸入時(shí)，應(yīng)先向端口輸出鎖存器寫(xiě)入1。P0口可驅(qū)動(dòng)8個(gè)LS型TTL負(fù)載。 P1 口：8位，準(zhǔn)雙向I/O口，具有內(nèi)部上拉電阻。 P

17、1口是專(zhuān)為用戶(hù)使用的準(zhǔn)雙向I/O口。當(dāng)作為通用的I/O口輸出時(shí)，應(yīng)先向端口鎖存器寫(xiě)入1.P1口可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。 MOSI/P1.5、MISO/P1.6和SCK/P1.7也可用于對(duì)卡片內(nèi)Flash存儲(chǔ)器串行編程和校驗(yàn)，它們分別是串行數(shù)據(jù)輸入、輸出和移位脈沖引腳。 P2 口：8位，準(zhǔn)雙向I/O口，具有內(nèi)部上拉電阻。 當(dāng)STC89C52擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器及I/O口時(shí)，P2口作為高8位地址總線用，輸出高8位地址。 P2口也可作為普通的I/O口使用。當(dāng)作為通用的I/O輸入時(shí)，應(yīng)先向端口鎖存器寫(xiě)入1。P2口可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。 P3 口：8位，準(zhǔn)雙向I/O口，具有內(nèi)部上拉電阻。

18、 P3口可作為通用的I/O口使用。當(dāng)作為通用的I/O輸入時(shí)，應(yīng)先向端口鎖存器寫(xiě)入1.P3口可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。 RST：復(fù)位電路輸入端，高電平有效。在此引腳加上持續(xù)時(shí)間大于2個(gè)機(jī)器周期的高電平，就可以使單片機(jī)復(fù)位。在單片機(jī)正常工作時(shí)，此引腳應(yīng)為≤0.5V的低電平。 ALE/PROG：ALE為CPU訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器提供一個(gè)地址鎖存信號(hào)，將低8位地質(zhì)所存在片外的地址鎖存器中。 此外，單片機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)，ALE端一直有正脈沖信號(hào)輸出，此頻率為時(shí)鐘振蕩器頻率f的1/6。該正脈沖振蕩信號(hào)可做外部定時(shí)或出發(fā)信號(hào)使用。但是要注意每當(dāng)STC89C52訪問(wèn)外部RAM時(shí)（

19、即執(zhí)行MOVX類(lèi)指令時(shí)），要丟失一個(gè)ALE脈沖。 PROG為該引腳的第二功能，即在對(duì)片內(nèi)Flash存儲(chǔ)器編程是，此引腳作為編程脈沖輸入端。 PSEN：片外程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，低電平有效。 EA/VPP：EA為該引腳的異地功能，即外部程序存儲(chǔ)器訪問(wèn)允許控制端。 當(dāng)EA引腳接高電平時(shí)，在PC值不超出0FFFH時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向讀取片外60KB程序存儲(chǔ)器空間的程序。 當(dāng)EA引腳接高電平時(shí)，只讀取外部程序存儲(chǔ)器中的內(nèi)容，讀取的地址范圍為0000H-FFFFH，片內(nèi)的4KB Flash程序存儲(chǔ)器不起作用。 VPP位該引腳第二功能，即在對(duì)片內(nèi)Flash進(jìn)行編程時(shí)，VPP引腳接入編程電壓。

20、 XTAL1：片內(nèi)振蕩器反相放大器和時(shí)鐘發(fā)生器電路的輸入端。當(dāng)使用片內(nèi)振蕩器時(shí)，該引腳連接外部石英晶體和微調(diào)電容；當(dāng)采用外接時(shí)鐘源時(shí)，該引腳接外部時(shí)鐘振蕩器的信號(hào)。 XTAL2：片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端。當(dāng)使用片內(nèi)振蕩器時(shí)，該引腳連接外部石英晶體和微調(diào)電容；當(dāng)采用外部時(shí)鐘源時(shí)，該引腳懸空。 INT0：外部中斷請(qǐng)求0，中斷請(qǐng)求信號(hào)由INT0引腳輸入，中斷請(qǐng)求標(biāo)志為IE0。 INT1：外部中斷請(qǐng)求1，中斷請(qǐng)求信號(hào)由INT1引腳輸入，中斷請(qǐng)求標(biāo)志為IE1。 TO:計(jì)數(shù)器/定時(shí)器T0計(jì)數(shù)溢出發(fā)出的中斷請(qǐng)求，中斷請(qǐng)求標(biāo)志為T(mén)F0。 T1：計(jì)數(shù)器/定時(shí)器T1計(jì)數(shù)溢出發(fā)出的中斷請(qǐng)求，中斷請(qǐng)

21、求標(biāo)志為T(mén)F1。 2.2 STC89C52應(yīng)用說(shuō)明 STC89C52主要性能如表1所示: 表 1 STC89C52主要性能 STC89C52各引腳性能 STC89C52各引腳性能 與MCS-51單片機(jī)產(chǎn)品兼容 1000次擦寫(xiě)周期 三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器 三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 全雙工UART串行通道 掉電后中斷可喚醒 雙數(shù)據(jù)指針 8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器 全靜態(tài)操作：0Hz～33Hz 32個(gè)可編程I/O口線 八個(gè)中斷源 低功耗空閑和掉電模式 看門(mén)狗定時(shí)器 掉電標(biāo)識(shí)符 2.3 單片機(jī)工作的最小化配置 單片機(jī)的最小化系統(tǒng)簡(jiǎn)稱(chēng)單

22、片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)，通俗的講就是單片機(jī)工作所用的最少元件。如圖2所示，最小系統(tǒng)一般包括只需要單片機(jī)、晶振電路和復(fù)位電路這三部分就可以讓單片機(jī)正常工作。該設(shè)計(jì)使用了STC89C52芯片，該芯片自帶8K FLASH程序存儲(chǔ)器，在通常情況下，該芯片的這8K的存儲(chǔ)空間是足夠我們使用的，因此STC89C52芯片的第31個(gè)引腳一般都用來(lái)接高電平，所以我們只用芯片本身內(nèi)部提供的8K程序存儲(chǔ)器。單片機(jī)的時(shí)鐘電路通常由12M的晶振及兩個(gè)30P的電瓷電容組成，它們共同決定了單片機(jī)的機(jī)器周期為1us。該復(fù)位電路由一個(gè)10UF電容一個(gè)200歐電阻和10K電阻共同組成。 圖2 STC89C52的最小化配置 

23、3 數(shù)字電容測(cè)量?jī)x系統(tǒng)工作原理 3.1 整體方案設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)是通過(guò)一塊555芯片來(lái)測(cè)量電容，讓555芯片工作在直接反饋無(wú)穩(wěn)態(tài)的狀態(tài)下，使555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： 我們固定R的大小，其公式就可以寫(xiě)為： 因此，只要我們能夠測(cè)量出555芯片輸出的頻率，就可以計(jì)算出被測(cè)電容的容值。計(jì)算頻率的方法可以利用單片機(jī)的計(jì)數(shù)器T0和中斷INT0配合使用來(lái)測(cè)量，這種研究方法相當(dāng)?shù)暮?jiǎn)單。系統(tǒng)框圖見(jiàn)圖3： S T C 8 9 C 5 2 LCD1602 復(fù)位電路 555 被測(cè)電容 按鍵測(cè)量

24、 晶振電路 圖3 系統(tǒng)框圖 圖中給出了整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)框圖，系統(tǒng)主要由四個(gè)主要部分組成，單片機(jī)和晶振電路設(shè)計(jì)，555芯片電路設(shè)計(jì)，LCD1602顯示電路，復(fù)位電路設(shè)計(jì)。 3.2 系統(tǒng)按鍵電路 按鍵電路可以實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話，人們可以通過(guò)按鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)讓單片機(jī)自動(dòng)的做不同的工作。鍵盤(pán)是一組按鍵的集合，按鍵開(kāi)關(guān)是一種常開(kāi)型開(kāi)關(guān)，一般情況下按鍵電路的兩個(gè)觸點(diǎn)會(huì)處于斷開(kāi)狀態(tài)，按下鍵時(shí)它們是閉合的。鍵盤(pán)分為編碼鍵盤(pán)及非編碼鍵盤(pán)這2種，按鍵的識(shí)別是由專(zhuān)門(mén)的硬件通過(guò)譯碼來(lái)實(shí)現(xiàn)的，能產(chǎn)生鍵編號(hào)或者是鍵值的鍵盤(pán)被稱(chēng)為編碼鍵盤(pán)，而缺少這種的要靠自編軟件識(shí)別的鍵盤(pán)則被稱(chēng)為非編碼鍵盤(pán)。在由單

25、片機(jī)組成的電路系統(tǒng)以及智能儀器中，使用的較多的一般是非編碼鍵盤(pán)。圖4就是一種比較典型的按鍵電路，在按鍵沒(méi)有按下的時(shí)候，輸出的是高電平，當(dāng)按鍵按下去的時(shí)候，輸出的是低電平。電路圖見(jiàn)圖4： 圖4 系統(tǒng)按鍵電路 3.3 系統(tǒng)復(fù)位電路 單片機(jī)復(fù)位電路主要包括積分復(fù)位、微分復(fù)位、比較器復(fù)位和看門(mén)狗復(fù)位這四種類(lèi)型。52單片機(jī)的復(fù)位功能主要是由外接復(fù)位電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的，單片機(jī)在啟動(dòng)時(shí)都會(huì)需要復(fù)位電路來(lái)實(shí)現(xiàn)CPU和各個(gè)原件都處于初始狀態(tài)，并從初始狀態(tài)開(kāi)始工作。 該復(fù)位電路采用的是按鈕復(fù)位這種方式，還有一種方式是上電自動(dòng)復(fù)位。上電自動(dòng)復(fù)位電路通過(guò)外接的電解電容自動(dòng)充放電從而實(shí)現(xiàn)電路的復(fù)位作用，只要Vc

26、c的上升時(shí)間低于1ms，自動(dòng)上電復(fù)位就可以實(shí)現(xiàn)。圖5中所示的電解電容在系統(tǒng)內(nèi)可以起到上電復(fù)位的作用，因?yàn)榭紤]到芯片剛剛上電時(shí)由于供電不穩(wěn)定而做出錯(cuò)誤的計(jì)算，所以增加一個(gè)上電復(fù)位以達(dá)到延時(shí)啟動(dòng)CPU的目的，使芯片能夠正常工作。雖然現(xiàn)在很多芯片自帶了上電延時(shí)功能，但是我們一般還是會(huì)增加額外的上電復(fù)位電路，提高可靠性。當(dāng)按壓式開(kāi)關(guān)按下時(shí)，電容兩端構(gòu)成回路并放電，使RST端重新變?yōu)楦唠娖剑存I抬起時(shí)電容又充電使RST變回低電平電路。 圖5 系統(tǒng)復(fù)位電路 3.4 555芯片電路 555芯片電路是一種能將模擬數(shù)據(jù)功能與邏輯數(shù)據(jù)功能結(jié)合在同一個(gè)芯片上的組合式集成電路。它的設(shè)計(jì)新穎、功能強(qiáng)大、適用

27、面廣泛，深受電子方面工作人員以及電子愛(ài)好者的喜愛(ài)，因此人們稱(chēng)555芯片為小IC。 555芯片電路能應(yīng)用的電路有很多，例如：多個(gè)單穩(wěn)、雙穩(wěn)觸發(fā)器以及一個(gè)單穩(wěn)和無(wú)穩(wěn)觸發(fā)器，一個(gè)雙穩(wěn)和無(wú)穩(wěn)觸發(fā)器等組合。在實(shí)際電路應(yīng)用中，除了一些簡(jiǎn)單的電路外，555芯片還可以與不同的原件組合出很多功能不同的電路。本次設(shè)計(jì)中應(yīng)用的電路是直接反饋型無(wú)穩(wěn)類(lèi)電路。電路如圖6所示： 圖6 555芯片電路 在555芯片輸出方波后，由于硬件的原因，輸出的方波會(huì)有很多毛刺，所以為了去除這些毛刺本設(shè)計(jì)中使用了一個(gè)兩輸入與門(mén)（74HC08），讓信號(hào)通過(guò)74HC08后會(huì)使輸出的波形毛刺減少很多，使單片機(jī)的測(cè)量結(jié)果變得精確

28、。 555時(shí)基芯片的輸出頻率跟所使用的電阻R和電容C的關(guān)系是： 又因?yàn)?，所? 即： 如果單片機(jī)采用12M的晶振，計(jì)數(shù)器T0的值增加1，時(shí)間就增加1μS ，我們采用中斷的方式來(lái)啟動(dòng)和停止計(jì)數(shù)器T0，中斷的觸發(fā)方式為脈沖下降沿觸發(fā)，第一次中斷到來(lái)啟動(dòng)T0，計(jì)數(shù)器的值為，第二次中斷到來(lái)停止T0，計(jì)數(shù)器器的值為，則測(cè)量方波的周期為 如何開(kāi)始時(shí)刻計(jì)數(shù)器的值，則。 則： 單片機(jī)的計(jì)數(shù)器的值N=0-65535，為了測(cè)量的精度，N的取值一般在100~5000，當(dāng)電阻R越大，電容C的值就越小。我們?nèi)〔煌碾娮柚?，就得到不同的?/p>

29、容測(cè)量的量程。 第一檔： 1~50 uf 第二檔： 0.1~5 uf 第三檔： 0.01~0.5 uf 第四檔： 0.001~0.05 uf 為了編寫(xiě)程序的方便，我們只計(jì)算后面的單位可以根據(jù)使用的量程自行添加。測(cè)量范圍的大小0.001uF~655.35uF。 3.5 系統(tǒng)顯示電路 LCD1602擁有功耗小、數(shù)據(jù)顯示豐富、體型輕便，功能強(qiáng)大等諸多優(yōu)點(diǎn)，在很多電子產(chǎn)品和單片機(jī)系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。LCD1602一共有16個(gè)引腳，其引腳分布如圖7所示： 圖7 系統(tǒng)顯示電路 1602 采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口

30、，引腳具體功能如表2所示： 表2 LCD1602各引腳功能圖 引腳號(hào) 引腳名 電平 輸入/輸出 作用 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Vss Vcc Vee RS R/W E DB0 DB1 DB2 DB3 DB4 DB5 DB6 DB7 A K 0/1 0/1 0,1→0 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 =Vcc 接地 輸入 輸入 輸入 輸入/輸出 輸入/輸出 輸

31、入/輸出 輸入/輸出 輸入/輸出 輸入/輸出 輸入/輸出 輸入/輸出 電源地 電源（+5V） 對(duì)比調(diào)整電壓 0=輸入指令，1=輸出數(shù)據(jù) 0=寫(xiě)數(shù)據(jù)，1=讀數(shù)據(jù) 使能信號(hào)，1時(shí)讀信息，0時(shí)執(zhí)行指令 數(shù)據(jù)總線line0（最低位） 數(shù)據(jù)總線line1 數(shù)據(jù)總線line2 數(shù)據(jù)總線line3 數(shù)據(jù)總線line4 數(shù)據(jù)總線line5 數(shù)據(jù)總線line6 數(shù)據(jù)總線line7（最高位） LCD背光電源正極 LCD背光電源負(fù)極 3.6 整形方波電路 在555芯片輸出方波后，由于硬件的原因，輸出的方波會(huì)有很多毛刺，為了去除這些毛刺本設(shè)計(jì)中使用了一個(gè)兩輸入與門(mén)

32、（74HC08），讓信號(hào)通過(guò)74HC08后會(huì)使輸出的波形毛刺減少很多，使單片機(jī)的測(cè)量結(jié)果變得精確。 4 程序設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)看起來(lái)是個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，但其實(shí)這是一個(gè)非常有創(chuàng)造性的過(guò)程。軟件設(shè)計(jì)通過(guò)將問(wèn)題和事物抽象起來(lái)，同時(shí)將這些東西分成不同的層和面來(lái)進(jìn)行編譯。對(duì)一些新手來(lái)說(shuō)上手起來(lái)比較難，但是一旦理解了它的原理上手之后，編寫(xiě)程序就會(huì)變得非常簡(jiǎn)單。書(shū)上的理論知識(shí)雖然很重要，但是要想掌握程序設(shè)計(jì)，最重要的還是自己多實(shí)踐，自己程序?qū)懙枚嗔俗匀粫?huì)掌握到其中的訣竅。對(duì)于高級(jí)的軟件設(shè)計(jì)，一個(gè)好的軟件系統(tǒng)與差的軟件系統(tǒng)相差是非常大的。好的軟件系統(tǒng)可以讓你日常維護(hù)、功能實(shí)現(xiàn)變得非常簡(jiǎn)單，而一個(gè)差的軟件系

33、統(tǒng)則會(huì)讓功能實(shí)現(xiàn)屢屢受挫。因此，軟件開(kāi)發(fā)最重要的步驟是對(duì)程序的構(gòu)思。 其實(shí)軟件設(shè)計(jì)到現(xiàn)在還是一個(gè)流程非常固定的過(guò)程，一般都是先構(gòu)思程序的流程，再加上一些指針及判斷和判定系統(tǒng)，最后就是寫(xiě)好程序進(jìn)行調(diào)試并且將其寫(xiě)入實(shí)物中。如果實(shí)物實(shí)現(xiàn)不了功能，就需要對(duì)程序和實(shí)物都進(jìn)行檢測(cè)，查找是程序問(wèn)題還是硬件問(wèn)題。 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，這里指的是STC89C52單片機(jī)，一般的單片機(jī)均可用匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言進(jìn)行編程。C語(yǔ)言直觀，相對(duì)比較的簡(jiǎn)單，但占用的程序存儲(chǔ)器的內(nèi)存比較大，匯編語(yǔ)言是針對(duì)硬件設(shè)計(jì)的語(yǔ)言，如果想用匯編語(yǔ)言設(shè)計(jì)的話必須要對(duì)硬件有很大的了解，相對(duì)C語(yǔ)言就比較的復(fù)雜

34、，但是比較的精簡(jiǎn)，占用的程序存儲(chǔ)器的空間比較的小。作為還在學(xué)生階段的我們，用匯編語(yǔ)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(yǔ)言編程在以后的實(shí)際工作中將會(huì)大大簡(jiǎn)化自己的工作。因此本論文的程序都是基于C語(yǔ)言的。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。 在主程序中，通過(guò)檢測(cè)按鍵是否按下來(lái)執(zhí)行循環(huán)程序。通過(guò)單片機(jī)P3.7端口檢測(cè)是否開(kāi)始測(cè)量電容，然后通過(guò)端口P3.6端口對(duì)555定時(shí)器復(fù)位端進(jìn)行方波輸出控制。最后通過(guò)程序?qū)ν獠恐袛?與定時(shí)器控制，計(jì)算出電容值得大小并通過(guò)LCD1602進(jìn)行顯示。圖8為該程序設(shè)計(jì)的流程圖：

35、 T0，INT0 初始化 啟動(dòng)555 有無(wú)中斷 有無(wú)按鍵 有無(wú)中斷 啟動(dòng)計(jì)數(shù)器T0 停止計(jì)數(shù)器T0 計(jì)算電容的大小 顯示電容值 有無(wú)按鍵 N Yn N Y N Y N Y 圖8 軟件設(shè)計(jì)流程圖 5 總結(jié) 一開(kāi)始想通過(guò)兩位數(shù)碼管來(lái)顯示電容值，但后來(lái)因?yàn)榕啪€雜亂，顯示位數(shù)少，就改用LCD1602來(lái)顯示，改善了不少缺點(diǎn)。 本設(shè)計(jì)通過(guò)由555芯片和電容電阻組成的振蕩電路來(lái)輸出方波，通過(guò)單片機(jī)定時(shí)器T0測(cè)量其脈沖寬度，

36、從而達(dá)到測(cè)量其周期的目的，再通過(guò)單片機(jī)軟件編程，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的計(jì)算從而得出被測(cè)電容的值，最后再通過(guò)LCD1602顯示初被測(cè)電容的容值。 在最小電路的測(cè)試中，與單片機(jī)連接的LCD始終不亮，用萬(wàn)用表測(cè)試發(fā)現(xiàn)是顯示管腳接錯(cuò)了，重新焊接以后，LCD1602就亮了。 焊晶振要注意：一定要盡量保證晶振焊腳與18、19腳的焊腳是最短，對(duì)稱(chēng)的，晶振焊腳與30pF的電容也要求最短和對(duì)稱(chēng)。因?yàn)樵赟TC89C52最小系統(tǒng)搭建中，最關(guān)鍵的就是確保晶振能起振。感覺(jué)晶振比較嬌氣，偏差一點(diǎn)點(diǎn)就很容易不振或亂振。前兩次的最小系統(tǒng)就是因?yàn)闆](méi)有起振，所以失敗了！不過(guò)有過(guò)兩次經(jīng)驗(yàn)之后，這個(gè)就是小問(wèn)題了。 參考文獻(xiàn) [1

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40、振 按鍵開(kāi)關(guān) 555芯片 10k排阻/200/10k/1k電阻 LCD1602 74HC08 5V電源 103可變電阻 開(kāi)關(guān) 100/1k/10k/100k精密可調(diào)電阻 30PF瓷電容 10uf/35uf電解電容 1 1 1 1 4 1 1 1 1 1 1 6 1 1 1 塊 個(gè) 個(gè) 個(gè) 個(gè) 個(gè) 個(gè) 個(gè) 個(gè) 個(gè) 個(gè) 個(gè) 個(gè) 個(gè) 個(gè) 附錄2 系統(tǒng)原理圖 附錄3 程序清單 #include #include //庫(kù)函數(shù) #defin

41、e DATA P0 sbit RW=P2^6; //1602寫(xiě)數(shù)據(jù) sbit RS=P2^5; //1602寫(xiě)地址 sbit EN=P2^7; //1602工作使能 sbit b_test=P3^7; //開(kāi)始測(cè)量電容的按鍵輸入 sbit _reset=P3^6; //555時(shí)基芯片工作控制信號(hào) unsigned int T_flag,N,C,i,Dis1,Dis0; unsigned int b[6]={0X13,0X0D,0X00,0X00,0X25,0X16}; //顯示C=00UF /********

42、***延時(shí)1MS******************/ void Delay1ms(unsigned int mm) {unsigned int i; for(mm;mm>0;mm--) for(i=100;i>0;i--); } /***************檢查忙否*****************/ void Checkstates() { unsigned char dat; RS=0; RW=1; do{EN=1;//下降沿 _nop_();//保持一定間隔 _nop_(); dat=DA

43、TA; _nop_(); _nop_(); EN=0; }while((dat&0x80)==1); } /**************LCD寫(xiě)命令函數(shù)*********/ void wcomd(unsigned char cmd) { Checkstates(); RS=0; RW=0; DATA=cmd; EN=1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); EN=0; } /**********LCD寫(xiě)數(shù)據(jù)函數(shù)**************

44、/ void wdata(unsigned char dat) { Checkstates(); RS=1; RW=0; DATA=dat; EN=1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); EN=0; } /*****************初始化********************/ void LCDINIT() { Delay1ms(15); wcomd(0x38);//功能設(shè)置 Delay1ms(5); wcomd(0x38);//功能設(shè)置

45、 Delay1ms(5); wcomd(0x01);//清屏 Delay1ms(5); wcomd(0x08);//關(guān)顯示 Delay1ms(5); wcomd(0x0c);//開(kāi)顯示，不開(kāi)光標(biāo) } /***********顯示函數(shù)**************/ void Display(void) //顯示函數(shù) { unsigned char i,j; unsigned char a[12]={0X4D,0X45,0X41,0X53,0X55,0X52,0X45,0X4D,0X45,0X4E,0X54,0X53};//顯

46、示measurements LCDINIT(); for(i=0;i<12;i++)//寫(xiě)顯示第一行 { wcomd(0x80+i); Delay1ms(1); wdata(a[i]); Delay1ms(1); } for(j=0;j<6;j++)//寫(xiě)顯示第二行 { wcomd(0xc0+j); Delay1ms(1); wdata(0x30+b[j]); Delay1ms(1); } Delay1ms(150); } void main() { I

47、E=0x81; //打開(kāi)全部的中斷控制，并開(kāi)啟外部中斷允許 TMOD=0x09; //T0為16位計(jì)數(shù)工作方式1 IT0=1; //設(shè)置外部中斷的觸發(fā)的方式為脈沖觸發(fā) TH0=0x00; TL0=0x00; T_flag=0; _reset=0; while(1) { while(!b_test) //如果有測(cè)量按鍵輸入就往下執(zhí)行

48、 { i=0; _reset=1; //啟動(dòng)555時(shí)基芯片 EX0=1; //開(kāi)啟中斷0 while(_reset) //超出等待時(shí)間，中斷還沒(méi)有過(guò)來(lái)，就退出 { i++; if(i>5000) //設(shè)置最長(zhǎng)等待時(shí)間 { _reset=0; //最長(zhǎng)等待時(shí)間到還沒(méi)有中斷，停止555 } } if(N<100)

49、 //如果計(jì)數(shù)值小于100，顯示SM，表示應(yīng)換用小一點(diǎn)的量程 { b[3]=0X1D; b[2]=0X23; } if(N>5000) //如果計(jì)數(shù)值大于5000，顯示LA，表示應(yīng)換用大一點(diǎn)的量程 { b[3]=0X11; b[2]=0X1C; } if(N>=100 && N<=5000) { C=N/100; //計(jì)算電容的大小 b[2]=C/1

50、0; //計(jì)算電容值的十位 b[3]=C-b[2]*10; //計(jì)算電容值的各位 } } Display(); //顯示電容的大小 } } void int0(void) interrupt 0 //第一次中斷開(kāi)始計(jì)數(shù)，第二個(gè)中斷停止計(jì)數(shù) { T_flag=!T_flag; if(T_flag==1) { TR0=1; //開(kāi)始計(jì)時(shí) } if(T_flag==0) { TR0=0; //停止計(jì)時(shí) EX0=0; //關(guān)閉中斷 _reset=0; //停止發(fā)出方波 N=TH0*256+TL0; //計(jì)算計(jì)數(shù)器的值 N=N*5/3; TH0=0x00; //恢復(fù)初值 TL0=0x00; } } 23