本课程设计的来源目的意义.doc

梧州学院08届毕业论文聿羀艿虿羅罿莁袅袁羈蒄蚈螇羇薆蒀肅羇芅蚆羁肆莈葿袇肅蒀蚄螃肄芀蒇蝿肃莂螂肈肂蒄薅羄肁薇螁袀肁芆薄螆膀荿蝿蚂腿蒁薂羁膈膁螇袇膇莃薀袃膆蒅袆螈膅薈蚈肇膅芇蒁羃膄莀蚇衿芃蒂蒀螅节膁蚅蚁芁芄蒈肀芀蒆蚃羆艿薈薆袂艿芈螂螈芈莀薄肆芇蒃螀羂莆薅薃袈莅芅螈螄羂莇薁蚀羁蕿螆聿羀艿虿羅罿莁袅袁羈蒄蚈螇羇薆蒀肅羇芅蚆羁肆莈葿袇肅蒀蚄螃肄芀蒇蝿肃莂螂肈肂蒄薅羄肁薇螁袀肁芆薄螆膀荿蝿蚂腿蒁薂羁膈膁螇袇膇莃薀袃膆蒅袆螈膅薈蚈肇膅芇蒁羃膄莀蚇衿芃蒂蒀螅节膁蚅蚁芁芄蒈肀芀蒆蚃羆艿薈薆袂艿芈螂螈芈莀薄肆芇蒃螀羂莆薅薃袈莅芅螈螄羂莇薁蚀羁蕿螆聿羀艿虿羅罿莁袅袁羈蒄蚈螇羇薆蒀肅羇芅蚆羁肆莈葿袇肅蒀蚄螃肄芀蒇蝿肃莂螂肈肂蒄薅羄肁薇螁袀肁芆薄螆膀荿蝿蚂腿蒁薂羁膈膁螇袇膇莃薀袃膆蒅袆螈膅薈蚈肇膅芇蒁羃膄莀蚇衿芃蒂蒀螅节膁蚅蚁芁芄蒈肀芀蒆蚃羆艿薈薆袂艿芈螂螈芈莀薄肆芇蒃螀羂莆薅薃袈莅芅螈螄羂莇薁蚀羁蕿螆聿羀艿虿羅罿莁袅袁羈蒄蚈螇羇薆蒀肅羇芅蚆羁肆莈葿袇肅蒀蚄螃肄芀蒇蝿肃莂 第一章 引言1.1本课程设计的来源目的意义随着电子技术的发展，数字电路应用领域的扩展，软件技术的高度发展及其在电子测量技术与仪器上的应用，新的测试理论、新的测试方法、新的测试领域以及新的仪器结构不断出现，产品智能化、数字化已成为人们追求的一种趋势，设备的性能，价格，发展空间等备受人们的关注，尤其对电子设备的精密度和稳定度最为关注。在许多方面已经冲破了传统仪器的概念，电子测量仪器的功能和作用发生了质的变化。测量电阻、电容的方法很多。如电桥法、Q表谐振法、伏安法和阻抗法等。电桥法精确度高，但是电路复杂且测量时还需要调节电桥平衡，不好实现全自动的智能化控制；谐振法要频率连续可调，直到谐振，对震荡器要求很高，且由于它需要调节频率至谐振和电桥法一样不容易实智能化；伏安法对电路的硬件要求较高如接出来测量的电阻、电容的线要电阻非常小，现在自己很难解决这个要求；不过我发现很多仪表都是把较难测量的物理量转变为精度较高且较容易测量的物理量。基于此思路及自己比较熟悉单片机，我选择了把电子元件的集中参数R、C转换成频率信号f，然后用单片机计数后再运算求出R、C的值，然后对其值进行补偿后再显示RC的值 ，转换的原理用到555芯片1组成的RC振荡电路。其实，这种转换就是把模拟量2近似地转化为数字量，避免了由指针读数引起的误差，且用起来非常方便而且价格便宜、精确度高，测量误差保持在2%以内。1.2 本设计在国内外发展概况纵览目前国内外的RC测试仪3，硬件电路往往比较复杂，体积比较庞大，不便携带，而且价格比较昂贵。价格便宜和操作简单、智能化的仪表开发和应用存在巨大的发展空间，本课题正是应社会发展的要求，设计并研制出一种价格便宜和操作简单、智能化较强、体积更小、且便于携带的RC测量仪器，本课题充分利用现代单片机技术，来研究基于单片机的智能RC测试仪4，实现人机界面友好、操作方便等功能，具有十分重要的意义。第二章 方案的选取2.1方案的比较测量电子元器件集中参数R、C的仪表种类较多，方法也各有不同，但都各有其优缺点。一般的测量方法都存在计算复杂、不易实现自动测量而且很难实现智能化。下面分别对比电桥法、Q表谐振法、伏安法和阻抗法等方案5。2.1.1电桥法电桥法是能同时测量电器元件R、C最典型的方法，如图2.1所示。电阻R可用直流电桥测量，电容C可用交流电桥测量。电桥平衡的条件为GZ1Z2ZxZn图2.1 RC测量电桥 通过调节阻抗Z1、Z2使电桥平衡，这时电表读数为零。根据平衡条件及一些已知的电路参数就可以求出被测参数。用这种测量方法，参数的值还要通过联立方程求解，调节电阻值一般只能手动，电桥平衡的判别亦难以用简单的电路实现。这样虽然电桥法精确度高，但是电路复杂且测量时还需要调节电桥平衡，不好实现全自动的智能化控制。2.1.2谐振法谐振法可以用来测量C值，如图2.2所示。它可以在工作频率上进行测量，使测量的条件更接近使用情况。但是，这种测量方法要求的频率连续可调，直至谐振。因此它对震荡器要求较高，另外，和电桥法一样，调节和平衡判断很难实现智能化。图2.2 谐振法测量C原理图2.1.3伏安法伏安法是测量电阻的最基本方法，如图2.3所示。分别用电流表和电压表测出通过电阻的电流和电压，根据公式R=U/I求得电阻。这种测量方法要同时测出两个模拟量，不易实现自动化。而指针式万用表欧姆挡是把被测电阻与标准电阻及电池串联，用电流表测出电流，由于被测电阻与电流一一对应，由此就可读出被测电阻阻值，如图2.4所示。这种测量的方法的精度变化大，若要较高的精度，必须较多的量程，电路复杂。 AVRx 图2.3 伏安法测量电阻原理图 图2.4 万用表测量电阻原理图伏安法有固定轴法和自由轴法，目前，大多数RC测试仪采用自由轴法，测试精度高、速度快但是由于有些器件自己无法购买及对自轴法原理了解较少所以没有采用这种方案。2.1.4 阻抗法还有阻抗法是通过用恒流源测电压或者通过恒压源测量电流来测量RC的参数，因为很难实现恒压源和恒流源致使它的测量范围比较窄。阻抗法需要低失真的正弦波和高精度的A/D，并且计算较为麻烦所以没采用这种方案。通过比较以上几种方案及查阅相关资料再根据自己对单片机较熟悉所以我采用了把较难直接测量R、C转变为精度较高且较容易测量的频率值。大概方案是把电子元件的集中参数R、C转换成频率信号f，然后用单片机计数后再运算求出R、C的值 ，并显示，转换的原理用到555芯片组成的RC振荡电路。这样其实是把模拟量近似地转化为数字量，避免了由指针读数引起的误差。2.2控制芯片的选取控制芯片可以选取凌阳SPCE061A5或者AT89SXX或者DSP等都可以实现，从成本、自己对各个芯片的了解及各方面原因选择用AT89S5267做为本设计的主控制芯片。下面大概介绍一下这个芯片的特点、内部结构、工作过程等。方案中用到的单片机由于该CPU具有丰富的I/O口和丰富的时基信号，为我们提供了极大的方便，其中可以利用I/O口置高低电平来实现量程的转换，由于单片机的定时器可以通过外部时钟源来计数，我们便可以将5558电路产生的频率作为AT89S52的定时器的时钟源9，这样就很容易得到被测R/C对应产生的频率。2.2.1 AT89S52的简介近十几年来，单片机在生产过程控制、自动检测、数据采集与处理、科技计算、商业管理和办公室自动化等方面获得了广泛的应用。单片机具有体积小、重量轻、耗能省、价格低、可靠性高和通用灵活等优点，因此也广泛应用于卫星定向、汽车火花控制、交通自动管理和微波炉等专用控制上。近几年来，单片机的发展更为迅速，它已渗透到诸多学科的领域，以及人们生活的各个方面。它的主要特点有：与MCS-51产品兼容；具有8K字节可在系统编程的Flash内部程序存储器，可写/擦1000次；4.0V5.5V的工作电压范围；全静态操作：0Hz24MHz；三级程序存储器加密；256字节内部RAM；32根可编程I/O线；三个16位定时器/计数器；8个中断源；全双工异步串行通信通道；低功耗空闲和掉电方式；通过中断中止掉电方式；看门狗定时器；两个数据指针；AT89S52单片机较8051单片机内部多了一个8K字节的Flash程序存储器，一个16位的定时器/计数器，一个中断源，还多了128字节内部RAM，与8051完全兼容。2.2.2 AT89S52内部结构单片机的引脚（如图2.5）各个引脚功能描述如下 图2.5 单片机引脚图VCC : 电源 GND: 地P0 口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1“时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。（图2.5）P1 口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p1 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P1 端口写“1“时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。引脚号第二功能：P1.0 T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出P1.1 T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）P1.5 MOSI（在系统编程用）P1.6 MISO（在系统编程用）P1.7 SCK（在系统编程用）P2 口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P2 端口写“1“时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR）时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中，P2 口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址（如MOVX RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。P3 口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p2 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P3 端口写“1“时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。引脚号第二功能：P3.0 RXD（串行输入）P3.1 TXD（串行输出）P3.2 INT0(外部中断0) P3.3 INT0(外部中断0) P3.4 T0（定时器0外部输入）P3.5 T1（定时器1外部输入）P3.6 WR(外部数据存储器写选通) P3.7 RD(外部数据存储器写选通)RST: 复位输入。晶振工作时，RST脚持续2 个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后，RST 脚输出96 个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。其他引脚本系统没运用到，所以就不详细介绍了。有兴趣想了解的可以看参考文献10。2.2.3单片机应用系统的结构及构成方式单片机在各个技术领域的迅猛发展，与单片机所构成的计算机应用系统的特点有关：（1）单片机构成的应用系统有较大的可靠性。（2）系统扩展和系统配置比较典型和规范，容易构成各种规模的应用系统。（3）由于构成的应用系统是一个计算机系统，相当多的测控功能由软件实现，故具有柔性特点。（4）有优异的性能价格比。对广大的应用型技术人员而言，目前所面临的单片机应用技术是使用单片机和可编程逻辑器件相结合构成的新一代电子应用技术。这是工程应用技术发展的一个新趋势。通常，一个微型计算机系统由微型计算机与外部设备组成，如图2.6所示。而单片机则包含有微处理器（通称CPU），存储器（存放程序指令或数据的ROM、RAM等），输入/输出口（I/O）及其他功能部件如定时/计数器、中断系统等。它们通过地址总线、数据总线和控制总线连接起来,通过输入/输出口线与外部设备及外围芯片相连。CPU中配置有指令系统，计算机系统中配置有驻机监控程序、系统操作软件及用户应用软件。图2.6单片机系统结构112.3显示器件的选择通过查阅数码管的有关资料12让我了解到用单片机驱动的LED数码管的方法有很多，如按显示方式，可分为静态显示和动态显示，按译码方式，可分为硬件译码和软件译码。下面简单介绍一下按显示方式分类的原理（1）LED静态显示方式所谓静态显示方式，就是当显示器显示某一个字符时，相应的发光二极管恒定地导通或截止。静态显示时，较小的电流能得到较高的亮度。这是由于显示器的各位相互独立，而且各位的显示字符一经确定，相应锁存器的输出将维持不变，直到显示另一个字符为止。当显示器位数很少（仅一、二位）时，采用静态显示方式是合适的。当位数较多时，用静态显示所需的I/O口太多，占用太多的硬件资源。故在位数较多时往往采用动态显示方式。（2）LED显示器动态显示方式在多位LED显示时，为了简化电路，降低成本，可采用动态显示方式。所谓动态显示，就是一位一位地轮流点亮各位显示器（扫描）。通常将所有位的段选线相应地并联在一起，由一个（7段LED）8位I/O口控制，形成段选线的多路复用。而各位的共阳极或共阴极分别由相应的I/O口线控制，实现各位的分时选通。对于每一位显示器来说，每隔一段时间点亮一次。显示器的亮度既与导通电流有关，也与点亮时间和间隔时间的比例有关。调整电流和时间参数，可实现较高较稳定的显示。这两种显示方式各有利弊：静态显示虽然数据显示稳定，占用很少的CPU时间，但每个显示单元都需要单独的显示驱动电路，使用的电路硬件较多；动态显示虽然有闪烁感，占用的CPU时间多，但使用的硬件少，能节省线路板空间。在动态显示方式下，每位显示器的点亮时间是极为短暂的，约1ms左右，但由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位显示器并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的数据，不会有闪烁感。尽管动态显示方案具有一定的实用性。但是对比了一下还是选择了具有微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点的液晶显示LCD1602（在第三章第三节详细介绍），它在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用。2.4 555芯片2.4.1 555芯片的简介8555芯片的引脚功能：（如图2.7） 1是地线，2是触发，3是输出电平，4是复位，5是控制电压，6是阀值电压，7是放电，8是电源(VDD)。图2.7图2.7 555芯片的引脚图2.4.2 用555定时器接成的多谐振荡器555定时器（时基电路）是一种用途广泛的模拟数字混合集成电路。1972年由西格尼蒂克斯公司（Signetics）研制；设计新颖、构思奇巧，备受电子专业设计人员和电子爱好者青睐；它可以构成单稳态触发器（Monostable Trigger）、多谐振荡器（Astable Multivibrator）、施密特触发器（Schmitt Trigger）和压控振荡器（Voltage Controlled Oscillator）等多种应用电路。图2.8 555间接反馈型13 555定时器构成多谐振荡器（Astable Multivibrator）555定时器构成多谐振荡器构成的多谐振荡器如图2.8所示。它是将两个触发端2脚和6脚合并在一起，放电端7脚接于两电阻之间。周期、频率、占空比的关系如下：2.4.3 555时基集成电路的应用按555电路的结构特点进行分类和归纳，555电路可以分为3大类： 1.单稳类电路 单稳工作方式，它可分为3种。第1种是人工启动单稳， 第2种是脉冲启动型单稳，第3种是压控振荡器。 2.双稳类电路 555双稳电路可分成2种。 第1种是触发电路，第2种是施密特触发电路，双稳电路的输入端的输入电压端一般没有定时电阻和定时电容。这是双稳工作方式的结构特点。 3.无稳类电路 第三类是无稳工作方式。无稳电路就是多谐振荡电路，是555电路中应用最广的一类。电路的变化形式也最多。也可以把它大概分为三种： 第一种是直接反馈型，振荡电阻是连在输出端VO的。 第二种是间接反馈型，振荡电阻是连在电源VCC上的。本课程设计参考的就是这种工作方式如图2.8。这种工作方式也是应用最广的一种。 第三种是压控振荡器。电路变化形式很复杂。 2.5 HRS2-5V双刀双掷继电器继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。2.5.1 HRS2-5V双刀双掷继电器的原理本课程设计用的是电磁式继电器，它一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。 HRS2-5V双刀双掷继电器的内部结构如图2.9：图2.9继电器的内部结构图这种继电器是分子正负的,左边1脚要接高电位,右边8脚要接低电位。默认2、3，7、6接通当8脚为低电平时继电器吸合开关打到另一端。这时候2、4，7、5接通，通过控制8脚的电平来控制继电器的吸合和断开。达到本课程设计的量程自动转换。2.5.2 HRS2-5V双刀双掷继电器的参数继电器的实物如图2.10图2.10 继电器额定通断电流：1A120VAC/24VDC， 最大通断电压：220VDC/250 VAC， 最大通断电流：2A，最大通断功率：120VA 30W，最小通断电流及电压：5VDC 10mA，触点接触电阻m(首次)(6VDC 1A)：50，线圈电压：5V线圈功耗(mW)：200/450，介质耐压触点间/线圈和触点:1000V/3500V，绝缘电阻(M):1000。了解参数之后还要了解继电器的选用的必要条件：控制电路的电源电压，能提供的最大电流；被控制电路中的电压和电流；被控电路需要几组、什么形式的触点。选用继电器时，一般控制电路的电源电压可作为选用的依据。控制电路应能给继电器提供足够的工作电流，否则继电器吸合是不稳定的。第三章 单元模块设计3.1 电阻的测量TRIG2OUT3RST4CVOLT5THR6DISC7VCC8GND1U1NE555PVCCFRC3104R6RXQ18050R1850P1R1912K20KR1330R2VCC1000PfC10.22uC212345678U5*VCC图3.1 测量电阻的电路如图3.1所示，它是一个由555电路构成的多谐振荡器电路。双刀双掷继电器U5默认分别是7脚和6脚、2脚和3脚是连通的。其默认振荡周期为：T=T1T2ln2*(R12R6）C1，故此：RX1/(2*ln2*C1*f)R2/2为使振荡频率保持在10H100KH频段（单片机计数的高精度范围），需选择合适的C1和R2值，同时要求电阻功耗不能太大。在第一个量程选择：R1=20K，C1=1000PF；第二个量程选择：R2=330，C20.22uF。这样在第一量程中，R610M时（下限）50H；在第二量程中，R6100时（上限）9890H。因为RC振荡的稳定度可达10的-3次方，而单片机频率最多误差一个脉冲，所以由单片机测量频率值引起的误差在1%以下。量程转换原理为：单片机在第一个频率的记录中发现频率过大（在程序中我设定17KHZ），即通过双刀继电器转换量程。再测频率，单片机通过TO计数，T1定时测出频率，然后在程序中利用公式RX1/(2*ln2*C1*f)R2/2计算出R6的值。在电路中采用了稳定性良好的独石电容，所以被测电阻的精度可达2%。3.2电容测量电路模块TRIG2OUT3RST4CVOLT5THR6DISC7VCC8GND1U2NE555P560R3100KR4100KR5CXC4104VCCVCCFCR15560VCCQ28050R11250P2R3012K12345678U6*VCC图3.2 测量电容的电路如图3.2所示，它是一个由555电路构成的多谐振荡器电路。测量CX的RC振荡电路与测量RX的振荡电路完全一样，若将图3.1中的R2和R6换成R4、R5或者R3、R15，C1换成CX，且R4=R5，则f1/(3*ln2*R4*CX)。两个量程中的取值分别为：第一量程R4=R5=100K；第二量程：R3=R15=560。这样取值使电容挡的测量范围很宽。在电路中采用精密的金属膜电阻，其值的变化能够满足2%左右的精度，使得电容的精度也可以测得较高。3.3 电阻电容转换模块Q38050R1250P3R11512K12345678U7*VCCFRFC12P1Header 2图3.3电阻电容转换Header 4如图3.3用一个继电器来完成测量电阻、电容的切换。3.4 LCD1602显示电路模块3.4.1 LCD1602液晶显示模块的简述14LCD1602液晶显示有功耗低、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧等诸多优点，在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用。它有2行16个字符。LCD1602采用标准的16脚接口，其中：第1、3、16脚：VSS为地电源；第2、15脚：VDD接5V正电源；第4脚：RS为寄存器选择，高电平选择数据寄存器、低电平选择指令寄存器； 第5脚：RW为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平RW为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据。第6脚：E端为使能端，当E端由高电平变成低电平时，液晶模块执行命令。第714脚：D0D7为8位双向数据线。3.4.2 LCD1602的指令表 它的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令程序来实现的。指令表如下表3-1所示：（说明：1为高电平、0为低电平）功 能控制信号指令代码RSRWD7D6D5D4D3 D2D1D0清屏0000000001复位000000001*内部方式设置00000001I/DS显示开/关控制0000001DCB光标/字符移动000001S/CR/L*系统方式设置00001DLNF*CGRAM地址设置0001字符发生存贮器地址（AGG）现实数据地址设置001显示数据存贮器地址（ADD）忙状态检查01BF计数器地址（AC）MCU到LCD10要写的数据LCD到MCU11读出的数据表3-1 指令表指令1：清显示；指令2：光标复位；指令3：光标和显示模式设置。I/D：光标移动方向，高电平右移，低电平左移；S：屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平表示无效；指令4：显示开关控制。D：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示；C：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标：B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁；指令5：光标/显示移位。S/C：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标；指令6：功能设置命令。DL：高电平时为4位总线，低电平时为8位总线；N：低电平时为单行显示，高电平时为双行显示；F：低电平时显示5*7的点阵字符，高电平显示5*10的点阵字符。指令7：字符发生器RAM地址设置；指令8：DDRAM地址设置；指令9：读忙信号和光标地址。BF：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。指令10：写数据；指令11：读数据。液晶显示模块是一个慢显示器件，所以在执行每条指令之前一定要确认模块的忙标志为低电平，表示不忙，否则此指令失效。要显示字符时要先输入显示字符地址，也就是告诉模块在哪里显示字符。3.4.3 LCD1602与单片机的连接 LCD1602液晶显示模块与单片机AT89S52的连接构成了本课题研究的显示电路模块15 16，单片机的P0口作为数据的输出口，P20、P21、P22分别为LCD1602的RS、RW、E控制口。如图3-4所示：结合软件一起实现它的显示功能。 AT89S52P20P21P22P00P01 P02P03P04P05P06P07LCD1602 RS RW E D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7VCCVSS5V图3.4显示电路第四章 频率的测量4.1 AT89S52的定时和中断4.1.1定时器AT89S52有三个16位定时器：T0、T1、T2。T0、T1与8051、AT89C51及AT89C52单片机工作方式相同，定时器T2有三种工作方式：捕获方式，自动重装载方式（向上或向下计数）和波特率发生器方式。1 定时器工作方式与方式设置MCS-51单片机有两路独立的定时器，每路定时器有4种工作方式（03），方式0是13位计数结构，计数器由TH全部8位与TL的低5位构成；方式 1是16位计数结构，计数器由TH与TL全部8位共16位组成；方式2是8位计数结构方式，计数器由TL8位组成，与其他方式不同的是,当定时溢出时，硬件自动将TH的值装入TL中，有自动加载功能。前三种工作方式，两路定时器的设置与使用完全相同，但在工作方式3下，两路定时器有很大差别，只有0路定时器可以工作在方式3下，1路定时器只能工作在方式02下，在工作方式3下，0路定时器被拆分成两个独立的8位计数器TL0与TH1，其中0路定时器的各控制位和引脚信号全归TL0使用，因此TH0只能做简单的定时器使用，其控制位占用了1路定时器的控制位，如果0路定时器工作在方式3下，1路定时器由于让出了所属控制位，通常作为串行口波特率发生器。定时器的工作方式选择主要依靠设置TMOD寄存器的值，其各位定义如下： 位序 B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 位符号 GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0 其中，B0B3用来控制0路定时器，B4B7用来控制1路定时器。2 计数初值的计算定时或计数方式下计数初值如何确定，定时器选择不同的工作方式，不同的操作模式其计数值均不相同。若设最大计数值为M，各操作模式下的M值为： 模式 0 ：M=213 =8192 模式 1 ： M=216 =65536 模式 2 ： M=28 =256 模式 3 ： M=256 ，定时器 T0 分成 2 个独立的8位计数器，所以TH0 、TL0 的M均为 256 。因为 MCS-51 的两个定时器均为加1计数器，当初到最大值（00H 或0000H）时产生溢出，将TF位置1，可发出溢出中断，因此计数器初值 X 的计算式为： X=M-计数值，式中的M 由操作模式确定，不同的操作模式计数器的长不相同，故M值也不相同。而式中的计数值与定时器的工作方式有关。（1）计数工作方式时，计数脉冲由外部引入，是对外部冲进行计数，因此计数值根据要求确定。（2）定时工作方式时，因为计数脉冲由内部供给，是对机器周期进行计数，故计数脉冲频率为fcont =fosc*1/12、计数周期 T=1/fcont =12/fosc 定时工作方式的计数初值X等于：X=M-计数值=M-t/T=M-（fosc*t）/12式中：fosc为振荡器的振荡频率，t为要求定时的时间。 4.1.2中断一些基本的中断概念：中断、中断源、怎么识别中断（1）中断的概念：在CPU正常运行程序时，由于内部事件、外部事件或由程序预先安排的事件所引起的CPU暂时停止正在运行的程序，而转去执行请求CPU服务的内部/外部事件或预先安排事件的服务程序，待服务程序处理完毕后又返回去继续执行被暂停的程序。（2）中断源：发出中断请求的外部设备或引起中断的内部原因称为中断源。常见的中断源有 A：故障中断，如电源掉电、内存奇偶错等；B：软件中断，如CPU执行某些指令或操作引起的中断等；C：输入输出设备中断，如打印机、CRT、磁盘等；D：实时时钟，如定时器提供的实时信号等。AT89S52共有6个中断源：两个外部中断（、），三个定时器中断（T0、T1、T2）和一个串行口中断。通过专用寄存器IE置位或清0，可分别控制这些中断源中每一个允许或禁止中断。IE也有一个总禁止位EA，它可以同时禁止所有中断，见表3-2所示。表3-2中断允许寄存器IE最高位 最低位EA_ET2ESET1EX1ET0EX0允许位=1 表示允许中断允许位=0 表示禁止中断符号位功 能EAIE.7当=0时，禁止所有中断的响应，当=1时，则各中断源的允许或禁止取决于各自中断允许位的状态（置位或清0）_IE.6保留位ET2 IE.5定时器2中断允许位ESIE.4串行口中断允许位。ET1IE.3定时器1中断允许位。EX1IE.2外部中断1允许位。ET0IE.1定时器0中断允许位。EX0IE.0外部中断0允许位。（3）中断识别 即找出是哪一个中断源发出的中断请求。中断识别的目的是要形成该中断源的中断服务程序的入口地址，以便CPU将此地址置入 CS：IP寄存器 ，从而实现程序的转移。4.2频率的测量方法和误差分析脉冲周期的测量，有定时计数和定数计时两种方法，利用AT89S52单片机里的T0和T1两个定时器/计数器可以实现，下面分别分析这两种方法的测量精度。4.2.1 定时计数 定时计数法的具体做法是：将T0设为定时器，T1设为计数器。设定T0的定时中断时间t并允许中断，将T1清0。同时启动T0和T1，等待T0中断。在T0的中断服务子程序中读出T1的计数值n。采用定时计数法时，计时误差t可忽略，可认为dt=0,最大计数误差为一个脉冲，即，有 (4-1)若要保证其相对误差不超过0.1%，即，则有 或 (4-2)若T0设为50ms中断，有 或 (4-3) 上式表明，定时计数法宜用在被测频率较高的场合。4.2.2 定数计时将T0设为定时器，T1设为计数器。设定T1的计数中断次数n并允许中断，将T0清0。同时启动T0和T1，等待T1中断。在T1的中断服务子程序中读出T0的计时值t。采用定数计时法时，计数误差dn=0,最大计时误差为一个机器周期，本系统采用了12M晶振，机器周期为1us，故 us，有 (4-4)若要保证其相对误差不超过0.1%，即，则有 或us=1ms (4-5) (ms)或(KHz) (4-6)上式表明，定数计时法宜用在被测频率较低的场合。所以本设计采用T0计数T1定时的工作方式，T1初值为4000及4ms，循环250次就刚好定时1S，T0计1s内通过的脉冲数。通过T0的脉冲数也就是频率。第五章 软件设计5.1软件设计方案17整个系统的功能是由硬件电路配合软件来实现的，当硬件基本定型后，软件的功能也就基本定下来了。从软件的功能不同可分为两大类：一是监控软件（主程序），它是整个控制系统的核心，专门用来协调各执行模块和操作者的关系。二是执行软件（子程序），它是用来完成各种实质性的功能如测量、计算、显示等。每一个执行软件也就是一个小的功能执行模块。5.2主程序结构主程序调用了3个子程序，分别是LCD1602液晶显示程序、按键设置处理程序、中断控制程序。按键处理程序：实现键盘的输入按键的识别及相关标志位的处理。LCD1602液晶显示程序：向LCD1602显示送数，控制系统的显示部分。中断控制程序：控制开关中断实现定时计数的功能。主程序框架，如下图5.1所示。置电阻标志位置电容标志位开始电阻键是否按下初始化电容键是否按下计算计算显示结果显示结果结束结束YYNN图5.1主程序框架图5.3 各模块子程序设计中断子程序设计18，如下图5.2所示。图5.2 中断子程序流程图2.测量电容程序设计如图5.33.测量电阻程序设计,如图5.4flag_k=1,J_RC=0开始电阻键是否按下初始化显示结果YNfre17000J_R=1,liangcheng=1计算YN39图5.3测量电容程序框架图5.4测量电阻程序框架flag_k=1,J_RC=1开始电容键是否按下初始化显示结果YNfre300J_C=1,liangcheng=1计算YN第六章 测试结果分析6.1 测量结果未做任何处理的数据如下表6-1和6-2表6-1测量电阻电阻标值本仪表读数相对误差(%)15016610.61K9910.927K26710.1100K97K3500K1M5.6M482K962K5413K3.63.83.3表6-2测量电容电容标值本仪表读数相对误差(%)301317pF5.71021010pF2100n107nF71000n10000n959F97584.13.6经过修正后电阻的一组测量数据如下表6-3所示:表6-3 测量电阻值（修正后）电阻标值本仪表读数相对误差(%)1501481.36806891.31K9950.54.8K12K27K82K100K430K 500K 1M 5.6M4820118392701081K101K429K504K1007K5678K0.41.50.41.210.20.80.71.4修正后电容的一组测量数据如下表6-4所示:表6-4 测量电容值（修正后）电容标值本仪表读数相对误差(%)100P99pF1330P341pF3.3500P501pF0.2820P1000P2200P3300470010000P33n100n220n470n1000n4700n10u100u822pF1002p2213p3263p4747p10093p33n99n218n468n995n4684n10039n88073n0.20.20.61.170.9010.90.40.50.340.155.96.2 结果分析及改进方法从表6-1和6-2可以看出不加软件修正前的误差较大。这些误差主要有硬件、555产生的波形、数据类型的处理等引起的。比如硬件误差震荡电路所用的电阻电容本身的精确度会影响频率的大小；555产生的波形555多谐振荡电路输出的波形的好坏也会影响单片机对频率的读取；数据类型处理ln2是浮点型的数而计算的频率和数值都是长整型的数。为了减少误差范围我采用了软件修正的办法如表6-3和表6-4的数值。从表中可以看出经软件修正后的误差一般都在2%以内。软件修正方法发引入是因为经过多次测量及对每次测量对数据的分析可以发现测量值在一段范围内的误差是基本为一个较稳定的数以及采用硬件修正没能达到预期的效果的情况下，所以我采用软件修正的办法来补偿。随着科学的发展,技术的不断进步,RC测试仪会有更大的改进,例如在智能、价格、操作简单，测量精确方面，而且可以扩大量程、再减小体积，例如做成像电笔一样大可以随身携带，非常方便，也可以在RC上加上语音心片，你叫它帮你测什么。它会自动转换成你要的状态，而且你把元件放入以后，它自动说出元件的参数。还可以方便地扩展其他功能如加一个施密特电路就可以测量正弦波、三角波等波形的频率，加一个MAX187就可以测量电压等等。第七章 结束语7.1 设计总结在设计制作本系统的过程中，我们深切体会到，实践是理论运用的最好检验。本次设计是对我们四年所学知识的一次综合性检测和考验，无论是动手能力还是理论知识运用能力都得到了提高，同时加深了我们对网络资源认识，大大提高了查阅资料的效率，使我们有充足的时间投入到电路设计当中。本系统的研制主要应用到了模拟电子技术、数字电子技术、单片机控制技术、电子工艺等多方面的知识，本系统达预期的要求，操作方便、价格便宜、精确度高，误差保持在5%以内。在调试方面，经过多次对任意的测试操作，稳定的性能得到了认可。同时此系统通过软件设计，减少误差的存在，大大提高了系统的精度。本次设计，为我们提供了展示自我能力的舞台，也使我们深切认识到自身知识能力尚存在许多不足，更让我们体会到了电子技术与设计的趣味，以及其强大深远的实用性。7.2 结束语毕业设计终于做完了。在这个过程中，我学会了很多东西。可以说比以前任何时候学到的东西都要多和实际。过去，这样自己动手的机会很少，大多是潜心于理论上的学习，很脱离实际，基本是考试高分实际动手能力为零。但当自己真正动手做了才知道:理论和实际还是相差很远的，即使理解透的理论也并不一定能够马上用于实践，这还取决于平时积累的实际经验。有了丰富的实际经验才知道如何可以更好地运用理论知识。首先，通过自己设计硬件电路，积累了一些常用的硬件模块电路。比如，单片机的复位电路，显示电路，独立键盘或键盘矩阵等，这些在今后便可直接用了。其次，在绘制PCB图的过程中，进一步掌握了Protel DXP的原理图编辑器和PCB编辑器的使用。以前认为原理图最好画了，但这次绘制原理图时也发现了很多问题。而PCB编辑器，体会就更深了，如何将元器件布局好19，如何布线既美观又简洁又可以避免干扰等等，这一系列问题现在看来都是一门学问。再次，在调试过程中总结出了一些基本的调试方法：最好是分模块调试，将各个模块都调试好了再集成调试，这样容易发现问题，对症下药。软件调试也一样，原先认为，事先按照逻辑推理编写的程序基本上是没问题的，当自己实践后才明白，软件调试也是一件很费神的事，需要反复调试和运行才能发现问题，从而解决问题，不断完善软件。领会到一些处理数据的方法：多点描线法，从图形研究这些值的规律。深深体会到我们所学的数学知识的用处如那些令我们学生一向很烦恼的高斯分布、正太分布等，这在今后都是受益无穷的。更具体地说，我初步掌握了开发设计单片机应用系统的方法，掌握了单片机的C语言编程18，还学会了使用KEIL软件编译程序，产生相应的可执行文件，并通过下载线将其写入芯片。在做毕业设计的过程中，我不仅学会了很多东西，也发现了自己的许多不足之处。比如，对实践方面不够重视，总以为理论上理解就可以了，不求甚解。过去的一些学习方法也需要改进，从而提高学习效率，达到事半功倍的目的。最重要的是，要多培养自己的创新思维，大胆尝试，而这也来源于平时自己对这些事物的关注。因此，也要多观察，多了解一些课本以外的知识。总之，这次毕业设计对每个大四的毕业生来说，都是有百益而无一害的。我相信大家在这个过程中都会学到了很多东西，这对将来就业和继续深造都是有帮助的。致 谢梧州学院四年的本科生课程的学习和生活很快就要过去了，在此毕业设计完成之际，谨向曾经关心、帮助、支持和鼓励我的老师、同学、和朋友致以最真诚的谢意!在本设计的设计和制作过程中，我得到了学校、系、老师和同学的大力帮助和支持。学校和系里的领导给我们提供了及其便利的工作环境，特别感谢指导老师黄玉健老师在百忙之中抽出宝贵的时间，帮我解决难点，使设计得以顺利的完成。他给了我许多有益的建议和意见，使我的思维得到了进一步开