简易电路元件检测仪的设计.doc

南 昌 工 程 学 院毕 业 设 计（论 文）机械与电气工程学院 系（院）电气自动化技术 专业毕业设计（论文）题目 简易电路元件检测仪的设计 学 生 姓 名 * 班 级 09级电气自动化技术 学 号 * 指 导 老 师 * 完 成 日 期 2012 年 6 月 16 日 简易电阻、电容和电感测试仪设计Simple resistance and capacitance and inductance tester design总计 毕业设计（论文） 40 页 表 格 8 个 插 图 27 幅南昌工程学院专科毕业设计（论文）目录摘 要1第一章 设计的研究背景及意义21.1 设计的研究背景21.2 国内电阻、电容和电感测量仪的发展历史及研究现状2第二章 系统硬件电路的设计42.1 设计要求与分析42.2 电路方案的选定42.2.1 电阻测量方案42.2.2 电容测量方案52.2.3 电感测量方案62.3 设计方框图及原理说明62.4 振荡电路的设计部分72.4.1 RC振荡电路频率f的推导72.4.2 电阻测量RC振荡电路92.4.3 电容测量RC振荡电路102.4.4 测电感三点式电路112.5 多路选择开关电路122.6 控制部分电路132.7 数码显示电路142.8 继电器控制电路152.9 电源电路152.10 核心元器件介绍162.10.1 LM555的介绍162.10.2 芯片CD4052的介绍172.10.3 AT89C51单片机182.10.4 芯片CD451119第三章 软件部分的实现223.1 软件功能分析223.2 单片机内部资源的分配233.2.1 I/O端口的分配233.2.2 单片机内部存储单元分配233.3 主程序的实现243.4 测试子程序模块分析263.4.1 测电阻子程序263.4.2 测电容子程序283.4.3 测电感子程序303.5 定时器中断服务子程序323.6 RCL计算功能模块343.7 数据处理子程序36结束语38参考文献39附件40I摘要摘 要近几年来，随着电子行业的迅速发展，电子元器件的使用量急剧增加，电子元器件的适应范围也逐渐广泛起来，在应用中我们常常需要测量电阻、电容、电感的大小。而一般的测量仪只能测量电阻的大小，对电容和电感值的测量却无能为力，所以制作一种简便的测量仪显得尤为重要，方便电路设计人员测量电路中需要用到的具体值。本次设计的思想是基于以上原因提出来的。该系统以AT89C51单片机为控制核心，搭配必要的外围电路对电阻、电容和电感参数进行测量。系统的基本原理是将电阻的阻值、电容的容值、电感的感值的变化均转换成脉冲频率的变化，利用计数器测频后通过单片机做运算，最后计算出待测元件的各个参数并显示在四位数码管上。关键词： AT89C51单片机 电阻 电容 电感3第一章 设计的研究背景及意义第一章 设计的研究背景及意义1.1 设计的研究背景 随着电子元器件的适应范围逐渐广泛起来，在应用中我们常常需要测量电阻、电容、电感值的大小。因此，设计可靠，安全，便捷的测量仪具有极大的现实必要性。通常情况下，电路参数的数字化测量是把被测量参数转化成直流电压或频率后进行测量。 由于各自的测量方法多并且具有一定的复杂性。所以本次设计电阻、电容是参考555振荡电路电感在三点式振荡电路基础上拟定一套自己的设计方案。是尝试用555振荡电路将被测参数转化成频率这里我们把RLC的测量电路产生的频率送入AT89C51单片机的计数端口，通过定时并且计数可以计算出被测频率再通过频率计算出测量值。1.2 国内电阻、电容和电感测量仪的发展历史及研究现状 现在电子测试领域，电阻、电感和电容的测量已经在测量技术和产品研发中应用的十分广泛。 电阻、电感和电容测试发展已经很久，方法众多。常用测量方法如下：电阻测量依据产生恒流源的方法分为电位降法，比例运算器法和积分运算器法。比例运算器法测量误差稍大，积分运算器法适用于高电阻的测量。最经典的方法是采用电桥法，电桥法可以准确的测试被测电容器的电容量、介质损耗值，以前用手动电桥为了达到电桥的平衡需调整数十个旋钮，测试结果需要大量的换算，对操作技能要求较高，测试工效很低，80年代问世了数字自动电桥，电桥在内部微机的控制下自动平衡，最终结果直读得到，大大方便了使用，如今高压西林电桥、高频电桥等几乎已经被自动化电桥所替代。 在我国1997年05月21日中国航空工业总公司研究出一种电阻、电容、电感在线测量方法及装置等电位隔离方法，用于对在线的电阻、电容、电感元件实行等电位隔离，其特征在于：(1)将一个运算放大器的输出端与其反相输入端直接连接，形成一个电压跟随器。 (2)将基准精密电阻R的一端与被隔离的在线元件的一端通过导线连接，基准精密电阻R的另一端与信号源或者地连接，被隔离的在线元件的另一端通过导线与地或者信号源连接，基准精密电阻R与被隔离的在线元件连接的一端同时与运算放大器的同相输入端连接。(3)通过导线将运算放大器的输出端与线路板上所有的隔离点C连接，隔离点C的确定方法是：在线路板上凡是与被隔离的在线元件靠近信号源的一端A相连的电阻、电容、电感元件的另一端均为隔离端C。 尽管促使测试测量产业得到了快速发展，但客观地说中国开发测试测量仪器还普遍比较落后。每当提起中国测试仪器落后的原因，就会有许多不同的说法，诸如精度不高，外观不好，可靠性差等。实际上，这些都还是表面现象，真正影响中国测量仪器发展的瓶颈为： （1）测试在整个产品流程中的地位偏低。 （2）面向应用和现代市场营销模式还没有真正建立起来。 （3）缺乏标准件的材料配套体系。 近年来我国测量仪器的可靠性和稳定性问题得到了很多方面的重视，状况有了很大改观。测试仪器行业目前已经越过低谷阶段，重新回到了快速发展的轨道，尤其最近几年，中国国内仪器取得了长足的进步，特别是通用电子测量设备研发方面，与国外先进产品的差距正在快速缩小，对国外电子仪器巨头的垄断造成了一定的冲击。随着模块化和虚拟技术的发展，为中国的测试测量仪器行业带来了新的契机，加上各级政府日益重视，以及中国自主应用标准研究的快速进展，都在为该产业提供前所未有的动力和机遇。从中国电子信息产业统计年鉴中可以看出，中国的测试测量仪器每年都以超过30%以上的速度在快速增长。在此快速增长的过程中，无疑催生出了许多测试行业新创企业，也催生出了一批批可靠性和稳定性较高的产品。3第二章 系统硬件电路的设计第二章 系统硬件电路的设计2.1设计要求与分析基本要求：1、测量范围 电阻 100欧姆1兆欧姆 电容 100皮法10000皮法 电感 100微亨10毫亨2、测量精度+5%。3、由4位数码管显示测量数据，并用发光管显示所测元件的类型和状态。设计分析：要实现一台能自动测量且数字显示器的简易电阻、电容和电感测量仪，我们可以设计三个开关，他们任何一个按键按下都表示要测量相应的值。通过开关的信号送入测试仪，由测试仪测量相应的量，然后送显示。要实现使用三个按键分别控制R、C、L的测试，用红、黄、绿三个发光二极管分别代表三种类型的测试。当要测试的量的数据超过默认的量程时，仪器能够通过继电器来切换量程，确保测试精度。并促使一个二极管亮以表示量程的切换。设计示意图如框图2-1所示电阻器数字显示测试仪电容器外供9V/5V（500mA）电感器图2-1设计示意图 2.2 电路方案的选定 2.2.1电阻测量方案方案一：利用串联分压原理的方案R0RxGNDVCC 图2-2串联分压电路图 根据串联电路的分压原理可知，串联电路上电压与电阻成正比关系。测量待测电阻Rx和已知电阻R0上的电压，记为Ux和U0. 方案二：利用直流电桥平衡原理的方案 R2R1GNDVCCGR3 图2-3 直流电桥平衡电路图 根据电路平衡原理，不断调节电位器R3，使得电表指针指向正中间，再测量电位器电阻值。方案三：利用555构成多谐振荡电路的方案 图2-4 555定时器构成多谐振荡电路图 根据555定时器构成多谐振荡，产生脉冲波形，通过单片机读取高低电平得出频率，通过公式换算得到电阻阻值。 由 得 上述三种方案从对测量精度要求而言，方案一的测量精度极差，方案二需要测量的电阻值多，而且测量调节麻烦，不易操作与数字化，相比较而言，方案三还是比较符合要求的，由于是通过单片机读取转化，精确度会明显的提高。故本设计选择了方案三。 2.2.2 电容测量方案 利用555构成多谐振荡原理的方案图2-5 555定时器构成多谐振荡电路图根据555定时器构成多谐振荡，产生脉冲波形，通过单片机读取高低电平得出频率，通过公式换算得到电容值。由 若R1=R2,得 此方案由于是通过单片机读取转化，精确度会明显的提高。故本设计选择了此方案。2.2.3电感测量方案 电感的测量是采用电容三点式振荡电路来实现的。三点式电路是指：LC电路回路中与发射极相连的两个电抗元件性质的，另外一个电抗元件必须是异性质的，而与发射极相连的两个电抗元件同为电容时的三点式电路，成为电容三点式电路。测Lx的电容三点式振荡如图所示: 图2-6 电容三点式振荡电路 由于此方案也是通过单片机读取转化，故本设计选择了此方案。2.3 设计方框图及原理说明 设计中，考虑到单片机的物美价廉、功能强、使用方便灵活、可靠性高等特点，拟采用AT89C51系列的单片机为核心来实现电阻、电容、电感的测量。系统可以分为四大部分：测量电路、控制电路、通道选择和显示电路。二极管指示灯 89C51单片机 多路 选择 开关CD4052RC振荡电路被测电阻LED显示RC振荡电路被测电容按键选择测量电路电容三点式振荡电路被测电感图2-7系统设计方框图对于系统各部分说明如下：1) 控制部分：本设计以单片机为核心，采用AT89C51单片机。四个数码管，采用共阴极方式连接构成静态显示部分、降低功能。键盘：本设计有S1，S2，S3三个按键，可以方便控制不同测量参数的切换，实现一键测量。2) 通道选择：本设计通过单片机控制模拟开关控制被测频率的自动选择。测量电路：RC振荡电路时利用555振荡电路实现被测电阻和被测电容频率化。电感采用三点式振荡电路实现被测电感参数频率化。通过51单片机程序自动识别量程，实现自动测量。2.4 振荡电路的设计部分 2.4.1 RC振荡电路频率f的推导 测量Rx和Cx的RC振荡电路采用LM555定时器电路组成。集成定时器LM555电路是一种数字、模拟混合型的中规模集成电路。其电路类型有双极性和CMOS型两大类，二者的结构与工作原理类似。几乎所有的双核型产品型号最后4位数码都是CC7555或CC7556,二者的逻辑功能和引脚排列完全相同。LM555和CC7555是单定时器。LM556和CC7556是双定时器。双极型的电源电压Vcc=+5+15V，输出的最大电流可达200mA，CMOS型的电源电压为+3+18V。LM555电路的内部含有两个电压比较器，一个基本RS触发器;一个放电开关管Q。比较器的参考电压由3只5K的电阻器构成的分压器提供。他们分别使高压电平比较器A1的同相输入端和低电平比较器A2的反相输入端的参考电平为（2/3）Vcc和（1/3）Vcc。A1与A2的输入端控制RS触发器状态和放电管开关状态。当输入信号第六引脚输入，即高电平触发输入并超过参考电平（2/3）Vcc时，触发器复位，LM555的输入端第三引脚输出低电平，同时放电开关管导通;当输入信号自第二引脚输入并低于（1/3）Vcc时，触发器置位，LM555的第三引脚输出高电平，同时放电开关截至。RST是复位端（引脚四），当RST=0时，LM555输出低电平。平时RST端开路或接Vcc。CON是控制电压端（引脚五），平时输出（2/3）Vcc作为比较器A1的参考电平，当第五引脚外接一个输入电压时，通常接一个0.01F的电容器到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，并且确保参考电平的稳定。Q为放电管，当Q导通时，将会接于第七引脚的电容器提供低阻放电电路。参照图2-8所示的波形讨论多谐振荡器周期公式:图2-8 多谐振荡电路和工作波形如图可得多谐振荡器的振荡周期T为 （2-1）为电容C上的电压由1/3Vcc充到2/3Vcc所需的时间，充电回路的时间常数为（R1+R2）C。可用下式估算： （2-2）为电容C上的电压由2/3Vcc下降到1/3Vcc所需的时间，放电回路的时间常数为R2C。可用下式估算： (2-3)所以，多谐振荡电路的振荡周期T为 2-4)振荡频率为 故 (2-5) 2.4.2 电阻测量RC振荡电路电阻的测量采取“脉冲计数法”，测量范围在100-1M之间。因为测量范围跨度大，要确保测量精度高，所以采取2个量程的测量方法。电路图2-9所示： 图2-9 测量电阻的RC振荡电路图 选择合适的和的值，使振荡频率保持在100-100KHz这一段单片机计数的高精度范围内，同时不使电阻功耗太大，所以通过继电器的懂触头来选择需要的电阻以便切换合适的量程。在第一量程选择=200,=0.22F；第二量程 =10K,=1000pF。由于公式2-5得两个量程所取特殊电阻的测量值如下表：表2-1 电阻挡的测量频率第一量程Rx()f(Hz)Rx()f(Hz)10016.480K1K2.981K20010.926K2K1.561K3008.197K3K1.057K4006.558K4K799.75005.465K5K642.96004.684K6K537.97004.098K7K461.88003.643K8K404.89003.279K9K360.31K2.981K10K324.6第二量 程Rx()f(Hz)Rx()f(Hz)10K48.089K100K6.870K20K28.854K200K3.519K30K20.610K300K2.365K40K16.030K400K1.781K50K13.115K500K1.428K60K11.097K600K1.592K70K9.618K700K1.023K80K8.486K800K89690K7.593K900K797100K6.870K1M717.72.4.3 电容测量RC振荡电路 电容的测量也采取“脉冲计数法”，测量电容Cx的电路如图2-9所示，通过计算震荡输出的频率来计算被测电容的大小。 图2-10 测量电容的RC振荡电路图由LM555电路构成的多谐振荡电路的震荡周期为：T=t1+t2=（ln2）*（R1+R2）*Cx+(ln2)*R2*Cx=（ln2）（R1+2R2）Cx （2-6）若R1=R2，则 （2-7）量程自动转换原理：单片机在第一个频率的记录中发现频率过小，即通过继电器转换量程，再测频率。两个量程中的取值分别为第一量程(100pF-1000pF)：R1=R2=510k；第二量程(1000pF-10000pF)：R1=R2=10k。有公式2-7两个量程所取特殊电容的测量值如下表2-2：第一量程 Cx（pF） f（kHz） Cx（pF） f（kHz） 100 9.4 600 1.6 200 4.7 700 1.3 300 3.1 800 1.2 400 2.4 900 1.0 500 1.9 1000 0.94第二量 程 Cx（pF） f(kHz) Cx(pF) F(kHz) 1000 48 6000 8.0 2000 24 7000 6.9 3000 16 8000 6.0 4000 12 9000 5.3 5000 9.6 10000 4.8表2-2 电容挡的测量频率 2.4.4测电感三点式电路电感的测量是采用电容三点式振荡电路来实现的。三点式电路是指：LC电路回路中与发射极相连的两个电抗元件性质的，另外一个电抗元件必须是异性质的，而与发射极相连的两个电抗元件同为电容时的三点式电路，成为电容三点式电路。测Lx的电容三点式振荡电路如下图所示: 图 2-11 测量电感的LC振荡电路图在这个振荡电路中，C1和C2分别采用的是1.0F和2.2F的电容，其中电容值远远大于晶体管极间电容，可以把极间电容忽略。这样可以根据振荡电路频率公式： 由 得 （2-8）有公式2-8得所取特殊电感的测量值如下表2-3： L(u H)f(KHz)L(m H)f(KHz)10019.19516.06920013.57224.29230011.08233.5044009.57943.0355008.58452.7146007.83662.4247007.25472.2948006.78682.1469006.39892.02310006.069101.191表2-3 电感的测量频率2.5 多路选择开关电路系统利用CD4052实现测量的转换，CD4052是四选一的模拟开关选择器件。我们用其三通道，即测量电阻通道、测量电容通道、测量电感通道，通过单片机P12和P13口向模拟开关送两位地址信号选择其中一个通道，当选择了某一通道后，要测试的量相应的振荡电路产生的频率就会通过多路选择开关送入计时器T1口，单片机的计数器T1对其计数，当计数到一定时间后读出计数器的值，就得到了被测R/C/L所对应产生的频率，通过计算得到要被测值。AB测量类别00Y0-R01Y1-C10Y2-L11/图 2-12 多路选择开关CD4052 表 2-4 CD4052真值表2.6 控制部分电路 图2-13 控制电路图按键和二极管分别代表不同类别的测量： 按键 二极管 对应测量项S1 VD1 测量电阻S2 VD2 测量电容S3 VD3 测量电感 I/O口的分配：P0.0-P0.3 各位BCD码 P0.4-P0.7 十位BCD码 P2.0-P2.3 百位BCD码 P2.4-P2.7 千位BCD码 P1.0 驱动继电器J1， 电阻量程切换P1.1 驱动继电器J2， 电容量程切换P1.2 AP1.3 BP1.4 输入端，与S1对应，选择电阻P1.5 输入端，与S2对应，选择电容P1.6 输入端，与S3对应，选择电感 P3.0 输出端，与VD1对应，电阻选择显示P3.1 输出端，与VD2对应，电容选择显示P3.2 输出端，与VD3对应，电感选择显示P3.5 Y 频率信号输入端通道选择：A B ： 0 0 ，Y：Y0电阻的测量A B ： 0 1 ，Y：Y1电容的测量A B： 1 0 ，Y：Y2电感的测量三种的量和不同的量程构成5中测量状态，对应二极管显示如下：测电阻R第一量程： VD1 （红）亮测电阻R第二量程： VD1 (红)、VD5亮测电容C第一量程： VD2 （黄）亮测电容C第二量程： VD2 （黄）、VD4亮测电感L： VD3 (绿) 亮2.7 数码显示电路 系统显示部分由四个带有锁存和译码功能的CD4511芯片分别与四个七段LED数码管显示器连接组成。数码管的连接采用静态显示控制共阴极接法，数码管采用静态显示方式时亮度比较高。图2-14 数码显示电路 该电路通过单片机的P0口和P2口，将分析后的数据传输至译码器，再由译码器送显。数码管采用静态显示方法时，每位的共阴极连接在一起并接地；每位的段选线分别与控制器的驱动信号输出相连。显示器中的各位相互独立，而且每位的显示字符已经确定。控制器的驱动信号将维持不变，直到显示另一个字符为止。本作品的显示部分电路可以独立显示，故在同一时间里，每一位显示的字符可以不同。这样的显示方式接口，编程容易，管理也方便，缺点就是占用的单片机端口资源教多。2.8 继电器控制电路 继电器部分主要是为了系统量程切换时使用，通过继电器触点切换振荡电路的参数。该控制电路的电路图如图2-15所示： 图 2-15 继电器控制电路 该电路为典型的继电器电路，通过三极管的电压信号对继电器线圈通电，然后使常闭出点断开，常开出点闭合，切换震荡电路中不同参数的值。改变测量电路输出频率对应的所测参数的关系，以达到切换量程的目的。2.9 电源电路 系统的供电电源电路部分采用7805，7809三端固定稳压器。它将不稳定的直流电压变为稳定的直流电压的集成电路，并且提供+5V, +9V的电压。由于集成稳压器具有稳压精度高，工作稳定可靠、外围电路简单、体积小、重量轻等显著优点，在各种电源电路中得到了普遍的应用。 图2-16 电源电路2.10 核心元器件介绍 2.10.1 LM555的介绍 LM555集成电路开始是作定时器应用的，所以叫做LM555定时器或LM555时基电路。但后来经过开发，它除了作定时延时控制外，还可用于调光、调温、调压、调速等多种控制及计量检测。此外，还可以组成脉冲震荡、单稳、双稳和脉冲调制电路，用于交流信号源、电源变换、频率变换、脉冲调制等。它由于工作可靠、使用方便、价格低廉，目前被用于各种电子产品中，LM555集成电路内部有几十个元器件，有分压器、比较器、基本R-S触发器、放电管以及缓冲器等，电路比较复杂，是模拟电路和数字电路的混合体。 2-17 LM555集成电路内部结构图 2-18 芯片引脚图 管脚介绍：LM555集成电路是8脚封装，双列直插型，如图（A）所示，按输入输出的排列可看成如图（B）所示。其中6脚称阈值端（TH），是上比较器的输入；2脚称触发端，是下比较器的输入；3脚是输出端（VO），它有0和1两种状态，由输入端所加电平决定；7脚是放电端（DIS），它是内部放电管的输出，有悬空和接地两种状态，也是由输入端的状态决定；4脚是复位端（MR），加上低电平时可使输出为低电平；5脚是控制电压端（VC），可用它改变上下触发电平值；8脚是电源端，1脚是接地端。2.10.2 芯片CD4052的介绍 CD4052是一个双四选一的多路模拟选择开关如图图2-19 CD4052模拟开关引脚图 其使用真值表如下表所示。表2-5 通道选择真值表输入状态接通通道INBA000“0”X、“0”Y001“1”X、“1”Y010“2”X、“2”Y011“3”X、“3”Y1*均不接通 CD4052是一个双四选一的多路模拟选择开关，有A、B两个二进制控制输入端和INH输入，具有低导通阻抗和很低的截止漏电流。幅值为4.520V的数字信号可控制峰峰值至20V的模拟信号。例如，若VDD=+5V，VSS=0，VEE=-13.5V，则05V的数字信号可控制-13.54.5V的模拟信号，这些开关电路在整个VDD-VSS和VDD-VEE电源范围内具有极低的静态功耗，与控制信号的逻辑状态无关，当INH输入端=“1”时，所有通道截止。二位二进制输入信号选通4对通道中的一通道，可连接该输入至输出。2.10.3 AT89C51单片机 图2-20 AT89C51单片机引脚图 AT89C51是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机带有4K字节的可反复擦写的程序存储器（PENROM）。和128字节的存取数据存储器（RAM），这种器件采用ATMEL公司的高密度、不容易丢失存储技术生产，并且能够与MCS-51系列的单片机兼容。片内含有8位中央处理器和闪烁存储单元，有较强的功能的AT89C51单片机能够被应用到控制领域中。功能特性AT89C51提供以下的功能标准：4K字节闪烁存储器，128字节随机存取数据存储器，32个I/O口，2个16位定时/计数器，1个5向量两级中断结构，1个串行通信口，片内震荡器和时钟电路。另外，AT89C51还可以进行0HZ的静态逻辑操作，并支持两种软件的节电模式。闲散方式停止中央处理器的工作，能够允许随机存取数据存储器、定时/计数器、串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存随机存取数据存储器中的内容，但震荡器停止工作并禁止其它所有部件的工作直到下一个复位。时钟震荡器AT89C51中有一个用于构成内部震荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自然震荡器。 外接石英晶体及电容C1，C2接在放大器的反馈回路中构成并联震荡电路。对外接电容C1，C2虽然没有十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响震荡频率的高低、震荡器工作的稳定性、起振的难易程序及温度稳定性。如果使用石英晶体，我们推荐电容使用30PF10PF，而如果使用陶瓷振荡器建议选择40PF10PF。用户也可以采用外部时钟。采用外部时钟的电路如图示。这种情况下，外部时钟脉冲接到XTAL1端，即内部时钟发生器的输入端，XTAL2则悬空。由于外部时钟信号是通过一个2分频触发器后作为内部时钟信号的，所以对外部时钟信号的占空比没有特殊要求，但最小高电平持续时间和最大的低电平持续时间应符合产品技术条件的要求。 内部振荡电路 外部振荡电路 图2-21 外接晶振图2.10.4 芯片CD4511 CD4511是一个用于驱动共阴极 LED （数码管）显示器的 BCD 码七段码译码器，特点：具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。可直接驱动LED显示器。 CD4511 是一片 CMOS BCD锁存/7 段译码/驱动器，引脚排列如图 2 所示。其中a b c d 为 BCD 码输入，a为最低位。LT为灯测试端，加高电平时，显示器正常显示，加低电平时，显示器一直显示数码“8”，各笔段都被点亮，以检查显示器是否有障。BI为消隐功能端，低电平时使所有笔段均消隐，正常显示时， B1端应加高电平。另外 CD4511有拒绝伪码的特点，当输入数据越过十进制数9(1001)时，显示字形也自行消隐。LE是锁存控制端，高电平时锁存，低电平时传输数据。ag是 7 段输出，可驱动共阴LED数码管。另外，CD4511显示数“6”时，a段消隐；显示数“9”时，d段消隐，所以显示6、9这两个数时，字形不太美观 图3是 CD4511和CD4518配合而成一位计数显示电路，若要多位计数，只需将计数器级联，每级输出接一只 CD4511 和 LED 数码管即可。所谓共阴 LED 数码管是指 7 段 LED 的阴极是连在一起的，在应用中应接地。限流电阻要根据电源电压来选取，电源电压5V时可使用300的限流电阻。CD4511 引 脚 图 图2-22 CD4511引脚图其功能介绍如下： BI：4脚是消隐输入控制端，当BI=0 时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。 LT：3脚是测试输入端，当BI=1，LT=0 时，译码输出全为1，不管输入 DCBA 状态如何，七段均发亮，显示“8”。它主要用来检测数码管是否损坏。 LE：锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出。 LE=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE=0时的数值。 A1、A2、A3、A4、为8421BCD码输入端。 a、b、c、d、e、f、g：为译码输出端，输出为高电平1有效。CD4511的工作真值表如表表2-6 CD4511真值表输入输出LEBILIDCBAabcdefg显示XX0XXXX11111118X01XXXX0000000消隐01100001111110001100010110000101100101101101201100111111001301101000110011401101011011011501101100011111601101111110000701110001111111801110011110011901110100000000消隐01110110000000消隐01111000000000消隐01111010000000消隐01111100000000消隐01111110000000消隐111XXXX锁存锁存 锁存功能 译码器的锁存电路由传输门和反相器组成,传输门的导通或截止由控制端LE的电平状态。 当LE为“0”电平导通，TG2截止；当LE为“1”电平时，TG1截止，TG2导通，此时有锁存作用。41第三章 软件部分的实现第三章 软件部分的实现3.1软件功能分析在进行单片机机控制系统设计时，除了系统硬件设计外，大量的工作就是如何根据每个测量对象的实际需要设计应用程序。因此，软件设计在微机控制系统设计中占重要地位。对于本系统，软件部分的主要功能就是利用单片机的编程实现对RCL测量的计算及显示，因此在本设计中软件设计非常重要。本设计采用汇编与C语言编程结合的方式，采用Keil仿真软件编译执行。该编程方式简易明了、易读写、易调试和修改，同时也具有机器语言执行速度快，占内存空间少，可以节省单片机内存空间。在单片机控制系统中，大体上可分为数据处理、过程控制两个基本类型。数据处理包括：数据的采集、数字滤波、标度变换等。过程控制程序主要是使单片机按一定的方法进行计算，然后再输出，以便控制生产。为了完成上述任务，在进行软件设计时，通常把整个过程分成若干个部分，每一部分叫做一个模块。所谓“模块”，实质上就是所完成一定功能，相对独立的程序段，这种程序设计方法叫模块程序设计法。讲程序模块化设计，通过调用模块子程序，使得整个系统的软件结构简洁明了，便于程序的修改和阅读。模块程序设计法的主要优点是：单个模块比起一个完整的程序易编写及调试；模块可以共存，一个模块可以被多个任务在不同条件下调用；模块程序允许设计者分割任务和利用已有程序，为设计者提供方便。电路元件的程序设计主要是完成测试计算的各个子功能模块的整合与调用，在本次设计系统的软件结构模块分为：主程序模块、电阻测量子程序模块、电容测量子程序模块、电感测量子程序模块、定时器中断服务程序模块等，在本系统的设计中，所采用的晶振是12MHZ,所对应的机器周期是1us,采用按键选择所要测量的电路元件类型，按键程序采用查询扫描方式判别按键；多路选择开关采用软件控制方式；对输入频率的计数采用定时中断和计数相结合的方式。由于汇编语言对计数值计算处理不能进行浮点数操作，因此各计算模块采用C语言独立编程。LED显示有静态显示与动态显示2种显示方式，根据系统的显示要求本设计采用静态显示的方法，采用4位8段LED动态显示电路，只需将处理好的数据送显即可。3.2单片机内部资源的分配 3.2.1 I/O端口的分配表3-1 I/O端口分配表I/O口功能P0、P2口显示单元送出口P1.4P1.6 测量选择端口P3.0P3.2测量指示灯接口P1.0、P1.1 量程选择接口P1.2、P1.3 多路开关选择信号3.2.2单片机内部存储单元分配 表3-2 存储单元分配表RAM地址功能20H.0计数完成标志位20H.1、20H.2 转换量程标志位21H.0 测量值小于测量范围标志位42H、43H 电阻第一档临界值存储单元44H、45H 电容第一档临界值存储单元50H、51H 显示缓存区60H、61H 数值处理缓存区30H 中断用循环计数值3.3主程序的实现主程序框图如下： 初始化测量电感的程序测量电阻的程序是S2键否是S3键否 按键扫描 显示0000 是S1键否 Y N Y N Y N测量电容的程序 图3-1 主程序流程图主程序主要包括对单片机上电初始化，对累加器A及所用标志位清零；初始I/O端口