简易RLC测量仪毕业设计

山东交通学院2011届毕业生毕业论文设计题目简易R、L、C测量仪设计院系别信息科学与电气工程学院专业电气工程及其自动化班级学号姓名指导教师山东交通学院教务处2012年4月I原创声明本人王康宇郑重声明所呈交的论文“简易R、L、C测量仪设计”，是本人在导师饶中洋老师的指导下开展研究工作所取得的成果。除文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明，本人完全意识到本声明的法律后果，尊重知识产权，并愿为此承担一切法律责任。论文作者签字日期2012年4月12日II摘要大学四年，通过对相关专业知识的学习，在不断的失败和挫折中，渐渐成长也渐渐成熟。二十一世纪是一个科学的世纪，是一个高度自动化及各种机械渐渐摆脱人类操控的时代。自动化高度集中是时代的需要，也是人类的需要。简易R、L、C测量仪是为了方便人们对电阻、电容、及电感测量而随着人们的生活节奏的加快应运而生的具有现代工业气息的测量仪器，具有方便，准确，操作简单，体积小，易于携带等优点。它的设计运用了模拟电子，模拟电路，数字电路，及相关的单片机知识加以人为的思想设计而成。设计的原理是把R、L、C转换成频率信号F，转换的原理分别是RC振荡电路和LC电容三点式振荡电路。单片机计数得出被测频率，由该频率计算出各个参数值，数据处理后，送显示。在设计中为了节约单片机的口线,选有了单端8通道双向多路开关CD4051。通过控制CD4051控制端选择8路输入中的一路输出,输入到单片机的计数端。在量程的多档位设计中没有使用模拟可控,而是使用了双刀双置开关,虽然在测量时候不能自动换量程,带来不便。但它却不用考虑由模拟可控开关带来的几十欧电阻对测量结果的影响。为使单片机能正确的调用计算标准电阻电容,设计了由741构成的比较电路,再将比较结果供单片机查询。关键词RC振荡电路,LC电容三点式,显示电路,恒流源,单片机,555多谢振荡电路IIIABSTRACTUNIVERSITYFORFOURYEARS,THROUGHTHERELEVANTPROFESSIONALKNOWLEDGEANDLEARNING,INTHECONTINUINGFAILUREANDSETBACKS,BEGANTOGROWGRADUALLYMATURETHE21STCENTURYISACENTURYOFSCIENCE,ISAHIGHLYAUTOMATEDANDMACHINERYGRADUALLYGETRIDOFTHEERAOFHUMANMANIPULATIONHIGHLYCENTRALIZEDAUTOMATIONNEEDSOFTHETIMES,BUTALSOTHEHUMANNEEDSSIMPLER,L,CMEASURINGINSTRUMENTISTOFACILITATEPEOPLESRESISTANCE,CAPACITANCE,ANDINDUCTANCEMEASUREMENTSWITHTHEACCELERATEDPACEOFLIFECAMEINTOBEINGWITHTHEBREATHOFMODERNINDUSTRIALMEASURINGINSTRUMENTS,WITHACONVENIENT,ACCURATE,SIMPLEOPERATION,VOLUMESMALL,EASYTOCARRYANDSOONITISDESIGNEDTOUSETHEANALOGELECTRONICS,ANALOGCIRCUITS,DIGITALCIRCUITS,ANDMICROCONTROLLERRELATEDKNOWLEDGEANDIDEASDESIGNEDTOBEHUMANDESIGNPRINCIPLEISTHER,L,CINTOAFREQUENCYSIGNALF,THEPRINCIPLEOFCONVERSIONWERERCANDLCOSCILLATORCIRCUITCAPACITORTHREEPOINTOSCILLATORCIRCUITTHEMEASUREDFREQUENCYOFTHEMICROCONTROLLERCOUNTSOBTAINEDFROMTHEFREQUENCYTOCALCULATETHEVARIOUSPARAMETERS,DATAPROCESSING,ANDSENDINGDISPLAYINORDERTOSAVETHEDESIGNOFTHEMICROCONTROLLERPORTLINES,ICHOSETHESINGLEENDED8CHANNELBIDIRECTIONALMULTIPLEXERCD4051CD4051CONTROLBYCONTROLLINGTHEINPUTTERMINALSELECTIONINTHEWAY8WAYOUTPUT,INPUTTOTHECHIPCOUNTSIDEINTHERANGEOFMULTIGEARDESIGNDOESNOTUSEANALOGCONTROL,BUTTHEUSEOFADOUBLEPOLEDOUBLEPOSITIONSWITCH,ALTHOUGHNOTAUTOMATICALLYCHANGEWHENTHEMEASUREMENTRANGE,THEINCONVENIENCE,BUTITDOESNOTCONSIDERTHESWITCHFROMANALOGCONTROLTOBRINGDOZENSOFEUROPEANRESISTANCETOTHEMEASUREMENTRESULTSTOENABLETHEMICROCONTROLLERTOCALCULATETHECORRECTSTANDARDCALLEDRESISTORSANDCAPACITORS,DESIGNEDBYTHECOMPOSITIONOFTHECOMPARISONCIRCUIT741,ANDTHENCOMPARETHERESULTSFORTHEMICROCONTROLLERQUERIESKEYWORDSRCOSCILLATORCIRCUIT,LCCAPACITORTHREESHOWCIRCUIT，CONSTANTCURRENTSOURCECIRCUIT,MCU,555RESONANCESWINGSCIRCUITIV目录前言11系统设计211设计要求2111设计任务2112技术要求212方案比较213方案论证4131总体思路42主要电路设计与说明521555芯片简介5211芯片的顶视图及各引脚的功能及555芯片工作原理522测XR的RC振荡电路6221用555时基电路构成多谐振荡器6222测量电阻的电路模块923测XC的RC振荡电路1124测XL的电容三点式振荡电路1225单片机控制系统的硬件电路设计13251单片机结构介绍13252AT89S52单片机的特点14253总线结构22254单片机最小系统的设计22255显示电路的设计23256键盘电路27257CD4051单端双向多路开关电路设计273软件设计29结论40致谢41参考文献42附录A43附录B43附录C44山东交通学院毕业设计（论文）1前言为深入地检测在学习过程中所学知识的连贯性以及掌握知识的灵活程度，进一步加深对所学知识的了解及进入社会后更好地为社会做贡献，根据学校及其现当代对大学生能力的要求，严格要求自己，做出了本设计。本论文以设计“简易RLC测量仪”为主体，从实现的方法、作用及其在现实生活中的应用。以电路为主体阐述了各电路在设计过程中的作用，以及怎么样把所有有关电路连接起来实现了对RLC的测量。在认真地学习和研究中不断地总结失败及其对实现实物做出重要的考究和探讨。另外在论文开头善于运用当前人们最熟悉的队店主、电容、电感的测量方法和本文中所用的测量方法做出了相应对比，发现本文中所用方法更易于实现对电阻、电容、及其电感的自动显示和测量。在一般情况下只要应用者有相应的关于电的有关知识就可以运用此仪器对相应的对象进行测量，从而为该仪器的普及应用增加了很多筹码。本论文注重于测量过程中电路实现测量的过程，仔细讲述了电容、电阻、电感的测量电路，并分析了测量过程中所产生的误差及误差的补偿方法。本着精于求精，尽量减小测量误差，方便及在现实生活中实现应用的原则，更新了以往影响测量结果和增加了实物实现的原件。本论文三章，主要内容有系统设计、主要电路设计与说明、软件设计，总体思想，及其实现目的的相应电路和原理。本论文在在同学们的讨论声中一步步成长，在饶老师的帮助和辅导下一步步走向成熟，在编写过程中采用了许多教辅书籍，这些在论文最后将会有所编排。最后希望我的努力能得到大家的肯定，在论文中出现的错误，请诸位学者批评指正。王康宇简易RLC测量仪设计21系统设计11设计要求111设计任务设计并制作一台数字显示的电阻、电容和电感参数测试仪，示意框图如下图1111参数测试仪FIG1111PARAMETERTESTINSTRUMENT112技术要求基本要求1测量范围电阻1001M；电容100PF10000PF；电感100H10MH；2测量精度53制作4位数码管显示器，显示测量数值，并用发光二极管分别指示所测元件的类别和单位。发挥部分1扩大测量范围；2提高测量精度；3测量量程自动转换；12方案比较目前，测量电子元件集中参数R、L、C的仪表种类较多，方法也各不相同，这些方法都有其优缺点。电阻R的测试方法最多。最基本的就是根据R的定义式来测量。在如图121中，分别用电流表和电压表测出通过电阻的电流和通过电阻的电压，根据公式求得电阻。这种方法要测出两个模拟量，不易实现自动化。而指针式万用表欧姆档是把被测电阻与电流一一对应，由此就可以读出被测电阻的阻值，如图121所示。这种测量方法的精度山东交通学院毕业设计（论文）3变化大，若需要较高的精度，必须要较多的量程，电路复杂。图121电阻测量电路图FIG121RESISTANCEMEASURINGCIRCUITDIAGRAM能同时测量电器元件R、L、C的最典型的方法是电桥法如图121。电阻R可用直流电桥测量，电感L、电容C可用交流电桥测量。电桥的平衡条件为1212NXJJNXZZEZZE11通过调节阻抗1Z、2Z使电桥平衡，这时电表读数为零。根据平衡条件以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，参数的值还可以通过联立方程求解，调节电阻值一般只能手动，电桥的平衡判别亦难用简单电路实现。这样，电桥法不易实现自动测量。Q表是用谐振法来测量L、C值如图122。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，这种测量方法要求频率连续可调，直至谐振。因此它对振荡器的要求较高，另外，和电桥法一样，调节和平衡判别很难实现智能化。图122电容测量电路图FIG122CAPACITANCEMEASURINGCIRCUIT用阻抗法测R、L、C有两种实现方法用恒流源供电，然后测元件电压；用恒压源供电，然后测元件电流。由于很难实现理想的恒流源和恒压源，所以它们适用的测量范围很窄。很多仪表都是把较难测量的物理量转变成精度较高且较容易测量的物理量。基于此思想，我们把电子元件的集中参数R、L、C转换成频率信号F,然后用单片机计数后在运算求出R、L、C的值，并送显示，转换的原理分别是RC振荡和LC三点式振荡。其实，这种转换就是把模拟量进拟地转化为数字量，频率F是单片机很容易处理的数字量，这种数字化处理一方面便于使仪表实现智能化，另一方面也避免了由指针读数引起的误王康宇简易RLC测量仪设计4差。13方案论证131总体思路本设计中把R、L、C转换成频率信号F，转换的原理分别是RC振荡电路和LC电容三点式振荡电路，单片机根据所选通道，向模拟开关送两路地址信号，取得振荡频率，作为单片机的时钟源，通过计数则可以计算出被测频率，再通过该频率计算出各个参数。然后根据所测频率判断是否转换量程，或者是把数据处理后，把R、L、C的值送数码管显示相应的参数值，利用编程实现量程自动转换。设计方案该设计方案的总体方框图如图1311所示。量程转换RC振荡RC振荡量程转换量程转换单片机89S52模拟开关电容三点式振荡被测电阻被测电容被测电感三路通选择开关数字显示ADDRFF0F0F0图1311设计的总体方框图FIG1311THEDESIGNOFTHEOVERALLBLOCKDIAGRAM山东交通学院毕业设计（论文）52主要电路设计与说明21555芯片简介方案选择中，利用555时基电路构成多谐振荡器来测量电阻R、电容C，为了测量两个物理量需要两块555时基电路。211芯片的顶视图及各引脚的功能及555芯片工作原理555时基电路，它的顶视图如下图211所示，双列直插8脚封装1。图2111555时基电路顶视图FIG2111555TIMEBASECIRCUITTOPVIEW顶视图各引脚的功能分别为1脚GND；2脚置位触发；3脚输出4脚复位；5脚控制；6脚阈值；7脚放电；8脚电源VCC。555集成定时器是一种模拟和数字电路相混合的集成电路。它结构简单，使用灵活，用途十分广泛，可以组成多种波形发生器、多谐振荡器、定时延时电路、双稳触发电路、报警电路、检测电路、频率变换电路等。王康宇简易RLC测量仪设计6555定时器的电路原理图及管脚排列图分别如图2121所示图2112555定时器的原理电路FIG2112555TIMERCIRCUITPRINCIPLE555含有两个比较器A1、A2。A1参考电压为2/3UCC，A2参考电压为1/3UCC。当UTL1/3UCC时，A2输出为1；当UTL2/3UCC,A2输出为0，则使RS触发器置1。当UTH2/3UCC时，A1输出为0，使RS触发器置0。5端为电压控制端，通过外接一个参考电源，可以改变上、下触发电位值，不用时，可通一个001F旁路电容接地。4端为触发器复位端，不用时应接高电平。总之，555相当于一个可用模拟电压来控制翻转的RS触发器。555电路有无稳态、单稳态和双稳态三种基本工作方式。用这三种方式中的一种或多种组合起来可以组成各种实用电子电路用得最多的是前两种方式。22测XR的RC振荡电路221用555时基电路构成多谐振荡器在电路中采用RC振荡电路来测量电阻R、电容C的值，用555时基电路构成RC振荡器。如图2211A所示，将555与三个阻、容元件如图连接，便构成稳态多谐振荡山东交通学院毕业设计（论文）7模式。图2211（A）电路图FIG2211ACIRCUITDIAGRAMS图2211（B）波形图FIG2211BWAVEFORMGRAPH当加上CCV电压时，由于C上端电压不能突变，故555处于置位状态，输出呈高电平“1”，而内部的放电COMS管截止，C通过AR和BR对其充电，2/6脚电位随C上端电压的升高呈指数上升，波形如图2211B所示。当C上的电压随时间增加，达到2/3VCC阈值电平7脚时，上比较器A1翻转，使RS触发器置位，经缓冲级倒相，输出OV呈低电平“0”。此时，放电管饱和导通，C上的电荷经BR至放电管放电。当C放电使其电压降至1/3VCC触发电平2/6脚时，下比较器A2翻转，使RS触发器复位，经缓冲级倒相，输出OV呈高电平“1”。以上过程重复出现，形成无稳态多谐振荡。王康宇简易RLC测量仪设计8由上面对多谐振荡过程的分析不难看出，输出脉冲的持续时间1T就是C上的电压从1/3VCC充电到2/3VCC所需的时间，故C两端电压的变化规律为/11/3ABABTRRCTRRCCCCCCUTVEVE21设1ABRRC22则上式简化为1/12/3TCCCUTVE23从上式中求得111LN1/206932T24一般简写为106932ABTRRC25电路间歇期2T就是C两端电压从2/3VCC充电到1/3VCC所需的时间，即/2/3BTRCCCCUTVE26从上式中求得2T，并设2BRC，则222LN1/20693T27一般简写为20693BTRC28那么电路的振荡周期T为1212069306932ABTTTRRC29振荡频率1/FT，即1443/2ABFRRCHZ210输出振荡波形的占空比为1/2ABABDTTRRRR211从上面的公式推导，可以得出1振荡周期与电源电压无关，而取决于充电和放电的总时间常数，即仅C、AR、BR的值有关。2振荡波的占空比与C的大小无关，而仅山东交通学院毕业设计（论文）9与AR、BR的大小比值有关。222测量电阻的电路模块图2221是一个由555时基电路构成的多谐振荡电路,由该电路可以测出量程在1001M的电阻。该电路的振荡周期为图2221测量电阻的电路FIG2221MEASUREMENTOFTHEELECTRICALRESISTANCECIRCUIT122222XXXTTTINRRCINRCINRRC212）其中1T为输出高电平的时间，2T为输出低电平的时间。则122XRRINCF213）为了使振荡频率保持在10K100KHZ这一段单片机计数的高精度范围内，需选择TRIG2Q3R4CVOLT5THR6DIS7VCC8GND1U4556U5200U1401FU722FVCCRXRES2CRS2SWDPDTU620KU81000PF3261574S4741R1647KR1747K12E1E1P13王康宇简易RLC测量仪设计10合适的C和R的值。第一个量程选择R200C022F，第二个量程选择。这样，第一个量程中，RX100时6122144302210200200164XFINCRRKHZ第二个量程中，RX1M时93612214431102010210714XFINCRRKHZ因为RC振荡的稳定度可达310，单片机测频率最多误差一个脉冲，所以用单片机测频率引起的误差在百分之一以下。在电路中选用双刀双置开关来转换量程,这样就比使用4066电路更简单。也无须考虑由于4066的几十欧的阻抗对测量精度的影响。不过比它没有使用4066那样方便。4066可以通过单片机的软件自动切换量程。而使用双刀双置开关来转换量程,它同过单片机的过量程指示,来提示当前的测量频率不在测量的范围之内,再同过手动切换。由于转换量程是手动的,单片机并不知道量程的转换,计算结果必然有错,所以为解决这问题,设计了有一个运算放大器741它的同向输入端接在一档前端,接通是这一点的电压VCC,另一端接在556芯片的THR脚。这一脚的电压在1/3VCC2/3VCC的电压，当接通时运放有一个高电压输出，为了与单片机的电压匹配,接了两个电阻分压。山东交通学院毕业设计（论文）1123测XC的RC振荡电路测量电容的振荡电路与测量电阻的振荡电路完全一样。其电路图如图231所示图231测量电容的电路FIG231CAPACITANCEMEASURINGCIRCUIT若R10R11或者R12R13,则13LN2XFRC214）两个量程的取值分别为第一量程R10R11510；第一量程R12R1310K；其分析过程如测量电阻的方法一样,这里就不在赘述了。R1210KVCCCXCAPU1301FU3510TRIG2Q3R4CVOLT5THR6DIS7VCC8GND1U1556CCR1310KR11510S1SWDPDTLOLOLO1LO1E03261574S374112E0R1447KR1547KP27R10王康宇简易RLC测量仪设计1224测XL的电容三点式振荡电路电感的测量是采用电容三点式振荡电路来实现的,如图241所示,三点式电路是指LC回路中与发射极相连的两个电抗元件必须是同性质的,另外一个电抗元件必须为异性质的，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。在这个电容三点式振荡电路中，C4、C5分别采用1000PF、2200PF的独石电容，其电容值远大于晶体管极间电容，可以把极间电容忽略2。图241测量电感的电路FIG241MEASUREMENTOFINDUCTANCECIRCUIT振荡公式12FLC215其中4545CCCCC216则电感的感抗为山东交通学院毕业设计（论文）132214LFC217在测量电感的时候，发现电感起振频率非常的高，大致到达3MHZ左右，而单片机的最大计数频率大约为500KHZ，在频率方面达不到测量电感频率，于是我们把测电感的电容三点式电路得出的频率经过由两片74LS160组成八位计数器作为分频电路对该频率进行分频，有83000000211719，满足单片机计数要求。25单片机控制系统的硬件电路设计251单片机结构介绍单片机通常是指芯片本身,在它上面集成是一些作为基本组成部分的运算器电路、控制器电路、存储器、中断系统、定时器/计数器以及输入/输出口电路等。但一个单片机芯片并不能把计算机的全部电路都集成到其中，如组成谐振电路和复位电路的石英晶体、电阻、电容等，这些元件在单片机系统中只能以散件的形式出现。此外，在实际的控制应用中，常常需要扩展外围电路和外围芯片。从中可以看到单片机和单片机系统的差别3。AT89S52结构框图如图2511所示）图2511AT89S52结构框图FIG251AT89S52STRUCTUREDIAGRAMCPU时钟电路ROMRAM定时/计数器复位电路并行接口串行接口中断系统T0T1T2P0P1P2P3RXDTXD/INT/INT图251AT89S52结构方框图王康宇简易RLC测量仪设计14252AT89S52单片机的特点主要性能1与MCS51单片机产品兼容；28K字节在系统可编程FLASH存储器；31000次擦写周期；4全静态操作0HZ33HZ；5三级加密程序存储器；732个可编程I/O口线；8三个16位定时器/计数器；9八个中断源；10全双工UART串行通道；11低功耗空闲和掉电模式；12掉电后中断可唤醒；13看门狗定时器；14双数据指针；15掉电标识符；1功能特征描述AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程FLASH存储器。使用ATMEL公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上FLASH允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程FLASH，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能8K字节FLASH，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52可降至0HZ静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。引脚功能VCC电源；GND接地；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。山东交通学院毕业设计（论文）15P1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，P10和P12分别作定时器/计数器2的外部计数输入P10/T2和定时器/计数器2的触发输入P11/T2EX，具体如下表所示。在FLASH编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。详见表2521表2521P3口线的第二功能TAB2521P10LINESECONDFUNCTION引脚号第二功能P10T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出P11T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）P15MOSI（在系统编程用）P16MISO（在系统编程用）P17SCK（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MOVXDPTR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MOVXRI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。王康宇简易RLC测量仪设计16详见表2522表2522P3口线的第二功能TAB2522P3LINESECONDFUNCTION引脚号第二功能P30RXD（串行输入）P31TXD（串行输出）P32INT0外部中断0P33INT1外部中断1P34T0（定时器0外部输入）P35T1定时器1外部输入）P36WR外部数据存储器写选通P37RD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。ALE/PROG地址锁存控制信号ALE是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。在FLASH编程时，此引脚PROG也用作编程输入脉冲。在一般情况下，ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。如果需要，通过将地址为8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作将无效。这一位置“1”，ALE仅在执行MOVX或MOVC指令时有效。否则，ALE将被微弱拉高。这个ALE使能标志位地址为8EH的SFR的第0位的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。PSEN外部程序存储器选通信号PSEN是外部程序存储器选通信号。当AT89S52从外部程序存储器执行外部代码时,PSEN在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时,PSEN将不被激活。EA/VPP访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H到FFFFH的外部程序存储山东交通学院毕业设计（论文）17器读取指令,EA必须接GND。为了执行内部程序指令,EA应该接VCC。在FLASH编程期间,EA也接收12伏VPP电压。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。2存储器结构MCS51器件有单独的程序存储器和数据存储器。外部程序存储器和数据存储器都可以64K寻址。程序存储器如果EA引脚接地，程序读取只从外部存储器开始。对于89S52，如果EA接VCC，程序读写先从内部存储器地址为0000H1FFFH开始，接着从外部寻址，寻址地址为2000HFFFFH。数据存储器AT89S52有256字节片内数据存储器。高128字节与特殊功能寄存器重叠。也就是说高128字节与特殊功能寄存器有相同的地址，而物理上是分开的。当一条指令访问高于7FH的地址时，寻址方式决定CPU访问高128字节RAM还是特殊功能寄存器空间。直接寻址方式访问特殊功能寄存器SFR。例如，下面的直接寻址指令访问0A0HP2口存储单元MOV0A0H,DATA使用间接寻址方式访问高128字节RAM。例如，下面的间接寻址方式中，R0内容为0A0H，访问的是地址0A0H的寄存器，而不是P2口它的地址也是0A0H。MOVR0,DATA堆栈操作也是简介寻址方式。因此，高128字节数据RAM也可用于堆栈空间。3看门狗定时器WDT是一种需要软件控制的复位方式。WDT由13位计数器和特殊功能寄存器中的看门狗定时器复位存储器WDTRST构成。WDT在默认情况下无法工作；为了激活WDT，户用必须往WDTRST寄存器地址0A6H中依次写入01EH和0E1H。当WDT激活后，晶振工作，WDT在每个机器周期都会增加。WDT计时周期依赖于外部时钟频率。除了复位硬件复位或WDT溢出复位，没有办法停止WDT工作。当WDT溢出，它将驱动RSR引脚一个高个电平输出。WDT的使用为了激活WDT，用户必须向WDTRST寄存器地址为0A6H的SFR依次写入0E1H和0E1H。当WDT激活后，用户必须向WDTRST写入01EH和0E1H喂狗来避免WDT溢出。当计数达到81911FFFH时，13位计数器将会溢出，这将会复位器件。晶振正常工作、WDT激活后，每一个机器周期WDT都会增加。为了复位WDT，用户必须向WDTRST写入01EH和0E1HWDTRST是只读寄存器。WDT计数器不能读或写。当WDT计数器溢出王康宇简易RLC测量仪设计18时，将给RST引脚产生一个复位脉冲输出，这个复位脉冲持续96个晶振周期TOSC，其中TOSC1/FOSC。为了很好地使用WDT，应该在一定时间内周期性写入那部分代码，以避免WDT复位。掉电和空闲方式下的WDT在掉电模式下，晶振停止工作，这意味这WDT也停止了工作。在这种方式下，用户不必喂狗。有两种方式可以离开掉电模式硬件复位或通过一个激活的外部中断。通过硬件复位退出掉电模式后，用户就应该给WDT喂狗，就如同通常AT89S52复位一样。通过中断退出掉电模式的情形有很大的不同。中断应持续拉低很长一段时间，使得晶振稳定。当中断拉高后，执行中断服务程序。为了防止WDT在中断保持低电平的时候复位器件，WDT直到中断拉低后才开始工作。这就意味着WDT应该在中断服务程序中复位。为了确保在离开掉电模式最初的几个状态WDT不被溢出，最好在进入掉电模式前就复WDT。在进入待机模式前，特殊寄存器AUXR的WDIDLE位用来决定WDT是否继续计数。默认状态下，在待机模式下，WDIDLE0，WDT继续计数。为了防止WDT在待机模式下复位AT89S52，用户应该建立一个定时器，定时离开待机模式，喂狗，再重新进入待机模式4。4UART在AT89S52中，UART的操作与AT89C51和AT89C52一样。为了获得更深入的关于UART的信息，可参考ATMEL网站（HTTP/WWWATMELCOM）。从这个主页，选择“PRODUCTS”，然后选择“8051ARCHITECHFLASHMICROCONTROLLER”，再选择“PRODUCTOVERVIEW”即可。5定时器0和定时器1在AT89S52中，定时器0和定时器1的操作与AT89C51和AT89C52一样。为了获得更深入的关于UART的信息，可参考ATMEL网站HTTP/WWWATMELCOM。从这个主页，选择“PRODUCTS”，然后选择“8051ARCHITECHFLASHMICROCONTROLLER”，再选择“PRODUCTOVERVIEW”即可。6定时器2定时器2是一个16位定时/计数器，它既可以做定时器，又可以做事件计数器。其工作方式由特殊寄存器T2CON中的C/T2位选择如表221所示。定时器2有三种工作模式捕捉方式、自动重载向下或向上计数和波特率发生器。如表221所示，工作模式由T2CON中的相关位选择。定时器2有2个8位寄存器TH2和TL2。在定时工作方式中，每个机器周期，TL2寄存器都会加1。由于一个机器周期由12个晶振周期构成，因此，计数频率就是晶振频率的1/12。山东交通学院毕业设计（论文）19详见表2523表2523定时器2工作模式TAB2523TIMER2WORKINGMODERCLKTCLKCP/2RLTR2MODE00116位自动重载01116位捕捉1X1波特率发生器XX0（不用）在计数工作方式下，寄存器在相关外部输入角T2发生1至0的下降沿时增加1。在这种方式下，每个机器周期的S5P2期间采样外部输入。一个机器周期采样到高电平，而下一个周期采样到低电平，计数器将加1。在检测到跳变的这个周期的S3P1期间，新的计数值出现在寄存器中。因为识别10的跳变需要2个机器周期24个晶振周期，所以，最大的计数频率不高于晶振频率的1/24。为了确保给定的电平在改变前采样到一次，电平应该至少在一个完整的机器周期内保持不变5。捕捉方式在捕捉模式下，通过T2CON中的EXEN2来选择两种方式。如果EXEN20，定时器2时一个16位定时/计数器，溢出时，对T2CON的TF2标志置位，TF2引起中断。如果EXEN21，定时器2做相同的操作。除上述功能外，外部输入T2EX引脚P111至0的下跳变也会使得TH2和TL2中的值分别捕捉到RCAP2H和RCAP2L中。除此之外，T2EX的跳变会引起T2CON中的EXF2置位。像TF2一样，T2EX也会引起中断。自动重载当定时器2工作于16位自动重载模式，可对其编程实现向上计数或向下计数。这一功能可以通过特殊寄存器T2MOD见表221中的DCEN向下计数允许位来实现。通过复位，DCEN被置为0，因此，定时器2默认为向上计数。DCEN设置后，定时器2就可以取决于T2EX向上、向下计数。DCEN0时，定时器2自动计数。通过T2CON中的EXEN2位可以选择两种方式。如果EXEN20，定时器2计数，计到0FFFFH后置位TF2溢出标志。计数溢出也使得定时器寄存器重新从RCAP2H和RCAP2L中加载16位值。定时器工作于捕捉模式，RCAP2H和RCAP2L的值可以由软件预设。如果EXEN21，计数溢出或在外部T2EXP11引脚上的1到0的下跳变都会触发16位重载。这个跳变也置位EXF2中断标志位。置位DCEN，允许定时器2向上或向下计数。在这种模式下，T2EX引脚控制着计数的方向。T2EX上的一个逻辑1使得定时器2向上计数。定时器计到0FFFFH溢出，并置位TF2。定时器的溢出也使得RCAP2H和RCAP2L中的16位值分别加载到定时器存储器TH2和TL2中。T2EX上的一个逻辑0使得定时器2向下计数。当TH2和TL2分别等于RCAP2H和RCAP2L中的值的时候，计数器下溢。计数器下溢，置位TF2，并将0FFFFH王康宇简易RLC测量仪设计20加载到定时器存储器中。定时器2上溢或下溢，外部中断标志位EXF2被锁死。在这种工作模式下，EXF2不能触发中断。7波特率发生器通过设置T2CON中的TCLK或RCLK可选择定时器2作为波特率发生器。如果定时器2作为发送或接收波特率发生器，定时器1可用作它用，发送和接收的波特率可以不同。设置RCLK和或TCLK可以使定时器2工作于波特率产生模式。波特率产生工作模式与自动重载模式相似，因此，TH2的翻转使得定时器2寄存器重载被软件预置16位值的RCAP2H和RCAP2L中的值。模式1和模式3的波特率由定时器2溢出速率决定，具体如下公式21316定时器溢出率模式和模式波特率定时器可设置成定时器，也可为计数器。在多数应用情况下，一般配置成定时方式CP/T20。定时器2用于定时器操作与波特率发生器有所不同，它在每一机器周期1/12晶振周期都会增加；然而，作为波特率发生器，它在每一机器状态1/2晶振周期都会增加。波特率计算公式如下133265536晶振频率模式和模式波特率（RCAP2H,RCAP2L）其中,RCAP2H,RCAP2L是RCAP2H和RCAP2L组成的16位无符号整数。特别强调，TH2的翻转并不置位TF2，也不产生中断,EXEN2置位后，T2EX引脚上10的下跳变不会使RCAP2H，RCAP2L重载到TH2，TL2中。因此，定时器2作为波特率发生器，T2EX也还可以作为一个额外的外部中断。定时器2处于波特率产生模式，TR21，定时器2正常工作。TH2或TL2不应该读写。在这种模式下，定时器在每一状态都会增加，读或写就不会准确。寄存器RCAP2可以读，但不能写，因为写可能和重载交迭，造成写和重载错误。在读写定时器2或RCAP2寄存器时，应该关闭定时器TR2清0。8可编程时钟输出可以通过编程在P10引脚输出一个占空比为50的时钟信号。这个引脚除了常规的I/O角外，还有两种可选择功能。它可以通过编程作为定时器/计数器2的外部时钟输入或占空比为50的时钟输出。当工作频率为16MHZ时，时钟输出频率范围为61HZ到4HZ。为了把定时器2配置成时钟发生器，位C/T2T2CON1必须清0，位T2OET2MOD1必须置1。位TR2T2CON2启动、停止定时器。时钟输出频率取决于晶振频率和定时器2捕捉寄存器RCAP2H，RCAP2L的重载值，如公式所示465536晶振频率时钟输出频率（RCAP2H,RCAP2L）山东交通学院毕业设计（论文）21在时钟输出模式下，定时器2不会产生中断，这和定时器2用作波特率发生器一样。定时器2也可以同时用作波特率发生器和时钟产生。不过，波特率和输出时钟频率相互并不独立，它们都依赖于RCAP2H和RCAP2L。9中断AT89S52有6个中断源两个外部中断INT0和INT1，三个定时中断定时器0、1、2和一个串行中断。每个中断源都可以通过置位或清除特殊寄存器IE中的相关中断允许控制位分别使得中断源有效或无效。IE还包括一个中断允许总控制位EA，它能一次禁止所有中断。IE6位是不可用的。对于AT89S52，IE5位也是不能用的。用户软件不应给这些位写1。它们为AT89系列新产品预留。定时器2可以被寄存器T2CON中的TF2和EXF2的或逻辑触发。程序进入中断服务后，这些标志位都可以由硬件清0。实际上，中断服务程序必须判定是否是TF2或EXF2激活中断，标志位也必须由软件清0。定时器0和定时器1标志位TF0和TF1在计数溢出的那个周期的S5P2被置位。它们的值一直到下一个周期被电路捕捉下来。然而，定时器2的标志位TF2在计数溢出的那个周期的S2P2被置位，在同一个周期被电路捕捉下来。10晶振特性AT89S52单片机有一个用于构成内部振荡器的反相放大器，XTAL1和XTAL2分别是放大器的输入、输出端。石英晶体和陶瓷谐振器都可以用来一起构成自激振荡器。从外部时钟源驱动器件的话，XTAL2可以不接，而从XTAL1接入。由于外部时钟信号经过二分频触发后作为外部时钟电路输入的，所以对外部时钟信号的占空比没有其它要求，最长低电平持续时间和最少高电平持续时间等还是要符合要求的。11空闲模式在空闲工作模式下，CPU处于睡眠状态，而所有片上外部设备保持激活状态。这种状态可以通过软件产生。在这种状态下，片上RAM和特殊功能寄存器的内容保持不变。空闲模式可以被任一个中断或硬件复位终止。由硬件复位终止空闲模式只需两个机器周期有效复位信号，在这种情况下，片上硬件禁止访问内部RAM，而可以访问端口引脚。空闲模式被硬件复位终止后，为了防止预想不到的写端口，激活空闲模式的那一条指令的下一条指令不应该是写端口或外部存储器。12掉电模式在掉电模式下，晶振停止工作，激活掉电模式的指令是最后一条执行指令。片上RAM和特殊功能寄存器保持原值，直到掉电模式终止。掉电模式可以通过硬件复位和外部中断退出。复位重新定义了SFR的值，但不改变片上RAM的值。在VCC未恢复到正常工作电压时，硬件复位不能无效，并且应保持足够长的时间以使晶振重新工作和初始化6。王康宇简易RLC测量仪设计22AT89S52单片机为40引脚芯片如图2521所示图2521AT89S52单片机为40引脚芯片FIG2521AT89S52MICROCONTROLLERCHIP40PIN253总线结构AT89S52的管脚除了电源、复位、时钟接入、用户I/O口部分P3外，其余管脚都是为实现系统扩展而设置的。这些管脚构成了三总线形式，即1地址总线AB地址总线宽度为16位，因此，其外部存储器直接地址外围为64K字节。16位地址总线由P0经地址锁存器提供低8位地址A0A7；P2口直接提供高8位地址A8A15。2数据总线DB数据总线宽度为8位，由P0口提供。3控制总线CB由部分P3口的第二功能状态和4根独立控制线RESET、/EA、ALE、/PSEN组成7。254单片机最小系统的设计单片机它本身只是一个芯片，要自动工作，还必须加上外围电路。这就是复位电路和震荡电路。这两个电路是固定的其组成见原理图。本次电子钟单片机设计板的复位电路，当RESET信号为低电平时，设计板为工作状态，当RESET信号为高电平时，设计板为复位或下载程序状态。由于AT89S52具有ISP下载功能，即，可以通过可以通过并行口线将程序下载到单片机内，因此，在AT89S52具有两种状态，下载程序状态和运行状态，在ISP的典型电路中，并口的第16脚和AT89S51的RESET相连，当下载程序线插入到设计板的下载口下载程序时，RESET型号被拉高，系统进入下载程序的状态，待下载完毕后，RESET重新拉低，变为运行状山东交通学院毕业设计（论文）23态。这里，可以通过切换电源进行手动复位，或者通过重新下载新的程序进行复位8。图2541振荡电路FIG2542THEKEYTORETURN图2542按键复位FIG2542OSCILLATIONCIRCUIT要知道单片机的最小系统是否正常工作。只要在单片机的管脚30脚，有一个是晶震频率的一半的方波。就说明了单片机是处于正常工作的。255显示电路的设计电子钟的硬件电路主要分两部分其一是上面介绍的单片机最小系统；二是显示电路。显示电路的设计，先要确定显示的方式1基于单片机并行口的电子钟的设计；2基于单片机串行口的电子钟的设计；将AT89S52的串行口扩展成并行口,外接由六个LED数码管LED5LED0构成的显示器。3基于INTEL8279的电子钟的设计；利用INTEL8279芯片为AT89S52扩展并行口,通过INTEL8279外接由六个LED数码管LED5LED0构成的显示器。4基于INTEL8155的电子钟的设计；利用INTEL8155芯片为AT89S52扩展并行口,通过INTEL8155外接由六个LED数码Y112000MHZC130PFC230PFX1X2C322FR21KR1200S0SWPBVCCRST王康宇简易RLC测量仪设计24管LED5LED0构成的显示器。5基于INTEL8255的电子钟的设计；利用INTEL8255芯片为AT89S52扩展并行口,通过INTEL8255外接由六个LED数码管LED5LED0构成的显示器。6静态显示；前面介绍的方法都能实现电子钟显示，从制作的成本上和硬件的PCB的布线来考虑，则选择方式一较好。但是它的程序却是很复杂，且显示效果也不怎么好。除方式一以外的6种方式都是具有显示效果好，程序简单。但是价格高硬件设计复杂，做好后，调试也复杂9。所以我们组选择方式一,在做硬件