学士基于单片机的电阻、电容、电感测试仪

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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。1.3本设计所做的工作本设计是以555为核心的振荡电路，将被测参数模拟转化为频率，并利用单片机实现计算频率，所以，本次设计需要做好以下工作：(1)学习单片机原理等资料。(2)学习PROTEL99E,KEL3.0等工具软件的使用方法。(3)设计测量电阻，电容，电感的振荡电路。(4)设计测量LED动态显示电路。(5)设计测量频率程序，设置程序。(6)用PROTEL软件绘制电原理图和印刷电路版图。(7)安装和调试，并进行实际测试，记录测试数据和结果。(8)撰写毕业论文。(9)完成英文翻译。1.4本论文的结构安排本论文的结构安排为：第1章前言，第2章电阻、电容、电感测试仪的系统设计，第3章电阻、电容、电感测试仪的系统硬件设计，第4章电阻、电容、电感测试仪的软件设计，第5章PCB板的设计与系统的调试，第六章结论与展望。2电阻、电容、电感测试仪的系统设计2.1电阻、电容、电感测试仪设计方案比较电阻、电容、电感测试仪的设计可用多种方案完成，例如利用模拟电路，电阻可用比例运算器法和积分运算器法，电容可用恒流法和比较法，电感可用时间常数发和同步分离法等、使用可编程逻辑控制器(PLC)、振荡电路与单片机结合或CPLD与EDA相结合等等来实现。在设计前对各种方案进行了比较：1)利用纯模拟电路虽然避免了编程的麻烦，但电路复杂，所用器件较多，灵活性差，测量精度低，现在已较少使用。2)可编程逻辑控制器(PLC)应用广泛，它能够非常方便地集成到工业控制系统中。其速度快，体积小，可靠性和精度都较好，在设计中可采用PLC对硬件进行控制，但是用PLC实现价格相对昂贵，因而成本过高。3)采用CPLD或FPGA实现应用目前广泛应用的VHDL硬件电路描述语言，实现电阻，电容，电感测试仪的设计，利用MAXPLUS=2\*ROMANII集成开发环境进行综合、仿真，并下载到CPLD或FPGA可编程逻辑器件中，完成系统的控制作用。但相对而言规模大，结构复杂。4)利用振荡电路与单片机结合利用555多谐振荡电路将电阻，电容参数转化为频率，而电感则是根据电容三点式电路也转化为频率，这样就能够把模拟量近似的转换为数字量，而频率f是单片机很容易处理的数字量，一方面测量精度高，另一方面便于使仪表实现自动化，而且单片机构成的应用系统有较大的可靠性。系统扩展、系统配置灵活。容易构成各种规模的应用系统，且应用系统有较高的软、硬件利用系数。单片机具有可编程性，硬件的功能描述可完全在软件上实现，而且设计时间短，成本低，可靠性高。综上所述，利用振荡电路与单片机结合实现电阻、电容、电感测试仪更为简便可行，节约成本。所以，本次设计选定以单片机为核心来进行。2.2系统的原理框图本设计中，考虑到单片机具有物美价廉、功能强、使用方便灵活、可靠性高等特点，拟采用MCS-51系列的单片机为核心来实现电阻、电容、电感测试仪的控制。系统分四大部分：测量电路、控制电路、通道选择和显示电路。通过P1.3和P1.4向模拟开关送两位地址信号，取得相应的振荡频率，然后根据所测频率判断是否转换量程，或者是把数据进行处理后，得出相应的参数值。系统设计框图如图2-1如下所示。图2-1系统设计框图框图各部分说明如下：1)控制部分：本设计以单片机为核心，采用89C51单片机，利用其管脚的特殊功能以及所具备的中断系统，定时/计数器和LED显示功能等。LED灯：本设计中，设置了1盏电源指示灯，采用红色的LED以共阳极方式来连接，直观易懂，操作也简单。数码管显示：本设计中有1个74HC02、2个74LS573、1个2803驱动和6个数码管，采用共阳极方式连接构成动态显示部分，降低功耗。键盘：本设计中有Sr，Sc，SL三个按键，可灵活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CD4052模拟开关来控制被测频率的自动选择。3)测量电路：RC震荡电路是利用555振荡电路实现被测电阻和被测电容频率化。电容三点式振荡电路是利用电容三点式振荡电路实现被测电感参数频率化。通过51单片机的IO口自动识别量程切换，实现自动测量。3电阻、电容、电感测试仪的系统硬件设计3.1MCS-51单片机电路的设计在本设计中，考虑到单片机构成的应用系统有较大的可靠性，容易构成各种规模的应用系统，且应用系统有较高的软、硬件利用系数。还具有可编程性，硬件的功能描述可完全在软件上实现。另外，本设计还需要利用单片机的定时计数器、中断系统、串行接口等等，所以，选择以单片机为核心进行设计具有极大的必要性。在硬件设计中，选用MS-51系列单片机，其各个I/O口分别接有按键、LED灯、七位数码管等，通过软件进行控制。MCS-51单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元，以及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线，现在分别加以说明：1)中央处理器：中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件，是8位数据宽度的处理器，能处理8位二进制数据或代码，CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。2)数据存储器(RAM)：内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，所以，用户能使用的RAM只有128个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。3)程序存储器(ROM)：共有4096个8位掩膜ROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。4)定时/计数器(ROM)：有两个16位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。5)并行输入输出(I/O)口：共有4组8位I/O口(P0、P1、P2或P3)，用于对外部数据的传输。6)全双工串行口：内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。7)中断系统：具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串口中断，可满足不同的控制要求，并具有2级的优先级别选择。8)时钟电路：内置最高频率达12MHz的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序。本设计中单片机的设计电路如下图3-1所示：图3-1单片机的设计电路本电路使用单片机内部振荡器，11.0592MHz的晶体谐振器直接接在单片机的时钟端口X1和X2，电路中C2、C3为振荡器的匹配电容。该电路简单，工作可靠。另外本系统的容阻上电复位，就是利用RC电路的充电过程来给单片机复位。RC电路的时间常数计算公式：T=RC(3-1)即：T=RC=10u*10k=100ms。当需要复位时，也可以按下复位按键，进行复位。3.2LED数码管电路与键盘电路的设计在电阻、电容、电感测试系统中，用LED灯来显示测量参数的类别和电源指示，既简单又显而易见。与小白炽灯泡和氖灯相比，LED的特点是：工作电压很低(有的仅一点几伏)；工作电流很小(有的仅零点几毫安即可发光)；抗冲击和抗震性能好，可靠性高，寿命长；通过调制通过的电流强弱可以方便地调制发光的强弱。由于有这些特点，发光二极管在一些光电控制设备中常常用作光源。在本设计中，利用单片机的P1.0、P1.1和P1.2口直接和发光二极管相连接，控制程序放在MCS-51单片机的ROM中。由于测试指示灯为发光二极管且阳极通过限流电阻与电源正极相接，所以为共阳极。因此I/0口输出低电平时，与之相连的相应指示灯会亮；I/0口输出高电平时，相应的指示灯会灭。发光二极管的接口电路如图3-2所示：图3-2发光二极管的接口电路发光二极管的设计中，每个二极管与单片机接口间有一个电阻，其阻值至少为180欧。按3.3V时的工作电流15mA来计算，需要让与之串联的电阻，分去VCC5V电压中的2.7V电压，则得到R=U/I=2.7V/0.015A=180欧，且电阻的功率为P=UI=2.7V*0.015A=0.041W。另外，在本设计中，LED应用于七位数码管中，实现了被测参数的显示，七位数码管以共阴极的方式经过74LS573锁存器与单片机的P0口相连。六位数码管显示被测参数的示值从左到右依次代表十万、万、千、百、十和个位，这样显示结果更为简单可行。数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字，因此根据数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。

1)静态显示驱动：静态驱动也称直流驱动，静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动，或者使用如BCD码二-十进制译码器译码进行驱动。静态驱动使编程简单，显示亮度高。2)动态显示驱动：数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为1～2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。经过对两种显示方式的比较分析：静态方式需要大量I/O，而动态扫描显示方式能够节省大量的I/O口，且电路结构也比较简单，显示效果良好，因此最终采用动态扫描显示方式。系统核心电路(AT89S52最小系统)的P0口以总线方式与二片数据锁存器(74HC573)相连接，二片74HC573的片选使能端(LE)分别连接在或非门(74HC02)的1、4管脚，三个或非门相类似，都是两个输入端的其中一端接在单片机的16管脚(WR)，而另一端分别接在P2.5~P2.6。单片机片选电路如图3-3所示。图3-3单片机片选电路或非门片选电路分析：当单片机通过P0口总线输出数据时，16管脚(WR)为低电平“0”，片选信号端P2.5~P2.7中，要被片选端为“0”，其它为“1”，这样三个或非门中，只有需要片选中或非门的输出为高电平“1”，其它两个或非门的输出信号为低电平“0”。另外，74HC573数据锁存器的LE使能端为高电平有效，与之前电路结合可以实现片选功能。在本设计中，LED显示接口电路如下图3-4所示：图3-4LED显示接口电路电路由6个共阴极数码管、两个74HC573和一个ULN2803组成。两个74HC573分别作为段码和位码的数据锁存器，它们的片选信号来自最小系统AT89S52的P2.5和P2.6，由此可以计算出它们的片选地址：段码片选地址为[C000H~DFFFH]，位码片选地址为[A000H~BFFFH]。ULN2803是达林顿管，在电路中能起到大电流输出和高压输出的作用。由于电路使用的是共阴极动态显示方式，ULN2803在位码数据锁存器后连接八个数码管的COM端，可以增强驱动数码管的能力，使数码管的显示效果更好。本设计中设置了Sr,Sc,SL三个按键，利用单片机的P1.0、P1.1和P1.2口直接和按键相连接，控制程序放在MCS-51单片机的ROM中用于启动各个被测参数程序的调整。见图3-5按键电路所示图3-5按键电路控制R、L、C的三个按键接入一个10K大小的上拉电阻，起限流保护作用。当有键按下时为低电平，无键按下时则为高电平。3.3测量电阻、电容电路的设计测量电感电路的仿真PSpice仿真软件简介：这次设计中主要用到Pspice软件中的电路原理图编辑程序Schematics模块和输出结果绘图程序Probe模块。其中在电路原理图编辑程序Schematics模块中PSPICE的输入有两种形式，一种是网单文件(或文本文件)形式，一种是电路原理图形式，相对而言后者比前者较简单直观，它既可以生成新的电路原理图文件，又可以打开已有的原理图文件。电路元器件符号库中备有各种原器件符号，除了电阻，电容，电感，晶体管，电源等基本器件及符号外，还有运算放大器，比较器等宏观模型级符号，组成电路图，原理图文件后缀为.sch。图形文字编辑器自动将原理图转化为电路网单文件以提供给模拟计算程序运行仿真。而在输出结果绘图程序Probe模块中Probe程序是PSPICE的输出图形后处理软件包。该程序的输入文件为用户作业文本文件或图形文件仿真运行后形成的后缀为.dat的数据文件。它可以起到万用表，示波器和扫描仪的作用，在屏幕上绘出仿真结果的波形和曲线。随着计算机图形功能的不断增强，PC机上windows95,98,2000/XP的出现，Probe的绘图能力也越来越强。利用PSpice仿真软件对电容三点式振荡电路的仿真原理如图3-11，双击XSC1后可查看仿真波形，仿真波形如图3-12所示。图3-11仿真原理图图3-12仿真波形图由仿真结果可知该输出波形为正弦波，为了方便频率测量，把该波形通过555构成的施密特触发器整形为方波，送入单片机T1口进行频率计算。3.5多路选择开关电路的设计利用CD4052实现测量类别的转换，CD4052是差分四通道数字控制模拟开关器件，有A0和A1两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电流。当INH输入端=“1”时所有通道截止，二位二进制输入信号选通四对通到中的一通道。当选择了某一通道的频率后，Y输出频率通过T1送入单片机进行计数，通过计算得到要被测值，多路选择开关控制如表3-1所示。表3-1多路选择开关控制P1.4P1.3测量类别00Y0-R01Y1-C10Y2-L11*表3-1中*表示未定义此功能。多路选择开关硬件电路如图3-13所示。图3-13多路选择开关4电阻、电容、电感测试仪的软件设计4.1I/O口的分配P1.0R测量程序的选择P1.1C测量程序的选择P1.2L测量程序的选择P1.3-P1.4多路选择开关控制选择P1.0、P1.1和P1.2按键输入及测量指示灯开始结束开始结束初始化执行键功能有无按键操？作？有无图4-1按键主程序流程图4.2主程序流程图在电阻、电容、电感测试仪的设计中，便于直观性，在数码管上显示被测参数的选择，被测参数各个灯的选择以及具体设置。通过三个按键Sr,Sc,SL来进行灵活控制，具体操作流程如4-2所示。开始初始化键扫描健分析，置状态R测试状态开始初始化键扫描健分析，置状态R测试状态C测试状态L测试状态开中断定时器设置通道及指示灯的设置采值并计算显示结束NoYes首先插入被测元件，开关打开以后，按下SET键，进行复位，然后进行按键选择，选择被测参数类别，之后单片机根据按键类别启动相应的参数测试程序，测试完毕后将结果送入数码管显示。4.3频率参数计算的原理本设计频率的计算采用单片机外部中断，对外触发电路产生的脉冲频率的测量，再通过对测量数据的校正来完成。单片机对频率测量的原理如下图4-3所示。图4-3测频率原理图示说明：图4-3中t1时刻检测到高电平开定时器1，开始计数；t2时刻等待检测低电平；t3时刻第二次检测到高电平时关定时器停止计数。利用GATE=1,TR1=1,只有引脚输入高电平时，T1才允许计数，利用此，将外部输入脉冲经引脚上输入，等待高电平的到来，当检测到高电平时开定时器开始计数，然后检测低电平，当检测到低电平时已经测得脉冲的脉宽，但我们测得是频率，故在程序中药继续检测等待下一个高电平的到来，此时关定时器停止计数，用此计数值乘以机器的周期数(晶振频率已知)，得出触发电路产生的周期，然后再经过数据处理便得到输入信号的频率。程序流程图如图4-4所示。开始程序初始化数据处理开始程序初始化数据处理开定时器TR=1fw是否为1fw是否为1fw是否为0结束NNNYYY图4-4频率计算程序流程图5PCB板的设计与系统的调试5.1PROTEL99SE的介绍与PCB板的设计Protel99SE是应用于Windows9X/2000/NT操作系统下的EDA设计软件，采用设计库管理模式，可以进行联网设计，具有很强的数据交换能力和开放性及3D模拟功能，是一个32位的设计软件，可以完成电路原理图设计，印制电路板设计和可编程逻辑器件设计等工作，可以设计32个信号层，16个电源--地层和16个机加工层。一、Protel99SE的系统组成按照系统功能来划分，Protel99se主要包含以下两大部分和6个功能模块。1、电路工程设计部分(1)电路原理设计部分(AdvancedSchematic99)：电路原理图设计部分包括电路图编辑器(简称SCH编辑器)、电路图零件库编辑器(简称Schlib编辑器)和各种文本编辑器。本系统的主要功能是：绘制、修改和编辑电路原理图；更新和修改电路图零件库；查看和编辑有关电路图和零件库的各种报表。(2)印刷电路板设计系统(AdvancedPCB99)：印刷电路板设计系统包括印刷电路板编辑器(简称PCB编辑器)、零件封装编辑器(简称PCBLib编辑器)和电路板组件管理器。本系统的主要功能是：绘制、修改和编辑电路板；更新和修改零件封装；管理电路板组件。(3)自动布线系统(AdvancedRoute99)：本系统包含一个基于形状(Shape-based)的无栅格自动布线器，用于印刷电路板的自动布线，以实现PCB设计的自动化。2、电路仿真与PLD部分(1)电路模拟仿真系统(AdvancedSIM99)：电路模拟仿真系统包含一个数字/模拟信号仿真器，可提供连续的数字信号和模拟信号，以便对电路原理图进行信号模拟仿真，从而验证其正确性和可行性。(2)可编程逻辑设计系统(AdvancedPLD99)：可编程逻辑设计系统包含一个有语法功能的文本编辑器和一个波形编辑器(Waveform)。本系统的主要功能是；对逻辑电路进行分析、综合；观察信号的波形。利用PLD系统可以最大限度的精简逻辑部件，使数字电路设计达到最简化。(3)高级信号完整性分析系统(AdvancedIntegrity99）：信号完整性分析系统提供了一个精确的信号完整性模拟器，可用来分析PCB设计、检查电路设计参数、实验超调量、阻抗和信号谐波要求等。二、Protel99SE的功能特性1、开放式集成化的设计管理体系2、超强功能的、修改与编辑功能3、强大的设计自动化功能本设计中，PCB的设计如图5-1所示：图5-1PCB板的设计电路5.2系统调试与系统测试5.2.1系统软件调试单片机开发中除必要的硬件外，同样离不开软件，汇编语言源程序要变为CPU可以执行的机器码有两种方法，一种是手工汇编，另一种是机器汇编，目前已极少使用手工汇编的方法了。机器汇编是通过汇编软件将源程序变为机器码，用于MCS-51单片机的汇编软件有早期的A51，随着单片机开发技术的不断发展，从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言开发，单片机的开发软件也在不断发展，Keil软件是目前最流行开发MCS-51系列单片机的软件，这从近年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持Keil即可看出。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境(uVision)将这些部份组合在一起。运行Keil软件需要Pentium或以上的CPU，16MB或更多RAM、20M以上空闲的硬盘空间、WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。5.2.2系统硬件调试本设计的硬件部分通过调试，在调试过程中遇到很多问题，由于本单路是由面包板搭成的，所以电路不稳定。刚开始数码管全亮但是单片机供电出现问题，用万用表测试后发现单片机地线连接断路，问题解决后在显示测试过程中数码管显示不变，然后发现一片573芯片发热，断电后用万用表测试发现连接该573芯片的数据口出现断路，再次更换面包板后，测试显示部分基本正常，有时会出现数码管g段显示不稳定，分析后可能因上次g段数据断路导致573芯片发热有损坏，更换新的573后显示正常。其调试内容为：1)面包板接通电源，程序在KEIL4.0软件上运行后，调试数码管全亮显示效果，数码管调试结果如图5-2所示：图5-2数码管调试2)被测电阻的调试，按下Sr键后，闭合开关Srg,数码管显示被测电阻20K的阻值，电阻调试经修正后的结果如图5-3所示：图5-3电阻调试3)被测电容的调试，按下Sc键后，数码管显示被测电容103的示值:电容调试经修正后的结果如图5-4所示：图5-4电容调试5.2.3系统测试(1)测试原理：在系统设计中，以MCS-51单片机为核心的电阻、电容、电感测试仪，将电阻，电容，电感，使用对应的振荡电路转化为频率实现各个参数的测量。其中电阻和电容是采用555多谐振荡电路产生的，而电感则是根据电容三点式产生的，将振荡频率送入AT89C52的计数端端，通过定时并且计数可以计算出被测频率，再通过该频率计算出被测参数。以Keil51为仿真平台，使用C语言与汇编语言混合编程编写了系统应用软件；包括主程序模块、显示模块、电阻测试模块、电容测试模块和电感测试模块。(2)测试方法：在测试时将被测参数通过本系统测量出来的示值与参数的标称值进行对比，进而可以知道本系统的测试精度。(3)测试仪器：示波器，万用表，稳压电源，计算机。(4)测试结果：通过按键，实现其按键所对应的功能，并观察测试结果，对设计进一步的进行校正和对实现功能的可靠性的确认，并记录观察结果。测试结果如下：a)电阻测试数据如表5-1所示。表5-1电阻测试数据标称值(Ω)振荡频率（Hz）系统测量（Ω）相对误差(%)33069293330.920095012052.553049815280.44700503648924.1200002596192163.94700001574646831.1b)电容测试数据如表5-2所示。表5-2电容测试数据读取示值（pF）振荡频率（Hz）标称值（pF）相对误差值（%）103316101051.010429962063.8224161995839.2c)由于电感制作复杂本次测试暂未对电感进行测试。(4)测试分析：在实际测量中，由于测试环境，测试仪器，测试方法等都对测试值有一定的影响，都会导致测量结果或多或少地偏离被测量的真值。为了减小本设计中误差的大小，主要利用修正的方法来减小本测试仪的测量误差。所谓修正的方法就是在测量前或测量过程中，求取某类系统误差的修正值。在测量的数据处理过程中选取合适的修正值很关键，修正值的获得有三种途径。第一种途径是从相关资料中查取；第二种途径是通过理论推导求取；第三种途径是通过实验求取。本测试修正值选取主要通过实验求取，对影响测量读数的各种影响因素，如温度、湿度、电源电压等变化引起的系统误差。通过对相同被测参数的多次测量结果和不同被测参数的多次测量选取平均值，最后确定被测参数公式的常数K值，从而达到减小本设计系统误差的目的。由于振荡电路外围器件由电容电阻分立元件搭接而成，所以由振荡电路产生的被测参数对应的频率有一定的误差，所以只能通过多次实验测量，选取合适的修正值来尽可能的减少本测试系统的误差。6结论与展望毕业论文是一次非常好的将理论与实际相结合的机会，通过对电阻、电容、电感测试仪的课题设计，锻炼了我的实际动手能力，增强了我解决实际工程问题的能力，同时也提高我查阅文献资料、设计规范以及电脑制图等其他专业能力水平。本设计的硬件电路图简单,可降低生产成本。采用单片机可提高系统的可靠性和稳定性,缩小系统的体积,调试和维护方便，而且以MCS-51单片机最小系统为核心的设计能够满足了整个系统的工作需求，555振荡器实现了被测电阻和被测电容参数的频率化，电容三点式振荡电路实现了被测电感参数的频率化，被测频率通过CD4052模拟开关送入单片机计数，再经过显示电路显示被测参数的测量值，软件用C语言编程，根据具体情况控制启动被测参数的相应程序,能灵活控制被测参数的档位切换。经过测试，系统各个模块都能正常共组，成功地达到了设计的硬件要求。系统的软件部分是系统实现各种工作状态的关键。通过结合硬件电路，在Keil51的平台上，使用C语言与汇编语言混合编程编写了系统应用程序，使程序能够正常运行，实现了设计的要求。总之，整个系统的工作正常，完成了设计任务的全部要求。虽然本系统完成了设计设计要求，但其中仍然存在着很多需要改进的地方。作品实测中，测量电容值有一定的误差，而且C值越大时误差越大，该误差则是来源于振荡电路产生的频率和单片机程序上的误差。希望在之后的设计之中能够得到进一步解决。在人机交换方面，显示部分可以改用显示效果更好的液晶屏显示，使系统工作状态和数据显示更加清晰、更加人性化。致谢本文是作者在***做毕业设计期间学习、工作的总结，是在导师**老师指导下完成的。在这几个月毕业设计的学习和工作中，导师的精心指导和培养使我在各个方面都受益非浅。在分析问题、解决问题及独立工作的能力有了很大的提高。在此期间，**老师提出了很多有益的建议并给予我很大帮助。在本文的课题研究及写作过程中，也给予了大力支持。在此谨向**老师表示衷心的感谢。在城市学院这个学习氛围活跃、团结友爱的集体里，大家互相帮助，彼此讨论问题，共同提高。在此也要感谢我的各位学友，有了大家的支持和帮助使得论文研究工作得以顺利的进行。最后，再次向**老师以及帮助过我的同学们表示最真诚的谢意！参考文献[1]申忠如，申淼，谭亚丽.MCS-51单片机原理及系统设计.西安交通大学出版社，2008年3月第1版[2]申忠如，郭福田，丁晖．现代测试技术与系统设计．西安：西安交通大学出版社，2006.2．[3]付家才.单片机控制工程实践技术[M].北京化学工业出版社，2004[4]张毅刚.MCS-51单片机应用系统.哈尔滨工业大学出版社，1997[5]夏继强.单片机实验与实践教程.北京航空航天大学出版社，2001[6]肖洪兵.跟我学用单片机.北京航空航天大学出版社，2002

[7]付晓光.单片机原理与使用技术.清华大学出版社，ISBN7-81082-169-5TP[8]李桂安.电子技术实验及课程设计.东南大学出版社，2008[9].ThermalDesignofElektronicEquipment,CRCPressLLC.London2001[10].1992附录附录一系统原理图及PCB附图１附图２附录二源程序源程序：#include<reg52.h>#include<stdio.h>#include<math.h>#include<absacc.h>unsignedcharinte=0; //频率值溢出定时器值unsignedlongintuu=0; //频率相对应的计数值unsignedlongintff=0; //实际频率值typedefunsignedcharuchar;typedefunsignedintuint;ucharkey1;intm=0,w=0,q=0,b=0,s=0,g=0;#defineLEDSEG XBYTE[0xbfff]#defineLEDDAT XBYTE[0xdfff]/***按键***/sbitsl=P1^0;sbitsc=P1^1;sbitsr=P1^2;sbitfw=P3^5; sbitsrg=P1^5;sbitsrd=P1^6; voiddelay_5ms(){ uchari,j; for(j=0;j<5;j++)for(i=0;i<125;i++){;}}voiddelay_50us(){ uchari; for(i=0;i<6;i++){;}}voiddisplay(ucharnum,ucharseg){ switch(num) { case1:num=0x06;break; case2:num=0x5b;break; case3:num=0x4f;break; case4:num=0x66;break; case5:num=0x6d;break; case6:num=0x7d;break; case7:num=0x07;break; case8:num=0x7f;break; case9:num=0x6f;break; case0:num=0x3f;break; default:num=0x00;break; } switch(seg) { case1:seg=0x01;break; case2:seg=0x02;break; case3:seg=0x04;break; case4:seg=0x08;break; case5:seg=0x10;break; case6:seg=0x20;break; default:seg=0x00;break;} LEDSEG=seg; delay_50us(); LEDDAT=num;delay_50us();}voidtimer1(void)interrupt3{ TL1=0x00; TH1=0x00;}voidcafrequent(void) reentrant{longintl1=0x00;longinth1=0x00;floattt=0;//tt用于计算频率TMOD=(TMOD&0x0F)|0x90; TH1=0x00;TL1=0x00;ET1=1;EA=1;while(fw==1);TR1=1;while(fw==0);while(fw==1);TR1=0;l1=TL1;h1=TH1;uu=h1*256+l1+inte*65536; inte=0;tt=uu/(11.0592*1000000.0/12.0);ff=(unsignedlongint)(1.0/tt);//频率值}voidjudgekey(){longintR=0,C=0,L=0;cafrequent();delay_5ms();while(sr==0){if(srd==0){ //R=(6560000.0/(2.0*ff))-(330.0/2.0); R=(6906343.0/(2.0*ff))-(330.0/2.0);delay_5ms(); m=R/100000; delay_5ms();w=(R/10000)%10; delay_5ms(); q=(R/1000)%10;delay_5ms(); b=(R/100)%10; delay_5ms();s=(R/10)%10; delay_5ms(); g=R%10;}else(srg==0) ;{ R=((1000000.0/(0.693*0.01*ff))-20000.0)/2.0; delay_5ms(); m=R/100000;delay_5ms(); w=(R/10000)%10; delay_5ms();q=(R/1000)%10; delay_5ms(); b=(R/100)%10; delay_5ms(); s=(R/10)%10; delay_5ms(); g=R%10;}}while(sc==0){ //C=2790000.0/ff; C=3193333.0/ff; delay_5ms(); m=C/100000; delay_5ms(); w=(C/10000)%10; delay_5ms(); q=(C/1000)%10; delay_5ms(); b=(C/100)%10; delay_5ms(); s=(C/10)%10; delay_5ms(); g=C%10;}while(sl==0){ L=38000000.0/(ff*ff); delay_5ms(); m=L/100000; delay_5ms(); w=(L/10000)%10; delay_5ms(); q=(L/1000)%10; delay_5ms(); b=(L/100)%10; delay_5ms(); s=(L/10)%10; delay_5ms(); g=L%10;} while(1){ display(m,1); delay_5ms(); display(w,2); delay_5ms(); display(q,3); delay_5ms(); display(b,4); delay_5ms(); display(s,5); delay_5ms();display(g,6); delay_5ms(); } } voidmain(){judgekey();}外文翻译单片机AT89C51简介AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4Kb字节的快速可擦写的只读程序存储器（PEROM）和128字节的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51产品指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大AT89C51单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。主要性能参数：1）与MCS-51产品指令系统完全兼容；2）4K字节可重复写flash闪速存储器；3）1000次擦写周期；4）全静态操作：0HZ－24MHZ；5）三级加密程序存储器；6）128*8字节内部RAM；7）32个可编程I/O口；8）2个16位定时/计数器；9）6个中断源；10）可编程串行UART通道；11）低功耗空闲和掉电模式。功能特性概述：AT89C51提供以下标准功能：4K字节闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0HZ的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，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RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。引脚功能说明：Vcc：电源电压GND：地P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复位口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个逻辑门电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。P1口：P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可做熟出口。做输出口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。Flash编程和程序校验期间，P1接受低8位地址。P2口：P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部地山拉电阻把端口拉到高电平，此时可作为输出口，作输出口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。P3口：P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对P3口写入“1”时，他们被内部上拉电阻拉高并可作为输出口。做输出端时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流。P3口还接收一些用于闪速存储器编程和程序校验的控制信号。表1P3功能引脚功能P3.0RXDP3.1TXDP3.2INT0P3.3INT1P3.4TOP3.5T1P3.6WRP3.7RDRST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。ALE/PROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址所存允许）输出脉冲用于所存地址的低8位字节。即使不访问外部存储器，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对flash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。如有不要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。该外置位后，只要一条MOVX和MOVC指令ALE才会被激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE无效。PSEN：程序存储允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C51由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两个^PSEN有效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器，这两次有效的PSEN信号不出现。EA/VPP:外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000HFFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是;如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接VCC端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。Flash存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源VPP，当然这必须是该器件是使用12V编程电压VPP。XTAL1:振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输出端。XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。时钟振荡器：AT89C51中有一个用于构成内部振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的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器。外接石英晶体（或陶瓷谐振器）及电容C1、C2接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。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振荡频率的高低、振荡器的稳定性、起振的难易程度及温度稳定性，如果使用石英晶体，我们推荐电容使用30PF，而如使用陶瓷谐振器建议选择40PF。用户也可以采