数字式电感测量仪设计毕业设计

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1、 本科毕业论文（设计）本科毕业论文（设计） 论文（设计）题目：数字式电感测量仪设计论文（设计）题目：数字式电感测量仪设计 学学 院：院： 专专 业：业： 班班 级：级： 学学 号：号： 学生姓名：学生姓名： 指导教师：指导教师： 年年 月月 日日贵州大学本科毕业论文（设计）贵州大学本科毕业论文（设计）诚信责任书诚信责任书本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文（设计），是在导师的指导下独立进行研究所完成。毕业论文（设计）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。特此声明。论文（设计）作者签名： 日 期： 第 I 页数字式电感测量仪设计.III摘 要.III第一章 前言.11

2、.1 设计的背景和意义.11.2 电感测试仪的发展历史及研究现状.11.3 本设计所做的工作.3第二章 数字电感测量仪的总体设计.42.1 课题设计的主要内容.42.2 系统功能.42.3 设计的指标及要求.42.4 系统原理框图.6第三章 单元电路设计与分析.73.1 555 芯片简介与 555 电路的设计.73.1.1 555 芯片的顶视图及各引脚的功能.73.1.2 555 芯片工作原理.73.1.3 555 电路的设计.83.2 80C51 芯片简介.93.2.1 80C51 单片机和 80C51 系列单片机 .93.2.3 80C51 的内部结构.113.2.4 80C51 的引脚功

3、能描述.133.3 80C51 电路设计.143.4 LCD1602 简介 .153.4.1 LCD1602 优点.153.4.2 液晶显示简介.16 3.4.3 1602 字符型 LCD 简介. 17 第 II 页3.4.4 1602LCD 的基本参数及引脚功能.183.4.5 1602LCD 的指令说明及时序.193.4.6 1602LCD 的 RAM 地址映射及标准字库表.223.4.7 1602LCD 的一般初始化（复位）过程.233.4.8 硬件原理图.243.5 AT89C52 单片机时钟电路.253.6 AT89C52 单片机复位电路.263.6 电容三点式振荡电路.263.7

4、USB 电源电路.28第四章 软件设计.304.1 I/O 口的分配.304.2 软件设计流程图.30第五章 PCB 与实物制作.325.1 PROTEL99SE 介绍.325.2 电路图的绘制.335.3 PCB 板的制作.345.4 材料清单.345.5 元器件的检测与安装.34设计总结.39参考文献.40致谢.41附录 A 程序源代码.42附录 B 设计原理图 .47附录 C 设计 PCB 图.48 第 III 页 数字式电感测量仪设计数字式电感测量仪设计 摘摘 要要 本文介绍了简单的数字电感测量的工作原理，本文介绍了一种基于单片机 80c51的电感测量仪器的设计。文章首先论述了设计数字

5、电感测量仪的意义及思路，然后分析和设计了系统硬件的各单元电路，其内容包括：复位电路，电源电路、显示电路、频率产生电路、正旋波振荡电路等，最后对系统的软件进行分析与设计。整个系统以80c51 单片机为中央控制器件，以 LCD1602 作为显示器，正旋波震荡用 555 芯片，软件采用 C 语言，用 keil，Proteus 连调模拟，实验板辅助测试。经测试，系统实验功能完备，显示清晰。本设计完成了电感的测量与显示，是一个简单的数字电感测量仪器。关键词：单片机，555 触发器，lc 电容三点式，lcd1602 显示器 第 IV 页Design of digital inductance measur

6、ing instrument Abstract This paper introduces a simple working principle of digital inductance measurement, this paper introduces a design of inductance measuring instrument based on MCU 80c51. This paper first discusses the significance and the design ideas of digital inductance measuring instrumen

7、t, then the analysis and design of each unit circuit of the hardware system, which includes: reset circuit, power supply circuit, display circuit, frequency generating circuit, sine wave oscillation circuit, finally carries on the analysis and design of the system software. The whole system to 80c51

8、 SCM as the central control device, LCD1602 as a display, sine wave oscillation with 555 chip, using C language, keil software, Proteus company simulation, auxiliary test plate. After the test, system test function is complete, clear display. Completed the design of inductance measurement and displa

9、y, is a simple digital inductance measuring instrument.Keywords: SCM, 555 triggers, LC three point capacitance, LCD1602 display 贵州大学本科毕业论文(设计)第 1 页 第一章 前言1.1 设计的背景和意义设计的背景和意义 目前，随着电子工业的发展，电子元器件急剧增加，电子元器件的适用范围也逐渐广泛起来，在应用中我们常常要测定电感的大小。因此，设计可靠，安全，便捷的电感测试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参数传换成直流电压或频率后进行测

10、量。 电感测量可依据交流电桥法，这种测量方法虽然能较准确的测量电感但交流电桥的平衡过程复杂，而且通过测量 Q 值确定电感的方法误差较大，所以电感的数字化测量常采用时间常数发和同步分离法。 由于测量电感方法多并具有一定的复杂性，所以本次设计是在参考 555 振荡器基础上拟定的一套自己的设计方案。是尝试用 555 振荡器将被测参数转化为频率，这里我们将 LC 的测量电路产生的频率送入 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各个参数。1.2 电感测试仪的发展历史及研究现状电感测试仪的发展历史及研究现状 当今电子测试领域，电感的测量已经在测量技术和产品研发中应

11、用的十分广泛。 电感测试发展已经很久，方法众多，常用测量方法如下。电感测量可依据交流电桥法，这种测量方法虽然能较准确的测量电感但交流电桥的平衡过程复杂，而且通过测量 Q值确定电感的方法误差较大，所以电感的数字化测量常采用时间常数发和同步分离法。 在我国 1997 年 05 月 21 日中国航空工业总公司研究出一种电感在线测量方法及装置等电位隔离方法，用于对在线的电感元件实行等电位隔离。 中国本土测量仪器设备发展的主要瓶颈。尽管本土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

12、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。由于人们的传统观念的影响，在产品的制造流程中，研发始终处于核心位置，而测试则处于从属和辅助位置。关于这一点，在几乎所有的研究机构部门配置上即可窥其一斑。这种错误观念上的原 贵州大学本科毕业论文(设计)第 2 页因，造成整个社会对测试的重视度不够，从而造成测试仪器方面人才的严重匮乏，造成相关的基础科学研究比较薄弱，这是中国测量仪器发展的一个主要瓶颈。实际上，即便是研发队伍本身，对测试的重视度以及对仪器本身的研究也明显不够。 2.面向应用和现代市场营销模式还没有真正建立起来。本土仪器设备厂商只是重研发

13、，重视生产，重视狭义的市场，还没有建立起一套完整的现代营销体系和面向应用的研发模式。传统的营销模式在计划经济年代里发挥过很大作用，但无法满足目前整体解方案流行年代的需求。所以，为了快速缩小与国外先进公司之间的差距，国内仪器研发企业应加速实现从面向仿制的研发向面向应用的研发的过渡。特别是随着国内应用需求的快速增长，为这一过渡提供了根本动力，应该利用这些动力，跟踪应用技术的快速发展。 3.缺乏标准件的材料配套体系。由于历史的原因，中国仪器配套行业的企业多为良莠不齐的小型企业，标准化的研究也没有跟上需求的快速发展，从而导致仪器的材料配套行业的技术水平较低。虽然目前已有较大的改观，但距离整个产业的要求

14、还有一定距离。所以，还应把标准化和模块化的研究放到重要的位置。还有，在技术水平没有达到的条件下，一味地追求精度或追求高指标，而没有处理好与稳定性之间的关系。上述这些都是制约本土仪器发展的因素。 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，中国本土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

15、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。 贵州大学本科毕业论文(设计)第 3 页(2)学习 PROTEL99E, KEL3.0 等工具软件的使用方法。 (3)设计测量电感的振荡电路。 (4)设计测量 L

16、CD 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 贵州大学本科毕业论文(设计)第 4 页第二章 数字电感测量仪的总体设计2.1 课题设计的主要内容课题设计的主要内容 在掌握单片机初级教程-单片机基础单片机原理与应用技术等教材内容和教学要求的基础上，本设计需要学生综合运用所学的专业知识，设计一数字式电感测量装置，实现对对电感的测量。确定单片机的硬件设计，制定电感测量的基本设计方案，确定硬件并写出程序。再在软件上仿真实现要求的功能，调试出

17、结果。本文介绍了该装置的设计与制作的全过程，包括 LCD 显示、单片机接口及其应用软件，其主要内容如下:1、设计电感测量电路，并运用单片机、555 等元件制作实物。2、设计编写程序，驱动硬件正常工作。2.2 系统功能系统功能该电感测量设计应达到以下要求：A、能设定电感测量的档位范围。B、能正确测量出被测电感的值。C、能对测量结果显示。D、能实物演示。2.3 设计的指标及要求设计的指标及要求1、设计主要技术指标：（1）、测量功能及量程范围电感：100uH10mH（2）、测量精度显示为 LCD测量精度：10%2、设计（论文）基本要求： 贵州大学本科毕业论文(设计)第 5 页（包括：技术要求、工作要

18、求、图纸要求、写作要求等）1、毕业设计（论文）要求（1）、资料收集，写出综述；（2）、电路原理分析；（3）、能够对做出的实物进行测量和调试。（4）、写出测量的数据，并对所测得的数据进行分析。频率电感器测试与显示直流电源（5）、能独立完成毕业设计（论文）课题所规定的各项任务，具有一定的综合分析问题和解决问题的能力，在毕业设计（论文）成果中能表现出某些自己的见解。（6）、毕业设计（论文）说明书齐备，内容正确，概念清楚，条理分明，文章通顺，书写工整，图纸齐全，符合现行标准规定。（7）、毕业设计（论文）成果必须采用计算机绘图，毕业设计（论文）说明书必须打印成册上交。（8）、毕业答辩时能熟练地、正确地回

19、答问题。2、毕业设计（论文）内容评价（1）、完成情况：是否完成所给毕业设计（论文）题目的任务及完成的程度。（2）、设计（论文）水平：分析、计算是否正确，资料引用正确与否，重点是否突出，图表是否符合标准，文字叙述是否简明清晰。（3）、毕业设计（论文）方案的实用价值，对生产实际、科学技术发展的意义及作用。（4）、毕业设计（论文）说明书的质量。 2.4 系统原理框图系统原理框图设计框图如下： 80c51 控制单元控制单元电容三点式振荡电路 贵州大学本科毕业论文(设计)第 6 页 频率 图 2.1 系统框图图中给出了整个系统设计的系统框图，系统主要由五个主要部分组成，单片机和时钟电路设计，复位电路设计

20、，电容三点式振荡电路，555 芯片电路设计，显示电路设计。在整个框图中，处于核心地位的是作为中央处理器的单片机，555 芯片构成多谐振荡器后输出方波，由单片机接收并计算出频率，然后再换算成电感，交由 LCD1602 液晶显示。复位电路复位电路时钟电路时钟电路 555 LCD1602显示单元显示单元 贵州大学本科毕业论文(设计)第 7 页第三章 单元电路设计与分析3.1 555 芯片简介与芯片简介与 555 电路的设计电路的设计 3.1.1 555 芯片的顶视图及各引脚的功能 555 时基电路，它的顶视图如下图 3.1 所示，双列直插 8 脚封装。图 3.1 555 芯片顶视图 顶视图各引脚的功

21、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。3.1.2 555 芯片工作原理 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。555 定时器的电路原理图及管脚排列图分别如图 3.2 所示 贵州大学本科毕业论文(设计)第 8 页 图 3.2 定时器原理图 3.1.3 555 电路的设计 图 3.3 555 电路设计 贵州大学本科毕业论文(设计)第 9 页3.2

22、80c51 芯片简介芯片简介3.2.1 80C51 单片机和 80C51 系列单片机 80C51 单片机属于美国 Intel 公司的 MCS-51 系列 产品中的一个型号，它采用CHMOS 工艺，功耗低，性能优良，在市场中获得了广泛的应用。 80C51 系列单片机，泛指所有具有 MCS-51 指令系统，同时采用 CHMOS 工艺的单片机。 在我国，80C51 系列单片机因其性能价格比高、开发方式多、芯片功能适用、且为国内技术人员所熟知等特点得到了极其广泛的应用。 3.2.2 80C51 单片机的基本组成 图所示为 80C51 单片机的基本组成，可以看出在该芯片上集成了一个微型计算机 图 3.4

23、 80c51 基本组成1CPU 系统1 个 8 位微处理器 CPU 内部时钟电路总线控制逻辑 2内部存储器 贵州大学本科毕业论文(设计)第 10 页4KB 的片内程序存储器（ROM/EPROM/Flash）128B 数据存储器（RAM）和 128B 特殊功能寄存器 SFR（80C51 只用到其中 21B） 3I/O 接口及中断定时功能4 个 8 位可编程的 I/O（输入/输出）并行接口5 个中断源的中断控制系统，可编程为 2 个优先级2 个 16 位定时/计数器，既可以定时，又可以对外部事件进行计数1 个全双工的串行 I/O 接口，用于数据的串行通信 所有这些都通过单片机内部的总线相连接。 表

24、 3.1 1基本型与增强型 基本型 如 80C51。能满足基本的控制要求。 增强型 如 80C52。在存储器配置和中断定时控制上进行了加强。 2片内 ROM 形式 无 ROM 型 如 80C31。已淘汰。 贵州大学本科毕业论文(设计)第 11 页 掩模 ROM 型 如 80C51。用户程序只能由芯片生产厂家写入，但不能更改，适合成型后的批量生产。 EPROM 型 如 87C51。用户程序由编程器写入，通过紫外线照射擦除，使用不便。 FlashROM 型 如 89C51。用户程序可以由电写入或者擦除，这是当前的主流芯片。3.2.3 80C51 的内部结构 图 3.580c51 内部结构1.中央处

25、理器 CPU CPU 是 80C51 内部的 1 个字长为 8 位的中央处理单元，它由运算器、控制器两部分组成。实际上构成了单片机的核心。 （1）运算器 以算术逻辑单元 ALU（Arithmetic Logic Unit）为核心，还包括累加器 A、程序状态字寄存器 PSW（Program Status Word）、B 寄存器、两个 8 位暂存器 TMP1 和 TMP2等部件。 可以进行加、减、乘、除、加 1、减 1、BCD 数十进制调整、比较等算术运算； 贵州大学本科毕业论文(设计)第 12 页 也可以进行与、或、非、异或等逻辑运算； 还能完成循环移位、判断和程序转移等控制功能。（2）控制器

26、包括程序计数器 PC、指令寄存器、指令译码器、振荡器、定时电路及控制电路等部件； 它能根据不同的指令产生相应的操作时序和控制信号，控制单片机各部分的运行； 单片机执行哪条指令受 PC 控制。2.存储器 （1）片内 ROM 是程序存储器； （2）片内 RAM，可用于存放输入、输出数据和中间计算结果，或作为数据堆栈区。3I/O 口 （1） 并行口 有 4 个 8 位并行 I/O 口 P0P3，均可并行输入输出 8 位数据。 （2）串行口 有 1 个串行 I/O 口，用于数据的串行输入输出4定时器/计数器 （1）产生定时脉冲，实现单片机的定时控制； （2）用于计数方式，记录外部事件的脉冲个数。3.2

27、.4 80C51 的引脚功能描述 贵州大学本科毕业论文(设计)第 13 页 图 3.6 80C51 的引脚功能描述1.总线型 DIP40 引脚封装 （1）电源引脚（2 个）VCC：接+5V 电源VSS：接地端 （2） 外接晶体引脚（2 个）XTAL1：外接晶振输入端XTAL2：外接晶振输入端 （3） 并行输入输出引脚（32 个，分成 4 个 8 位口）P0.0P0.7：通用 I/O 引脚或数据/低 8 位地址总线复用引脚P1.0P1.7：通用 I/O 引脚P2.0P2.7：通用 I/O 引脚或高 8 位地址总线复用引脚P3.0P3.7：通用 I/O 引脚或第二功能引脚 （4） 控制引脚（4 个

28、）RST/VPD：复位信号输入引脚/备用电源输入引脚ALE/ ：地址锁存允许信号输出引脚/编程脉冲输入引脚 / VPP：内外存储器选择引脚/片内 EPROM（或 FlashROM）编程电压输入引脚PSENEA 贵州大学本科毕业论文(设计)第 14 页 ：片外程序存储器读选通信号输出引脚2非总线型 DIP2 0 引脚封装（1） 电源引脚（2 个） VCC：接+5V 电源GND：接地端（2）外接晶体引脚（2 个）XTAL1：外接晶振输入端XTAL2：外接晶振输入端3） 并行输入输出引脚（15 个） 图 3.7 20 引脚的 51 单片机P1.0P1.7：通用 I/O 引脚（P1.0 和 P1.1

29、兼作模拟信号输入引脚 AIN0、AIN1）P3.0P3.5、P3.7：通用 I/O 引脚或第二功能引脚（4） 控制引脚（1 个）RST：复位信号输入引脚3.3 80C51 电路设计电路设计 80C51 芯片由 P3.4 接入频率信号，由单片机处理，然后 P2 口输出给 LCD1602 显示出结果。PROG 贵州大学本科毕业论文(设计)第 15 页 图 3.8 单片机管脚接法3.4 LCD1602 简介简介3.4.1 LCD1602 优点 在日常生活中，我们对液晶显示器并不陌生。液晶显示模块已作为很多电子产品的通过器件，如在计算器、万用表、电子表及很多家用电子产品中都可以看到，显示的主要是数字、

30、专用符号和图形。在单片机的人机交流界面中，一般的输出方式有以下几种：发光管、LED 数码管、液晶显示器。发光管和 LED 数码管比较常用，软硬件都比较简单，在前面章节已经介绍过，在此不作介绍，本章重点介绍字符型液晶显示器的应用。 在单片机系统中应用晶液显示器作为输出器件有以下几个优点：1. 显示质量高由于液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度，恒定发光，而不像阴极射线管显示器（CRT）那样需要不断刷新新亮点。因此，液晶显示器画质高且不会闪烁。2. 数字式接口 贵州大学本科毕业论文(设计)第 16 页液晶显示器都是数字式的，和单片机系统的接口更加简单可靠，操作更加方便。3. 体积

31、小、重量轻液晶显示器通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示的目的，在重量上比相同显示面积的传统显示器要轻得多。4. 功耗低相对而言，液晶显示器的功耗主要消耗在其内部的电极和驱动 IC 上，因而耗电量比其它显示器要少得多。3.4.2 液晶显示简介液晶显示原理液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，有电就有显示，这样即可以显示出图形。液晶显示器具有厚度薄、适用于大规模集成电路直接驱动、易于实现全彩色显示的特点，目前已经被广泛应用在便携式电脑、数字摄像机、PDA 移动通信工具等众多领域。液晶显示器的分类液晶显示的分类方法有很多种，通常可按其显示方式分为段式、字符式、点

32、阵式等。除了黑白显示外，液晶显示器还有多灰度有彩色显示等。如果根据驱动方式来分，可以分为静态驱动（Static）、单纯矩阵驱动（Simple Matrix）和主动矩阵驱动（Active Matrix）三种。液晶显示器各种图形的显示原理:1. 线段的显示点阵图形式液晶由 MN 个显示单元组成，假设 LCD 显示屏有 64 行，每行有 128 列，每 8 列对应 1 字节的 8 位，即每行由 16 字节，共 168=128 个点组成，屏上 6416 个显示单元与显示 RAM 区 1024 字节相对应，每一字节的内容和显示屏上相应位置的亮暗对应。例如屏的第一行的亮暗由 RAM 区的 000H00FH

33、 的 16 字节的内容决定，当（000H）=FFH 时，则屏幕的左上角显示一条短亮线，长度为 8 个点；当（3FFH）=FFH 时，则屏幕的右下角显示一条短亮线；当（000H）=FFH，（001H）=00H，（002H）=00H，（00EH）=00H，（00FH）=00H 时，则在屏幕的顶部显示一条由 8 段亮线和 8 条暗线组成的虚线。这就是 LCD 显示的基本原理。2. 字符的显示 贵州大学本科毕业论文(设计)第 17 页用 LCD 显示一个字符时比较复杂，因为一个字符由 68 或 88 点阵组成，既要找到和显示屏幕上某几个位置对应的显示 RAM 区的 8 字节，还要使每字节的不同位为“1

34、”，其它的为“0”，为“1”的点亮，为“0”的不亮。这样一来就组成某个字符。但由于内带字符发生器的控制器来说，显示字符就比较简单了，可以让控制器工作在文本方式，根据在 LCD 上开始显示的行列号及每行的列数找出显示 RAM 对应的地址，设立光标，在此送上该字符对应的代码即可。3. 汉字的显示汉字的显示一般采用图形的方式，事先从微机中提取要显示的汉字的点阵码（一般用字模提取软件），每个汉字占 32B，分左右两半，各占 16B，左边为 1、3、5右边为 2、4、6根据在 LCD 上开始显示的行列号及每行的列数可找出显示 RAM 对应的地址，设立光标，送上要显示的汉字的第一字节，光标位置加 1，送第

35、二个字节，换行按列对齐，送第三个字节直到 32B 显示完就可以 LCD 上得到一个完整汉字。3.4.3 1602 字符型 LCD 简介字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式 LCD，目前常用16*1，16*2，20*2 和 40*2 行等的模块。下面以长沙太阳人电子有限公司的 1602 字符型液晶显示器为例，介绍其用法。一般 1602 字符型液晶显示器实物如图 3.8： 贵州大学本科毕业论文(设计)第 18 页 图 3.8 1602 字符型液晶显示器实物图3.4.4 1602LCD 的基本参数及引脚功能1602LCD 分为带背光和不带背光两种，基控制器大部分为 HD447

36、80，带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差别，两者尺寸差别如下图 3.9 所示： 图 3.9 1602LCD 尺寸图1602LCD 主要技术参数： 显示容量:162 个字符 芯片工作电压:4.55.5V 工作电流:2.0mA(5.0V) 模块最佳工作电压:5.0V 字符尺寸:2.954.35(WH)mm 引脚功能说明1602LCD 采用标准的 14 脚（无背光）或 16 脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表 贵州大学本科毕业论文(设计)第 19 页3.2 所示:表 3.2 引脚接口说明表编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显

37、示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极第 1 脚：VSS 为地电源。第 2 脚：VDD 接 5V 正电源。第 3 脚：VL 为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个 10K 的电位器调整对比度。第 4 脚：RS 为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第 5 脚：R/W 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R/W 共同为低电平时可以写入指令或者显示

38、地址，当 RS 为低电平 R/W 为高电平时可以读忙信号，当 RS 为高电平 R/W 为低电平时可以写入数据。第 6 脚：E 端为使能端，当 E 端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第 714 脚：D0D7 为 8 位双向数据线。第 15 脚：背光源正极。第 16 脚：背光源负极。3.4.5 1602LCD 的指令说明及时序1602 液晶模块内部的控制器共有 11 条控制指令，如表 3.3 所示：表 3.3 控制指令表序号指令RSR/W D7D6D5D4D3D2D1D0 贵州大学本科毕业论文(设计)第 20 页1清显示00000000012光标返回000000001*3置输入模式000

39、00001I/D S4显示开/关控制0000001DCB5光标或字符移位000001S/C R/L *6置功能00001DL NF*7置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址8置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址9读忙标志或地址01BF计数器地址10写数到 CGRAM 或DDRAM）10要写的数据内容11从 CGRAM 或DDRAM 读数11读出的数据内容1602 液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。（说明：1 为高电平、0 为低电平）指令 1：清显示，指令码 01H,光标复位到地址 00H 位置。指令 2：光标复位，光标返回到地址 00H。指令 3：光标和

40、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，低电平则无效。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：光标或显示移位 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，高电平时双行显示 F: 低电平时显示 5x7 的点阵字符，高电平时显示5x10 的点阵字符。指令 7：

41、字符发生器 RAM 地址设置。指令 8：DDRAM 地址设置。 贵州大学本科毕业论文(设计)第 21 页指令 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。与 HD44780 相兼容的芯片时序表如下：表 3.4 基本操作时序表读状态输入RS=L，R/W=H，E=H输出D0D7=状态字写指令输入RS=L，R/W=L，D0D7=指令码，E=高脉冲输出无读数据输入RS=H，R/W=H，E=H输出D0D7=数据写数据输入RS=H，R/W=L，D0D7=数据，E=高脉冲输出无读写操作时序如图 3.10

42、和 3.11 所示： 图 3.10 读操作时序 贵州大学本科毕业论文(设计)第 22 页 图 3.11 写操作时序3.4.6 1602LCD 的 RAM 地址映射及标准字库表 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，图 3.12 是 1602 的内部显示地址。图 3.12 1602LCD 内部显示地址 例如第二行第一个字符的地址是 40H，那么是否直接写入 40H 就可以将光标定位在第二行第一个字符的位置呢？这样不行，因为写入显示地址时要求最高位 D7 恒定为高

43、电平 1 所以实际写入的数据应该是 01000000B（40H）+10000000B(80H)=11000000B(C0H)。 在对液晶模块的初始化中要先设置其显示模式，在液晶模块显示字符时光标是自动右移的，无需人工干预。每次输入指令前都要判断液晶模块是否处于忙的状态。 贵州大学本科毕业论文(设计)第 23 页 1602 液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM）已经存储了 160 个不同的点阵字符图形，如图 10-58 所示，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是 01000001B（41H），显示时

44、模块把地址 41H 中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”3.4.7 1602LCD 的一般初始化（复位）过程延时 15mS写指令 38H（不检测忙信号）延时 5mS写指令 38H（不检测忙信号）延时 5mS写指令 38H（不检测忙信号）以后每次写指令、读/写数据操作均需要检测忙信号写指令 38H：显示模式设置写指令 08H：显示关闭写指令 01H：显示清屏写指令 06H：显示光标移动设置写指令 0CH：显示开及光标设置3.4.8 硬件原理图1602 液晶显示模块可以和单片机 AT89C51 直接接口，电路如图 3.13 所示。 贵州大学本科毕业论文(设计)第 24 页图 3.13

45、硬件原理图3.5 AT89C52 单片机时钟电路单片机时钟电路时钟在单片机中非常重要，单片机各功能部件的运行都是以时钟频率为基准。时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。常用的时钟电路有两种方式，一种是内部时钟方式，另一种为外部时钟方式。本设计采用内部时钟方式，内部时钟方式如图 3.14： 贵州大学本科毕业论文(设计)第 25 页图 3.14 AT89C52 单片机时钟电路 MCS-51 单片机内部有一个用与构成振荡器的高增益反相放大器，该高增益反相放大器的输入端为芯片引脚 XTAL1，输出端为引脚 XTAL2。这两个引脚接石英晶体振荡器和微调电容，就构成一个

46、稳定的自激振荡器电路。 电路中的电容 C1 和 C2 典型值通常选择为 30PF 左右，但实际应用时还需要根据晶振的参数来选择。对外接电容的值虽然没有严格的要求，但是电容的大小会影响振荡器频率的高低、振荡器的稳定性和起振的快速性。晶体的振荡频率的范围通常是在1.2MHz12MHz 之间。晶体的频率越高，则系统的时钟频率也就越高，单片机的运行速度也就越快。为了提高温度稳定性，应采用温度稳定性能好的 NPO 高频电容。MCS-51 单片机常选择振荡频率 6MHz 或 12MHz 的石英晶体。3.6 AT89C52 单片机复位电路单片机复位电路 在 51 系列单片机中，在振荡器运行时，RST 引脚上

47、保持到少两个机器周期的高电平输入信号，复位过程即可完成。为响应这一不定期程，CPU 发出内部复位信号。内部复位操作是在发现 RST 为高电平后的第二个周期进行的，并且此后每个周期都重复进行复位操作，直到 RST 变成低电平为止。针对复位电路对时间的需要，我们对上电复位电路进行设计。在这种情况下，把 RST 引脚通 10uF 电容接到 Vcc 并同时经过 10K 电阻和地相连，就可获得上电自动复位的结果。其具体的复位电路如图 3.15 所示。 贵州大学本科毕业论文(设计)第 26 页图 3.15 AT89C52 单片机复位电路 接通电源后，Vcc 便对电容通过电阻进行充电。RST 脚的电压等于

48、Vcc 与电容两端电压之差。在充电过程中，随着电容电压逐步趋于 Vcc，RST 引脚上之电压最终将接近于 0。此过渡过程之长短取决于电阻和电容值的大小。10uF 电容足可使 RST 脚上的电压在振荡器启振后尚有两个机器周期以上的时间保持高于施密特触发器的低门槛电平，从而使整个复位过程得以完成。 3.6 电容三点式振荡电路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。电容三点式振荡电路又称考毕兹振荡电路，三点式振荡电路是指：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，而与发射级相连的两个电抗元件同为电容式的三点式振荡电路，也就是射同基反

49、的构成原则成为电容三点式振荡电路。本设计使用的是克拉珀电容三点式电路。其振荡频率为： (1) LCWo1 (2) LCWof212当 C1 和 C2 的电容值远大于 C3，振荡电路的等效总电容为 (3) 32313133*13*22*13*2*1CCCCCCCCCCCCCCCC 贵州大学本科毕业论文(设计)第 27 页电感测试电路仿真原理图见下图所示。图 3.16 仿真原理图 贵州大学本科毕业论文(设计)第 28 页3.7USB 电源电路电源电路 在设计实物时，需要考虑本系统采用什么样的电源，本设计所采用的模块大多是典型数字器件，其电源都是 5V 左右，所以宜采用 USB 接口来提供电源。 图

50、 3.17 USB-B 插座 图 3.17 是 B 型的 USB 接口，该接口有六个管脚，其中 5、6 管脚其固定作用，通常接地连接。而 2、3 脚分别是 USB 的数据线 D-和 D+，当 USB 只做电源时，这两个管脚可以不管。我们需要用的的主要是 VCC 和 GND，也即 1 和 4 两个管脚，电容测量仪的所有有源器件都将有这两个管脚提供电源。 贵州大学本科毕业论文(设计)第 29 页第 4 章 软件设计 本章将根据电感测量仪的工作原理设计软件，并用 Keil4 编译，经过调试后测试仿真。软件的设计是一个复杂繁琐的过程，最开始需要初步的思路，而后的所有程序都是由初步思路演化而来的。本系统

51、的软件采用 C 语言设计。4.1 I/O 口的分配口的分配P34 接频率输入信号P13 接 LCD1602 E 端口P14 接 LCD1602 RW 端口P15 接 LCD1602 RS 端口P2 口接 LCD1602 数据端口在本设计的模块中，模块是以单片机为核心，讲测量结果显示在 LCD1602 显示屏上。4.2 软件设计流程图软件设计流程图 流程图是一种传统的算法表示法，它利用几何图形的框来代表各种不同性质的操作，用流程线来指示算法的执行方向。由于它简单直观，所以应用广泛，特别是在早期语言阶段，只有通过流程图才能简明地表述算法，流程图成为程序员们交流的重要手段。图 4.1 是本次设计的软

52、件流程图。 贵州大学本科毕业论文(设计)第 30 页系统初始化显示TESTING开定时器T1、计数器T0T1 是否中断频率是否在正常范围内停止 T0、T1，重置初值计算频率大小换算电感的大小显示 ERROR!显示电感及单位YNYNYN图 4.1 软件流程图该流程图基本描述了软件工作的具体过程，本设计的程序源代码就是根据这个流程图来设计的，源代码比较复杂，附在论文附录之中，根据需要可以查阅。 贵州大学本科毕业论文(设计)第 31 页第 5 章 PCB 与实物制作5.1 protel99se 介绍介绍 PCB 板的设计与系统的调试 5.1 PROTEL99SE 的介绍与 PCB 板的设计 Prot

53、el99SE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、Protel 99 SE 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(Advanced Schematic 99)：电路原理图设计部分包括电路图编辑器(简称

54、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(Advanced PCB 99)：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(Advanced Route 99)：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

55、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(Advanced SIM 99)：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(Advanced PLD 99)：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(Adva

56、nced Integrity 99）：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。 贵州大学本科毕业论文(设计)第 32 页 Protel 99 SE 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： 图图 5.15.1 PCBPCB 设计设计5.2 电路图的绘制电路图的绘制电路原理图的绘制分以下几个步骤：1）在 Protel99 软件中先新建一个文档，把所需要的元件载入到文档里面。2）按照系统电路图绘制导线，把

57、元件连接好，添加元件编号及封装。3）通过电气检查如果没有错误，那么系统的电路图就绘制完成。4）完成电路图之后需要制作网络表，导入 PCB，或者直接更新 PCB 也可。 贵州大学本科毕业论文(设计)第 33 页5.3 PCB 板的制作板的制作用 Protel99 设计好 PCB 板，按照规则布局并布线，认真检查正确无误以后就开始制作电路板。其过程包括打印、转印、蚀刻和钻孔四个主要制作工序。个人制作印制电路板比较复杂，而且由于手工操作的原因，新手不容易成功。现代电子行业飞速发展，各种类型的厂家分工比较明确，建议同学们制作好 PCB 确认无误后发到相应厂家代为制作，本设计的电路板即是厂家代为制作的。

58、5.4 材料清单材料清单本次设计所用材料并不多，其清单如下：1）ST89C52 单片机 1 片。2）555 定时器芯片 1 片。3）LCD1602 液晶显示器 1 个。4）USB-B 型母座 1 个。5）5mm 发光二极管 2 个。6）按键及拨码开关各 1 个。7）NPN 三极管 1 支。8）10K 滑动变阻器 1 个。9）15V 100uf 电解电容 2 个。10） 11.0592M 晶振 1 个。11）瓷片电容 7 个，电解电容 2 个。12）碳膜电阻 7 个。5.5 元器件的检测与安装元器件的检测与安装在安装元件前要先认识和检测元件，一些常见元件的认识与检测如下：色环电阻：在此使用的是四

59、个色环标准的电阻。此类电阻前两环表示有效数字，第三环表示倍率，与前三环距离较大的第四环表示允许偏差。 贵州大学本科毕业论文(设计)第 34 页二极管：在此装置中要用到普通二极管和发光二极管，在普通二极管中有白色环标志的那头为负极。对于发光二极管一般引脚长的那端为正极，引脚短的那端为负极。电容：电容在这里用到的是瓷片电容和电解电容，其外围上面都有标记，只需检测其好坏。在利用万用表检测时要注意如果为电解电容红表笔应接正极，黑表笔接负极。对于 2200pF 一下的电容用万用表 R10K 或 R100K 测量，2200pF 以上可以用 R1K 或 R100K 档测量。档次调整好了和表笔接好后，观察万用

60、表指针是否较大的偏转，然后由最大的偏转慢慢的减小至最小值（或零），如果时上述情况则证明该电容有充、放电的功能，为好电容。如果发现万用表指针不偏转说明该电容开路。当万用表指针偏转至最大（阻值为零）说明该电容已击穿。不过，一般对于新电容是不需检测的。三极管：1中、小功率三极管的检测A已知型号和管脚排列的三极管,可按下述方法来判断其性能好坏(a)测量极间电阻.将万用表置于 R100 或 R1K 挡,按照红、黑表笔的六种不同接法进行测试.其中,发射结和集电结的正向电阻值比较低,其他四种接法测得的电阻值都很高,约为几百千欧至无穷大.但不管是低阻还是高阻,硅材料三极管的极间电阻要比锗材料三极管的极间电阻大

61、得多.(b)三极管的穿透电流 ICEO 的数值近似等于管子的倍数 和集电结的反向电流 ICBO的乘积.ICBO 随着环境温度的升高而增长很快,ICBO 的增加必然造成 ICEO 的增大.而ICEO 的增大将直接影响管子工作的稳定性,所以在使用中应尽量选用 ICEO 小的管子.通过用万用表电阻直接测量三极管 e-c 极之间的电阻方法,可间接估计 ICEO 的大小,具体方法如下:万用表电阻的量程一般选用 R100 或 R1K 挡,对于 PNP 管,黑表管接 e 极,红表笔接 c极,对于 NPN 型三极管,黑表笔接 c 极,红表笔接 e 极.要求测得的电阻越大越好.e-c 间的阻值越大,说明管子的

62、ICEO 越小;反之,所测阻值越小,说明被测管的 ICEO 越大.一般说来,中、小功率硅管、锗材料低频管,其阻值应分别在几百千欧、几十千欧及十几千欧以上,如果阻值很小或测试时万用表指针来回晃动,则表明 ICEO 很大,管子的性能不稳定.(c)测量放大能力().目前有些型号的万用表具有测量三极管 hFE 的刻度线及其测试插 贵州大学本科毕业论文(设计)第 35 页座,可以很方便地测量三极管的放大倍数.先将万用表功能开关拨至挡,量程开关拨到ADJ 位置,把红、黑表笔短接,调整调零旋钮,使万用表指针指示为零,然后将量程开关拨到 hFE 位置,并使两短接的表笔分开,把被测三极管插入测试插座,即可从 h

63、FE 刻度线上读出管子的放大倍数.B检测判别电极(a)判定基极.用万用表 R100 或 R1k 挡测量三极管三个电极中每两个极之间的正、反向电阻值.当用第一根表笔接某一电极,而第二表笔先后接触另外两个电极均测得低阻值时,则第一根表笔所接的那个电极即为基极 b.这时,要注意万用表表笔的极性,如果红表笔接的是基极 b.黑表笔分别接在其他两极时,测得的阻值都较小,则可判定被测三极管为PNP 型管;如果黑表笔接的是基极 b,红表笔分别接触其他两极时,测得的阻值较小,则被测三极管为 NPN 型管.(b)判定集电极 c 和发射极 e.(以 PNP 为例)将万用表置于 R100 或 R1K 挡,红表笔基极

64、b,用黑表笔分别接触另外两个管脚时,所测得的两个电阻值会是一个大一些,一个小一些.在阻值小的一次测量中,黑表笔所接管脚为集电极;在阻值较大的一次测量中,黑表笔所接管脚为发射极.C判别高频管与低频管高频管的截止频率大于 3MHz,而低频管的截止频率则小于 3MHz,一般情况下,二者是不能互换的.D在路电压检测判断法在实际应用中、小功率三极管多直接焊接在印刷电路板上,由于元件的安装密度大,拆卸比较麻烦,所以在检测时常常通过用万用表直流电压挡,去测量被测三极管各引脚的电压值,来推断其工作是否正常,进而判断其好坏.2大功率晶体三极管的检测利用万用表检测中、小功率三极管的极性、管型及性能的各种方法,对检

65、测大功率三极管来说基本上适用.但是,由于大功率三极管的工作电流比较大,因而其 PN 结的面积也较大.PN 结较大,其反向饱和电流也必然增大.所以,若像测量中、小功率三极管极间电阻那样,使用万用表的 R1k 挡测量,必然测得的电阻值很小,好像极间短路一样,所以通常使用R10 或 R1 挡检测大功率三极管.3普通达林顿管的检测 贵州大学本科毕业论文(设计)第 36 页用万用表对普通达林顿管的检测包括识别电极、区分 PNP 和 NPN 嘈汀啦夥糯竽芰 认钅谌荨 R 蛭锪侄俟艿腅-B 极之间包含多个发射结,所以应该使用万用表能提供较高电压的 R10K 挡进行测量.4大功率达林顿管的检测检测大功率达林顿

66、管的方法与检测普通达林顿管基本相同.但由于大功率达林顿管内部设置了 V3、R1、R2 等保护和泄放漏电流元件,所以在检测量应将这些元件对测量数据的影响加以区分,以免造成误判.具体可按下述几个步骤进行:A用万用表 R10K 挡测量 B、C 之间 PN 结电阻值,应明显测出具有单向导电性能.正、反向电阻值应有较大差异.B在大功率达林顿管 B-E 之间有两个 PN 结,并且接有电阻 R1 和 R2.用万用表电阻挡检测时,当正向测量时,测到的阻值是 B-E 结正向电阻与 R1、R2 阻值并联的结果;当反向测量时,发射结截止,测出的则是(R1+R2)电阻之和,大约为几百欧,且阻值固定,不随电阻挡位的变换而改变.但需要注意的是,有些大功率达林顿管在 R1、R2、上还并有二极管,此时所测得的则不是(R1+R2)之和,而是(R1+R2)与两只二极管正向电阻之和的并联电阻值.5带阻尼行输出三极管的检测将万用表置于 R1 挡,通过单独测量带阻尼行输出三极管各电极之间的电阻值,即可判断其是否正常.具体测试原理,方法及步骤如下:A将红表笔接 E,黑表笔接 B,此时相当于测量大功率管 B-E 结的等效二极管与保