数字式电感测量仪设计毕业论文.doc

贵州大学本科毕业论文 设计 第 页 数字式电感测量仪设计毕业论文数字式电感测量仪设计毕业论文 数字式电感测量仪设计 III 摘 要 III 第一章 前言 1 1 1 设计的背景和意义 1 1 2 电感测试仪的发展历史及研究现状 1 1 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 4 2 1 课题设计的主要内容 4 2 2 系统功能 4 2 3 设计的指标及要求 4 2 4 系统原理框图 6 第三章 单元电路设计与分析 7 3 1 555 芯片简介与 555 电路的设计 7 3 1 1 555 芯片的顶视图及各引脚的功能 7 3 1 2 555 芯片工作原理 7 3 1 3 555 电路的设计 8 3 2 80C51 芯片简介 9 3 2 1 80C51 单片机和 80C51 系列单片机 9 3 2 3 80C51 的内部结构 11 3 2 4 80C51 的引脚功能描述 13 3 3 80C51 电路设计 14 3 4 LCD1602 简介 15 3 4 1 LCD1602 优点 15 3 4 2 液晶显示简介 16 3 4 3 1602 字符型 LCD 简介 17 贵州大学本科毕业论文 设计 第 I 页 3 4 4 1602LCD 的基本参数及引脚功能 18 3 4 5 1602LCD 的指令说明及时序 19 3 4 6 1602LCD 的 RAM 地址映射及标准字库表 22 3 4 7 1602LCD 的一般初始化 复位 过程 23 3 4 8 硬件原理图 24 3 5 AT89C52 单片机时钟电路 25 3 6 AT89C52 单片机复位电路 26 3 6 电容三点式振荡电路 26 3 7 USB 电源电路 28 第四章 软件设计 30 4 1 I O 口的分配 30 4 2 软件设计流程图 30 第五章 PCB 与实物制作 32 5 1 PROTEL99SE 介绍 32 5 2 电路图的绘制 33 5 3 PCB 板的制作 34 5 4 材料清单 34 5 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 贵州大学本科毕业论文 设计 第 II 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 贵州大学本科毕业论文 设计 第 III 页 Design of digital inductance measuring 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 instrument 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 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 display 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 0 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 1 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 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 2 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 LCD 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 3 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 100uH 10mH 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 4 页 包括 技术要求 工作要求 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 5 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 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 6 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 7 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 8 页 3 2 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 80c51 基本组成 1 CPU 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 9 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 3 I 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 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 10 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 11 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 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 3 I O 口 1 并行口 有 4 个 8 位并行 I O 口 P0 P3 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 4 80C51 的引脚功能描述 贵州大学本科毕业论文 设计 第 12 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 0 P0 7 通用 I O 引脚或数据 低 8 位地址总线复用引脚 P1 0 P1 7 通用 I O 引脚 P2 0 P2 7 通用 I O 引脚或高 8 位地址总线复用引脚 P3 0 P3 7 通用 I O 引脚或第二功能引脚 4 控制引脚 4 个 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 PSEN EA 贵州大学本科毕业论文 设计 第 13 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 0 P1 7 通用 I O 引脚 P1 0 和 P1 1 兼作模拟信号输入引脚 AIN0 AIN1 P3 0 P3 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 14 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 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 15 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 M N 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 16 8 128 个点组成 屏上 64 16 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 000H 00FH 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 16 页 用 LCD 显示一个字符时比较复杂 因为一个字符由 6 8 或 8 8 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 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 17 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 HD44780 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 16 2 个字符 芯片工作电压 4 5 5 5V 工作电流 2 0mA 5 0V 模块最佳工作电压 5 0V 字符尺寸 2 95 4 35 W H 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 18 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 7 14 脚 D0 D7 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 19 页 1清显示0000000001 2光标返回000000001 3置输入模式00000001I D S 4显示开 关控制0000001DCB 5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 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 20 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D0 D7 状态字 写指令输入RS L R W L D0 D7 指令码 E 高脉冲 输出无 读数据输入RS H R W H E H输出D0 D7 数据 写数据输入RS H R W L D0 D7 数据 E 高脉冲 输出无 读写操作时序如图 3 10 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 21 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 22 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 23 页 图 3 13 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 24 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 2MHz 12MHz 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 25 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 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 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 LC Wo 1 2 LC Wo f 2 1 2 当 C1 和 C2 的电容值远大于 C3 振荡电路的等效总电容为 3 3 2 3 1 3 1 3 3 13 22 1 3 2 1 C C C C C C CCCCCC CCC C 贵州大学本科毕业论文 设计 第 26 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 27 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 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 28 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 本系统的软件采用 C 语言设计 4 1 I O 口的分配口的分配 P3 4 接频率输入信号 P1 3 接 LCD1602 E 端口 P1 4 接 LCD1602 RW 端口 P1 5 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 是本次设计的软件流程图 贵州大学本科毕业论文 设计 第 29 页 系统初始 化 显示 TESTING 开定时器 T1 计数器 T0 T1 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 Y N Y N Y N 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 30 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 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 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 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 Advanced 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 31 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 32 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 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 33 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 R 10K 或 R 100K 测量 2200pF 以上可以 用 R 1K 或 R 100K 档测量 档次调整好了和表笔接好后 观察万用表指针是否 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 R 100 或 R 1K 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