基于单片机的电阻、电容电感测试仪

1、E 摘要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，在应用中常常要测定电阻，电容，电感的大小。因此，设计可靠，安全，便捷的电阻，电容，电感测试仪具有极大的现实必要性。在系统硬件设计中，以 MCS-51 单片机为的电阻、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 AT89S52 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。在系统的设计是以 Keil51 为，使用 C 语言编程编写了系统应用软件；

2、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。最后，实际制作了一台样机，在功能和指标得到了设计要求。里进行了表明该样机的：单片机，555 多谐振荡电路，LCD 显示模块，电容三点式振荡目录前言1设计的背景及意义1电阻、电容、电感测试仪的发展历史及研究现状1本设计所做的工作31.4 本的结构安排32电阻、电容、电感测试仪的系统设计5电阻、电容、电感测试仪设计方案比较5系统的原理框图5电阻、电容、电感测试仪的系统硬件设计7MCS-51 单片机电路的设计7LED 数码管电路与键盘电路的设计8测量电阻、电容电路的设计103.3.1 555 定时器简介10测量电阻电路的设计13测量

3、电容电路的设计14测量电感电路的设计及仿真15测量电感电路的设计15测量电感电路的仿真错误!未定义书签。多路选择开关电路的设计16电阻、电容、电感测试仪的设计18I/O 口的分配18主程序流程图18频率参数计算的原理20345 PCB 板的设计与系统的调试225.1 PRO99SE 的介绍与PCB 板的设计225.2 系统调试与系统测试235.2.15.2.25.2.3系统调试23系统硬件调试错误!未定义书签。系统测试236 结论与展望26致谢27参考文献28附录29附录一 系统原理图及PCB29附录二 源程序301 前言1.1 设计的背景及意义目前，随着电子工业的发展，电子元器件急剧增加，电

4、子元器件的适用范围也逐渐广泛起来，在应用中常常要测定电阻，电容，电感的大小。因此，设计可靠，安全，便捷的电阻，电容，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量。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。传统的测量电容方法有谐振法和电两种。前者电路简单，速度快，但精度低；后者测量精度高，但速度慢。随着数字化测量技术的发展，在测量速度和精度上有很大的改善，电容的数字化测量常采用恒流法和比较法。电感测量可依据交流电，这种测量方法虽然能较准确的测量电感但交流

5、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。由于测量电阻，电容，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RLC 的测量电路产生的频率送入 AT89S52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 电阻、电容、电感测试仪的发展历史及研究现状电子测试领域，电阻，电容和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。电阻、电容和电感测试发展已经很久，方法众多，常用测量方法如下。电阻测量

6、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。传统的测量电容方法有谐振法和电两种。前者电路简单，速度快，但精度低；后者测量精度高，但速度慢。随着数字化测量技术的发展，在测量速度和精度上有很大的改善，电容的数字化测量常采用恒流法和比较法。电感测量可依据交流电，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阻、电容、电感测量方法及装置等电位方法，用于对

7、的电阻、电容、电感元件实行等电位，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)的一端与被的在线元件(Zx)的一端通过导线连接，基准精密电阻(R)的另一端与信号源(Vi)或者地连接，被的元件(Zx)的另一端通过导线与地或者信号源(Vi)连接，基准精密电阻(R)与被的元件(Zx)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点(C)连接，点(C)的确定方法是：路板上凡是与的元件(Zx)靠近信号源(Vi)的一端(A)相连的电阻、电容、被电感元件的另一端均为端(C)。中国本土测量仪器设备

8、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 。每当提起中国测试仪器 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：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 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 的严重匮乏，造成相关的基础科学研究比较薄弱，这 测量仪器发展的一个主要瓶颈。实际上，即便是研发队

9、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。面向应用和现代市场 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体系和面向应用的研发模式。传统的 模式在计划经济年代里发挥过很大作用，但 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， 应用技术的快速发展。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

10、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，加上各级日益重视，以及中国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。

11、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PRO99E, KEL2 等工具的使用方法。(3)设计测量电阻，电容，电感的振荡电路。 (4)设计 LCD 电路。(5)设计测量频率程序，设置程序。(6)用PRO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，

12、测试数据和结果。(8)撰写。(9)完成英文翻译。1.4本的结构安排本的结构安排为：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、电感测试仪的论与展望。设计，第 5 章 PCB 板的设计与系统的调试，第六章 结的位置。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。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

13、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：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。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。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

14、计，利用 MAXPLUSII 集成开发环境进行综合、仿真，并到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，而且单片机的应用系统有较大的可靠性。系统扩展、系统配置灵活。容易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间短，成本低，可靠性高。上实现，而且设

15、计时综上所述，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P2.3 和P2.4 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

16、单片机为，采用 89C52 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 LCD 显示功能等。在本设计中，采用 LCD1602 液晶显示：本设计中有 1 个CD4502、3 个LM555、 3 个测量选择按键。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。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。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。3 电阻、电容、电感测试仪的系统硬件设计3.1 MCS-5

17、1 单片机电路的设计在本设计中，考虑到单片机的应用系统有较大的可靠性，容易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、LCD 液晶屏等，通过进行控制。器(ROM)、数据MCS-51 单片机包含处理器、程序器(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)处理器

18、：处理器(CPU)是整个单片机的，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)数据器(RAM)：有 128 个 8 位用户数据单元和 128 个寄存器单元，它们是统一编址的，寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能，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

19、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

20、电路使用单片机振荡器，12MHz 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。当需要复位时，也可以按下复位按键，进行复位。3.2 LED 发光二级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，长；通过调制通过的电流强弱可以方便地调制发光

21、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 P2.0、P2.1 和 P2.2 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 口输出极管的接口电路如图 3-2 所示：时，相应的指示灯会灭。发光二图 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 V

22、CC 5V 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。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。3.3 测量电阻、电容电路的设计3.3.1 555 定时器简介555 定时器是一种模拟电路和数字电

23、路相结合的中规模集成器件，它性能优良，适用范围很广，外部加接少量的阻容元件可以很方便地组成单稳态触发器和多谐振荡器，以及不需外接元件就可组成触发器。因此集成 555 定时被广泛应用于脉冲波形的产生与变换、测量与控制等方面。1)555 定时器结构555 定时器是一种模拟电路和数字电路相结合的中规模集成电路,其构如图 3-6(A)部分及管脚排列如图(B)部分所示。结图 3-6 定时器结构它由分压器、比较器、基本R-S 触发器和放电三极管等部分组成。分压器由三个 5K 的等值电阻串联而成。分压器为比较器 A1、A2 提供参考电压，比较器A1 的参考电压为，加在同相输入端，比较器A2 的参考电压为，加

24、在反相输入端。比较器由两个结构相同的集成运放 A1、A2 组成。触发信号加在的反相输入端，与同相输入端的参考电压比较后，其结果作为基本A1R-S 触发器端的输入信号；低电平触发信号加在A2 的同相输入端，与反相输入端的参考电压比较后，其结果作为基本 R-S 触发器 端的输入信号。基本R-S 触发器的输出状态受比较器A1、A2 的输出端控制。2)多谐振荡器工作原理由 555 定时器组成的多谐振荡器如图 3-7(C)部分所示，其中R1、R2 和电容C 为外接元件。其工作(D)部分所示。图 3-7 震荡器工作原理Uc0，t0设电容的初始电压时接通电源，由于电容电压不能突变，所以高、低触发端VTHVT

25、L0，比较器A1 输出为，A2 输出为低电平，即 =1， =0(1 表示高电位，0 表示低电位)，R-S 触发器置 1，定时器输出u0=1此时，定时器放电三极管截止，电源Vcc 经 R1，R2 向电容C充电，uc 逐渐升高。当uc 上升到时，A2 输出由 0 翻转为 1，这时=1，R-S 触发顺保持状态不变。所以 0tt1 期间，定时器输出u0 为1。时刻，uc 上升到，比较器 A1 的输出由 1 变为 0，这时=0， =1，R-S 触发器复 0，定时器输出u0=0。，放电三极管 T 导通，电容 C 通过R2 放电。uc 按指期间，数规律下降,当时比较器A1 输出由 0 变为 1，R-S 触发

26、器的=1，Q 的状态不变，u0 的状态仍为低电平。时刻，uc 下降到，比较器 A2 输出由 1 变为 0，R-S 触发器的=1，=0，触发器处于 1，定时器输出 u0=1。此时电源再次向电容 C 放电，重复上述过程。通过上述分析可知，电容充电时，定时器输出u0=1，电容放电时，u0=0，电容不断地进行充、放电，输出端便获得矩形波。多谐振荡器无外部信号输入，却能输出矩形波，其实质是将直流形式的电能变为矩形波形式的电能。3)振荡周期由图(D)可知，振荡周期T=T1+T2。T1 为电容充电时间，T2 为电容放电时间。充电时间：(3-2)放电时间：(3-3)矩形波的振荡周期：(3-4)因此改变R1、R

27、2 和电容 C 的值，便可改变矩形波的周期和频率。对于矩形波，除了用幅度，周期来衡量外，还有一个参数：占空比 q，q=(脉宽tw)/(周期 T)，tw 指输出一个周期内出矩形波的占空比：所占的时间。图（C）所示电路输(3-5)3.3.2 测量电阻电路的设计定时器 555 是一种用途很广的集成电路，只需外接少量 R、C 元件，就可”，由 555 电以多谐、单稳及触发器。电阻的测量采用“脉冲路的多谐振荡电路，通过计算振荡输出的频率来计算被测电阻的大小。555 接成多谐振荡器的形式，其振荡周期为：(3-6)得出：(3-7)即：图 3-8 电阻测试电路3.3.3 测量电容电路的设计”，由 555 电路

28、电容的测量同样采用“脉冲的多谐振荡电路，通过计算振荡输出的频率来计算被测电容的大小。555 接成多谐振荡器的形式，其振荡周期为：(3-11)设置R1=R2,得出：(3-12)(3-13)即：电路分为 1 档：R14=30K,R15=3.9K；(3-14)电容测试电路见图 3-9 所示。图 3-9电容测试电路3.4 测量电感电路的设计及仿真3.4.1 测量电感电路的设计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称考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

29、振荡电路，也就是射同基反的为电容三点式振荡电路。其振荡频率为：原则成(3-15)(3-16)即：(3-17)电感测试电路见图 3-10 所示。图 3-10 电感测试电路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

30、关控制P2.3P2.4测量类别00Y0-L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01Y1-R10Y2-C11*4 电阻、电容、电感测试仪的设计4.1 I/O 口的分配P1.0 P1.1P1.2R 测量程序的选择C 测量程序的选择L 测量程序的选择P2.3-P2.4 多路选择开关控制选择P2.0、P2.1 和P2.2 按键输入及测量指示灯在本设计的模块中，模块是以单片机为参数在数码管显示，按键主流程图如 4-1 所示。，再通过按键控制测量的被测开始有无按键操？无有结束图 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

31、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。执行键功能初始化开始YesNo结束图 4-2 RLC 测试仪的流程图首先被测元件，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显示采值并计算通道及指示灯的设置定时器设置开中断L测试状态C测试状态R测试状态健分析，置状态键扫描初始化序，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频率的测量，再通过对测量数据的

32、校正来完成。单片机对频率测量的原理如下图 4-3 所示。，对外触发电路产生的脉冲图 4-3说明：图 4-3 中t1 时刻检测到检测低电平；t3 时刻第二次检测到测频率原理图示开定时器 1，开始计数；t2 时刻等待时关定时器停止计数。利用 GATE=1,TR1=1,只有引脚输入时，T1 才允许计数，利用的到来，当检测到此，将外部输入脉冲经引脚上输入，等待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，但测得是频率，故在程序中药继续检测等待下一个的到来，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

33、的频率。程序流程图如图 4-4 所示。开始Nfw 是否为 1YNfw 是否为 0YNfw 是否为 1Y结束图 4-4 频率计算程序流程图数据处理开定时器 TR=1程序初始化5 系统的调试5.1 PRO99SE 的介绍Pro99SE 是应用于Windows9X/2000/NT 操作系统下的EDA 设计，采用设计库管理模式，可以进行联网设计，具有很强的能力和开放性及 3D 模拟功能，是一个 32 位的设计，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、Pro99 SE 的系统组成按照系统功能来划分，Pro99

34、se 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。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

35、件封装；管理电路板组件。自动布线系统(Advanced Route 99) ： 本系统包含一个基于形状(Sh-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。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

36、号的波形。利用 PLD 系统可以最大限度的精简逻辑，使数字电路设计达到最简化。(3)高级信号完整性分析系统(Advancedegrity 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。二、Pro99 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5.2 系统调试与系统测试5.2.1 系统调试单片机开发中除必要的硬件外，同样离不开，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

37、。机器汇编是通过汇编将源程序变为机器码，用于 MCS-51 单片机的汇编有早期的 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，单片机的开发系列单片机的也在不断发展，Keil是目前最流行开发 MCS-51，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(uVi)将这些部份组合在一起。运行 Keil需要 Pentium 或以上的 CPU，16MB或RAM、20M 以上空闲的硬盘空间、WIN98、NT、WIN2000、WINX

38、P等操作系统。5.2.2 系统测试(1)测试原理：在系统设计中，以 MCS-51 单片机为的电阻、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，使用C 语言与汇编语言混合编程编写了系统应用；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。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

39、道本系统的测试精度。测试仪器：示波器，万用表，稳压电源，计算机。(4)：通过按键，实现其按键所对应的功能，并观察，对设计进一步的进行校正和对实现功能的可靠性的确认，并如下：a)电阻测试数据如表 5-1 所示。表 5-1 电阻测试数据观察结果。b)电容测试数据如表 5-2 所示。表 5-2 电容测试数据c)由于电感制作复杂本次测试暂未对电感进试。(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

40、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，示值（ ）振荡频率（Hz）标称值（ ）相对误差值（%）103316101051.010429962063.8224161995839.2标称值()振荡频率（Hz）系统测量（）相对误差(%)33069293330.920095012052.553049815280.44700503648924.1200002596192163.94700001574646831.1如

41、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。

42、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,调试和方便，而且以 MCS-51 单片机最小系统为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,的测量值，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Keil51 的部分是系统实现各种工作状态的关键。通过结合硬件电路，在上，使用C 语言与汇编语言混合编程编写了系统应

43、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。致谢本文是作者在西安交通大学城市学院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

44、。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，xx 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 xx 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，彼此问题，共同提高。在此也要感谢研究工作得以顺利的进行。各位学友，有了大家的支持和帮助使得最后，再次向老师以及帮助过表示最的谢意！参 考 文 献1.MCS-51，2008如，单片机原理及系统设计.西安交通大学年 3 月第 1 版如，郭福田2，2006.2现代测试技术与系统设计西安：西安交通大学3付家才.单片机控制工程实践技术M.化学工业，20

45、04，1997，200145678.MCS-51 单片机应用系统.哈尔滨工业大学.单片机实验与实践.航空航天大学，2002，ISBN7- 81082- 169- 5TP，2008.跟我学用单片机.航空航天大学.单片机原理与使用技术.电子技术实验及课程设计.东南大学9J.C.Whitaker.Thermal Design of Elektronic Equipment,CRC Press LLC.Lond on200110W.Je.Zjawiska termiznew elementachi.ukladach polprzewodnikowych.WNT.Warszawa.1992附录附录一系统

46、原理图附图附录二PCB 图附录二源程序源程序：外文翻译单片机 AT89C51 简介AT89C51 是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器（PEROM）和 128 字节的随机存取数据器（RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性技术生产，兼容标准MCS-51 产品指令系统，片内置通用 8 位处理器（CPU）和 Flash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 闪速器；3）

47、1000 次擦写周期；全静态操作：0HZ24MHZ；三级加密程序器；6）128*8 字节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；可编程串行 UART 通道；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 字节闪速器，128 字节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

48、继续工作。掉电方式保存 RAM中的内容，但振荡器停止工作并引脚功能说明： Vcc：电源电压GND：地其它所有工作直到下一个硬件复位。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。在外部数据器或程序期间激活器时，这组上拉电阻。口线分时转换地址（低 8 位）和数据总线复用，在P1 口：P1 是一个带上拉电阻的 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”，通过的上存在拉电阻把端口拉到，此时可做熟出口

49、。做输出口使用时，因为上拉电阻，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”，通过地山拉电阻把端口拉到，此时可作为输出口，作输出口使用时，因为存在上拉电阻，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，他们被上拉电阻拉高并可作为输出口。做输出端时，被

50、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号。表 1 P3 功能器编程和程序校验的控制信RST：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：当器时，ALE（地址所存允外部程序器或数据许）输出脉冲用于所存地址的低 8 位字节。即使不外部器，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：每当外部数据器时将跳过一个 ALE 脉冲。对flash器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。不要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的 8EH 单元的 D0 位置

51、ALE 操作。该外置位后，只要一条 MOVX 和 MOVC 指令 ALE 才位，可会被激活。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引脚功能P3.0RXDP3.1TXDP3.20P3.31P3.4TOP3.5T1P3.6WRP3.7RD无效。PSEN：程序 AT89C51 由外部程序允许（PSEN）输出是外部程序器的读选通信号，当器取指令（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，当外部数据器，这两次有效的 PSEN信号不出现。EA/VPP: 外部允许。欲使 CPU 仅外部程序器（ 地址为如果加密位LB10000H-FH），EA 端必须保持低电

52、平（接地）。需注意的是;会锁存EA 端状态。（接 VCC 端），CPU 则执行被编程，复位时如 EA 端为程序器中的指令。Flash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并联振

53、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，电容使用 30，而如使用陶瓷谐振器建议选择 40。用户也可以采用外部时钟。这种情况下，外部时钟脉冲接到 XTAL1 端，即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，但最小平持续时间应符合产品技术要求。持续时间和最大的低电图 1 外部时钟电路图 2 外部时钟输入在空闲工作模式状态，CPU 保持睡眠状态而所有片内的外设仍保持激活状态，这种方式由产

54、生。此时，片内 RAM 和所有特殊功能寄存器的内容保持不变。空闲模式可由任何允许的中断请求或硬件复位终止。终止空闲工作模式的方法有两种，其一是任何一条被允许中断的事件被激活，即可终止空闲工作模式。程序会首先响应中断，进入中断服务程序，执行完中断服务程序并仅随终端返回指令，下一条要执行的指令就是使单片机进入空闲模式那条指令后面的一条指令。其二是通过硬件复位也可将空闲工作模式终止，需要注意的是，当由硬件复位来终止空闲模式时，CPU 通常是从激活空闲模式那条指令的下一条指令开始继续执行程序的，要完成复位操作，硬件复位脉冲要保持两个机器周期（24 个时钟周期）有效，在这种情况下，CPU片内 RAM，而

55、允许其它端口。为了避免可能对端口产生以外写入，激活空闲模式的那条指令后一条指令不应该是一条对端口或外部器的写入指令。在掉电模式下，震荡器停止工作，进入掉电模式的指令是最后一条被执行的指令，片内 RAM 和特殊功能寄存器的内容在终止掉电模式前被冻结。退出掉电模式的唯一方法是硬件复位，复位后将重新定义全部特殊功能寄存器但不改变RAM 中的内容，在 VCC 恢复到正常工作电平前，复位应无效，且必须保持一定时间以使振荡器重启动并稳定工作。表 2 编程电压编程方法：编程前，需设置好地址，数据及控制信号， AT89C51 编程方法如下：1）2）3）4）5）在地址线上加上要编程单元的地址信号；在数据线上加上

56、要写入的数据字节；激活相应的控制信号；在高电压编程方式时，将EA/VPP 端加上+12V 编程电压；每对 FLASH阵列写入一个字节或每写入一个程序加密位，加上一个 ALE/PROG 编程脉冲，改变编程单元的地址和写入的数据，重复 15步骤，直到全部文件编程结束。每个字节写入周期是自身定时地，通常约为 1.5ms。数据查询：AT89C51 单片机用数据查询方式来检测一个写周期是否结束，在一个写周期中，如需要（P0.7）是原来写入字节最最后写入的那个字节，则读出的数据的最的反码。写周期完成后，有效的数据就会出现在所有输出端上，此时，可进入下一个字节的写周期，写周期开始后，可在任意时刻进行数据查询

57、。READY/BUSY：字节编程的进度可通过“RDY/BSY”输出信号监测，编程期间，ALE 变为“H”后 P3.4(RDY/BSY)端电平被拉低，表示正在编程状态（忙状态）。编程完成后，P3.4 变为表示准备就绪状态。程序校验：如果加密位 LB1、LB2 没有进行编程，则代码数据可通过地址和数据线读回原编写的数据。加密位不可能直接变化。证实加密位的完成通过观察它们的特点和能力。擦除：利用控制信号的正确组合（表 1）并保持 ALE/PROG 引脚 10ms的低电平脉冲宽度即可将PEROM 阵列（4k 字节）整片擦除，代码阵列在擦除操作中将任何非空单元写入“1”，这步骤需要再编程之前进行。读片内

58、签名字节：AT89C51 单片机内有 3 个签名字节，地址为 030H、031H和 032H。用于该器件的厂商、型号和编程电压。读签名字节的过程和单元VPP=12VVPP=5V标志AT89C51X YYWWAT89C51X-5 YYWW地址(030H)=1EH(031H)=51H (032H)=FFH(030H)=1EH(031H)=51H (032H)=05H030H、031H 和 032H 的正常校验相仿，只需将 P3.6 和 P3.7 保持低电平，返回值意义如下：（030H）=1EH产品由 ATMEL 公司制造；（031H）=51H为 AT89C51 单片机；（032H）=FFH为 5V

59、 编程电压。为 12V 编程电压；（032H）=05H编程接口：采用控制信号的正确组合可对 FLASH 闪速阵列中的每一代码字节进行写入和它将自动定时到操作完成器的整片擦除，写操作周期是自身定时的，初始化后Birefroduction of AT89C51The AT89C51 is a low-er, high-performance CMOS 8-bitputerwith 4K bytes of Flash Programmable and Erasable Read Only Memory (PEROM) and 128 bytes RAM. The device is manufact

60、ured using Atmels high density nonvolatile memory technology and is compatible with the industry standardMCS-51 instruction set and pinout. The chip combines a versatile 8-bit CPU withFlash on a monolithic chip, the Atmel AT89C51 is aerfulputer whichprovides a highly flexible and cost effective solu