基于PIC单片机的电阻电容电感测试仪

目录PAGE7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，在应用中我们常常要测定电阻，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STC89C52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。在系统的软件设计是以Keil51为平台，使用C语言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。最后，实际制作了一台样机，在实验室里进行了测试，结果表明该样机的功能和指标得到了设计要求。关键词：单片机，555多谐振荡电路，LCD显示模块，电容三点式振荡目录1前言 11.1设计的背景及意义 11.2电阻、电容、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 31.4本论文的结构安排 32电阻、电容、电感测试仪的系统设计 52.1电阻、电容、电感测试仪设计方案比较 52.2系统的原理框图 53电阻、电容、电感测试仪的系统硬件设计 73.1MCS-51单片机电路的设计 73.2显示电路与按键电路的设计 93.3测量电阻、电容电路的设计 133.3.1555定时器简介 133.3.2测量电阻电路的设计 153.3.3测量电容电路的设计 163.4测量电感电路的设计及仿真 173.4.1测量电感电路的设计 173.4.2测量电感电路的仿真 3.5多路选择开关电路的设计 184电阻、电容、电感测试仪的软件设计 204.1I/O口的分配 204.2主程序流程图 204.3频率参数计算的原理 225PCB板的设计与系统的调试 245.1PROTEL99SE的介绍与PCB板的设计 245.2系统调试与系统测试 255.2.1系统软件调试 255.2.2系统硬件调试 265.2.3系统测试 296结论与展望 32致谢 33参考文献 34附录 35附录一系统原理图及PCB 35附录二源程序 37电阻、电容、电感测试仪的系统设计1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行测量。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桥法两种。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，这里我们将RLC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电阻、电容、电感测试仪的发展历史及研究现状当今电子测试领域，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桥法两种。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阻、电容、电感在线测量方法及装置等电位隔离方法，用于对在线的电阻、电容、电感元件实行等电位隔离，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)的一端与被隔离的在线元件(Z↓[x])的一端通过导线连接，基准精密电阻(R)的另一端与信号源(V↓[i])或者地连接，被隔离的在线元件(Z↓[x])的另一端通过导线与地或者信号源(V↓[i])连接，基准精密电阻(R)与被隔离的在线元件(Z↓[x])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隔离点(C)连接，隔离点(C)的确定方法是：在线路板上凡是与被隔离的在线元件(Z↓[x])靠近信号源(V↓[i])的一端(A)相连的电阻、电容、电感元件的另一端均为隔离端(C)。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LCD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。二极管指示灯51单片机多路选择开关CD4052RC振荡电路二极管指示灯51单片机多路选择开关CD4052RC振荡电路被测电阻液晶显示电路RC振荡电路被测电容液晶显示电路RC振荡电路被测电容电容三点式振荡电路电容三点式振荡电路按键选择测量电路被测电感按键选择测量电路被测电感图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，设置了1盏电源指示灯，采用LCD1602液晶显示：本设计中有1个CD4502、3个LM555、3个测量选择按键和3个指示灯。按键：本设计中有R，C，L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。电阻、电容、电感测试仪的系统硬件设计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、LCD液晶屏等，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C7、C9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=3.3u*10k=33ms。当需要复位时，也可以按下复位按键，进行复位。 3.2显示电路与按键电路的设计随着智能仪器设备的快速发展，液晶显示器的使用越来越普遍。与传统的数码管相比，液晶显示器具有显示信息多显示规范体积小和功耗低等优点，因此是智能仪器智能设备显示终端的首选。目前，液晶显示器主要可分为点阵字符式和点阵图形式。点阵字符式价格比较低廉使用也比较方便，但它一般只能显示模块预先存储的几十到一百个字符，使用受到一定的限制：而点阵图形式可以根据需要显示各种图形曲线汉字和字符，因此有更加广泛的用途。点阵字符型液晶显示器专门用于显示数字字母图形符号及少量自定义符号的显示器。这类显示器把LCD控制器/点阵驱动器/字符存贮器全做在一块印刷版上。本设计中采用常用的2行16列的字符型的LCD1602液晶模块来显示电容值。LCD1602采用标准的14脚接口，其中：第1脚：VSS为地电源第2脚：VDD接5V正电源第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，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RW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RW为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平RW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：背光电源正极第16脚：背光电源负极LCD1602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，如表1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”。单片机P2口分别控制RS，EN，R/和使能端E。D0~D7为LCD1602液晶模块的8位双向数据线，分别与STC89C52RC单片机的P0.0~P0.7相连，用于传输数据。单片机与LCD1602液晶模块连接图如图3.9。图3.9显示电路设计本设计中设置了R,C,L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3.3.1555定时器简介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施密特触发器。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定时器内部结构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,其内部结构如图3-6(A)部分及管脚排列如图(B)部分所示。图3-6定时器内部结构它由分压器、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5KΩ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QUOTE，加在同相输入端，比较器A2的参考电压为QUOTE，加在反相输入端。比较器由两个结构相同的集成运放A1、A2组成。高电平触发信号加在A1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R--S触发器QUOTE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QUOTE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。其工作波如图(D)部分所示。图3-7震荡器工作原理设电容的初始电压Uc＝0，t＝0时接通电源，由于电容电压不能突变，所以高、低触发端VTH＝VTL＝0QUOTEQUOTE，比较器A1输出为高电平，A2输出为低电平，即QUOTE=1，QUOTE=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QUOTE，定时器内部放电三极管截止，电源Vcc经R1，R2向电容C充电，uc逐渐升高。当uc上升到QUOTE时，A2输出由0翻转为1，这时QUOTE=QUOTE=1，R--S触发顺保持状态不变。所以0<t<t1期间，定时器输出u0为高电平1。QUOTE时刻，uc上升到QUOTE，比较器A1的输出由1变为0，这时QUOTE=0，QUOTE=1，R--S触发器复0，定时器输出u0=0。QUOTE期间，QUOTE，放电三极管T导通，电容C通过R2放电。uc按指数规律下降,当时比较器A1输出由0变为1，R--S触发器的QUOTE=QUOTE=1，Q的状态不变，u0的状态仍为低电平。QUOTE时刻，uc下降到QUOTE，比较器A2输出由1变为0，R--S触发器的QUOTE=1，QUOTE=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：QUOTE(3-4)因此改变R1、R2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指输出一个周期内高电平所占的时间。图（C）所示电路输出矩形波的占空比：QUOTEQUOTEQUOTEQUOTEQUOTE(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，就可以构成多谐、单稳及施密特触发器。电阻的测量采用“脉冲计数法”，由555电路构成的多谐振荡电路，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：(3-8)其中R16=1KΩ,R17=1KΩ,C11=0.1uF：电阻测试电路见图3-8所示。图3-8电阻测试电路3.3.3测量电容电路的设计电容的测量同样采用“脉冲计数法”，由555电路构成的多谐振荡电路，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)我们设置R1=R2,得出：(3-12)即：(3-13)电路分为1档：R14=30KΩ,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。其振荡频率为：(3-15)即：(3-16)(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多路选择开关控制P2.0P2.1测量类别00Y0-L01Y1-R10Y2-C11*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多路选择开关电阻、电容、电感测试仪的软件设计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PCB板的设计与系统的调试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系统硬件测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，由于本电路是由腐蚀板腐蚀而成的，焊接完成后，发现1602不显示，经检测后发现电路板腐蚀时间过长或者印刷不好导致线路断路发现后更改后工作正常了。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)系统测量（Ω）相对误差(%)3303330.92002052.55305280.4470048924.120000192163.94700004646831.1b)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）标称值（pF）相对误差值（%）1001011.02212231.322221801.0c)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。设计总结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。致谢致谢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，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。在电信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xxxxxx老师以及帮助过我的同学们表示最真诚的谢意！参考文献参考文献参考文献[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]J.C.Whitaker.ThermalDesignofElektronicEquipment,CRCPressLLC.London2001[10]W.Janke.Zjawiskatermiznewelementachi.ukladachpolprzewodnikowych.WNT.Warszawa.1992西安交通大学城市学院本科生毕业设计（论文）附录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：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。Flas