畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專業(yè)紙畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專業(yè)紙昆明理工大學(xué)津橋?qū)W院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：基于單片機(jī)的電容測(cè)試儀設(shè)計(jì)-硬件設(shè)計(jì)系部：計(jì)算機(jī)與電子電氣工程系專業(yè)：電子信息科學(xué)與技術(shù)年級(jí)：學(xué)生姓名：xxx學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：xx日期：教務(wù)處制基于單片機(jī)的電容測(cè)試儀系統(tǒng)設(shè)計(jì)——硬件設(shè)計(jì)The

Capacitor

Tester

Based

on

the

Single

Chip

Microcomputer-HardwareDesignschool：KunMingUniversityofScienceandTechnologyInstituteofOxbridgeDepartment：ComputerandDepartmentofElectricalandElectronicEngineeringSubject：ElectronicInformationScienceandTechnology Grade：09 Name：xx StudentID：202116022218 Teacher：xx 目錄摘要 IAbstract II前言 1第1章緒論 21.1課題研究的目的及意義 21.2課題選題背景 21.3課題研究?jī)?nèi)容 3第2章系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 42.1硬件設(shè)計(jì) 42.1.1主控芯片 42.1.21602液晶顯示 62.1.3LM324運(yùn)算放大器芯片 72.1.474LS138譯碼器芯片 82.2軟件設(shè)計(jì) 82.2.1C簡(jiǎn)介 82.2.2KEIL簡(jiǎn)介 92.2.3PROTEUS簡(jiǎn)介 92.3系統(tǒng)工作原理 10第3章電路原理分析設(shè)計(jì) 123.1電路板總體結(jié)構(gòu) 123.2電路板各模塊功能分析 133.2.1電源電路模塊分析 133.2.2串口通信電路模塊分析 133.2.3液晶顯示電路模塊分析 143.2.4按鍵電路模塊分析 143.2.5放電電路模塊分析 153.2.6量程轉(zhuǎn)換電路模塊分析 153.2.7電容測(cè)量電路模塊分析 16第4章原理圖繪制及PCB板制作 194.1單元電路的原理圖設(shè)計(jì) 194.1.1作圖工具Altiumdesigner09簡(jiǎn)介 194.1.2原理圖的設(shè)計(jì)流程 204.1.3器件庫(kù)的制作 214.1.4元器件清單 244.2仿真及萬(wàn)能板電路焊接、調(diào)試 254.2.1Proteus的仿真 254.2.2NiMultisim11仿真 264.2.3焊接萬(wàn)能板 274.3PCB印制板設(shè)計(jì)與制作 284.3.1設(shè)置PCB設(shè)計(jì)環(huán)境 284.3.2元件布局 314.3.3布線，覆銅 334.3.4PCB板的焊接 36第5章總結(jié) 385.1設(shè)計(jì)工作總結(jié) 385.2后期展望 38謝辭 40參考文獻(xiàn) 41附錄 43附錄一（英語(yǔ)文獻(xiàn)） 43附錄二（中文翻譯） 51-PAGE64-基于單片機(jī)的電容測(cè)試儀——硬件設(shè)計(jì)摘要隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技水平的提高，很多智能芯片的制造，使電子測(cè)量?jī)x表向數(shù)字化、智能化方向發(fā)展。電容量的測(cè)量是電子測(cè)量中最基本的參數(shù)測(cè)量，要求有一定的精確度，同時(shí)要求測(cè)量的量程要寬，測(cè)量的速度要快。電容在工業(yè)生產(chǎn)中相當(dāng)常見(jiàn)，在電子教學(xué)過(guò)程當(dāng)中也很常見(jiàn)。本課題針對(duì)在校學(xué)生實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)中經(jīng)常因?yàn)闃?biāo)簽丟失而無(wú)法得知其容值，提出開(kāi)發(fā)了基于單片機(jī)的電容測(cè)試儀系統(tǒng)。該課題通過(guò)單片機(jī)，LCD1602液晶顯示屏，測(cè)量電路設(shè)計(jì)等，研制了一套“電容測(cè)試系統(tǒng)”，該系統(tǒng)是由顯示系統(tǒng)，按鍵系統(tǒng)及測(cè)量系統(tǒng)等組成。具體實(shí)現(xiàn)了通過(guò)按鍵改變系統(tǒng)狀態(tài)對(duì)不同電容測(cè)量其電容值及顯示的功能。論文論述了該課題的硬件設(shè)計(jì)部分，其中重點(diǎn)論述了結(jié)合系統(tǒng)各功能及系統(tǒng)原理，初步構(gòu)想原理圖，電路原理論證之后，通過(guò)AltiumDesigner軟件進(jìn)行特殊器件的原理圖庫(kù)文件的繪制，PCB封裝制作以及原理圖的繪制；論述系統(tǒng)PCB制板流程，制作成品PCB電路板，其中包括PCB的布局，布線，淚滴和覆銅；最后通過(guò)焊接、調(diào)試完成系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)最終實(shí)現(xiàn)印刷板的制作及各功能的實(shí)現(xiàn)。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)，電容測(cè)試，LCD1602

The

Capacitor

Tester

Based

on

the

Single

Chip

Microcomputer-HardwareDesignAbstractWiththedevelopmentofeconomyandtheimprovementofscienceandtechnology,manysmartchipmanufacturing,electronicmeasuringinstrumenttodigital,intelligentdirection.Capacitancemeasurementisoneofthemostbasicelectronicmeasurementparametersmeasurement,requiresacertainaccuracy,atthesametimerequireswidemeasurementrange,measurementspeedisfaster.Capacitanceisfairlycommoninindustrialproduction,arealsocommoninthemiddleoftheelectronicteachingprocess.Inthedesignofthistopicinviewofthestudentsintheexperiment,oftenbecausethelabelismissingandnotprivytothecapacitancevalue,capacitancemeasuringinstrumentbasedonsinglechipmicrocomputersystemisdeveloped.Thesubjectthroughthesinglechipmicrocomputer,LCD1602LCDdisplay,measuringcircuitdesign,etc.,hasdevelopedasetofcapacitancetestsystem,thesystemismadeupofdisplaysystem,keysystemandmeasurementsystem,etc.Concreteimplementationofmeritkeychangemeasuringthecapacitanceofthesystemstatus,fordifferentvaluesanddisplayfunctions.Paperdiscussesthehardwaredesignpartofthesubject,whichmainlydiscussesthesystemeachfunctionandthesystemprinciple,preliminarydesignprinciplediagramandcircuitprincipleafterargument,withAltiumDesignersoftwaretocarryonthespecialdevice,theprincipleoflibraryfileofdrawing,PCBassemblyproductionaswellastheschematicdrawing,;SystemPCBplate-makingprocess,PCBcircuitboardontheproductionoffinishedproducts,includingPCBlayout,wiring,tearsandcopperclad;Finallythroughwelding,debugging,completesystemhardwaredesignachieveprintingplateproductionandtherealizationofeachfunction.Keywords:Singlechipmicrocomputer，Capacitancetest，LCD1602前言在日常的電路工程或者是電路試驗(yàn)中，電容是一個(gè)最常見(jiàn)的元器件，實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)電容的電容值的準(zhǔn)確度要求也是很高的。在實(shí)際操作中，對(duì)電容的測(cè)量存在許多麻煩，數(shù)值的表現(xiàn)也不夠直觀。為此，我們查閱資料，根據(jù)所學(xué)的知識(shí)，設(shè)計(jì)了一個(gè)數(shù)字電容測(cè)試儀，只要接入被測(cè)電容，打開(kāi)開(kāi)關(guān)以后，就能直接在屏幕上顯示出電容的大小，方便在以后的實(shí)驗(yàn)中對(duì)電容的使用。本課題通過(guò)分小組協(xié)作的模式展開(kāi)，兩位同學(xué)分別負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)以STC89C52單片機(jī)為控制器，通過(guò)單片機(jī)測(cè)量電容的充電時(shí)間來(lái)計(jì)算電容值。在基準(zhǔn)電壓一定時(shí)電容量和電容充放電時(shí)間成正比，通過(guò)電源給被測(cè)電容器充電，充電開(kāi)始給單片機(jī)一個(gè)信號(hào)使單片機(jī)開(kāi)始計(jì)數(shù)，充電到基準(zhǔn)電壓值后通過(guò)比較器給單片機(jī)一個(gè)信號(hào)使單片機(jī)停止計(jì)數(shù)，然后把計(jì)數(shù)值轉(zhuǎn)化成電容量。論文主要技術(shù)方向?yàn)殡娐吩韴D的設(shè)計(jì)，制作和電路工作原理的解析。在理解目標(biāo)任務(wù)的整機(jī)結(jié)構(gòu)及各單元電路的工作原理基礎(chǔ)上，熟悉承擔(dān)的子課題所要解決的難點(diǎn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的方法、技術(shù)要求等；按子課題的要求題電路進(jìn)行原理圖設(shè)計(jì)；合并各個(gè)子課題的設(shè)計(jì)，完成系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，進(jìn)行整機(jī)實(shí)物制作及程序調(diào)試，實(shí)現(xiàn)功能。第1章緒論1.1課題研究的目的及意義電容量是電子信息行業(yè)中非常關(guān)鍵的一項(xiàng)物理量，在信息、工業(yè)、各種高新技術(shù)的開(kāi)發(fā)和研究中也是一個(gè)非常普遍和常用的測(cè)量參數(shù)。電容器的基本作用就是充電與放電，但由這種基本充放電作用所延伸出來(lái)的許多電路現(xiàn)象，使得電容器有著種種不同的用途，例如：在電動(dòng)馬達(dá)中，用它來(lái)產(chǎn)生相移；在照相閃光燈中，用它來(lái)產(chǎn)生高能量的瞬間放電等等。而在電子電路中，電容器不同性質(zhì)的用途尤多，這許多不同的用途，雖然也有截然不同之處，但因其作用均來(lái)自充電與放電。電容量的測(cè)量是電子測(cè)量中最基本的參數(shù)測(cè)量，要求有一定的精確度，同時(shí)要求測(cè)量的量程要寬，測(cè)量的速度要快。因此，設(shè)計(jì)可靠、安全、便捷的電容測(cè)試儀具有極大的現(xiàn)實(shí)必要性。電容的重要性是顯而易見(jiàn)的，在生活生產(chǎn)中都離不了電容器。所用的電器，生產(chǎn)中的機(jī)械設(shè)備，如果沒(méi)有了電容都將無(wú)法繼續(xù)使用。雖然他只是一個(gè)不起眼的小配件，但他是不能或缺的?？梢韵胂笠窃谏a(chǎn)生活中沒(méi)有了電容，生產(chǎn)無(wú)法繼續(xù)生活將缺少太多的色彩。1.2課題選題背景在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，往往需要用到很多電容，電阻等器件。然而在使用過(guò)程中，由于時(shí)間和管理的疏忽經(jīng)常會(huì)把器件的容量標(biāo)簽丟失，以至于無(wú)法得知器件的容量。而且在一些廢電路板上有很多也可以使用但又記不得容量的器件，要是扔了又覺(jué)得很浪費(fèi)。在實(shí)際操作中，對(duì)電容的測(cè)量也存在許多麻煩，數(shù)值的表現(xiàn)也不夠直觀。為此，查閱資料，根據(jù)所學(xué)的知識(shí)，設(shè)計(jì)了一個(gè)數(shù)字電容測(cè)試儀，只要接入被測(cè)電容，打開(kāi)開(kāi)關(guān)以后，就能直接在屏幕上顯示出電容的大小，方便在以后的實(shí)驗(yàn)中對(duì)電容的使用?，F(xiàn)在作為學(xué)生所接觸到的僅僅停留在學(xué)校的實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)中，還不曾接觸的工業(yè)生產(chǎn)和商業(yè)交易中，更大批量的器件都會(huì)被丟棄浪費(fèi)。這不止是對(duì)資源的浪費(fèi)，還是對(duì)環(huán)境的一種破壞。所以回收利用不僅是一種節(jié)約也是一種環(huán)保。所以，可以直接對(duì)電容量進(jìn)行測(cè)量的電容表在更多的范圍中應(yīng)該得到更加充分的應(yīng)用。1.3課題研究?jī)?nèi)容本課題通過(guò)分小組協(xié)作的模式展開(kāi)，同學(xué)分別負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的硬件終端設(shè)計(jì)，軟件終端設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)以STC89C52單片機(jī)為控制器，通過(guò)單片機(jī)測(cè)量電容的充電時(shí)間來(lái)計(jì)算電容值。在基準(zhǔn)電壓一定時(shí)電容量和電容充放電時(shí)間成正比，通過(guò)電源給被測(cè)電容器充電，充電開(kāi)始給單片機(jī)一個(gè)信號(hào)使單片機(jī)開(kāi)始計(jì)數(shù)，充電到基準(zhǔn)電壓值后通過(guò)比較器給單片機(jī)一個(gè)信號(hào)使單片機(jī)停止計(jì)數(shù)，然后把計(jì)數(shù)值轉(zhuǎn)化成電容量。其硬件終端設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容如下：電的原理圖設(shè)計(jì)。熟悉系統(tǒng)中各個(gè)單元電路的功能，按功能進(jìn)行元器件型號(hào)的篩選分類，理出相應(yīng)的原理圖器件清單。開(kāi)始根據(jù)要求設(shè)計(jì)電路的原理圖用AltiumDesigner軟件對(duì)原理圖進(jìn)行繪制。其中所應(yīng)用到的創(chuàng)建項(xiàng)目、建立庫(kù)文件、設(shè)置電路圖紙尺寸以及版面、添加元件庫(kù)、放置元器件、元器件布線、放置網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)、元器件的參數(shù)設(shè)置及添加封裝等。PCB印制板圖繪制。利用AltiumDesigner軟件構(gòu)建PCB文件，設(shè)置PCB的各種參數(shù)后將原理圖導(dǎo)入到PCB文件中，形成初步構(gòu)局，通過(guò)調(diào)整元件的位置進(jìn)行簡(jiǎn)單的布局，采用自動(dòng)布線和手工布線結(jié)合使PCB中的布局合理美觀。再對(duì)PCB圖進(jìn)行淚滴和覆銅。形成最終的PCB圖。使用相應(yīng)的元器件，參照原理圖完成電路板的焊接。本課題通過(guò)硬件和軟件設(shè)計(jì)的搭配，通過(guò)不斷的調(diào)試和修改最終實(shí)現(xiàn)電容測(cè)量的功能。第2章系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)2.1硬件設(shè)計(jì)2.1.1主控芯片圖2-1STC89C52實(shí)物圖STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時(shí)器，內(nèi)置4KBEEPROM，MAX810復(fù)位電路，3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，4個(gè)外部中斷，一個(gè)7向量4級(jí)中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口。另外STC89X52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率35MHz，6T/12T可選。其特性可以總結(jié)如下：1.增強(qiáng)型8051單片機(jī)，6時(shí)鐘/機(jī)器周期和12時(shí)鐘/機(jī)器周期可以任意選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051.2.工作電壓：5.5V～3.3V（5V單片機(jī)）/3.8V～2.0V（3V單片機(jī)）3.工作頻率范圍：0～40MHz，4.用戶應(yīng)用程序空間為8K字節(jié)5.片上集成512字節(jié)RAM6.ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無(wú)需專用編程器，無(wú)需專用仿真器，可通過(guò)串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片7.具有EEPROM功能8.共3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。即定時(shí)器T0、T1、T29.通用異步串行口（UART），還可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè)UART10.PDIP封裝STC89C52在本系統(tǒng)中所使用的引腳功能說(shuō)明P1端口（P1.0～P1.7，1～8引腳）：P1口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P1的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)（吸收或者輸出電流方式）4個(gè)TTL輸入。對(duì)端口寫(xiě)入1時(shí)，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這是可用作輸入口。P1口作輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部上拉電阻，那些被外部拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流。RST（9引腳）：復(fù)位輸入。當(dāng)輸入連續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平時(shí)為有效，用來(lái)完成單片機(jī)單片機(jī)的復(fù)位初始化操作。P3端口（P3.0～P3.7，10～17引腳）：P3是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P3的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流方式）4個(gè)TTL輸入。對(duì)端口寫(xiě)入1時(shí)，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時(shí)可用作輸入口。XTAL2（18引腳）：振蕩器反相放大器的輸入端。XTAL1（19引腳）：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。VSS（20引腳）：接地P0端口（P0.0～P0.7，39～32引腳）：P0口是一個(gè)漏極開(kāi)路的8位雙向I/O口。VCC（40引腳）：電源電壓2.1.21602液晶顯示圖2-2LCD1602液晶顯示屏實(shí)物圖1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊。它由若干個(gè)5X7或者5X11等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符，每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因?yàn)槿绱怂运荒芎芎玫仫@示圖形。1602LCD是指顯示的內(nèi)容為16X2,即可以顯示兩行，每行16個(gè)字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過(guò)電壓對(duì)其顯示區(qū)域進(jìn)行控制，有電就有顯示，這樣即可以顯示出圖形。液晶顯示器具有厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動(dòng)、易于實(shí)現(xiàn)全彩色顯示的特點(diǎn)，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在便攜式電腦、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、PDA移動(dòng)通信工具等眾多領(lǐng)域。液晶顯示器的分類液晶顯示的分類方法有很多種，通?？砂雌滹@示方式分為段式、字符式、點(diǎn)陣式等。除了黑白顯示外，液晶顯示器還有多灰度有彩色顯示等。如果根據(jù)驅(qū)動(dòng)方式來(lái)分，可以分為靜態(tài)驅(qū)動(dòng)、單純矩陣驅(qū)動(dòng)和主動(dòng)矩陣驅(qū)動(dòng)三種。其工作特性如下：3.3V或5V工作電壓，對(duì)比度可調(diào)內(nèi)含復(fù)位電路提供各種控制命令,如：清屏、字符閃爍、光標(biāo)閃爍、顯示移位等多種功能有80字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器DDRAM內(nèi)建有192個(gè)5X7點(diǎn)陣的字型的字符發(fā)生器CGROM8個(gè)可由用戶自定義的5X7的字符發(fā)生器CGRAM2.1.3LM324運(yùn)算放大器芯片圖2-3LM324實(shí)物圖LM324由四個(gè)獨(dú)立的，高增益，內(nèi)部頻率補(bǔ)償運(yùn)算放大器構(gòu)成，其中專為從單電源供電的電壓范圍經(jīng)營(yíng)。從分裂電源的操作也有可能和低電源電流消耗是獨(dú)立的電源電壓的幅度。應(yīng)用領(lǐng)域包括傳感器放大器，直流增益模塊和所有傳統(tǒng)的運(yùn)算放大器現(xiàn)在可以更容易地在單電源系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的電路。例如，可直接操作的LM324，這是用來(lái)在數(shù)字系統(tǒng)中，輕松地將提供所需的接口電路，而無(wú)需額外的±15V電源標(biāo)準(zhǔn)的5V電源電壓。特點(diǎn)如下：1.短路保護(hù)輸出2.真差動(dòng)輸入級(jí)3.可單電源工作：3V-32V4.低偏置電流：最大100mA5.每封裝含四個(gè)運(yùn)算放大器6.具有內(nèi)部補(bǔ)償?shù)墓δ?.共模范圍擴(kuò)展到負(fù)電源8.行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的引腳排列9.輸入端具有靜電保護(hù)功能2.1.474LS138譯碼器芯片圖2-474LS138實(shí)物圖74LS138為3線－8線譯碼器共有54LS138和74LS138兩種型式，其主要電特性的典型值如下：74LS138傳播延遲時(shí)間22ns功耗32Mw.其工作原理：當(dāng)一個(gè)選通端（G1）為高電平，另兩個(gè)選通端（/(G2A)和/(G2B)）為低電平時(shí)，可將地址端（A、B、C）的二進(jìn)制編碼在一個(gè)對(duì)應(yīng)的輸出端以低電平譯出。利用G1、/(G2A)和/(G2B)可級(jí)聯(lián)擴(kuò)展成24線譯碼器；若外接一個(gè)反相器還可級(jí)聯(lián)擴(kuò)展成32線譯碼器。若將選通端中的一個(gè)作為數(shù)據(jù)輸入端時(shí)，138還可作數(shù)據(jù)分配器。其工作原理如下：①當(dāng)一個(gè)選通端（E1）為高電平，另兩個(gè)選通端（(/E2))和/(E3)）為低電平時(shí)，可將地址端（A0、A1、A2）的二進(jìn)制編碼在Y0至Y7對(duì)應(yīng)的輸出端以低電平譯出。比如：A2A1A0=110時(shí)，則Y6輸出端輸出低電平信號(hào)。②利用E1、E2和E3可級(jí)聯(lián)擴(kuò)展成24線譯碼器；若外接一個(gè)反相器還可級(jí)聯(lián)擴(kuò)展成32線譯碼器。③若將選通端中的一個(gè)作為數(shù)據(jù)輸入端時(shí)，74LS138還可作數(shù)據(jù)分配器。④可用在8086的譯碼電路中，擴(kuò)展內(nèi)存。2.2軟件設(shè)計(jì)2.2.1C簡(jiǎn)介C語(yǔ)言是一種計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它既具有高級(jí)語(yǔ)言的特點(diǎn)，又具有匯編語(yǔ)言的特點(diǎn)。它可以作為工作系統(tǒng)設(shè)計(jì)語(yǔ)言，編寫(xiě)系統(tǒng)應(yīng)用程序，也可以作為應(yīng)用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，編寫(xiě)不依賴計(jì)算機(jī)硬件的應(yīng)用程序。它的應(yīng)用范圍廣泛，具備很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，不僅僅是在軟件開(kāi)發(fā)上，而且各類科研都需要用到C語(yǔ)言，適于編寫(xiě)系統(tǒng)軟件，隨著微型計(jì)算機(jī)的日益普及,出現(xiàn)了許多C語(yǔ)言版本。由于沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),使得這些C語(yǔ)言之間出現(xiàn)了一些不一致的地方。為了改變這種情況,美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)研究所(ANSI)為C語(yǔ)言制定了一套ANSI標(biāo)準(zhǔn)，成為現(xiàn)行的C語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)。2.2.2KEIL簡(jiǎn)介KeiluVision2是51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，使用接近于傳統(tǒng)c語(yǔ)言的語(yǔ)法來(lái)開(kāi)發(fā)，與匯編相比，C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用,而且大大的提高了工作效率和項(xiàng)目開(kāi)發(fā)周期,他還能嵌入?yún)R編，可以在關(guān)鍵的位置嵌入，使程序達(dá)到接近于匯編的工作效率。KEILC51標(biāo)準(zhǔn)C編譯器為8051微控制器的軟件開(kāi)發(fā)提供了C語(yǔ)言環(huán)境,同時(shí)保留了匯編代碼高效,快速的特點(diǎn)。C51編譯器的功能不斷增強(qiáng)，使你可以更加貼近CPU本身，及其它的衍生產(chǎn)品。C51已被完全集成到uVision2的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境中，這個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境包含：編譯器，匯編器，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，項(xiàng)目管理器，調(diào)試器。uVision2IDE可為它們提供單一而靈活的開(kāi)發(fā)環(huán)境。其優(yōu)點(diǎn)如下：⒈KeilC51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開(kāi)發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。⒉與匯編相比，C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。用過(guò)匯編語(yǔ)言后再使用C來(lái)開(kāi)發(fā)，體會(huì)更加深刻。KeilC51軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。2.2.3PROTEUS簡(jiǎn)介Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2021年又增加了Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。Proteus軟件不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國(guó)內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛(ài)好者、致力于單片機(jī)開(kāi)發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。在本設(shè)計(jì)中，通過(guò)PROTEUS構(gòu)建了電路原理圖，與程序所連接進(jìn)行了對(duì)本系統(tǒng)的仿真，對(duì)于在接入硬件調(diào)試之前起到了很大的幫輔作用。在使用該軟件的最初期，由于對(duì)軟件功能的不熟悉，許多功能都不會(huì)使用，構(gòu)建原理圖時(shí)，許多器件也無(wú)法找到，通過(guò)學(xué)習(xí)和查詢，逐漸掌握了該軟件的使用方法，慢慢的完成了原理圖的構(gòu)建和仿真。2.3系統(tǒng)工作原理圖2-5系統(tǒng)工作原理圖本電路在加入待測(cè)電容后，系統(tǒng)將對(duì)加入的電容檢測(cè)是否存有剩余電量。通過(guò)檢測(cè)，電容如有剩余電量，則通過(guò)單片機(jī)選通放電三極管Q7，將電容上的電放掉，放電完畢之后。74LS138譯碼電路完成對(duì)電容的測(cè)量前的放電及量程的轉(zhuǎn)換。電路選通Q1-Q5中的一個(gè)三極管，經(jīng)過(guò)一定的電阻（本系統(tǒng)中選用1M.100K.10K.1K.100），對(duì)電容進(jìn)行充電；同時(shí)，打開(kāi)單片機(jī)的計(jì)數(shù)器0，開(kāi)始計(jì)數(shù)。然后單片機(jī)等待外部中斷0的發(fā)生。當(dāng)電容充電達(dá)到參考電壓值時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)，該電壓值與一個(gè)固定電壓值做比較，當(dāng)兩個(gè)電壓進(jìn)行比較時(shí)，當(dāng)“+”端電壓高于“-”端時(shí)，輸出管截止，相當(dāng)于輸出端開(kāi)路。當(dāng)“-”端電壓高于“+”端時(shí)，輸出管飽和，相當(dāng)于輸出端接低電位。由此來(lái)確定所測(cè)電容是否充電完畢。發(fā)出充電完成信號(hào)到中斷0端口，單片機(jī)響應(yīng)中斷，停止計(jì)數(shù)器0，并關(guān)閉充電電路，接通放電電路。接著讀出計(jì)數(shù)器0的值，進(jìn)行計(jì)算，適當(dāng)?shù)恼{(diào)整后，輸出到LCD上顯示。

第3章電路原理分析設(shè)計(jì)3.1電路板總體結(jié)構(gòu)圖3-1電路板總體架構(gòu)圖本系統(tǒng)采用電容充放電原理，使電容充電并達(dá)到基準(zhǔn)電壓后，電壓比較器會(huì)輸出一個(gè)充電停止信號(hào)送給單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)計(jì)數(shù)器記錄的充電時(shí)間計(jì)算出電容的值送給液晶顯示。系統(tǒng)硬件電路包括單片機(jī)主控電路、電容測(cè)量電路、量程轉(zhuǎn)換電路、顯示及按鍵電路、電源電路。本系統(tǒng)的電路板總體結(jié)構(gòu)框圖。電路板以STC89C52單片機(jī)為核心，各功能模塊電路進(jìn)行繪制。其中供電系統(tǒng)是選用5V交流供電,電源指示燈則顯示電源的開(kāi)關(guān)情況，當(dāng)系統(tǒng)通電時(shí)：指示燈亮。當(dāng)系統(tǒng)未通電時(shí)：指示燈不亮。串口通信電路則包括了Max232芯片，DB9接頭。按鍵電路則由兩個(gè)獨(dú)立按鍵組成。液晶接口是單排座16針接口。量程轉(zhuǎn)換電路由74LS138芯片和充電電路及放電電路組成。電容測(cè)量電路則由LM324芯片和電容測(cè)量電路構(gòu)成。3.2電路板各模塊功能分析3.2.1電源電路模塊分析圖3-2電源電路原理圖本電路使用直插式電源。該電源由220V輸入，5V輸出供電路板所需的電源。該電源插口有三個(gè)管腳。1腳接VCC，2.3腳接GND.其額定工作功率為：I/PAC：100-240V,AC:50-60Hz.3.2.2串口通信電路模塊分析圖3-3串口通信電路原理圖該電路由DB9接頭和MAX232芯片構(gòu)成。DB9接頭在本電路中使用到三條接口，2腳接RXD，3腳接TXD，5腳接VCC。MAX232芯片則分別接入了四個(gè)22uf的電解電容，其13.14腳分別接TXD.RXD，11.12腳與單片機(jī)的P3.0和P3.1口相接。該兩部分都成了本電路的串口通信電路。3.2.3液晶顯示電路模塊分析圖3-4液晶顯示電路原理圖該電路使用LCD1602液晶顯示屏用作顯示輸出。本電路中，LCD1602有八個(gè)數(shù)據(jù)引腳（D0~D7）與STC89C52相連。用于接收指令和數(shù)據(jù)；STC89C52通過(guò)RS,RW,和E這三個(gè)端口控制LCD模塊。RS：WCU寫(xiě)入數(shù)據(jù)或者指令選擇段。NCU要寫(xiě)入指令時(shí)，使RS為低電平；MCU要寫(xiě)入數(shù)據(jù)時(shí)，使MCU為高電平。3腳則與一個(gè)阻值為10KV的可調(diào)電阻相接，用于對(duì)顯示屏的明暗度進(jìn)行調(diào)節(jié)。3.2.4按鍵電路模塊分析圖3-5按鍵電路原理圖本電路使用的是獨(dú)立按鍵電路，由兩個(gè)按鍵S1.S2分別與單片機(jī)的P3.6,P3.7相連接。3.2.5放電電路模塊分析圖3-6放電電路原理圖該電路中放電電路由電阻R20及NPN三極管Q7所構(gòu)成。當(dāng)所測(cè)電容中存有剩余電量時(shí)，74LS138芯片Y0口輸出一個(gè)低電平，電路將接通放電電路。剩余電量經(jīng)電阻R20，及三極管Q7流過(guò)，通過(guò)回路放空。當(dāng)剩余電量放空時(shí)，則Y0口輸出一個(gè)高電平，通知單片機(jī)發(fā)出外部中斷，由此放電電路關(guān)閉。3.2.6量程轉(zhuǎn)換電路模塊分析圖3-7量程轉(zhuǎn)換電路原理圖該電路由74LS138芯片及量程轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成。量程轉(zhuǎn)換電路有5個(gè)三極管與若干不同阻值的電阻構(gòu)成。5個(gè)PNP三極管的發(fā)射極與VCC連接，基極測(cè)分別接入一個(gè)阻值為1K歐姆電阻,該電阻的另外一段則接入了74LS138芯片的Y1~Y5。集電極則分別接入了不同阻值的5個(gè)電阻。(本系統(tǒng)中選用1M.100K.10K.1K.100)。在本電路中，其工作原理：測(cè)量開(kāi)始由單片機(jī)控制譯碼電路給被測(cè)電容放電，放電完成后再有單片機(jī)控制譯碼電路選擇充電電阻來(lái)完成量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換。當(dāng)74LS138芯片的A2~A0口輸出電信號(hào)010時(shí)，電路將接通Y0~Y5中的任意一端。待測(cè)電容通過(guò)接通的一條電路，經(jīng)過(guò)三極管和所連接的不同阻值的電阻對(duì)其進(jìn)行充電。由于每次充電會(huì)選通不同的電路，所以對(duì)待測(cè)電容充電的時(shí)間也會(huì)有所不同。通過(guò)每次充電的所需的時(shí)間，從中選取一個(gè)最為合適的作為最終選定量程。3.2.7電容測(cè)量電路模塊分析圖3-8電容測(cè)量電路原理圖該電路由電容測(cè)量模塊和LM324芯片構(gòu)成。當(dāng)待測(cè)定容放完剩余電量，選定量程后，系統(tǒng)通過(guò)測(cè)量電路開(kāi)始對(duì)待測(cè)電容進(jìn)行充電，測(cè)量。電容測(cè)量電路工作原理：量程轉(zhuǎn)換利用74LS138芯片選擇充電電阻來(lái)完成。測(cè)量電路以電容的充電規(guī)律作為測(cè)量依據(jù)，電源電壓E給被測(cè)電容Cx充電，Cx兩端電壓隨充電時(shí)間的增加而上升。當(dāng)充電時(shí)間t等于RC時(shí)間常數(shù)τ時(shí)，Cx兩端電壓約為電源電壓的63.2%。即0.632E。電容測(cè)試儀就是以該電壓作為測(cè)試基準(zhǔn)電壓，測(cè)量電容器充電達(dá)到該電壓的時(shí)間，便能知道電容器的容量。例如，設(shè)電阻R的阻值為1k。兩端電壓上升到0.632E所需的時(shí)間為1ms，那么由公式τ=RC可知C。的容量為1微法。根據(jù)電容的充電公式，可以計(jì)算出電容在充電到電壓時(shí)充電時(shí)間跟電容的容量和電阻成正比，跟充電電源電壓無(wú)關(guān)。工作過(guò)程如下：首先，通過(guò)單片機(jī)使74LS138芯片選通放電三極管Q７，將電容上的電放掉，單片機(jī)控制74LS138芯片選通Q1-Q5中的一個(gè)三極管，經(jīng)過(guò)一定的電阻，對(duì)電容進(jìn)行充電，同時(shí)，打開(kāi)單片機(jī)的計(jì)數(shù)器0，開(kāi)始計(jì)數(shù)。然后單片機(jī)等待外部中斷0的發(fā)生。當(dāng)電容充電達(dá)到參考電壓值時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)，發(fā)出充電完成信號(hào)到中斷0端口，單片機(jī)響應(yīng)中斷，停止計(jì)數(shù)器0，并關(guān)閉充電電路。接著讀出計(jì)數(shù)器0的值，進(jìn)行計(jì)算，適當(dāng)?shù)恼{(diào)整后，輸出到LCD上顯示。本電路通過(guò)一個(gè)電壓比較器來(lái)檢測(cè)電容充電的終止。由電阻R14，R21及R22構(gòu)成一個(gè)分壓器，產(chǎn)生一個(gè)基準(zhǔn)電壓。當(dāng)電容兩端電壓超過(guò)比較電壓時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)，產(chǎn)生一個(gè)低電平到單片機(jī)的中斷0(INT0)引腳，通知單片機(jī)電容充電完成。該處用到了LM324芯片，其內(nèi)部有四個(gè)運(yùn)算放大器，系統(tǒng)中用到了其中的兩個(gè)分別為L(zhǎng)M324A和LM324B。在電路對(duì)電容進(jìn)行充電時(shí)，LM324用來(lái)將所充的電量和額定的電壓做比較。在LM324中的兩個(gè)運(yùn)算放大器之間加入了兩個(gè)1K歐姆電阻，用來(lái)對(duì)LM324輸出的波形進(jìn)行穩(wěn)定調(diào)整。該部分所輸出的波形，用Multisim軟件做出了仿真。圖3-9LM324波形仿真圖

第4章原理圖繪制及PCB板制作4.1單元電路的原理圖設(shè)計(jì)4.1.1作圖工具Altiumdesigner09簡(jiǎn)介AltiumDesigner基于一個(gè)軟件集成平臺(tái)，把為電子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)提供完整環(huán)境所需的工具全部整合在一個(gè)應(yīng)用軟件中。AltiumDesigner包含所有設(shè)計(jì)任務(wù)所需的工具：原理圖和HDL設(shè)計(jì)輸入、電路仿真、信號(hào)完整性分析、PCB設(shè)計(jì)、基于FPGA的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)。另外可對(duì)AltiumDesigner工作環(huán)境加以定制，以滿足用戶的各種不同需求。AltiumDesigner在單一設(shè)計(jì)環(huán)境中集成板級(jí)和FPGA系統(tǒng)設(shè)計(jì)、基于FPGA和分立處理器的嵌入式軟件開(kāi)發(fā)以及PCB版圖設(shè)計(jì)、編輯和制造。其特點(diǎn)：AltiumDesigner提供了一個(gè)強(qiáng)大的高集成度的板級(jí)設(shè)計(jì)發(fā)布過(guò)程，它可以驗(yàn)證并將您的設(shè)計(jì)和制造數(shù)據(jù)進(jìn)行打包，這些操作只需一鍵完成，從而避免了人為交互中可能出現(xiàn)的誤差。系統(tǒng)簡(jiǎn)化規(guī)范了發(fā)布設(shè)計(jì)項(xiàng)目的流程，或者更具體地說(shuō)，是那些項(xiàng)目中定義的配置，直觀，簡(jiǎn)潔而且穩(wěn)定。更重要的是，該系統(tǒng)可以被直接鏈接到后臺(tái)版本控制系統(tǒng)。4.1.2原理圖的設(shè)計(jì)流程圖4-1原理圖設(shè)計(jì)流程圖啟用畫(huà)圖工具啟動(dòng)AltiumDesigner進(jìn)入原理圖設(shè)計(jì)，由電路圖的尺寸對(duì)圖紙的大小設(shè)計(jì)相應(yīng)的參數(shù)。設(shè)置工作環(huán)境設(shè)置AltiumDesigner的工作環(huán)境，包括設(shè)置格點(diǎn)大小，背景顏色等等，其他參數(shù)可以使用系統(tǒng)默認(rèn)值。元器庫(kù)構(gòu)建及裝載根據(jù)電路原理圖內(nèi)容的需要，自己制作元器件庫(kù)以及加入了其他可使用的器件庫(kù)。將元器件庫(kù)添加到庫(kù)文件中，將元器件從庫(kù)文件取出放置到圖紙上，并對(duì)放置零件的序號(hào)、零件封裝進(jìn)行定義和設(shè)定等工作。根據(jù)所設(shè)計(jì)的要求的不同，所需要的元器件及其封裝也是不相同的。在本設(shè)計(jì)中，使用到了由自己構(gòu)建的元器件庫(kù)和其他已有的可用元器件庫(kù)。對(duì)我在原理圖的設(shè)計(jì)過(guò)程中，提供了很大的方便。置放元器件及布局根據(jù)設(shè)計(jì)的題目要求，將庫(kù)文件中的元器件依次放置在圖紙中，進(jìn)行合理的布局（同一模塊的器件選擇盡量放置于各自的附近），其中自動(dòng)標(biāo)注元器件。根據(jù)課題要求設(shè)置元器件的參數(shù)屬性和網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)的放置。原理圖布線根據(jù)原理圖的構(gòu)造，將圖紙上的元件用導(dǎo)線、符號(hào)連接起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)完整的原理圖，將初步繪制好的電路圖作進(jìn)一步的調(diào)整和修改，使得原理圖更加規(guī)范和美觀。原理圖錯(cuò)誤檢查及修改對(duì)所構(gòu)成的原理圖進(jìn)行連線的檢查，檢查是否有連接錯(cuò)誤或者沒(méi)連接成功的情況，還有對(duì)元器件的管腳是否有接錯(cuò)的情況。如有錯(cuò)誤，則及時(shí)修改。原理圖構(gòu)建完成在檢錯(cuò)完成后，原理圖構(gòu)建完成。4.1.3器件庫(kù)的制作在本設(shè)計(jì)中，所使用的器件庫(kù)分別有軟件自帶的，網(wǎng)絡(luò)下載的以及自己動(dòng)手繪制的相關(guān)器件的器件庫(kù)。使用作圖軟件AltiumDesigne自己繪制相關(guān)元器件及器件庫(kù)，具體的操作步驟如下：1.創(chuàng)建原理圖庫(kù)圖4-2原理圖庫(kù)創(chuàng)建創(chuàng)建原理圖庫(kù)后，可以對(duì)本設(shè)計(jì)所需的元器件進(jìn)行制作和編輯。2.原理圖庫(kù)的編輯圖4-3原理圖庫(kù)設(shè)計(jì)元器庫(kù)編輯管理器界面與原理圖設(shè)計(jì)編輯器界面相似。主要由元件庫(kù)管理器，主工具欄，菜單，使用工具欄，編輯區(qū)等組成。除了主工具欄以外，元件庫(kù)編輯管理器提供了兩個(gè)重要的工具欄，即繪制圖形工具欄和IEEE工具欄。3.原理圖庫(kù)參數(shù)設(shè)置圖4-4原理圖庫(kù)參數(shù)設(shè)置對(duì)編輯器進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置，其中包括界面的大小，顏色以及網(wǎng)格的應(yīng)用等等。4.繪制元器件圖4-5元器件的繪制引腳參數(shù)設(shè)置：圖4-6Pin特性參數(shù)設(shè)置該部分主要對(duì)繪制完成的元器件的引腳參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，主要是引腳標(biāo)號(hào)和引腳的標(biāo)識(shí)。4.完成保存圖4-6文件保存界面完成原理圖的繪制，將其保存。4.1.4元器件清單原理圖元器件清單是按照本設(shè)計(jì)要求具體制定的，其中包括了各個(gè)器件的參數(shù)設(shè)置，標(biāo)號(hào)以及其封裝信息。圖4-7元器件清單截圖4.2仿真及萬(wàn)能板電路焊接、調(diào)試4.2.1Proteus的仿真在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)初期，通過(guò)Proteus軟件對(duì)電路進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。通過(guò)該軟件，對(duì)電路的LCD1602液晶顯示驅(qū)動(dòng)以及按鍵電路的功能實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了仿真實(shí)現(xiàn)。對(duì)本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作進(jìn)程起到了關(guān)鍵的作用。以下為Proteus軟件仿真的原理圖設(shè)計(jì)：圖4-8Proteus仿真原理圖截圖該圖為Proteus軟件對(duì)LCD1602液晶顯示驅(qū)動(dòng)的模擬仿真圖：圖4-9Proteus仿真截圖4.2.2NiMultisim11仿真Multisim是美國(guó)國(guó)家儀器（NI）推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級(jí)的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語(yǔ)言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。本電路中，用其對(duì)系統(tǒng)的充電及放電電路進(jìn)行仿真。當(dāng)接通不同的電路時(shí)，其產(chǎn)生的波形發(fā)生了明顯的跳動(dòng)，說(shuō)明該電路可對(duì)電容進(jìn)行充放電。圖4-10Multisim仿真電路截圖該圖為系統(tǒng)充電電路及放電電路在Multisim軟件上的仿真，取三個(gè)不同的點(diǎn)對(duì)電壓進(jìn)行測(cè)量，LM324兩個(gè)部分的輸出端接入一個(gè)示波器對(duì)其波形的跳動(dòng)進(jìn)行顯示。當(dāng)仿真進(jìn)行時(shí)，電路各個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓都產(chǎn)生了不同。說(shuō)明了LM324運(yùn)算放大器對(duì)電壓進(jìn)行了比較和輸出。本電路從左至右，于三個(gè)不同的節(jié)點(diǎn)上加入了三個(gè)萬(wàn)用表，用于對(duì)三個(gè)點(diǎn)的電壓進(jìn)行檢測(cè)。（數(shù)據(jù)顯示順序由上往下對(duì)應(yīng)電路圖中的萬(wàn)用表由左往右）。圖4-11Multisim仿真截圖4.2.3焊接萬(wàn)能板在萬(wàn)能板焊接的初期，對(duì)電源的5V輸入能否滿足其正常工作所需的電壓做了一些實(shí)驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證。將LM324通過(guò)5V供電，電壓輸出端為3.77V，此時(shí)的反相端口則為1.8V。電壓輸出端為3.76V，此時(shí)的反相端口則為3V。由此LM324在5V供電時(shí)，都能在其額定的電壓內(nèi)，所以沒(méi)有為L(zhǎng)M324做單獨(dú)電壓，而是通過(guò)整個(gè)系統(tǒng)的5V電源直接供電。下圖為驗(yàn)證LM324供電的實(shí)物圖：圖4-12檢測(cè)電路實(shí)物截圖本系統(tǒng)設(shè)計(jì)當(dāng)中，通過(guò)萬(wàn)能板的焊接做成了初期的硬件，用于對(duì)程序的調(diào)試。經(jīng)過(guò)對(duì)原理圖的研究，電路可行性的考證之后。購(gòu)買了萬(wàn)能板及電路所需的器件，芯片以及其他各種相關(guān)的零件，通過(guò)不斷的修改和焊接。終于完成了萬(wàn)能板的焊接，并且通過(guò)調(diào)試，使其可以正常工作。圖4-13萬(wàn)能板實(shí)物截圖4.3PCB印制板設(shè)計(jì)與制作4.3.1設(shè)置PCB設(shè)計(jì)環(huán)境在從原理圖編輯器轉(zhuǎn)換到PCB編輯器之前，需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)有最基本輪廓的空白PCB文件。1.新建PCB文件圖4-13創(chuàng)建PCB文件截圖截圖2.PCB參數(shù)設(shè)置圖4-14板選項(xiàng)框執(zhí)行Design-Board-Options命令，設(shè)置版圖的參數(shù)。執(zhí)行該命令后將會(huì)出現(xiàn)如圖對(duì)話框，然后就可以正式的PCB元件導(dǎo)入，布局以及布線。3.認(rèn)識(shí)PCB的層PCB各層的含義如下：（1）Signallayer(信號(hào)層)信號(hào)層主要用于布置電路板上的導(dǎo)線.（2）Internalplanelayer(內(nèi)部電源/接地層)該類型的層僅用于多層板,主要用于布置電源線和接地線.我們稱雙層板,四層板,六層板,一般指信號(hào)層和內(nèi)部電源/接地層的數(shù)目.（3）Mechanicallayer(機(jī)械層)一般用于設(shè)置電路板的外形尺寸,數(shù)據(jù)標(biāo)記,對(duì)齊標(biāo)記,裝配說(shuō)明以及其它的機(jī)械信息.這些信息因設(shè)計(jì)公司或PCB制造廠家的要求而有所不同.執(zhí)行菜單命令能為電路板設(shè)置更多的機(jī)械層.另外,機(jī)械層可以附加在其它層上一起輸出顯示.（4）Soldermasklayer(阻焊層)在焊盤以外的各部位涂覆一層涂料,如防焊漆,用于阻止這些部位上錫.阻焊層用于在設(shè)計(jì)過(guò)程中匹配焊盤,是自動(dòng)產(chǎn)生的。（5）Pastemasklayer(防護(hù)層)它和阻焊層的作用相似,不同的是在機(jī)器焊接時(shí)對(duì)應(yīng)的表面粘貼式元件的焊盤。（6）Keepoutlayer(禁止布線層)用于定義在電路板上能夠有效放置元件和布線的區(qū)域.在該層繪制一個(gè)封閉區(qū)域作為布線有效區(qū),在該區(qū)域外是不能自動(dòng)布局和布線的.（7）Silkscreenlayer(絲印層)絲印層主要用于放置印制信息,如元件的輪廓和標(biāo)注,各種注釋字符等.（8）Multilayer(多層)電路板上焊盤和穿透式過(guò)孔要穿透整個(gè)電路板,與不同的導(dǎo)電圖形層建立電氣連接關(guān)系,因此系統(tǒng)專門設(shè)置了一個(gè)抽象的層,多層.一般,焊盤與過(guò)孔都要設(shè)置在多層上,如果關(guān)閉此層,焊盤與過(guò)孔就無(wú)法顯示出來(lái).（9）Drilllayer(鉆孔層)鉆孔層提供電路板制造過(guò)程中的鉆孔信息(如焊盤,過(guò)孔就需要鉆孔).AltiumDesigner提供層堆棧管理器對(duì)各層屬性進(jìn)行管理。在層堆棧管理器，可自定義層的結(jié)構(gòu)，看到層堆棧的立體效果。對(duì)電路板工作層的管理可以執(zhí)行Design—LayerStackManager命令。圖4-15層堆棧管理器窗口4.定義層和設(shè)置層的顏色如果查看PCB工作區(qū)的地步，會(huì)看見(jiàn)一系列的標(biāo)簽。PCB編輯器是一個(gè)多層環(huán)境，在設(shè)計(jì)印制電路板時(shí)，往往會(huì)遇到工作層選擇的問(wèn)題，可以在不同的工作層上進(jìn)行不同的操作。當(dāng)進(jìn)行工作層設(shè)置時(shí)，可以執(zhí)行PCB設(shè)計(jì)管理器的Design-Board-Layer命令，將彈出如圖對(duì)話框，其中顯示用到的信號(hào)層，平面層，機(jī)械層以及層的顏色和圖紙顏色。圖4-15視圖配置窗口4.3.2元件布局在設(shè)計(jì)中，布局是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。布局結(jié)果的好壞將直接影響布線的效果，因此可以這樣認(rèn)為，合理的布局是PCB設(shè)計(jì)成功的第一步。打開(kāi)PCB文件:執(zhí)行—工具—器件布局—自動(dòng)布局—彈出下列窗口：圖4-16PCB自動(dòng)生成確認(rèn)窗口點(diǎn)擊YES后生成PCB布局圖，經(jīng)過(guò)對(duì)元器件的擺放和布局，形成以下界面：圖4-17PCB元器件布局窗口1.要有合理的走向：如輸入/輸出，交流/直流，強(qiáng)/弱信號(hào)，高頻/低頻，高壓/低壓等，它們的走向應(yīng)該是呈線形的(或分離)，不得相互交融。其目的是防止相互干擾。最好的走向是按直線，但一般不易實(shí)現(xiàn)，最不利的走向是環(huán)形。

2.選擇好接地點(diǎn)：小小的接點(diǎn)不知有多少工程技術(shù)人員對(duì)它做過(guò)多少論述，足見(jiàn)其重要性。

3.合理布置電源，電容：一般在原理圖中僅畫(huà)出若干電源，電容，但未指出它們各自應(yīng)接于何處。其實(shí)這些電容是為開(kāi)關(guān)器件而設(shè)置的，布置這些電容就應(yīng)盡量靠近這些元部件，離得太遠(yuǎn)就沒(méi)有作用了。

4.線條有講究：有條件做寬線決不做細(xì)；高壓及高頻線應(yīng)園滑，不得有尖銳的倒角，拐彎也不得采用直角。地線應(yīng)盡量寬，最好使用大面積覆銅，這對(duì)接地點(diǎn)問(wèn)題有相當(dāng)大的改善。

5.有些問(wèn)題雖然發(fā)生在后期制作中，但卻是PCB設(shè)計(jì)中帶來(lái)的，它們是：

過(guò)線孔太多，沉銅工藝稍有不慎就會(huì)埋下隱患。所以，設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量減少過(guò)線孔。同向并行的線條密度太大，焊接時(shí)很容易連成一片。所以，線密度應(yīng)視焊接工藝的水平來(lái)確定。焊點(diǎn)的距離太小，不利于人工焊接，只能以降低工效來(lái)解決焊接質(zhì)量。4.3.3布線，覆銅PCB的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)當(dāng)中，設(shè)計(jì)規(guī)則是不可缺少的一部分。因?yàn)樗P(guān)系到PCB中布線，覆銅的好壞。所以我們得先進(jìn)行規(guī)則和約束的設(shè)置。執(zhí)行—設(shè)計(jì)—規(guī)則，根據(jù)要求設(shè)置其約束數(shù)據(jù)，如下圖所示：圖4-18PCB規(guī)則設(shè)置框規(guī)則設(shè)置對(duì)話框可以對(duì)，線寬（線寬決定通過(guò)的電流大?。┚€間距以及各種孔的大小等不同的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)PCB中布線時(shí)的線寬為0.635mm，各孔徑的尺寸設(shè)定為0.889mm。1.PCB的布線布線是整個(gè)PCB設(shè)計(jì)中最重要的工序，該步驟將會(huì)影響PCB板的性能優(yōu)劣。在PCB的設(shè)計(jì)過(guò)程中，布線一般有三種層次的劃分：首先是布通。這是PCB設(shè)計(jì)時(shí)的最基本的要求。如果線路沒(méi)有布通，PCB板將無(wú)法運(yùn)行，這將會(huì)是一塊不成功的板子。其次是電器性能的滿足。這是衡量一塊電路板是否合格的標(biāo)準(zhǔn)。這是在布通之后，調(diào)整布線，使其能達(dá)到最佳的電器性能。接著就是美觀。布線要整齊劃一，不能縱橫交錯(cuò)毫無(wú)章法。這些都要在保證電器性能和滿足其他要求的情況下得以實(shí)現(xiàn)。布線參數(shù)設(shè)定完畢后，開(kāi)始布線。執(zhí)行—自動(dòng)布線—全部：布線的過(guò)程中會(huì)彈出相應(yīng)的信息框，主要是顯示布線中每個(gè)部分的完成情況：圖4-19布線信息框下圖為自動(dòng)布線后的PCB截圖：圖4-20PCB板截圖2.PCB的覆銅覆銅，就是將PCB上閑置的空間作為基準(zhǔn)面，然后用固體銅填充，這些銅區(qū)又稱為灌銅。覆銅的意義在于，減小地線阻抗，提高抗干擾能力；降低壓降，提高電源效率；還有，與地線相連，減小環(huán)路面積。覆銅需要處理好幾個(gè)問(wèn)題：一是不同地的單點(diǎn)連接，做法是通過(guò)0歐電阻連接；二是晶振附近的覆銅，電路中的晶振為一高頻發(fā)射源，做法是在環(huán)繞晶振敷銅，然后將晶振的外殼另行接地。三是孤島問(wèn)題，如果覺(jué)得很大，那就定義個(gè)地過(guò)孔添加進(jìn)去也可以解決。具體的覆銅步驟如下：點(diǎn)擊下腳的TopLayer和BottomLayer設(shè)置選項(xiàng)：圖4-21顏色設(shè)置選項(xiàng)框?qū)CB圖的四個(gè)頂角進(jìn)行相應(yīng)的頂層進(jìn)行銅膜走線，生成下圖：圖4-22頂層銅膜走線圖點(diǎn)擊Bottomlayer對(duì)PCB圖的四個(gè)頂角進(jìn)行相應(yīng)的底層進(jìn)行銅膜走線，生成下圖：圖4-23底層銅膜走線圖制成PCB電路板：圖4-24PCB電路板4.3.4PCB板的焊接1.焊接工具的選用普通電烙鐵：普通電烙鐵只適合焊接要求不高的場(chǎng)合使用。如焊接導(dǎo)線、連接線等。吸錫器：吸錫器實(shí)際是一個(gè)小型手動(dòng)空氣泵，壓下吸錫器的壓桿，就排出了吸錫器腔內(nèi)的空氣；釋放吸錫器壓桿的鎖鈕，彈簧推動(dòng)壓桿迅速回到原位，在吸錫器腔內(nèi)形成空氣的負(fù)壓力，就能夠把熔融的焊料吸走。2.插件元件焊接的步驟：2.1插入將插件元件插入電路板標(biāo)示位置過(guò)孔中，與電路板緊貼至無(wú)縫為止。如未與電路板貼緊，在重復(fù)焊接時(shí)焊盤高溫易使焊盤損傷或脫落，物流過(guò)程中也可導(dǎo)致焊盤損傷或脫落。2.2預(yù)熱烙鐵與元件引腳、焊盤接觸，同時(shí)預(yù)熱焊盤與元件引腳，而不是僅僅預(yù)熱元件，此過(guò)程約需1秒鐘時(shí)間。2.3加焊錫焊錫加焊盤上（而不是僅僅加在元件引腳上），待焊盤溫度上升到使焊錫絲熔化的溫度，焊錫就自動(dòng)熔化。不能將焊錫直接加在烙鐵上使其熔化，這樣會(huì)造成冷焊。2.4加適量的焊錫，然后先拿開(kāi)焊錫絲。2.5焊后加熱拿開(kāi)焊錫絲后，不要立即拿走烙鐵，繼續(xù)加熱使焊錫完成潤(rùn)濕和擴(kuò)散兩個(gè)過(guò)程，直到是焊點(diǎn)最明亮?xí)r再拿開(kāi)烙鐵，不應(yīng)有毛刺和空隙。2.6冷卻在冷卻過(guò)程中不要移動(dòng)插件元件3.通電檢查在外觀檢查結(jié)束以后認(rèn)為連線無(wú)誤，在通過(guò)使用萬(wàn)用表對(duì)電路進(jìn)行精確的檢查后，才可進(jìn)行通電檢查，這是檢驗(yàn)電路性能的關(guān)鍵。如果不經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的檢查，通電檢查不僅困難較多，而且可能損壞設(shè)備儀器，造成安全事故。例如電源連接線虛焊，電路連接短路等問(wèn)題。圖4-25焊接完成的PCB電路板

第5章總結(jié)5.1設(shè)計(jì)工作總結(jié)隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技水平的提高，很多智能芯片的制造，使電子測(cè)量?jī)x表向數(shù)字化、智能化方向發(fā)展。電容量的測(cè)量是電子測(cè)量中最基本的參數(shù)測(cè)量，要求有一定的精確度，同時(shí)要求測(cè)量的量程要寬，測(cè)量的速度要快。因此，設(shè)計(jì)可靠、安全、便捷的電容測(cè)試儀具有極大的現(xiàn)實(shí)必要性。這也是本文研究的重點(diǎn)，現(xiàn)將本文的主要設(shè)計(jì)工作總結(jié)如下：1.通過(guò)查閱大量的關(guān)于單片機(jī)操作和設(shè)計(jì)及電容測(cè)試的相關(guān)文獻(xiàn)，了解掌握了電容測(cè)試技術(shù)的現(xiàn)狀以及發(fā)展動(dòng)態(tài)，并對(duì)基于單片機(jī)的電容測(cè)試儀進(jìn)行討論。2.介紹了電容測(cè)試技術(shù),電路原理圖的設(shè)計(jì)，繪制和PCB制版的方法。3.從系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)工作原理分析及硬件設(shè)計(jì)等幾個(gè)方面介紹了基于單片機(jī)的電容測(cè)試儀的實(shí)現(xiàn)和研究過(guò)程。首先介紹在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)過(guò)程中涉及到的充電，放電技術(shù)；然后介紹設(shè)計(jì)硬件流程以及流程中各硬件模塊的工作原理；最后介紹了硬件設(shè)計(jì)中的原理圖繪制步驟及PCB印制板制作的方法，其實(shí)現(xiàn)用到了AltiumDesigner9軟件。4.通過(guò)和同組同學(xué)的相互討論，對(duì)該設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)過(guò)程中的問(wèn)題進(jìn)行具體的分析，并提出解決的方案。5.2后期展望本文所討論的基于單片機(jī)的電容測(cè)試儀利用了對(duì)電容進(jìn)行充放電，測(cè)的充電時(shí)間從而計(jì)算出電容量的原理和模擬電路的相關(guān)知識(shí)，對(duì)一個(gè)未知其電容值的電容器機(jī)芯測(cè)量。通過(guò)一段時(shí)間的硬件選型，設(shè)計(jì)，軟件編寫(xiě)及調(diào)試取得了滿意的結(jié)果。為了進(jìn)一步完善系統(tǒng)功能和推廣應(yīng)用，在以下幾個(gè)方面有待改進(jìn)：（1）系統(tǒng)硬件方面，采用貼片式工藝，控制板體積更小，質(zhì)量更好，功耗更低，使硬件制作的質(zhì)量更好。（2）軟件應(yīng)用方面，加深學(xué)習(xí)AltiumDesigner軟件的運(yùn)用，更加熟練的運(yùn)用軟件，可以提高原理圖繪制及PCB制作的效率和質(zhì)量。（3）PCB制作方面，PCB設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)置中對(duì)孔徑和線距，線寬的設(shè)置還存在不完美的地方?？讖酱笮≡O(shè)置的不合理也給后期的焊接添加了不小的麻煩。

謝辭在論文完成之際，我首先向關(guān)心幫助和指導(dǎo)我的指導(dǎo)老師xx表示衷心的感謝并致以崇高的敬意！在學(xué)校的學(xué)習(xí)生活即將結(jié)束，回顧四年來(lái)的學(xué)習(xí)經(jīng)歷，面對(duì)現(xiàn)在的收獲，我感到無(wú)限欣慰。為此，我向熱心幫助過(guò)我的所有老師和同學(xué)表示由衷的感謝!在論文工作中，遇到了許許多多這樣那樣的問(wèn)題，有的是專業(yè)上的問(wèn)題，有的是論文格式上的問(wèn)題，一直得到老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)，使我的論文可以又快又好的完成，老師以其淵博的學(xué)識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、求實(shí)的工作作風(fēng)和他敏捷的思維給我留下了深刻的印象，我將終生難忘我的老師對(duì)我的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)，再一次向他表示衷心的感謝，感謝他為學(xué)生營(yíng)造的濃郁學(xué)術(shù)氛圍，以及學(xué)習(xí)、生活上的無(wú)私幫助!值此論文完成之際，謹(jǐn)向xx老師致以最崇高的謝意!另外我還要感謝在本次設(shè)計(jì)中負(fù)責(zé)軟件設(shè)計(jì)的xxx同學(xué)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中她向我提供了很多的寶貴意見(jiàn)及幫助。而且在論文的完成過(guò)程中，也給我提供了巨大的幫助，讓我得以順利的完成了論文。最后，衷心地感謝在百忙之中評(píng)閱論文和參加答辯的各位老師。

參考文獻(xiàn)中文專著[1]陸子明.單片機(jī)設(shè)計(jì)與應(yīng)用基礎(chǔ)教程.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2021.[2]晁陽(yáng).單片機(jī)MCS-51原理及應(yīng)用開(kāi)發(fā)教程,北京：清華大學(xué)出版社.2021.[3]鄧亞平.微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù).北京：清華大學(xué)出版社.2021.[4]張義和，王敏男，許宏昌，于春長(zhǎng).例說(shuō)51單片機(jī)（C語(yǔ)言版）.北京：人民郵電出版社，2021.[5]周潤(rùn)景，張麗娜.基于proteus的電路及單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真.北京航空航天大學(xué)出版社，2021.[6]唐穎，程菊花，任條娟.單片機(jī)原理與應(yīng)用及C51程序設(shè)計(jì).北京：北京大學(xué)出版社，2021.[7]梅開(kāi)鄉(xiāng)，梅軍進(jìn)，陳大力，周立求.電子電路設(shè)計(jì)與制作.北京：北京理工大學(xué)出版社，2021.[8]宋戈，黃鶴松，員玉良，蔣海峰.51單片機(jī)應(yīng)用開(kāi)發(fā)范例大全.北京：人民郵電出版社，2021.[9]王濟(jì)浩.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).北京：清華大學(xué)出版社，2021.[10]余錫存.單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2021.[11]何立民.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編.北京.北京航空航天大學(xué)出版社，1996.[12]張海藩.軟件工程.北京：人民郵電出版社，2021.[13]肖龍，屈芳升.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制作.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2021.[14]周航慈.單片應(yīng)用程序設(shè)計(jì)技術(shù).北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1990.[15]余錫存.單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社，2021.[16]李全利.單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2021.[17]王忠飛.MCS-51單片機(jī)原理及嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2021.[18]陶春鳴．單片機(jī)實(shí)用技術(shù)．北京：人民郵電出版社，2021．[20]童詩(shī)白，華成英．模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)3版．北京：高等教育出版社，2021．[22]申忠如，申淼，譚亞麗.MCS-51單片機(jī)原理及系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].西安：西安交通大學(xué)出版社，2021.[23]張毅剛.MCS-51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2021.[24]張培仁.基于C語(yǔ)言編程MCS-51單片機(jī)原理與應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2021.[25]沈曉谷.采用脈沖計(jì)數(shù)法以單片機(jī)實(shí)現(xiàn)電容的測(cè)量[J].上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2021[26]劉軍，李智.基于單片機(jī)的高精度電容電感測(cè)量?jī)x[J].研究與開(kāi)發(fā)，2021[27]董明磊，趙春宇，陳大躍.數(shù)字式微電容測(cè)量系統(tǒng)及其應(yīng)用[J].電子測(cè)量與技術(shù)，2021[28]謝冬瑩，蘆慶，蔣超.基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)測(cè)量電容方法研究[J].儀表技術(shù)，2021[29]張懷強(qiáng)，何為民.電阻電容在線測(cè)試及LCD顯示