目錄1緒論 11.1設(shè)計(jì)背景及研究意義 11.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 11.3本設(shè)計(jì)研究內(nèi)容 22系統(tǒng)設(shè)計(jì) 22.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 22.2系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 22.2.1方案論證 22.2.2總體方案設(shè)計(jì) 33硬件電路設(shè)計(jì) 43.1單片機(jī)主控電路設(shè)計(jì) 43.1.1單片機(jī)介紹 43.1.2單片機(jī)最小系統(tǒng) 53.1.3主控電路的工作原理 63.2電容測(cè)量電路設(shè)計(jì) 73.2.1電容測(cè)量電路原理及工作過程 73.2.2電容測(cè)量電路原理圖 83.3顯示電路設(shè)計(jì) 93.4按鍵電路設(shè)計(jì) 113.5電源電路設(shè)計(jì) 124軟件設(shè)計(jì) 134.1主程序設(shè)計(jì) 134.2子程序設(shè)計(jì) 145總結(jié) 16附錄 17參考文獻(xiàn) 26致謝 271緒論1.1設(shè)計(jì)背景及研究意義電容量是電工電子信息行業(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)。目前，隨著電子信息技術(shù)的開展，智能技術(shù)的廣泛應(yīng)用，電容量測(cè)量技術(shù)已向自動(dòng)化、智能化方向開展?；诖?，提出了電容量的數(shù)字化測(cè)量。隨著經(jīng)濟(jì)的開展和科技水平的提高，很多智能芯片的制造，使電子測(cè)量儀表向數(shù)字化、智能化方向開展。電容量的測(cè)量是電子測(cè)量中最根本的參數(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、平安、便捷的電容測(cè)試儀具有極大的現(xiàn)實(shí)必要性。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀近年來測(cè)量儀器的可靠性和穩(wěn)定性問題得到了很多方面的重視，狀況有了很大改觀。測(cè)試儀器行業(yè)目前已經(jīng)越過低谷階段，重新回到了快速開展的軌道。隨著模塊化和虛擬技術(shù)的開展，為測(cè)試測(cè)量儀器行業(yè)帶來了新的契機(jī)。電容器作為非常重要的一個(gè)電學(xué)元件在現(xiàn)代電子技術(shù)中有著非常廣泛的用途，電容定義為：電容器所帶的電荷量Q與電容器兩極板間的電勢(shì)差U的比值，即：。這種原始的方法必須通過測(cè)量兩個(gè)物理量來計(jì)算電容的大小，而其中的Q是比擬難以測(cè)量的量。傳統(tǒng)常用測(cè)量電容的方法兩種：一是利用多諧震蕩產(chǎn)生脈沖寬度與電容值成正比信號(hào)，通過低通濾波后測(cè)量輸出電壓實(shí)現(xiàn)；二是采用經(jīng)典電橋法，80年代之前采用手動(dòng)電橋，測(cè)試結(jié)果需要大量的換算，對(duì)操作技能要求較高，測(cè)試工效很低。80年代數(shù)字自動(dòng)電橋的問世，使電橋在內(nèi)部微機(jī)的控制下自動(dòng)平衡，最終結(jié)果直讀得到，大大方便了使用。而目前國內(nèi)外對(duì)電容量的測(cè)試常用積分法或斜率法〔含雙斜率〕測(cè)試電容，原理是測(cè)試RC積分時(shí)間或以恒流源對(duì)被測(cè)電容充電，用充電時(shí)間或充電終止電壓來計(jì)算被測(cè)電容的電容量，可以到達(dá)比擬高的測(cè)試精度、測(cè)量范圍廣、讀數(shù)方便，而且能夠?qū)崿F(xiàn)量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換，方便可靠。1.3本設(shè)計(jì)研究內(nèi)容該設(shè)計(jì)以AT89S52單片機(jī)為控制器，通過單片機(jī)測(cè)量電容的充電時(shí)間來計(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，通過電源給被測(cè)電容器充電，充電開始給單片機(jī)一個(gè)信號(hào)使單片機(jī)開始計(jì)數(shù)，充電到基準(zhǔn)電壓值后通過比擬器給單片機(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。內(nèi)部通過軟件自動(dòng)轉(zhuǎn)換量程，采用LCD1602液晶顯示測(cè)量結(jié)果，界面清晰，結(jié)果清楚。測(cè)量準(zhǔn)確、量程寬、速度快，使測(cè)量方便快捷。2系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)及要求(1)設(shè)計(jì)任務(wù)：設(shè)計(jì)并制作一臺(tái)數(shù)字顯示的簡(jiǎn)易電容表。(2)根本要求：eq\o\ac(○,1)測(cè)量范圍：10pF~999.9μF；測(cè)量誤差：≤5.0%〔以實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)電容或電容表為準(zhǔn)〕。eq\o\ac(○,2)設(shè)置量程選擇：×0.01μF、×0.1μF、×1μF、×10μF、×100μF。eq\o\ac(○,3)顯示器：十進(jìn)制數(shù)字顯示，采用液晶LCD1602顯示。eq\o\ac(○,4)自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換。eq\o\ac(○,5)自行設(shè)計(jì)并制作滿足本設(shè)計(jì)任務(wù)要求的穩(wěn)壓電源。2.2系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.2.1方案論證(1)電容測(cè)量方案方案1：采用交流電橋法測(cè)量電容值，使電橋到達(dá)平衡的參數(shù)不宜調(diào)節(jié)和自動(dòng)控制，且電路麻煩，不宜到達(dá)電橋平衡，此方案不予考慮。方案2：利用單片機(jī)測(cè)量脈沖來測(cè)時(shí)間常數(shù)RC再計(jì)算電容，其測(cè)量原理是把被測(cè)電容和電阻串聯(lián)構(gòu)成RC網(wǎng)絡(luò)，然后根據(jù)這個(gè)時(shí)間常數(shù)利用定時(shí)芯片NE555搭建一個(gè)振蕩電路[1][2]，調(diào)好震蕩信號(hào)的波形然后開始計(jì)數(shù)脈沖值，周期T=A0×RC，A0為一個(gè)常數(shù)，通過周期可以計(jì)算出C的值。此方案電路復(fù)雜，且電路振蕩波形不易調(diào)試，不予采用。方案3：利用電容充放電原理，通過電源給電容器充電，充電開始給單片機(jī)一個(gè)信號(hào)使單片機(jī)開始計(jì)數(shù)，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，充電到基準(zhǔn)電壓值后通過比擬器給單片機(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。此電路方案簡(jiǎn)單且測(cè)量比擬準(zhǔn)確，容易實(shí)現(xiàn)電路，且能實(shí)現(xiàn)量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換[3]，故采用此方案。(2)顯示方案論證方案1：采用數(shù)碼管顯示方案[4]。數(shù)碼管顯示不管靜態(tài)顯示還是動(dòng)態(tài)顯示都需要驅(qū)動(dòng)電路，靜態(tài)顯示雖然顯示數(shù)據(jù)穩(wěn)定，占用很少的CPU時(shí)間，但每個(gè)顯示單元都需要單獨(dú)的顯示驅(qū)動(dòng)電路，使用的硬件較多；動(dòng)態(tài)顯示雖然使用硬件比靜態(tài)顯示少，能節(jié)省材料和線路板空間但是有閃爍感，占用的CPU時(shí)間多。兩種顯示方式都比擬單一，只能顯示數(shù)字。不予采用。方案2：采用液晶顯示的方式。液晶顯示電路非常簡(jiǎn)單，不需要多少其他輔助電路，且能顯示字符數(shù)字，顯示界面美觀，可讀性強(qiáng)，且不占多少單片機(jī)I/O口資源，完全可以靠軟件實(shí)現(xiàn)，大大簡(jiǎn)化電路復(fù)雜程度。故采用液晶顯示方式，經(jīng)考慮LCD1602液晶滿足設(shè)計(jì)需要。2.2.2總體方案設(shè)計(jì)根據(jù)以上論證，本系統(tǒng)采用電容充放電原理，使電容充電并到達(dá)基準(zhǔn)電壓后，電壓比擬器會(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。系統(tǒng)框圖如圖2-1所示。圖2-1系統(tǒng)框圖3硬件電路設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)主控電路設(shè)計(jì)單片機(jī)介紹本設(shè)計(jì)主控電路采用AT89S52單片機(jī)[5][6]作為核心控制器。AT89S52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。使用Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、高效率的解決方案。AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8K字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89S52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。空閑模式下，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。同時(shí)該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。AT89S52單片機(jī)引腳如圖3-1所示：圖3-1AT89S52單片機(jī)引腳圖單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)電路主要有晶體振蕩電路和復(fù)位電路。(1)振蕩電路石英晶體振蕩器也稱石英晶體諧振器，它用來穩(wěn)定頻率和選擇頻率，是一種可以取代LC諧振回路的晶體諧振元件。本設(shè)計(jì)所用的晶體振蕩電路如圖3-2所示。圖3-2晶體振蕩電路此振蕩電路所選用的石英晶振頻率為12MHz。時(shí)鐘周期就是單片機(jī)外接晶振的倒數(shù)，它的時(shí)間周期就是〔1/12us〕，是計(jì)算機(jī)中最根本的、最小的時(shí)間單位。在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)，CPU僅完成一個(gè)最根本的動(dòng)作。對(duì)于某種單片機(jī)來說，假設(shè)采用了1MHz的時(shí)鐘頻率，那么時(shí)鐘周期為1us；假設(shè)采用4MHz的時(shí)鐘頻率，那么時(shí)鐘周期為250μs。由于時(shí)鐘脈沖是計(jì)算機(jī)的根本工作脈沖，它控制著計(jì)算機(jī)的工作節(jié)奏〔使計(jì)算機(jī)的每一步都統(tǒng)一到它的步調(diào)上來〕。顯然，對(duì)同一種機(jī)型的計(jì)算機(jī)，時(shí)鐘頻率越高，計(jì)算機(jī)的工作速度就越快。但是，由于不同的計(jì)算機(jī)硬件電路和器件的不完全相同，所以其所需要的時(shí)鐘頻率范圍也不一定相同。設(shè)計(jì)中使用到的單片機(jī)的時(shí)鐘晶振是12MHz。(2)復(fù)位電路單片機(jī)復(fù)位是使CPU和系統(tǒng)中的其他功能部件都處在一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作，例如復(fù)位后PC＝0000H，使單片機(jī)從第一個(gè)單元取指令。無論是在單片機(jī)剛開始接上電源時(shí)，還是斷電后或者發(fā)生故障后都要復(fù)位，所以必須弄清楚AT89C51型單片機(jī)復(fù)位的條件、復(fù)位電路和復(fù)位后狀態(tài)。單片機(jī)復(fù)位的條件是：必須使RST/Vpd或RST引腳(9)加上持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期(即24個(gè)振蕩周期)的高電平。例如，假設(shè)時(shí)鐘頻率為12MHz，每機(jī)器周期為1us，那么只需2us以上時(shí)間的高電平，在RST引腳出現(xiàn)高電平后的第二個(gè)機(jī)器周期執(zhí)行復(fù)位。單片機(jī)常用的復(fù)位電路如圖3-3所示。圖3-3上電復(fù)位電路圖3-3為上電復(fù)位電路也是本次設(shè)計(jì)所用的復(fù)位電路，其復(fù)位方法為只要單片機(jī)一上電REST為高電平單片機(jī)即復(fù)位。除此之外我們所學(xué)的電路還有手動(dòng)復(fù)位電路和自動(dòng)復(fù)位電路。3.1.3主控電路的工作原理電容測(cè)量的實(shí)現(xiàn)主要有單片機(jī)的外部中斷和定時(shí)器來完成，量程轉(zhuǎn)換和顯示按鍵電路通過單片機(jī)外圍控制電路來實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)外圍控制電路主要有74LS138譯碼電路和74LS573鎖存電路。74LS138譯碼電路主要完成對(duì)電容的測(cè)量前的放電及量程的轉(zhuǎn)換。測(cè)量開始有單片機(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完成量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換，選定量程后啟動(dòng)定時(shí)器T0開始計(jì)時(shí)，當(dāng)充電完成后，由測(cè)量電路的比擬器輸出充電完成信號(hào)送給單片機(jī)外部中斷INT0，使定時(shí)器停止計(jì)時(shí)。74LS573鎖存電路主要完成對(duì)按鍵與單片機(jī)的接口控制。按鍵和顯示公用單片機(jī)的P0口，有鎖存電路74LS573實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì)按鍵的掃描，并保持給顯示送實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。3.2電容測(cè)量電路設(shè)計(jì)3.2.1電容測(cè)量電路原理及工作過程電容測(cè)量電路包括自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換電路和電容測(cè)量電路。自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換利用譯碼器74LS138選擇充電電阻來完成。測(cè)量電路以電容器的充電規(guī)律作為測(cè)量依據(jù)[7]，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。數(shù)字電容表就是以該電壓作為測(cè)試基準(zhǔn)電壓[8]，測(cè)量電容器充電到達(dá)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1/nVcc(其中n>1，Vcc為充電電源電壓)電壓時(shí)充電時(shí)間跟電容的容量和電阻成正比，跟充電電源電壓無關(guān)。工作過程如下：首先，通過單片機(jī)使74LS138譯碼器選通放電三極管Q8，將電容上的電放掉，放電完畢之后，單片機(jī)控制74LS138譯碼器選通Q1-Q5中的一個(gè)三極管，經(jīng)過一定的電阻，對(duì)電容進(jìn)行充電，同時(shí)，翻開單片機(jī)的計(jì)數(shù)器0，開始計(jì)數(shù)。然后單片機(jī)等待外部中斷0的發(fā)生。當(dāng)電容充電到達(dá)參考電壓值時(shí)，比擬器翻轉(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。然后又開始一次新的測(cè)試，如此循環(huán)。本電路通過一個(gè)電壓比擬器(LM339)來檢測(cè)電容充電的終止。由電阻R17，R21及R20構(gòu)成一個(gè)分壓器，產(chǎn)生一個(gè)基準(zhǔn)電壓。當(dāng)電容兩端電壓超過比擬電壓時(shí)，比擬器翻轉(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。LM339電壓比擬器芯片內(nèi)部裝有四個(gè)獨(dú)立的電壓比擬器，是很常見的集成電路。利用LM339可以方便的組成各種電壓比擬器電路和振蕩器電路。有如下特點(diǎn)：(1)電壓失調(diào)小，一般是2mV；(2)共模范圍非常大，為0V到電源電壓減1.5V；(3)比照擬信號(hào)源的內(nèi)阻限制很寬；(4)LM339電壓范圍寬，單電源為2~36V，雙電源電壓為±1V~±18V；(5)輸出端電位可靈活方便地選用；(6)差動(dòng)輸入電壓范圍很大，甚至能等于Vcc。LM339類似于增益不可調(diào)的運(yùn)算放大器。每個(gè)比擬器有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端。兩個(gè)輸入端一個(gè)稱為同相輸入端，用“+〞表示，另一個(gè)稱為反相輸入端，用“-〞表示。用作比擬兩個(gè)電壓時(shí)，任意一個(gè)輸入端加一個(gè)固定電壓做參考電壓〔也稱為門限電平，它可選擇LM339輸入共模范圍的任何一點(diǎn)〕，另一端加一個(gè)待比擬的信號(hào)電壓。當(dāng)“+〞端電壓高于“-〞端時(shí)，輸出管截止，相當(dāng)于輸出端開路。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。兩個(gè)輸入端電壓差異大于10mV就能確保輸出能從一種狀態(tài)可靠地轉(zhuǎn)換到另一種狀態(tài)，因此，把LM339用在弱信號(hào)檢測(cè)等場(chǎng)合是比擬理想的。其引腳圖3-4所示。圖3-4LM339引腳圖3.2.2電容測(cè)量電路原理圖如圖3-5為電容測(cè)量電路，電路有自動(dòng)轉(zhuǎn)換電路和電壓比擬電路組成。圖3-5電容測(cè)量電路原理圖3.3顯示電路設(shè)計(jì)液晶屏根據(jù)顯示內(nèi)容可以分為字符型液晶，圖形液晶；根據(jù)顯示容量又可以分為單行16字，2行16字，兩行20字等等。本設(shè)計(jì)選用的是2行16字的字符型液晶模塊的使用方法。這是一種通用模塊，LCD1602液晶外觀如圖3-6所示。LCD1602液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點(diǎn)，在各類儀表和低功耗系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用，與數(shù)碼管相比該模塊有如下優(yōu)點(diǎn)：(1)位數(shù)多，可顯示32位，32個(gè)數(shù)碼管體積相當(dāng)龐大了。(2)顯示內(nèi)容豐富，可顯示所有數(shù)字和大、小寫字母。(3)程序簡(jiǎn)單，如果用數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示，會(huì)占用很多時(shí)間來刷新顯示，而1602自動(dòng)完成此功能。圖3-6LCD1602液晶外觀圖1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，引腳圖如圖3-7所示，其中：〔模塊反面有標(biāo)注〕第1腳：VSS為地電源第2腳：VDD接5V正電源第3腳：V0為液晶顯示器比照度調(diào)整端，接電源時(shí)比照度最弱，接地時(shí)比照度最高，比照度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影〞，使用時(shí)可以通過一個(gè)10K的電位器調(diào)整比照度〔建議接地，弄不好有的模塊會(huì)不顯示〕。第4腳：RS為存放器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)存放器、低電平時(shí)選擇指令存放器。第5腳：RW為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15～16腳：空腳〔有的用來接背光〕圖3-7LCD1602液晶引腳圖系統(tǒng)顯示電路如圖3-8所示。圖3-8系統(tǒng)顯示電路3.4按鍵電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)按鍵采用獨(dú)立按鍵，具有電路簡(jiǎn)單，軟件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單等有點(diǎn)。利用74LS573鎖存器所存鍵值，供單片機(jī)掃描按鍵。系統(tǒng)共有四個(gè)獨(dú)立按鍵，分別為“設(shè)置鍵〞、“量程增大鍵〞、“量程減小鍵〞、“確認(rèn)鍵〞，中選用手動(dòng)切換量程時(shí)用按鍵選擇，需要設(shè)置時(shí)首先按下“設(shè)置鍵〞，然后按增大或減小量程鍵，調(diào)整適當(dāng)后按“確認(rèn)鍵〞。系統(tǒng)按鍵電路如圖3-9所示。圖3-9系統(tǒng)鍵盤電路3.5電源電路設(shè)計(jì)電源電路采用經(jīng)典穩(wěn)壓電源電路[9]。采用市電220V經(jīng)變壓器變?yōu)?V交流電壓，經(jīng)過橋式整流，電容濾波，通過三端穩(wěn)壓芯片7805穩(wěn)壓后再通過電容濾波后輸出+5V的系統(tǒng)電路所用電源。7805是三端集成穩(wěn)壓電路器件，其內(nèi)具有過流和過熱保護(hù)功能，即使過負(fù)載時(shí)穩(wěn)壓器也不會(huì)遭到損壞，一方面限制輸出電流，使其不會(huì)過大，過熱時(shí)切斷輸出，使內(nèi)部電流不致過大。7805的三端分別為輸入Vin、輸出端Vo和公共端COM，使用時(shí)公共端COM通常接地。內(nèi)部等效電路由調(diào)整管、控制電路、誤差放大器、保護(hù)電路等組成。原理圖如圖3-10所示。圖3-10電源電路原理圖4軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件局部有主程序、系統(tǒng)初始化子程序、電容測(cè)量子程序、中斷處理子程序等組成。系統(tǒng)程序采用計(jì)數(shù)器0作為計(jì)數(shù)器使用，采用外部中斷INT0作為中斷端口，采集外部中斷信號(hào)。本系統(tǒng)程序采用C語言編寫[10]，C語言是一種編譯型程序設(shè)計(jì)語言，它兼顧了多種高級(jí)語言的特點(diǎn)，并具備匯編語言的功能。C語言有功能豐富的庫函數(shù)、運(yùn)算速度快、編譯效率高、有良好的可移植性，而且可以直接實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)硬件的控制。C語言是一種結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語言，它支持當(dāng)前程序設(shè)計(jì)中廣泛采用的由頂向下結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)技術(shù)。此外，C語言程序具有完善的模塊程序結(jié)構(gòu)，從而為軟件開發(fā)中采用模塊化程序設(shè)計(jì)方法提供了有力的保障。因此，使用C語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)已成為軟件開發(fā)的一個(gè)主流。用C語言來編寫目標(biāo)系統(tǒng)軟件，會(huì)大大縮短開發(fā)周期，且明顯地增加軟件的可讀性，便于改良和擴(kuò)充，從而研制出規(guī)模更大、性能更完備的系統(tǒng)。4.1主程序設(shè)計(jì)主程序采用調(diào)用形式，當(dāng)系統(tǒng)響應(yīng)外部鍵盤命令，根據(jù)指令執(zhí)行某個(gè)功能，當(dāng)執(zhí)行某一個(gè)功能時(shí)，調(diào)用子程序完成一定的功能。當(dāng)系統(tǒng)開始運(yùn)行時(shí)先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，初始化完成后，由鍵盤來設(shè)置，系統(tǒng)根據(jù)外部鍵盤選擇，完成一定的功能。當(dāng)執(zhí)行某個(gè)功能的時(shí)候，根據(jù)程序的指令調(diào)用完成各個(gè)功能的子程序。當(dāng)完成一系列要求的任務(wù)后程序結(jié)束，進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。主程序流程圖如圖4-1所示。圖4-1主程序流程圖4.2子程序設(shè)計(jì)子程序包括中斷處理子程序，設(shè)置子程序，電容測(cè)量子程序，顯示子程序。中斷處理子程序用來處理外部鍵盤輸入的中斷指令，送給單片機(jī)來執(zhí)行子程序完成要實(shí)現(xiàn)的功能；設(shè)置子程序是用來通過鍵盤中斷來設(shè)置系統(tǒng)要完成的功能，其中要設(shè)置手動(dòng)測(cè)量電容或自動(dòng)測(cè)量，手動(dòng)測(cè)量時(shí)要選擇的檔位，還有其他設(shè)置等；電容測(cè)量子程序用來處理計(jì)數(shù)器記錄的電容充電時(shí)間，把時(shí)間轉(zhuǎn)化成電容的數(shù)值，通過硬件和軟件來修正電容的數(shù)值，使測(cè)量結(jié)果更準(zhǔn)確。子程序流程圖如圖4-2，4-3，4-4所示。圖4-2設(shè)置子程序流程圖圖4-3中斷子程序流程圖圖4-4電容測(cè)量子程序流程圖設(shè)置子程序主要完成都個(gè)子程序參數(shù)的設(shè)置，在此判斷量程轉(zhuǎn)換的方式是手動(dòng)還是自動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)換方式是手動(dòng)式，設(shè)置手動(dòng)調(diào)整后的量程。然后進(jìn)入測(cè)量子程序和現(xiàn)實(shí)子程序。中斷子程序當(dāng)電容充電完成后產(chǎn)生中斷后計(jì)算電容量并送顯示。5總結(jié)經(jīng)過電容測(cè)試儀的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的了解了單片機(jī)的功能及應(yīng)用，對(duì)電容量的測(cè)量有了深入的了解。在老師的指導(dǎo)下完成了電容測(cè)試儀的方案設(shè)計(jì)，選擇適宜的測(cè)量電路和芯片，并根據(jù)需要設(shè)計(jì)了單片機(jī)主控電路、電容測(cè)量電路以及顯示按鍵電路。系統(tǒng)以AT89S52單片機(jī)為核心控制器，利用電容充放電原理通過單片機(jī)的定時(shí)器測(cè)量電容充電到一定電壓時(shí)所用的時(shí)間，用電壓比擬器(LM339)來檢測(cè)電容充電的終止，計(jì)算電容值，并以數(shù)字形式顯示出來，完成了設(shè)計(jì)任務(wù)和要求。附錄(1)整機(jī)系統(tǒng)總圖(2)局部原代碼#include"main.h"#include"LCD1602.h"#include"measure_capacity.h"#include"system_initial.h"#include"isr.h"#include"at89x52.h"#include"hardware.h"unsignedcharbuffer[17];unsignedcharTVH0;unsignedcharstatus=0;unsignedlongintresult;unsignedcharmenu_value;struct{unsignedcharflag;unsignedcharlast_status;unsignedcharmode;unsignedcharcapacity_scope;unsignedintzero_offset[5];}settings_value;codeunsignedcharTEXT[5][17]={//主菜單列表"SelectFunction:","1.Capacity",};voiddelayXms(unsignedintx)//延時(shí){unsignedinti,j;for(i=0;i<x;i++)for(j=0;j<240;j++);}voidDisplay_menu(void)//顯示初始化{LCD_cls();LCD_prints(TEXT[0]);LCD_set_position(0x40); LCD_prints(TEXT[menu_value]);}voidMain_menu(void)//菜單子程序{unsignedchari;Display_menu();//調(diào)顯示while(status==MAIN_MENU)//全局變量MAIN_MENU=6{while(!key);//ISR中定義無符號(hào)字符型switch(key){CaseKEY_MENU:menu_value=1;Display_menu();break;caseKEY_UP:if(menu_value==1)menu_value=3;elsemenu_value--;Display_menu();break;caseKEY_DOWN:if(menu_value==3)menu_value=1;elsemenu_value++;Display_menu();break;caseKEY_ENTER:{switch(menu_value){case1:{i=1;LCD_cls();LCD_prints("Modeselect:");LCD_set_position(0x40);LCD_prints("1.Manualmode");settings_value.mode=MANUAL_MODE;key=0;while(i){while(!key);switch(key){CaseKEY_UP:LCD_cls();LCD_prints("Modeselect:");LCD_set_position(0x40);LCD_prints("1.Manualmode");settings_value.mode=MANUAL_MODE;break;caseKEY_DOWN:LCD_cls();LCD_prints("Modeselect:");LCD_set_position(0x40);LCD_prints("2.Automode");settings_value.mode=AUTO_MODE;break;caseKEY_ENTER:{status=MEASURE_CAPACITY;//Write_a_EEPROM_data(EEPROM_Addr,0x01,status);//Write_a_EEPROM_data(EEPROM_Addr,0x02,settings_value.mode);i=0;break;}caseKEY_MENU:i=0;break;default:break;}key=0;}break;}case2:status=SETTINGS;/*Write_a_EEPROM_data(EEPROM_Addr,0x01,status);*/break;case3:status=HELP;/*Write_a_EEPROM_data(EEPROM_Addr,0x01,status);*/break;default:break;}}break;default:break;}key=0;}}unsignedcharcodeadjust_zero_text[][17]={"Addjustzero","Areyousure};voidadjust_zero(void){unsignedchari,temp;for(i=0;i<5;i++){scope_select=SCOPE_STOP;delayXms(400);capacity_measure_end=0;TVH0=0;TH0=0;TL0=0;switch(i){case0:temp=SCOPE_1;break;case1:temp=SCOPE_2;break;case2:temp=SCOPE_3;break;case3:temp=SCOPE_4;break;case4:temp=SCOPE_5;break;default:break;}scope_select=temp;//開始測(cè)量TR0=1;while(!capacity_measure_end)if(TVH0>0){scope_select=SCOPE_STOP;LCD_cls();LCD_prints("Error!Please");LCD_set_position(0x40);LCD_prints("checkinputport");key=0;delayXms(2000);while(!key);return;}scope_select=SCOPE_STOP;((unsignedchar*)&settings_value.zero_offset[i])[0]=TH0;((unsignedchar*)&settings_value.zero_offset[i])[1]=TL0;//Write_a_EEPROM_data(EEPROM_Addr,0x05+i*2,TH0);//Write_a_EEPROM_data(EEPROM_Addr,0x05+i*2+1,TL0);}}voidSettings(void){LCD_cls();LCD_prints(adjust_zero_text[0]);LCD_set_position(0x40);LCD_prints(adjust_zero_text[1]);while(status==SETTINGS){while(!key);switch(key){caseKEY_MENU:status=MAIN_MENU;break;caseKEY_ENTER:LCD_cls();LCD_prints("Adjustting...");LCD_set_position(0x40);LCD_prints("Pleaswait...");adjust_zero();status=MAIN_MENU;break;default:break;}key=0;}}unsignedcharcodehelp_text[][17]=voidHelp(void){unsignedchari=0;LCD_cls();LCD_prints(help_text[0]);LCD_set_position(0x40);LCD_prints(help_text[1]);while(status==HELP){