基于振蕩的單片機(jī)電阻電容和電感測(cè)試儀

1、 PAGE29 / NUMPAGES29摘要本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是基于AT89C52單片機(jī)控制的簡(jiǎn)易R(shí)LC測(cè)試儀。為了充分利用單片機(jī)的運(yùn)算和控制功能，方便的實(shí)現(xiàn)測(cè)量。把參數(shù)R、L、C轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)f，然后用單片機(jī)計(jì)數(shù)后再運(yùn)算求出R、L、C的值，并送顯示。 轉(zhuǎn)換的原理分別是RC振蕩電路和電容三點(diǎn)式振蕩電路。為了比較準(zhǔn)確的測(cè)試而頻率的計(jì)數(shù)則是利用等精度數(shù)字頻率計(jì)完成。然后再將結(jié)果送單片機(jī)運(yùn)算，并在LED顯示器上顯示所測(cè)得的數(shù)值。通過(guò)一系列的系統(tǒng)調(diào)試，本測(cè)試儀到達(dá)了測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過(guò)測(cè)試，第1章：緒論1.1 電路參數(shù)R,L,C 電路參數(shù)電阻、電容和電感是電路的三種基本參數(shù)，也是描述網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)的重要參數(shù)，廣泛

2、應(yīng)用于科學(xué)研究、教學(xué)實(shí)驗(yàn)、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、通信、醫(yī)療與軍事等領(lǐng)域中。例如在強(qiáng)電系統(tǒng)中，輸電線路中的傳輸線，電氣設(shè)備中繼電器、變壓器、發(fā)電機(jī)等，都是用阻抗參數(shù)R、L、C來(lái)描述的。人們通過(guò)測(cè)試阻抗參數(shù)可以判定設(shè)備的好壞，是否存在故障隱患。在弱電系統(tǒng)中，電路參數(shù)元件的好壞、量值的大小直接影響所設(shè)計(jì)的線路板的正常工作和可靠性。所以對(duì)它們的測(cè)試具有重要的意義。1.2 電路參數(shù)的測(cè)量方法電路參數(shù)的測(cè)量通常是把被測(cè)參數(shù)通過(guò)轉(zhuǎn)換電路變成直流電壓或頻率后進(jìn)行測(cè)量。1. 傳統(tǒng)的RLC參數(shù)測(cè)量的方法種類很多，例如：對(duì)電阻的測(cè)量常用歐姆表直接測(cè)量，也可以使用對(duì)電阻施加一個(gè)電壓，利用模擬電表和電流表測(cè)量得到電阻兩端的電壓值

3、和流過(guò)電阻的電流值。然后利用歐姆定理計(jì)算出電阻值；而對(duì)電感或電容的測(cè)試常采用測(cè)量阻抗角和負(fù)阻抗，然后用數(shù)學(xué)公式計(jì)算出電阻和電抗的參數(shù)。也可以采用過(guò)度過(guò)程法測(cè)出時(shí)間常數(shù)，由于電路中使用已知的固定電阻，所以可以通過(guò)計(jì)算，得出電抗參數(shù)。在要求測(cè)試準(zhǔn)確度高的地方常采用交流電橋通過(guò)調(diào)整已知參數(shù)使得電橋達(dá)到平衡，讀出電感或電容值。上述方法，簡(jiǎn)單明了，測(cè)試也有一定的準(zhǔn)確度；但必須采用手工操作，費(fèi)時(shí)費(fèi)力且測(cè)量精度帶有一定的人為因素。2. 在上世紀(jì)70年代后，由于數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了數(shù)字式的RLC測(cè)試儀。這種方法通常是把被測(cè)參數(shù)通過(guò)轉(zhuǎn)換電路變成直流電壓或頻率后進(jìn)行測(cè)量。例如：(1) 電阻的測(cè)量可采用如圖1

4、-1所示的比例運(yùn)算放大器轉(zhuǎn)換電路，將電阻值變?yōu)橹绷麟妷狠敵觯缓蠼?jīng)過(guò)AD轉(zhuǎn)換，測(cè)得電阻值。圖1-1比例運(yùn)算器法歐姆轉(zhuǎn)換器圖中UN為基準(zhǔn)電壓源，RN為標(biāo)準(zhǔn)電阻，R2為被測(cè)電阻為了減小測(cè)量誤差，可采用四探針?lè)ń泳€。當(dāng)測(cè)量大電阻時(shí)，采用可采用積分運(yùn)算器法。(2)電容測(cè)量可采用恒流法，用恒流法測(cè)量電容的原理圖以與波形如圖1-2所示。恒流源I對(duì)電容C充電，經(jīng)過(guò)T時(shí)間后充電電荷Q=IT，此時(shí)電容兩端的電壓U=Q/C，顯然只要IT已知，測(cè)出電壓U便可按C=IT/U計(jì)算出的電容值。恒流源向C充電，同時(shí)時(shí)標(biāo)脈沖CP經(jīng)與門進(jìn)入計(jì)數(shù)器。當(dāng)Uc值大于UR時(shí)，比較器輸出零電平，停止計(jì)數(shù)。測(cè)量結(jié)果與電容值成正比。圖1-2

5、用恒流法測(cè)量電容的原理和工作波形圖即 (3) 時(shí)間常數(shù)法測(cè)量電感一般電感含有線圈電阻R和寄生電容C0，通常C0很小，在工頻情況下可以忽略。所以際電感可以視為一純電感L和電阻R的串聯(lián)，其時(shí)間常數(shù) L/R，測(cè)量電感的原理圖如圖1-3所示。(a) (b)圖1-3 時(shí)間常數(shù)法測(cè)量電感的基本原理在t0時(shí)合上開關(guān)，電感i中電流將按指數(shù)曲線上升，其最大值為I。從圖(b)中可看出，在開始階段變化曲線和t0時(shí)刻的切線基本重合。令I(lǐng)I，I與i交點(diǎn)的橫坐標(biāo)為，從圖中可知：即只要先測(cè)出電感線圈的直流電阻，并已知Us便可計(jì)算出I，或者保證每次測(cè)量回路的直流電阻相等，使得到的I為定值，則由測(cè)定的即可求得，從而算出LR。3

6、.對(duì)RLC測(cè)量和電子測(cè)量?jī)x器的發(fā)展一樣呈現(xiàn)出以下幾個(gè)趨勢(shì)：第一，數(shù)字化與集成化模塊化趨勢(shì)。便攜式儀器越來(lái)越多，使用者要求集成化、微型化，無(wú)論高檔還是低檔儀器，數(shù)字化越來(lái)越普與。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字電路的成本越來(lái)越低。第二，智能化趨勢(shì)。具有很強(qiáng)的自校準(zhǔn)、自診斷、自補(bǔ)償和存儲(chǔ)、計(jì)算、報(bào)表輸出功能。例如，虛擬儀器，利用計(jì)算機(jī)軟件虛擬傳統(tǒng)儀器的功能，一臺(tái)電子儀器，可測(cè)量多種參數(shù)，具有多種用途。第三，網(wǎng)絡(luò)化趨勢(shì)。通過(guò)局域網(wǎng)或Internet來(lái)控制和使用電子儀器，可以工程技術(shù)人員遠(yuǎn)在千里之外仍能遙控儀器和獲取結(jié)果?？傊?，電子測(cè)量?jī)x器向著精度更高，可靠性更好，以與成本更低，便于使用的方向發(fā)展。隨之電子

7、技術(shù)的飛速發(fā)展，對(duì)于被測(cè)的RLC參量，可以通過(guò)參數(shù)轉(zhuǎn)換器變換成電壓、電流或時(shí)間來(lái)進(jìn)行測(cè)量。1.3基于振蕩的單片機(jī)電阻、電容和電感測(cè)試儀具體要求如下：1.測(cè)量圍是：（1）電阻： 1001M。（2）電容： 100pF10000 pF。（3）電感： 100uH10mH2.技術(shù)要求：（1）測(cè)量準(zhǔn)確度：5（2）四位數(shù)碼管顯示測(cè)量數(shù)值，并用另外四位數(shù)碼管指示類型和單位。3.工作容：（1）組建基于振蕩的測(cè)電阻、電容和電感的總體結(jié)構(gòu)框圖。（2）根據(jù)設(shè)計(jì)測(cè)量圍和準(zhǔn)確度要求，設(shè)計(jì)測(cè)電阻、電容和電感的調(diào)理電路，配置標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)理論分析和計(jì)算選擇電路參數(shù)。（3）根據(jù)操作功能要求，確定鍵盤控制功能。（4）按設(shè)計(jì)要求確定顯

8、示位數(shù)、指示類型和單位。（5）采用C語(yǔ)言編寫應(yīng)用程序并調(diào)試通過(guò)。（6）對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試和結(jié)果分析。（7）寫出論文。1.4 本設(shè)計(jì)論文的結(jié)構(gòu)安排：第1章：緒論；第2章：基于振蕩的電阻、電容和電感的測(cè)試原理；第3章：測(cè)試儀的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)；第4章：系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)；第5章：系統(tǒng)的調(diào)試與測(cè)試；第6章：結(jié)論與展望。第2章：基于振蕩的電阻、電容和電感的測(cè)試原理2.1系統(tǒng)測(cè)量原理的總體框圖系統(tǒng)測(cè)量原理的總體框圖如圖2-1所示單片機(jī)多路選擇開關(guān)頻率按鍵LED顯示器RC振蕩器RC振蕩器電容三點(diǎn)式振蕩器被測(cè)電阻被測(cè)電容被測(cè)電感圖2-1系統(tǒng)測(cè)量原理的總體框圖右圖中可知，本文所采用的參數(shù)測(cè)量的方法是基于振蕩器原理，通過(guò)將

9、被測(cè)參數(shù)接入振蕩電路中，產(chǎn)生振蕩頻率輸出，采用測(cè)頻率方法間接獲得被測(cè)參數(shù)的值。2.1.1基于振蕩電阻和電容的測(cè)量原理由數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)可知，最簡(jiǎn)單的由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器電路如圖所示，其工作波形如圖2-2所示。 (a) (b)圖2-2555定時(shí)器接成的多諧振蕩器與工作波形圖 555外接定時(shí)電阻、和電容構(gòu)成的多諧振蕩器電路如圖2-2所示，由圖可見，它將高電平觸發(fā)端TH和低點(diǎn)平觸發(fā)端TR相連，且放電回路中還串接了一個(gè)定時(shí)電阻。 電路的工作原理可對(duì)照?qǐng)D2-2（b）所示工作波形圖來(lái)分析。 當(dāng)接通電源時(shí)，如電容上的初始電壓為0，則處于高電平，放電管T截止，電源通過(guò)、向充電，經(jīng)過(guò)時(shí)間后，達(dá)到高觸發(fā)

10、電平（/3）,由1變成0，這時(shí)放電管T導(dǎo)通，電容通過(guò)電阻放電，到時(shí)，下降到低觸發(fā)電平（/3）,又翻回到1狀態(tài)，隨即T又截止，電容又開始充電。如此周而復(fù)始，重復(fù)上述的過(guò)程。就可以在輸出端得到矩形波電壓。 現(xiàn)在計(jì)算此電路的振蕩周期。為了簡(jiǎn)單起見，設(shè)組件運(yùn)放、的輸入電阻為無(wú)窮大，并近似的認(rèn)為放電管T截止時(shí)，DIS端對(duì)地的等效電阻為無(wú)窮大，而放電管T導(dǎo)通時(shí)，管壓降為零?，F(xiàn)以為起始點(diǎn)，可得充電時(shí)間為若以為起始點(diǎn)，可得電容的放電時(shí)間為由此可得方波的周期為，頻率為振蕩頻率主要取決于時(shí)間常數(shù)和，改變和參數(shù)可改變振蕩頻率，幅度則由電源電壓來(lái)決定。所以，當(dāng)該電路用來(lái)測(cè)量電阻時(shí)，只需選擇標(biāo)準(zhǔn)電容和標(biāo)準(zhǔn)電阻，那么，就

11、是被測(cè)電阻。換句話講原來(lái)接的位置上，接上被測(cè)。這樣，通過(guò)測(cè)得振蕩器的輸出頻率就可以利用上式計(jì)算出的值。當(dāng)測(cè)電容時(shí)，將和接標(biāo)準(zhǔn)電阻，而被測(cè)電容替換原電路中的。同理，通過(guò)測(cè)量輸出頻率，利用上式算出的值。2.1.2 電感的測(cè)量原理電容三點(diǎn)式振蕩電路如圖2-3所示，它的基本結(jié)構(gòu)與電感三點(diǎn)式一樣，只是將并聯(lián)諧振回路中的電感與電容互換。三極管的三個(gè)電極直接與兩個(gè)電容器的三點(diǎn)相連，因此稱為電容三點(diǎn)式振蕩電路。當(dāng)斷開反饋回路，設(shè)在放大器的輸入端加一瞬時(shí)極性為的輸入信號(hào)，由于并聯(lián)諧振電路在諧振頻率時(shí)呈現(xiàn)純電阻性，所以放大器的輸出電壓與輸入電壓反相（）。反饋信號(hào)取自電容器，其極性為上端為，而下端為。又由于輸出電壓

12、等于電容器兩端的電壓，其極性為上端為，而下端為。和的公共端為零電位。因此，與反相（），形成了反饋，滿足相位平衡條件。圖2-3 電容三點(diǎn)式振蕩電路 適當(dāng)選取，的比值，以獲得足夠的反饋量，并使放大電路具有足夠的放大倍數(shù)，使振幅平衡條件得到滿足，電路就能產(chǎn)生自激振蕩。 電容三點(diǎn)式振蕩電路的振蕩頻率為其中電容三點(diǎn)式振蕩電路的反饋電壓從電容器的兩端取得，所以對(duì)高次諧波的阻抗較小，輸出波形較好。而且和可以選的很小，因而振蕩頻率可以很高，一般可以到100以上。由公式可以知道，振蕩頻率基本上由電感和電容決定，因此改變電容即可調(diào)節(jié)振蕩頻率。當(dāng)該電路用來(lái)測(cè)量電感時(shí)，只需選擇標(biāo)準(zhǔn)電容和，那么，就是被測(cè)電感。換句話講

13、原來(lái)接的位置上，接上被測(cè)電感。這樣，通過(guò)測(cè)得振蕩器的輸出頻率就可以利用上式計(jì)算出。2.2頻率測(cè)量的原理1.等精度測(cè)頻、測(cè)周期法的工作原理等精度測(cè)頻法原理如圖2-5所示圖2-5等精度測(cè)頻原理由圖中可知，被測(cè)信號(hào)經(jīng)放大整形電路后分別接至D觸發(fā)器的端和與門（上），D觸發(fā)器的功能是實(shí)現(xiàn)被測(cè)信號(hào)與預(yù)置門控信號(hào)同步以產(chǎn)生一個(gè)寬度為整數(shù)倍的閘門信號(hào)，該閘門信號(hào)在高電平期間，控制A計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值。閘門信號(hào)的另一路與時(shí)標(biāo)脈沖相與后進(jìn)入計(jì)數(shù)器B計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器A和計(jì)數(shù)器B在閘門信號(hào)寬度一樣的情況下，分別對(duì)測(cè)量信號(hào)（頻率為）和標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)（頻率為）同時(shí)計(jì)數(shù)。當(dāng)預(yù)置門信號(hào)變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，隨后而至的被測(cè)信號(hào)的上升沿同步將使兩

14、個(gè)計(jì)數(shù)器關(guān)閉。兩個(gè)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值經(jīng)運(yùn)算電路運(yùn)算后，輸出顯示被測(cè)信號(hào)的頻率。2. 等精度數(shù)字頻率計(jì)的數(shù)據(jù)處理工作波形如圖2-6所示，設(shè)在一次預(yù)置門時(shí)間P對(duì)被測(cè)信號(hào)的計(jì)數(shù)值為，對(duì)時(shí)標(biāo)信號(hào)的計(jì)數(shù)值為，則有下式成立：由此可得： （2-4）圖26等精度數(shù)字頻率計(jì)工作波形2.3顯示原理本設(shè)計(jì)采用LED顯示器用于數(shù)字顯示。LED顯示器是由發(fā)光二極管組成的顯示字段的器件。通常的八段LED顯示器是由八個(gè)發(fā)光二極管組成（包括小數(shù)點(diǎn)）。LED顯示器是由發(fā)光二極管組成顯示字段的器件。通常的八段LED顯示器是由八個(gè)發(fā)光二極管組成（包括小數(shù)點(diǎn)），如圖6-1（c）所示。圖6-1 7段LED顯示器外形、管腳與原理圖 LED顯

15、示器分共陽(yáng)極和共陰極兩種。若共陽(yáng)極LED顯示器的公共端（3、8通常稱為位線）為高電平時(shí)，而a端（7腳稱為段線）又為低電平時(shí)，a段發(fā)光二極管發(fā)光，同理，若共陰極LED顯示器公共端（3、8）接低電平時(shí)，a端（7腳）又為高電平時(shí)，a段二極管發(fā)光。當(dāng)LED顯示器每段的平均電流為5mA時(shí)，就有比較滿意的亮度，一般選擇5mA10mA電流。LED顯示器的顯示方式有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種。在靜態(tài)顯示中，各個(gè)字段連續(xù)通過(guò)電流，而動(dòng)態(tài)顯示的字段是斷續(xù)通過(guò)電流的。在動(dòng)態(tài)顯示中，逐次把所需顯示的字符顯示出來(lái)。在每點(diǎn)亮一個(gè)數(shù)碼顯示器之后，必須持續(xù)通電一段時(shí)間，使之發(fā)光穩(wěn)定，然后再點(diǎn)亮另一個(gè)顯示器，如此巡回掃描所有的顯示器。雖然

16、在同一時(shí)刻只有一個(gè)顯示器通電，但人的視覺(jué)以為每個(gè)顯示器都在穩(wěn)定的顯示。當(dāng)電源電壓為5V時(shí)，選擇的限流電阻的圍為200510。第3章：硬件電路設(shè)計(jì)3.1 等精度數(shù)字頻率計(jì)的系統(tǒng)框圖的設(shè)計(jì)等精度數(shù)字頻率計(jì)的系統(tǒng)框圖如圖3-1所示，被測(cè)信號(hào)和標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)進(jìn)入調(diào)理整形電路后進(jìn)行放大和整形，經(jīng)過(guò)放大和整形之后的信號(hào)和進(jìn)入等精度測(cè)頻邏輯電路，經(jīng)過(guò)邏輯電路后進(jìn)入接口電路，最后送入單片機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行一系列的運(yùn)算，和標(biāo)準(zhǔn)頻率進(jìn)行比較后送入顯示電路進(jìn)行顯示。圖3-1頻率計(jì)硬件系統(tǒng)框圖3.2等精度數(shù)字頻率計(jì)的系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)3.2.1單片機(jī)與外圍電路的設(shè)計(jì)單片機(jī)系統(tǒng)與外圍電路如圖3-2所示。圖中START為開關(guān)按鈕，按

17、下時(shí)開關(guān)將使程序轉(zhuǎn)入選擇顯示頻率的值，否則顯示狀態(tài)為零。S13為按鈕開關(guān)，按下此開關(guān)則將程序載入可編程邏輯器件CPLD中。ISP為程序下載接口，其作用是將PC機(jī)上調(diào)試好的程序經(jīng)編譯后寫入單片機(jī)程序儲(chǔ)存器中。所接按鈕開關(guān)，其作用是按下按鈕開關(guān)啟動(dòng)T0計(jì)數(shù)。、所接按鈕開關(guān)，其作用是進(jìn)入顯示狀態(tài)。圖3-2 單片機(jī)系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)3.2.2單片機(jī)與顯示電路接口設(shè)計(jì)單片機(jī)與顯示電路接口如圖3-4所示，其中六位共陰極LED有6根位選線和68根段選線。由段選線控制字符的選擇，而位選線有效時(shí)，控制該顯示位的點(diǎn)亮。圖中，接入8510阻排是為了增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力，當(dāng)573輸出為低電平時(shí)，阻排各電阻中流過(guò)的電流灌入573的輸

18、出端，顯示器不被點(diǎn)亮，當(dāng)573輸出高電平的時(shí)，位選為低電平的顯示器被點(diǎn)亮，通常顯示二極管點(diǎn)亮?xí)r，壓將為1.6V左右，加上1413的低電平0.3V，使573的輸出被嵌位在2V左右，而電流則是由573的輸出電流和阻排電流共同供給約6mA左右。這樣接法比較實(shí)用，阻排接入也比較簡(jiǎn)單。如果將74LS573換成74HC573阻排也可以不接。因?yàn)?4HC573的高電平輸出基本就可提供6mA的拉電流。如果不想讓573的邏輯電平下降到2V左右，而保持到3V以上則應(yīng)采用串入電阻后接三極管射級(jí)跟隨的方法驅(qū)動(dòng)。段地址：8000HBFFFH位地址：4000H7FFFH片選/Y0：C000HC7FFFH；/Y3：D800

19、HDFFFH；片選/Y1：C800HCFFFH；/Y4 ：E000HE7FFFH；片選/Y2：D000HD7FFFH；/Y5：E800HEFFFH；圖3-4 7段LED顯示接口3.2.3 CPLD與單片機(jī)的接口設(shè)計(jì) 1. CPLD與單片機(jī)的接口設(shè)計(jì)如圖3-5所示圖3-5 CPLD與單片機(jī)的接口設(shè)計(jì)2CPLD測(cè)量頻率模塊邏輯設(shè)計(jì)圖3-6中，框外D觸發(fā)器、兩個(gè)反相器和過(guò)零比較器組成輸入信號(hào)調(diào)理電路，其中輸入信號(hào)經(jīng)比較器輸出后變?yōu)榉讲ㄐ盘?hào)，為了使方波的上升沿和下降沿陡峭，后面又加了兩個(gè)斯密特反向器，整形后作為預(yù)置閘門的同步信號(hào)。 圖3-6 CPLD測(cè)量頻率模塊的整體框中容為CPLD所實(shí)現(xiàn)的邏輯功能，

20、邏輯電路的寫入方法采用在調(diào)試軟件：QuartusII 5.0 下輸入邏輯電路圖，然后經(jīng)編譯后，直接生成代碼，經(jīng)JTAG下載。3.3測(cè)量電路設(shè)計(jì)3.3.1測(cè)電阻Rx的RC振蕩電路圖3-3是一由555電路構(gòu)成的多諧振蕩電路。它的振蕩周期為：即 圖3-3 測(cè)電阻的RC振蕩電路為了使振蕩頻率保持在1MkHZ以這一頻率計(jì)計(jì)數(shù)的高精度圍，需選擇合適的值和值。同時(shí)不使電阻功耗太大，選擇：=200, =0.22；當(dāng)=100時(shí)：當(dāng)RX=1M時(shí)：3.3.2測(cè)量CX的RC振蕩電路 如圖3-4，測(cè)量CX的RC振蕩電路與測(cè)RX的振蕩電路完全一樣。若R1=R2，則圖3-4 測(cè)量電容的RC振蕩電路選擇R1=R2=100K，

21、當(dāng)CX=100時(shí)：當(dāng)CX=10000時(shí)：3.3.3測(cè)LX的電容三點(diǎn)式振蕩電路如圖3-5，在這個(gè)電容三點(diǎn)式振蕩電路中，C1、C2分別采用1000pF和1000pF的獨(dú)石電容，其電容值遠(yuǎn)大于晶體管極間電容，可以把極間電容忽略。根據(jù)振蕩頻率公式:，其中 對(duì)于100H的電感 由于單片采用12MHz晶振晶,最快只能計(jì)幾百kHz的頻率,因此在測(cè)電感這一檔時(shí),應(yīng)分頻后再送單片機(jī)計(jì)數(shù)。 圖3-5 測(cè)量電感Lx的電容三點(diǎn)式振蕩電路4.測(cè)試系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)軟件的總體流程圖圖41系統(tǒng)軟件的總體流程圖不管是電阻、電容還是電感，都是轉(zhuǎn)為頻率后再測(cè)量的，因此頻率或周期的測(cè)量是本軟件的核心，其精度會(huì)直接影響到本儀表

22、的精度。頻率或周期的測(cè)量可以利用頻率計(jì)的功能來(lái)實(shí)現(xiàn)頻率計(jì)數(shù)。如圖4-2所示，通過(guò)選擇開關(guān)選擇被測(cè)量的參數(shù)，其中P1.2、P1.3、P1.4分別對(duì)應(yīng)電阻、電容和電感。圖4-2選擇開關(guān)4.2頻率計(jì)數(shù)的軟件設(shè)計(jì)頻率計(jì)數(shù)的軟件流程圖如圖4-3所示。圖4-3頻率計(jì)數(shù)的軟件流程頻率計(jì)數(shù)的源程序#include #include #include #define uchar unsigned char#define SEGMENT XBYTE0 x1000#define BIT_LED XBYTE0 x2000#define COUNT1 XBYTE0 x2800/定義6個(gè)數(shù)據(jù)鎖存區(qū)的地址#define C

23、OUNT2 XBYTE0 x2000#define COUNT3 XBYTE0 xd800#define COUNT4 XBYTE0 xd000#define COUNT5 XBYTE0 xc800#define COUNT6 XBYTE0 xc000sbit CTRL=P11;/定義門控信號(hào)sbit START = P14; /定義啟動(dòng)信號(hào)sbit R=P12;/定義門控信號(hào)sbit C=P13;/定義門控信號(hào)unsigned get_code(unsigned char i);unsigned int count = 0, K1,K2,K3;unsigned char b6;char a6

24、;/定義2個(gè)緩沖區(qū)數(shù)組void time0_init()/定時(shí)器0初始化TMOD = 0 x01;TL0 = 0 xb0;TH0 = 0 x3c;ET0 = 1;unsigned get_code(unsigned char i) /段碼值表 unsigned char p; switch(i) case 0: p=0 x3f; break;/0 case 1: p=0 x06; break; /1 case 2: p=0 x5b; break; /2 case 3: p=0 x4f; break; /3 case 4: p=0 x66; break; /4 case 5: p=0 x6d;

25、break; /5 case 6: p=0 x7d; break; /6 case 7: p=0 x07; break; /7 case 8: p=0 x7f; break; /8 case 9: p=0 x67; break; /9 default: break; return(p);void time0_int(void) interrupt 1/定時(shí)器0中斷函數(shù)count +;TL0 = 0 xb0;TH0 = 0 x3c;void delay(unsigned int time) /延時(shí)函數(shù)while(time-);main()uchar j=0,k; uchar i=1;CTRL =

26、 0;/復(fù)位門控信號(hào)time0_init();/初始化定時(shí)器EA = 1;while(START);/查詢是否有啟動(dòng)信號(hào) while(!START); delay(1000000); /延時(shí)1sTR0 = 1;TL0 = 0 xb0;TH0 = 0 x3C;count = 0; CTRL = 1; /開啟門控信號(hào)while(count != 20); /延時(shí)1000ms CTRL =0;TR0 = 0;TL0 = 0 xb0;TH0 = 0 x3c; a0 = COUNT1;/從數(shù)據(jù)鎖存區(qū)讀回計(jì)數(shù)值 a1 = COUNT2; a2 = COUNT3; a3 = COUNT4; a4 = COU

27、NT5; a5 = COUNT6; b0 = a24;/將計(jì)數(shù)值送入數(shù)組，以便查詢相應(yīng)段碼 b1 = a2&0 x0f; b2 = a14; b3 = a1&0 x0f; b4 = a04; b5 = a0&0 x0f;result=b0+b1*10+b2*100+b3*1000+b4*10000+b5*100000;if(R=0) result=result/K1; b0 =result/100000%10; b1 = result/10000%10; b2 = result/1000%10; b3 = result/100%10; b4 = result/10%10; b5 = resul

28、t%10;elseif(C=0) result=result/K2;b0 =result/100000%10; b1 = result/10000%10; b2 = result/1000%10; b3 = result/100%10; b4 = result/10%10; b5 = result%10; else result=result/K3;b0 =result/100000%10; b1 = result/10000%10; b2 = result/1000%10; b3 = result/100%10; b4 = result/10%10; b5 = result%10; whil

29、e(1)/通過(guò)LED動(dòng)態(tài)顯示計(jì)數(shù)值 k=bj; BIT_LED=i; SEGMENT=get_code(k); j+;i= i1;delay(200); if(i = 0 x40)i=1; j=0; 5.調(diào)試與測(cè)試5.1調(diào)試準(zhǔn)備工作調(diào)試儀器：方波發(fā)生器和示波器，調(diào)試工具:1. 調(diào)試軟件：Keil51，ISP燒寫線（單片機(jī)調(diào)試用）2調(diào)試軟件：QuartusII 5.0 （CPLD編程用），JTAG下載線注意事項(xiàng)：用示波器或數(shù)字表測(cè)試CPLD的管腳時(shí)，盡量不在CPLD的管座上直接測(cè)量，以免造成接觸不良。硬件調(diào)試方法將系統(tǒng)劃分成若干個(gè)功能模塊，并編寫簡(jiǎn)單的測(cè)試程序，驗(yàn)證系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的正確性。本系統(tǒng)劃

30、分為以下五個(gè)功能模塊：振蕩器模塊、單片機(jī)最小系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)、CPLD中的計(jì)數(shù)、控制部分和輸入調(diào)理部分。5.2硬件調(diào)試1.振蕩器模塊調(diào)試根據(jù)第3章圖，分別用示波器進(jìn)行調(diào)試，看是否起振。2.根據(jù)原理圖焊接單片機(jī)最小系統(tǒng)，并檢測(cè)系統(tǒng)晶振是否正常運(yùn)作（示波器）晶振頻率為12M，用示波器檢測(cè)晶振管腳信號(hào)和ALE有無(wú)即是否正常。3.根據(jù)原理圖焊接CPLD管座，檢查無(wú)誤后，插入CPLD，給CPLD寫片選邏輯，CPLD片選邏輯如圖5-1所示，用QuartusII 5.0寫入CPLD，調(diào)試LED。 圖5-1 CPLD片選邏輯調(diào)試LED步驟如下： 1）給單片機(jī)寫入簡(jiǎn)單的循環(huán)執(zhí)行程序，檢查段選和位選信號(hào)控制信號(hào)是否

31、正常該調(diào)試程序如下：#include #include #include #define SEGMENT XBYTE0 x1000 /定義段選地址 #define BIT_LED XBYTE0 x2000/定義位選地址 main() while(1) BIT_LED=0 x01;/任意給一位選地址 SEGMENT=0 x3f;/任意給一段選地址結(jié)果：示波器上可連續(xù)顯示位和段選信號(hào)，表明控制邏輯正常 2）給段碼寫入“8”，逐次從最高位向右改變位碼地址，每次使選中位LED點(diǎn)亮，并顯示數(shù)字“8” 該調(diào)試程序如下：#include #include #include #define SEGMENT X

32、BYTE0 x1000 /定義段選地址#define BIT_LED XBYTE0 x2000 /定義位選地址main() while(1) BIT_LED=0 x01;/位選第一個(gè)LED SEGMENT=0 x7f;/段碼值給“8” 依次編譯并執(zhí)行BIT_LED賦值 0 x01,0 x02,0 x04,0 x08,0 x10,0 x20，使位碼地址從高位到低位改變，分別觀察LED顯示結(jié)果。 完成以上2步證明硬件正常 3）在單片機(jī)中開辟顯示緩沖區(qū)，并將給定數(shù)字“6 5 4 3 2 1”寫入緩存區(qū)，并能在LED上正確顯示 完成該步驟表明顯示器工作正常，顯示子程序也工作正常 該調(diào)試程序如下：#in

33、clude #include #include #define uchar unsigned char#define SEGMENT XBYTE0 x1000 /定義段選地址#define BIT_LED XBYTE0 x2000 /定義位選地址unsigned char b6;/定義緩沖區(qū)數(shù)組unsigned get_code(unsigned char i)/段碼值表 unsigned char p; switch(i) case 0: p=0 x3f; break;/0 case 1: p=0 x06; break; /1 case 2: p=0 x5b; break; /2 case

34、3: p=0 x4f; break; /3 case 4: p=0 x66; break; /4 case 5: p=0 x6d; break; /5 case 6: p=0 x7d; break; /6 case 7: p=0 x07; break; /7 case 8: p=0 x7f; break; /8 case 9: p=0 x67; break; /9 default: break; return(p);void main()uchar i=1,j=0,k,n; b0 = 6; /將給定數(shù)字寫入數(shù)組 b1 = 5; b2 = 4; b3 = 3; b4 = 2; b5 = 1; w

35、hile(1)/動(dòng)態(tài)顯示數(shù)組中的給定數(shù)字 k=bj; BIT_LED=i; /給位碼值 SEGMENT=get_code(k); /給段碼值 j+;i= i1; if(i = 0 x40)i=1; j=0; for(n=0;n200;n+); 4.調(diào)同步邏輯在MSC-51中編寫給定脈寬“1000ms”的門控信號(hào)，輸入1KHz信號(hào)，觀察同步脈寬用示波器觀察同步后的同步給定脈沖，說(shuō)明該同步脈沖為1s 該調(diào)試程序如下：#include #include #include #define uchar unsigned charsbit CTRL=P11;/定義門控信號(hào)sbit START = P14;/定義啟動(dòng)信號(hào)unsigned get_code(unsigned char i);unsigned int count = 0;void time0_init()/定時(shí)器0初始化TMOD = 0 x01; /把工作方式控制字寫入TMOD寄存器中；TL0 = 0 xb0; /定時(shí)器初值TH0 = 0 x3c;ET0 = 1;void time0_int(void) interrupt 1/定時(shí)器0中斷函數(shù)count +;TL0 = 0 xb0;TH0 = 0 x3c;void delay(unsigned int time)/延時(shí)子函數(shù)while(time