论文总字数：13043字

摘 要

随着电子工业的发展，电子元器件适用范围也开始广泛，在平时我们经常会检测电阻、电容。因此，可靠、安全、便捷的电阻、电容测试仪的设计具有极大必要性。在本设计硬件的系统设计中，以MCS-51单片机为主的电阻、电容测试仪，使用对应的振荡电路将电容转化为频率实现参数的测量。电阻则是根据分压原理进行测试，通过AD转换器将信号传入单片机从而得出被测参数。

关键词：单片机，555振荡电路，LED显示模块，AD转换器

ABSTRACT:With the development of electronic industry, electronic components are widely used in daily life; we often measure the size of resistance, capacitance, and inductance. Therefore, it is of great necessity to design reliable, safe and convenient resistors, capacitors and inductors.
In the system design of hardware, using tester of resistance, capacitance and inductance that is on the basis of MCS-51 single chip to convert resistance, capacitance and inductance into frequency to achieve the measurement of every parameter. While, the resistance is measured by the theory of partial pressure，Put the signal into the single chip by the AD converter and then obtain the measured parameters.

Keywords: Single chip，555 circuit，LED display module，AD converter

目 录

1 前言 4

1.1 设计的背景及意义 4

1.2 本设计所做的工作 5

1.3 本论文的结构安排 5

2 电阻、电容测试仪的系统设计 6

2.1 电阻、电容测试仪设计方案比较 6

2.2 系统的原理概述 6

3 电阻、电容、电感测试仪的系统硬件设计 7

3.1 MCS-51单片机电路的设计 7

3.2 测量系统显示电路的设计 9

3.3 测量电阻、电容电路的设计 11

4 电阻、电容测试仪的软件设计 16

4.1 I/O口的分配 16

4.2 频率参数计算的原理 17

5 仿真结果 18

6 结论与展望 22

致 谢 23

附 录 25

1 前言

1.1 设计的背景及意义

当前，伴随着电子领域的快速成长，电子元器件也在快速的加多，电子元器件的使用的范围也正逐渐普遍起来，在平时的日常工作使用中大家每每要测定电阻，电容的具体数值。于是可靠，安全，方便的电阻，电容测试仪的开发具备非常大的市场需求性。现如今的电子丈量领域，电容的测量已经在测量技能和产品研发中应用的相当的普及了。电容每每以传感器方式出现，于是电容测试的技能的提升也就相当于带动了电容传感器产业的成长。由最初的用交流不平衡电桥就可以得出的一般电容传感器的数据到现如今的电容式传感器越做越发达，电容测量技能发展也十分的快现在的电容测量技术也从单一性发展成了多元性。现如今更多的应用于实际衡量中的传感器主要是容栅式和陶瓷电容压力。现如今国内外做传感器制造商也有增加的趋势，在世界范围内的电容传感器做的好的公司有：日本，德国，美国。即使是中国内地测试测量工艺获得了很大的改进，然而客观来说中国研究测试测量仪器领域仍然相对比较的落后。每当提及本土测试仪器不方便使用的具体缘由，就会有很多各色各异的说法，诸如外观欠佳，精度偏差，可靠性差等。事实上，这些都是表面现象，中国的发展瓶颈的测量仪器的实际影响：

1. 在地位较低的产品全过程试验。因为有传统思维模式的束缚，产品生产开发的过程中，研发阶段往往处在最为中心的地方，从属和辅助帽子往往扣给了测试。对于这点，近乎所有的研究单位和部门在配置上大同小异。也正因为这个原因，中国产业不重视测试的过程，从而在基础科学的研究上薄弱，测试人才缺失，这也是中国测量仪器领域所存在的重要问题。
2. 现代市场营销模式的应用尚未建立。本土测量设备厂商仅仅关心研发，正式制作，注重狭义的墟市，尚未建立起一套完善的当代营销体制。古板的经营形式在计划经济时期里曾经发挥过不可替代的影响，却早已不能适应想如今的整体方案风靡的时代要求了。那么，如果想要减少与外国各大公司的距离，本土的仪器开发商应加速转型为应用的研发状态。特别是随着国内科研、教学需求的快速增长，应当使用这些推动因素，紧随检测应用技术的发展步伐。

3.缺乏标准件的材料配套体系。因为以往的缘故，本土仪器开发商鱼龙混杂，仪器产品的质量和要求也不是很规范，也使得配套行业整体水平普遍性的降低。目前队友有所改观，但距离整个产业的要求仍然有很大发展空间。所以，标准化和模块化的研究还应该提到首要的位置。同时，没有达到的技术水平条件下，精密或高指标的盲目追求，不考虑或者忽略稳定性因素也是固然不可取的。这些就是本土仪器发展所面临的阻碍。

这些年本土测量仪器的很多状况获得了了改善尤其是可靠性和稳定性状态的提升。测试仪器行业目前已经能够和国外急速发展的轨道并轨，特别是近些年我国仪器取得的巨大突破、改善，更是在多用电子测试设备研究开发领域，和国际领先的测量仪器之间的差距已经逐步减小了，从而在一定程度上对国际市场造成了一定的影响。由于模块化和虚拟技术的开发，测试和测量设备的行业，本土正在崛起，以及各级政府的重视，并在标准的中国独立应用的快速发展，业界已表现出了前所未有的动力和机遇。根据本土业界数据能够看出，测试仪器正在以30%的增速不断扩大和发展。无疑使许多测试行业如雨后春笋般出现，同时催生更可靠稳定的产品的出现和问世。

1.2 本设计所做的工作

本篇论文主要是围绕以555为中心的振荡电路，把所测得的参数通过模拟来转化为频率，再通过单片机来计算频率，然后将结果显示在LED液晶显示屏上面。因此，论文要求做好如下的几件事情：

(1)研习PROTEL99E,Proteus，KEL3.0等软件的操作方法。

(2)学习单片机、555振荡器、AD转换器原理等资料。

(3)设计测量频率程序，设置切换量程程序。

(4)设计测量电阻，电容的电路。

(5)用PROTEL软件画出电原理图。

(6)撰写毕业论文。

1.3 本论文的结构安排

本篇文章的布局排版如下：第1章 前言，第2章 电阻、电容测试仪系统的设计，第3 章 电容、电阻测试仪器的硬件的系统设计，第4章 电容、电阻测试仪软件的设计，第5章 结论与展望。

2 电阻、电容测试仪的系统设计

2.1 电阻、电容测试仪设计方案比较

本篇论文有多种可供选择的方案，例如通过模拟电路，电阻测量可以根据电阻的分压原理进行简单的测量计算，电容则可以使用恒流法与比较法。在设计前对首先对各个方案进行一个辩证比较：

1)纯模拟电路

虽然避免了较为复杂的程序设计，但由于元器件多，电路繁杂，测量精度跟不上，已经逐渐的被现在的市场所淘汰。

2)可编程逻辑控制器 （PLC）

其原器件的体积较小，测量的精度也比较高，速度也比较快，还能够嵌入工业控制系统的集成块中，得到了广泛的应用，而且可靠性抗干扰能力强，但是其成本实在过高，价格过于昂贵，所以不建议选用。

3)采用CPLD或FPGA实现

选择当前广泛应用的VHDL硬件电路来描述语言，将电容，电阻，或FPGA可编程逻辑器件，实现控制整个系统的目的。但其相对而言结构过于复杂，规模太大，因此也不建议采用。

4)利用振荡电路与单片机结合

使用555多谐振荡电路来把电容参数变成频率，电阻采用简易的分压原理设计，如此就可以以数字量取代模拟量，一目了然，而频率f则是单片机较为容易识别的数字量，这样不但得到的精度较为准确，而且可以方便仪表实现方便的量程切换，另外单片机构成的应用系统稳定性高其抗干扰能力较为强大。系统扩展、配置也很灵活。可以根据需求来组成所需的各类应用系统，而且应用系统还具有较高的软、硬件的利用系数。

总之，采用振荡电路和微机电阻，电容测试仪更稳定可靠，简单可行。因此，采用单片机为核心设计的选择是最为合理的。

2.2 系统的原理概述

本设计中，，考虑到单片机体积小、稳定性高，灵活便捷，功能全面，且成本不高，因此本设计打算选用MCS - 51系列单片机为中心来完成电阻、电容测试仪的仿真^[1]。本设计系统由四部分构成包括了：测试电路、控制电路、通道选择与显示电路。将电容和电阻的测试电路接入51单片机，根据测量的不同需要设置两个电路转换按钮来切换电路以完成测量的所需要求，将所电容参数转化为频率参数通过单片机的处理将数据传送给LED显示模块，同理将电阻参数经过A/D转换器将数字信号传送给单片机处理，转入LED显示模块进行参数的测量显示。

3 电阻、电容、电感测试仪的系统硬件设计

3.1 MCS-51单片机电路的设计

由于51单片机的可靠性高，抗干扰能力强，有较高软硬件利用系数因此可以很方便的按照要求构成不同规模的应用系统；加之其可编程性，使得硬件所能实现的功能描述可以在软件上完全成为现实^[2]。本次设计主要运用到了单片机内部的中断系统、定时器以及串行接口等。将MCS-51单片机应用于在系统硬件的设计中，能够很好的控制I/O口分别连接一些按钮、LED灯和七位数码管等。

MCS-51单片机分别由处理器、数据存储器(RAM)、程序存储器(ROM)、并行接口、定时/计数器、串行接口、中断系统、三大总线（数据总线、地址总线和控制总线等）等组成，以下是几大单云的说明^[3]：

1)中央处理器：

中央处理器cpu的内部由累加器A、寄存器B、程序 状态字PSW、数术逻辑单元ALU（Arithmetic Logic Unit）、程序计数器PC（经常也称为指令指针，即IP，、数据寄存器DR、地址寄存器AR、指令寄存器IR、控制器和指令译码器ID等部件来构成的^[7]。

2)数据存储器(RAM)：

内部存储器RAM共有256字节，其中低128字节为用户RAM区，可以供用户存放读写个人信息。剩下的高128B位特殊功能寄存器，用于存放特殊的控制指令，用户只有访问权限。

3)程序存储器(ROM)：

51单片机共设有64KB大小的程序存储器寻址空间，给用户放置数据、程序和表格等个人信息。

1. 定时/计数器(ROM)：

MCS-51单片机在其结构里面共放置2个16位可以用于编程的定时/计数器。可编程意思是指程序设计者根据系统和硬件的功能的需要通过指令程序控制定时/计数器的中断或者停止。

5)并行输入输出(I/O)口：

一共设有4组8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)简单说，所谓并行其实是一种传输方式，i就是in（输入），o就是out（输出），并行输入输出端口^[13]。

6)全双工串行口：

一般是说RS232串口3线 Tx为发送、Rx是接收、Gnd则是信号地。就是可以同时传输和采集数据了。

7)中断系统：

中断系统，顾名思义是由于外界某种原因需要及时中断停止当前操作程序转入相应的处理程序，待处理完成，转会被终止的程序，这个过程就是中断。51单片机设有3种类型5个中断包括：2个外中断、2个定时/计数器中断与1个串口中断，并含有2个中断的优先级别。

8)时钟电路：

在51单片机的里面设置了1个用与构成振荡器的高增益反向的放大器，这个高增益反相的放大器输入端口是端口XTAL1，它的输出端则是端口XTAL2。这两个引脚接入石英晶体振荡器与微调电容，这样便构成了一个稳定的振荡电路^[6]。

在本设计里电容C1与C2的特征值一般是在30PF上下。即使对于外接电容值并无苛刻的硬性规定，然而电容的数值在一定程度上可能影响到了振荡器频率的高低、振荡器的稳定性与起振速率。石英晶体固有的频率范围一般在1.2MHz—12MHz左右。晶体的频率高的时候，那么整个系统得到的时钟频率相应的也会提高，这样单片机的运转速度随之加快。为了减少温度所带来的误差，应选择使用温度影响误差比较小的NPO高频率的电容。MCS-51单片机一般采用振荡频率在6MHz要么在12MHz的晶体。单片机时钟电路图如图3-1：

图3.1 时钟电路

本篇论文的电路设计利用单片机里面所具有的振荡器，频率为11.0592MHz的谐振器分别插入单片机的时钟引脚X1与X2，本设计中的匹配电容为C2和C3。该电路不仅设计简单，而且工作性能可靠 。其余通过给RC电路充电从而完成单片机的复位。RC电路对于时间量计算的具体算法如下：

T=RC (3.1)

那就是：T = RC = 10*10K=100ms。当需要重新设置时，也可按复位按钮，复位。

3.2 测量系统显示电路的设计

LED因为能耗低、体积小、显示内容多样直观、轻巧便携的诸多优点被广泛选用^[4]，在小型仪表和低能耗应用系统中占据了越来越大的比列。本片设计选用的是5*7字符液晶显

示器，按照设计所需的容量能够分为1行16字型、2行16字型、2行20字型等，此次设计我则是用了2行16字型的1602液晶模块；如下图所示：

图3.2 2行16字1603液晶显示模块

1602 选用了规定16个端口，分别是:

第1引脚：VSS为地电源

第2引脚：连正5V电源

第3引脚：V0是LED清晰度对比度的调整接口，当接入 5v时对比度最弱，相反，转地电源的时候对比度最高，然而过高的对比度会产生虚影，所以我们平时应该连接一大小为10K 的电位器来改变其对比度。

第4 引脚：RS接口寄存器的选择，在高电平选定的数据寄存器、而低电平将转接指令寄存器。

第5引脚：RW是读写端口的数据线， 高电平就会信号读取操作，否则写操作。当RS与RW在写指令或显示地址实施的低电平，RS端低电平为读写信号，相反的就会执行写入数据的指令。

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：13043字