課程設計-電阻電感電容測試儀

1、<p>　　課程設計(論文)說明書</p><p>　　題 目：簡易電阻電容電感測量儀</p><p>　　院 （系）： 信息與通信學院 </p><p>　　專 業(yè)： 信息對抗技術 </p><p>　　學生姓名： </p><p>

2、;　　學 號： </p><p>　　指導教師： </p><p>　　職 稱： </p><p>　　年 月 日</p><p><b>　　摘 要</b></p&

3、gt;<p>　　隨著電子工業(yè)的發(fā)展，電子元器件急劇增加，電子元器件的適應范圍也逐漸廣泛起來，在應用中我們常常需要測量電阻的大小。因此，設計可靠，安全，便捷的電阻測量儀具有極大的現(xiàn)實必要性。</p><p>　　而單片機是目前設計應用中用得比較廣泛的器件，它可以通過軟件編程來達到不同的效果，實現(xiàn)各種各樣的不同功能，具有靈活性強，可靠性高，可擴展性好等優(yōu)點。</p><p>　

4、　在系統(tǒng)硬件設計中，以MCS-51單片機為核心的電阻測量儀，將電阻使用振蕩電路轉化頻率實現(xiàn)參數的測量。電阻是采用555多諧振蕩電路產生，將振蕩頻率送人STC89C52的計數端口，通過定時并且計數可以計算出被測頻率，在通過該頻率計算出被測參數。</p><p>　　關鍵詞：單片機；555多諧振蕩電路</p><p><b>　　Abstract：</b></p&g

5、t;<p>　　With the development of electronic industry，electronic components rapidly increased the scope of electronic components widely up gradually，in applications we often measured resistors，capacitors，inductors s

6、ize. Therefore,the design of reliable，safe，convenient resistance，capacitance，inductance tester of great practical necessity.</p><p>　　And the microcontroller is the device that uses extensively in the design

7、s application currently,it can attain the different result by the software compile,carryingout different kinds of functions,have advantages of good dexterity,high credibility,can expand good and so on.</p><p&g

8、t;　　In the system hardware design，take the MCS-51 monolithic integrated circuit as the core resistance，the electric capacity，the inductance reflectoscope reflector，the resistance，the electric capacity，the inductance，the

9、use correspondence's oscillating circuit transforms for the frequency realizes each parameter survey.And the resistance and the electric capacity are use 555 multiresonant circuits to produce，the oscilation frequency

10、 will send STC89C52 the counting to be neat，through and fixed time c</p><p>　　Key words： Microcontroller; 555 resonance swings circuit</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　引

11、言 ………………………………………………………………………4</p><p>　　1 設計功能及要求………………………………………………………6</p><p>　　2 電阻測試儀的系統(tǒng)設計………………………………………………6</p><p>　　2.1電阻測試儀設計方案比較…………………………………………………………6</p><p>

12、;　　2.2系統(tǒng)的原理框圖……………………………………………………………………7</p><p>　　3 系統(tǒng)硬件電路設計……………………………………………………7</p><p>　　3.1 STC單片機及顯示電路的設計……………………………………………………7</p><p>　　3.2 555多諧振蕩電路的設計…………………………………………………………8

13、</p><p>　　3.2.1 555定時器簡介…………………………………………………………………8</p><p>　　3.2.2電阻測量電路的設計……………………………………………………………11</p><p>　　4 軟件設計………………………………………………………………12</p><p>　　4.1主程序流程圖…………………

14、……………………………………………………12</p><p>　　4.2 中斷服務程序流程圖………………………………………………………………13</p><p>　　5 系統(tǒng)測試及整機指標…………………………………………………13</p><p>　　6 結論……………………………………………………………………13</p><p>　　謝

15、辭 ………………………………………………………………………14</p><p>　　參考文獻 …………………………………………………………………15</p><p>　　附錄 ………………………………………………………………………16</p><p><b>　　引言 </b></p><p>　　1.設計的背景及意義&

16、lt;/p><p>　　隨著電子工業(yè)的發(fā)展，電子元器件急劇增加，電子元器件的適應范圍也逐漸廣泛起來，在應用中我們常常需要測量電阻的大小。因此，設計可靠，安全，便捷的電阻測量儀具有極大的現(xiàn)實必要性。</p><p>　　通常情況下，電路參數的數字化測量是把被測量參數轉化成直流電壓或頻率后進行測量。</p><p>　　電阻測量依據產生恒流源的方法分為電位降法，比例運算法和

17、積分運算器法。比例運算法測量誤差較大，積分運算器法適用于高電阻的測量。</p><p>　　由于測量電阻方法多并且具有一定的復雜性。所以本次設計是參考555振蕩電路基礎上擬定一套自己的設計方案。是嘗試用555振蕩電路將被測參數轉化成頻率這里我們把RLC的測量電路產生的頻率送入STC89C52的計數端口，通過定時并且計數可以計算出被測頻率再通過頻率計算出電阻值。</p><p>　　2.電阻

18、測量儀的發(fā)展歷史及研究現(xiàn)狀</p><p>　　當今電子測試領域，電阻的測量已經在測量技術和產品研發(fā)中應用的十分廣泛。</p><p>　　電阻測試發(fā)展已經很久，方法眾多。常用測量方法如下：電阻測量依據產生恒流源的方法分為電位降法，比例運算器法和積分運算器法。比例運算器法測量誤差稍大，積分運算器法適用于高電阻的測量。最經典的方法是采用電橋法，電橋法可以準確的測試被測電容器的電容量、介質損耗

19、值，以前用手動電橋為了達到電橋的平衡需調整數十個旋鈕，測試結果需要大量的換算，對操作技能要求較高，測試工效很低，80年代問世了數字自動電橋，電橋在內部微機的控制下自動平衡，最終結果直讀得到，大大方便了使用，如今高壓西林電橋、高頻電橋等幾乎已經被自動化電橋所替代。</p><p>　　在我國1997年05月21日中國航空工業(yè)總公司研究出一種電阻、電容、電感在線測量方法及裝置等電位隔離方法，用于對在線的電阻、電容、電

20、感元件實行等電位隔離，其特征在于，(1)將一個運算放大器的輸出端與其反相輸入端直接連接，形成一個電壓跟隨器；(2)將基準精密電阻(R)的一端與被隔離的在線元件(Z↓[x])的一端通過導線連接，基準精密電阻(R)的另一端與信號源(V↓[i])或者地連接，被隔離的在線元件(Z↓[x])的另一端通過導線與地或者信號源(V↓[i])連接，基準精密電阻(R)與被隔離的在線元件(Z↓[x])連接的一端同時與運算放大器的同相輸入端連接；(3)通過導線

21、將運算放大器的輸出端與線路板上所有的隔離點(C)連接，隔離點(C)的確定方法是：在線路板上凡是與被隔離的在線元件(Z↓[x])靠近信號源(V↓[i])的一端(A)相連的電阻、電容、電感元件的另一端均為隔離端(C)。</p><p>　　中國本土測量儀器設備發(fā)展的主要瓶頸。盡管本土測試測量產業(yè)得到了快速發(fā)展，但客觀地說中國開發(fā)測試測量儀器還普遍比較落后。每當提起中國測試儀器落后的原因，就會有許多不同的說法，諸如精度

22、不高，外觀不好，可靠性差等。實際上，這些都還是表面現(xiàn)象，真正影響中國測量儀器發(fā)展的瓶頸為：</p><p>　　1.測試在整個產品流程中的地位偏低。由于人們的傳統(tǒng)觀念的影響，在產品的制造流程中，研發(fā)始終處于核心位置，而測試則處于從屬和輔助位置。關于這一點，在幾乎所有的研究機構部門配置上即可窺其一斑。這種錯誤觀念上的原因，造成整個社會對測試的重視度不夠，從而造成測試儀器方面人才的嚴重匱乏，造成相關的基礎科學研究比較

23、薄弱，這是中國測量儀器發(fā)展的一個主要瓶頸。實際上，即便是研發(fā)隊伍本身，對測試的重視度以及對儀器本身的研究也明顯不夠。 </p><p>　　2.面向應用和現(xiàn)代市場營銷模式還沒有真正建立起來。本土儀器設備廠商只是重研發(fā)，重視生產，重視狹義的市場，還沒有建立起一套完整的現(xiàn)代營銷體系和面向應用的研發(fā)模式。傳統(tǒng)的營銷模式在計劃經濟年代里發(fā)揮過很大作用，但無法滿足目前整體解方案流行年代的需求。所以，為了快速縮小與國外先進公

24、司之間的差距，國內儀器研發(fā)企業(yè)應加速實現(xiàn)從面向仿制的研發(fā)向面向應用的研發(fā)的過渡。特別是隨著國內應用需求的快速增長，為這一過渡提供了根本動力，應該利用這些動力，跟蹤應用技術的快速發(fā)展。</p><p>　　3.缺乏標準件的材料配套體系。由于歷史的原因，中國儀器配套行業(yè)的企業(yè)多為良莠不齊的小型企業(yè)，標準化的研究也沒有跟上需求的快速發(fā)展，從而導致儀器的材料配套行業(yè)的技術水平較低。雖然目前已有較大的改觀，但距離整個產業(yè)的

25、要求還有一定距離。所以，還應把標準化和模塊化的研究放到重要的位置。還有，在技術水平沒有達到的條件下，一味地追求精度或追求高指標，而沒有處理好與穩(wěn)定性之間的關系。上述這些都是制約本土儀器發(fā)展的因素。</p><p>　　近年來我國測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。測試儀器行業(yè)目前已經越過低谷階段，重新回到了快速發(fā)展的軌道，尤其最近幾年，中國本土儀器取得了長足的進步，特別是通用電子測

26、量設備研發(fā)方面，與國外先進產品的差距正在快速縮小，對國外電子儀器巨頭的壟斷造成了一定的沖擊。隨著模塊化和虛擬技術的發(fā)展，為中國的測試測量儀器行業(yè)帶來了新的契機，加上各級政府日益重視，以及中國自主應用標準研究的快速進展，都在為該產業(yè)提供前所未有的動力和機遇。從中國電子信息產業(yè)統(tǒng)計年鑒中可以看出，中國的測試測量儀器每年都以超過30%以上的速度在快速增長。在此快速增長的過程中，無疑催生出了許多測試行業(yè)新創(chuàng)企業(yè)，也催生出了一批批可靠性和穩(wěn)定性較

27、高的產品。</p><p><b>　　設計功能及要求</b></p><p>　　設計并制作一臺數字顯示電阻參數的測試儀，示意框圖如下：</p><p><b>　　具體要求：</b></p><p>　　測量范圍：200歐~500K歐</p><p><b>　

28、　測量精度：5%</b></p><p>　　用單片機顯示測量數值</p><p>　　2 電阻測試儀的系統(tǒng)設計 </p><p>　　2.1電阻測試儀設計方案比較</p><p>　　電阻測試儀的設計可用多種方案完成，例如利用模擬電路，電阻可用比例運算器法和積分運算器法，電容可用恒流法和比較法，電感可用時間常數發(fā)和同步分離法等

29、、使用可編程邏輯控制器(PLC)、振蕩電路與單片機結合或CPLD與EDA相結合等等來實現(xiàn)。在設計前對各種方案進行了比較：</p><p>　　2.1.1利用純模擬電路</p><p>　　雖然避免了編程的麻煩，但電路復雜，所用器件較多，靈活性差，測量精度低，現(xiàn)在已較少使用。2.1.2可編程邏輯控制器(PLC) </p><p>　　應用廣泛，它能夠非常方便地集成

30、到工業(yè)控制系統(tǒng)中。其速度快，體積小，可靠性和精度都較好，在設計中可采用PLC對硬件進行控制，但是用PLC實現(xiàn)價格相對昂貴，因而成本過高。 </p><p>　　2.1.3采用CPLD或FPGA實現(xiàn)</p><p>　　應用目前廣泛應用的VHDL硬件電路描述語言，實現(xiàn)電阻，電容，電感測試儀的設計，利用MAXPLUSII集成開發(fā)環(huán)境進行綜合、仿真，并下載到CPLD或FPGA可編程邏輯器件

31、中，完成系統(tǒng)的控制作用。但相對而言規(guī)模大，結構復雜。</p><p>　　2.1.4利用振蕩電路與單片機結合</p><p>　　利用555多諧振蕩電路將電阻，電容參數轉化為頻率，而電感則是根據電容三點式電路也轉化為頻率，這樣就能夠把模擬量近似的轉換為數字量，而頻率f是單片機很容易處理的數字量，一方面測量精度高，另一方面便于使儀表實現(xiàn)自動化，而且單片機構成的應用系統(tǒng)有較大的可靠性。系統(tǒng)擴展

32、、系統(tǒng)配置靈活。容易構成各種規(guī)模的應用系統(tǒng)，且應用系統(tǒng)有較高的軟、硬件利用系數。單片機具有可編程性，硬件的功能描述可完全在軟件上實現(xiàn)，而且設計時間短，成本低，可靠性高。</p><p>　　綜上所述，利用振蕩電路與單片機結合實現(xiàn)電阻測試儀更為簡便可行，節(jié)約成本。所以，本次設計選定以單片機為核心來進行。</p><p>　　2.2 系統(tǒng)的原理框圖</p><p>　

33、　3 系統(tǒng)硬件電路設計</p><p>　　3.1 STC單片機及顯示電路的設計</p><p>　　STC89C51系列單片機是宏晶科技推出的新一代超強抗干擾/高速/低功耗的單片機，指令代碼完全兼容8051單片機，12時鐘/機器周期和6時鐘/機器周期可任意選擇。</p><p><b>　　特點：</b></p><p&

34、gt;　　增強型6時鐘/機器周期，12時鐘/機器周期 8051 CPU</p><p>　　工作電壓：5.5V – 3.4V</p><p>　　工作頻率范圍：0 – 40MHZ，相當于普通8051的0 - 80MHZ，實際工作頻率可達48MHZ</p><p>　　用戶應用程序空間 4K / 8K / 13K / 16K / 20K / 32K / 64K 字節(jié)&

35、lt;/p><p>　　片上集成1280字節(jié) /512字節(jié)RAM</p><p>　　通用I/O口（32/36個），復位后為：P1/P2/P3/P4是準雙向口/弱上拉 P0口是開漏輸出，作為總線擴展用是，不用加上拉電阻，作為I/O口用時，需要上拉電阻。</p><p>　　ISP（在線可編程）/IAP（在應用可編程），無需專用編程器/仿真器，可通過串口（P3.0/P3.

36、1）直接下載用戶程序，8K程序3秒即可完成一片。</p><p><b>　　EEPROM功能</b></p><p><b>　　看門狗</b></p><p>　　內部集成MAX810專門復位電路，外部晶振20M以下時，可省外部復位電路</p><p>　　共3個16位定時器/計數器，其中定時器

37、0還可以當成2個8位定時器用</p><p>　　外部中斷4個，下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷，Power Down模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒</p><p>　　通用異步串行口（UART），還可以用定時器實現(xiàn)多個UART</p><p>　　工作溫度范圍：0 – 75℃ / -40 – 85℃</p><p>　　封裝：DIP-40

38、,PDIP-40,LQFP-44,PQFP-44</p><p>　　本設計中單片機最小系統(tǒng)及顯示電路的設計電路如下圖所示：</p><p>　　3.2 555多諧振蕩電路的設計</p><p>　　3.2.1 555定時器簡介</p><p>　　555定時器是一種模擬電路和數字電路相結合的中規(guī)模集成器件，它性能優(yōu)良，適用范圍很廣，外部加

39、接少量的阻容元件可以很方便地組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器，以及不需外接元件就可組成施密特觸發(fā)器。因此集成555定時被廣泛應用于脈沖波形的產生與變換、測量與控制等方面。</p><p>　　1)555定時器內部結構</p><p>　　555定時器是一種模擬電路和數字電路相結合的中規(guī)模集成電路,其內部結構如圖3-6(A)部分及管腳排列如圖(B)部分所示。</p><p&g

40、t;　　圖3-6 定時器內部結構</p><p>　　它由分壓器、比較器、基本R--S觸發(fā)器和放電三極管等部分組成。分壓器由三個5KΩ的等值電阻串聯(lián)而成。分壓器為比較器A1、A2提供參考電壓，比較器A1的參考電壓為 ，加在同相輸入端，比較器A2的參考電壓為 ，加在反相輸入端。比較器由兩個結構相同的集成運放A1、A2組成。高電平觸發(fā)信號加在A1的反相輸入端，與同相輸入端的參考電壓比較后，其結果作為基本R--S觸發(fā)器

41、 端的輸入信號；低電平觸發(fā)信號加在A2的同相輸入端，與反相輸入端的參考電壓比較后，其結果作為基本R--S觸發(fā)器 端的輸入信號?；綬--S觸發(fā)器的輸出狀態(tài)受比較器A1、A2的輸出端控制。</p><p>　　2)多諧振蕩器工作原理</p><p>　　由555定時器組成的多諧振蕩器如圖3-7(C)部分所示，其中R1、R2和電容C為外接元件。其工作波如圖(D)部分所示。</p>

42、<p>　　圖3-7 震蕩器工作原理</p><p>　　設電容的初始電壓Uc＝0，t＝0時接通電源，由于電容電壓不能突變，所以高、低觸發(fā)端VTH＝VTL＝0 ，比較器A1輸出為高電平，A2輸出為低電平，即 =1， =0(1表示高電位，0表示低電位)，R--S觸發(fā)器置1，定時器輸出u0=1此時 ，定時器內部放電三極管截止，電源Vcc經R1，R2向電容C充電，uc逐漸升高。當uc上升到 時，A2輸出由0

43、翻轉為1，這時 = =1，R--S觸發(fā)順保持狀態(tài)不變。所以0<t<t1期間，定時器輸出u0為高電平1。</p><p>　　時刻，uc上升到 ，比較器A1的輸出由1變?yōu)?，這時 =0， =1，R--S觸發(fā)器復0，定時器輸出u0=0。</p><p>　　<< 期間， ，放電三極管T導通，電容C通過R2放電。uc按指數規(guī)律下降,當<時比較器A1輸出由0變?yōu)?，R

44、--S觸發(fā)器的 = =1，Q的狀態(tài)不變，u0的狀態(tài)仍為低電平。</p><p>　　時刻，uc下降到 ，比較器A2輸出由1變?yōu)?，R--S觸發(fā)器的 =1， =0，觸發(fā)器處于1，定時器輸出u0=1。此時電源再次向電容C放電，重復上述過程。</p><p>　　通過上述分析可知，電容充電時，定時器輸出u0=1，電容放電時，u0=0，電容不斷地進行充、放電，輸出端便獲得矩形波。多諧振蕩器無外部信

45、號輸入，卻能輸出矩形波，其實質是將直流形式的電能變?yōu)榫匦尾ㄐ问降碾娔堋?lt;/p><p><b>　　3)振蕩周期</b></p><p>　　由圖(D)可知，振蕩周期T=T1+T2。T1為電容充電時間，T2為電容放電時間。</p><p><b>　　充電時間：</b></p><p><b&

46、gt;　　(3-2)</b></p><p><b>　　放電時間：</b></p><p><b>　　(3-3)</b></p><p><b>　　矩形波的振蕩周期：</b></p><p><b>　　(3-4)</b></p&g

47、t;<p>　　因此改變R1、R2和電容C的值，便可改變矩形波的周期和頻率。</p><p>　　對于矩形波，除了用幅度，周期來衡量外，還有一個參數：占空比q，q=(脈寬tw)/(周期T)，tw指輸出一個周期內高電平所占的時間。圖（C）所示電路輸出矩形波的占空比：</p><p><b>　　(3-5)</b></p><p>　

48、　3.2.2 電阻測量電路的設計</p><p>　　定時器555是一種用途很廣的集成電路，只需外接少量R、C元件，就可以構成多諧、單穩(wěn)及施密特觸發(fā)器。電阻的測量采用“脈沖計數法”，由555電路構成的多諧振蕩電路，通過計算振蕩輸出的頻率來計算被測電阻的大小。</p><p>　　555接成多諧振蕩器的形式，其振蕩周期為：</p><p><b>　　(3-

49、6)</b></p><p><b>　　得出：</b></p><p><b>　　(3-7)</b></p><p>　　即： (3-8) </p>&

50、lt;p><b>　　電路分為2檔：</b></p><p>　　1、100Rx<1000 Ω：按下電阻測試建Sr，閉合開關Srd,R2=330Ω,C2=0.22uF：</p><p><b>　　(3-9)</b></p><p>　　2、1000Rx <1M Ω：按下電阻測試建Sr，閉合開關Srg,R

51、1=20KΩ,C3=103pF：</p><p><b>　　(3-10)</b></p><p>　　電阻測試電路見圖3-8所示。</p><p><b>　　圖3-8</b></p><p><b>　　4. 軟件設計</b></p><p>&l

52、t;b>　　4.1主程序流程圖</b></p><p>　　4.2 中斷服務程序流程圖</p><p><b>　　系統(tǒng)測試及整機指標</b></p><p>　　測試分析：在實際測量中，由于測試環(huán)境，測試儀器，測試方法等都對測試值有一定的影響，都會導致測量結果或多或少地偏離被測量的真值。為了減小本設計中誤差的大小，主要利用修

53、正的方法來減小本測試儀的測量誤差。所謂修正的方法就是在測量前或測量過程中，求取某類系統(tǒng)誤差的修正值。在測量的數據處理過程中選取合適的修正值很關鍵，修正值的獲得有三種途徑。第一種途徑是從相關資料中查??；第二種途徑是通過理論推導求取；第三種途徑是通過實驗求取。</p><p>　　本測試修正值選取主要通過實驗求取，對影響測量讀數的各種影響因素，如溫度、濕度、電源電壓等變化引起的系統(tǒng)誤差。通過對相同被測參數的多次測量結

54、果和不同被測參數的多次測量選取平均值，最后確定被測參數公式的常數K值，從而達到減小本設計系統(tǒng)誤差的目的。由于振蕩電路外圍器件由電容電阻分立元件搭接而成，所以由振蕩電路產生的被測參數對應的頻率有一定的誤差，所以只能通過多次實驗測量，選取合適的修正值來盡可能的減少本測試系統(tǒng)的誤差</p><p><b>　　結論</b></p><p>　　由于使用單片機作為中央控制器和

55、計數器，本儀器具有功能強，性能可靠，體積小，電路簡單的特點，加上自行設計的BCD碼浮點數運算，計算頻率功能等，使它的可以方便地擴展其他功能，如頻率計等。</p><p>　　我們設計的這種把元件參數轉化成頻率后測量的方法也有不足之處，主要是必須保證電路起振，并且振蕩要穩(wěn)定，否則會增加誤差。</p><p><b>　　謝 辭</b></p><p

56、>　　本文是在做課程設計期間學習、工作的總結，是在老師指導下完成的。</p><p>　　在這幾個星期課程設計的學習和工作中，老師的精心指導和培養(yǎng)使我在各個方面都受益非淺。在分析問題、解決問題及獨立工作的能力有了很大的提高。在此期間，老師提出了很多有益的建議并給予我很大幫助。在本文的課題研究及寫作過程中，也給予了大力支持。在此謹向老師表示衷心的感謝。</p><p>　　在信息與通信

57、學院這個學習氛圍活躍、團結友愛的集體里，大家互相幫助，彼此討論問題，共同提高。在此也要感謝我的各位學友，有了大家的支持和幫助使得論文研究工作得以順利的進行。</p><p>　　最后，再次向學校老師以及幫助過我的同學們表示最真誠的謝意！</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]申忠如.MCS-51單片機原理及系統(tǒng)

58、設計.西安交通大學出版社，2008年3月第1版</p><p>　　[2]申忠如．現(xiàn)代測試技術與系統(tǒng)設計．西安：西安交通大學出版社，2006.2．</p><p>　　[3]付家才.單片機控制工程實踐技術[M].北京化學工業(yè)出版社，2004 </p><p>　　[4]張毅剛.MCS-51單片機應用系統(tǒng).哈爾濱工業(yè)大學出版社，1997</p><

59、p>　　[5]夏繼強.單片機實驗與實踐教程.北京航空航天大學出版社，2001</p><p>　　[6]肖洪兵.跟我學用單片機.北京航空航天大學出版社，2002[7]付曉光.單片機原理與使用技術.清華大學出版社，ISBN7- 81082- 169- 5TP </p><p>　　[8]李桂安.電子技術實驗及課程設計.東南大學出版社，2008</p><p>

60、　　[9]J.C.Whitaker.Thermal Design of Elektronic Equipment,CRC Press LLC.Lond on2001</p><p>　　[10]W.Janke.Zjawiska termiznew elementachi.ukladach polprzewodnik</p><p><b>　　附 錄</b><

61、/p><p>　　一.ne555管腳圖及內部原理圖</p><p>　　NE555內部電路方框圖：</p><p>　　內部含有兩個電壓比較器，一個分壓器，一個RS觸發(fā)器，一個放電晶體管和一個功率輸出級。</p><p><b>　?。?見下圖一 ）</b></p><p>　　圖1 NE555 電

62、路內部方框圖 </p><p>　　圖2 NE555 電路引腳圖</p><p><b>　　二．定時器/計數器</b></p><p><b>　　1 概述</b></p><p>　　8051內部提供兩個十六位的定時器/計數器T0和T1，它們既可以用作硬件定時，也可以對外部脈沖計數。&l

63、t;/p><p><b>　　1．計數功能：</b></p><p>　　所謂計數功能是指對外部脈沖進行計數。外部事件的發(fā)生以輸入脈沖下降沿有效，從單片機芯片T0(P3.4)和T1(P3.5)兩個引腳輸入，最高計數脈沖頻率為晶振頻率的1/24。</p><p><b>　　2．定時功能：</b></p><

64、p>　　以定時方式工作時，每個機器周期使計數器加1，由于一個機器周期等于12個振蕩脈沖周期，因此如單片機采用12MHz晶振，則計數頻率為12MHz/12=1MHz。即每微秒計數器加1。這樣就可以根據計數器中設置的初值計算出定時時間。</p><p>　　2 定時器/計數器的基本結構、工作方式及應用</p><p>　　一、定時器/計數器基本結構</p><p&g

65、t;　　定時器/計數器的基本結構如圖6－1。T0由TH0和TL0兩個八位二進制加法計數器組成十六位二進制加法計數器；T1由TH1和TL1兩個八位二進制加法計數器組成十六位二進制加法計數器。</p><p>　　P3.5(T1) P3.4(T0)</p><p>　　TH1 TL1 TH0 TL0 </p><p>&

66、lt;b>　　CPU</b></p><p>　　TCON TMOD </p><p>　　圖6－1 定時器／計數器基本組成</p><p>　　二、定時器/計數器控制寄存器</p><p>　　1．定時器方式控制寄存器TMOD</p><p>　　定時器方式控制寄存器地址

67、89H，不可位尋址。TMOD寄存器中高4位定義T1，低4位定義T0。其中M1，M0用來確定所選工作方式如表6—1：</p><p><b>　　TMOD</b></p><p>　　定時／計數器T1 定時／計數器T0</p><p>　　表6—1 TMOD控制位功能&l

68、t;/p><p>　　2．定時器控制寄存器TCON</p><p>　　定時器控制寄存器TCON地址88H，可以位尋址，TCON主要用于控制定時器的操作及中斷控制。有關中斷內容在第四章已說明。此處只對定時控制功能加以介紹。</p><p>　　表6—2給出了TCON有關控制位功能：</p><p><b>　　TCON</b>

69、;</p><p>　　表6—2 TCON有關控制位功能</p><p>　　系統(tǒng)復位時，TMOD和TCON寄存器的每一位都清零。</p><p><b>　　三、工作方式及應用</b></p><p>　　用戶可通過編程對專用寄存器TMOD中的M1，M0位的設置，選擇四種操作方式。<

70、/p><p>　?。ㄒ唬┓绞?（以T0為例）</p><p>　　在此方式中，定時寄存器由TH0的8位和TL0的5位（其余位不用）組成一個13位計數器。當GATE=0時，只要TCON中的TR0為1，13位計數器就開始計；當GATE=1以及TR0=1時，13位計數器是否計數取決于INT0引腳信號，當INT0由0變1時開始計數，當INT0由1變?yōu)?時停止計數。</p><p&g

71、t;　　當13位計數器溢出時，TCON的TF0位就由硬件置1，同時將計數器清"0"。</p><p>　　當方式0為定時工作方式時，定時時間計算公式為：</p><p>　?。?13 －計數初值X）×晶振周期×12</p><p>　　當方式0為計數工作方式時，計數值的范圍是：1－213(8192)。</p>&

72、lt;p>　　方式0內部邏輯框圖如圖6—2所示： </p><p>　　T0 啟動 C/ T =0 F晶振</p><p>　　C/T=1 T0（P3.4）</p><p><b>　　計數脈沖輸入</b></p><p&g

73、t;<b>　　TR0</b></p><p><b>　　GATE</b></p><p><b>　　INT0</b></p><p>　　圖6—2 方式0內部邏輯結構圖</p><p>　　例6—1 設單片機晶振頻率為6MHz，試用T0在P1.0端線輸出周期為1ms

74、的方波脈沖，如圖6－3所示。試用方式0分別以查詢方式和中斷方式實現(xiàn)。</p><p><b>　　0.5ms</b></p><p><b>　　1ms</b></p><p>　　圖6—3 例6—1示意圖</p><p>　　解：1．采用查詢方式。 </p><p&

75、gt;　?。?）計數初值計算。 </p><p>　　由題意可得，只需從P1.0端線每延時500s后交替輸出高低電平即可。得：</p><p>　　∵(213－X) 1 (s)×12＝500s</p><p><b>　　6</b></p><p>　　∴ 記數初值 X＝213－250＝794210＝

76、1111100000110B</p><p>　　即 TH0＝F8H，TL0＝06H</p><p><b>　　（2）T0初始化</b></p><p>　　計數器T1 計數器T0</p><p>　　M1M0＝00，方式0</p><p><b>　　C/T＝0，

77、定時</b></p><p>　　GATE＝0，TR0啟動</p><p>　　得(TMOD)＝00H</p><p>　　由此可得參考程序如下：</p><p>　　ORG 0000H</p><p>　　AJMP MAIN ；轉向主程序。</p><p

78、>　　ORG 0040H </p><p>　　MAIN： MOV SP， #30H ；堆棧設置。</p><p>　　MOV TMOD， #00H ；TMOD初始化。</p><p>　　MOV TH0， #0F8H </p><p>　　MOV

79、 TL0， #06H ；設置計數初值。</p><p>　　MOV IE， #00H ；禁止中斷。</p><p>　　SETB TR0 ；啟動T0。</p><p>　　LOOP： JBC TF0， LOOP1 ；定時到，轉LOOP1，并將TF0清零，否則</

80、p><p><b>　　按原順序執(zhí)行。</b></p><p>　　AJMP LOOP ；繼續(xù)查詢。</p><p>　　LOOP1： MOV TH0，#0F8H ；重新設置計數初值。</p><p>　　MOV TL0，#06H </p>

81、<p>　　CPL P1.0 ；輸出狀態(tài)翻轉。 </p><p>　　AJMP LOOP ；返回LOOP。 </p><p><b>　　2．采用中斷方式</b></p><p>　　中斷方式中計數初值X和TMOD的設置與查詢方式相同。</p><p>

82、;　　采用中斷方式參考程序如下：</p><p>　　ORG 0000H </p><p>　　AJMP MAIN ；轉向主程序。</p><p>　　ORG 000BH ；T0中斷服務程序固定入口地址。</p><p>　　AJMP ZD

83、 ；轉向T0中斷服務程序。</p><p>　　ORG 0040H</p><p>　　MAIN：MOV SP， #30H ；設置堆棧指針。</p><p>　　MOV TMOD， #00H ；TMOD初始化。</p><p>　　MOV TH0， #0F8H

84、 ；設置計數初值。</p><p>　　MOV TL0， #06H </p><p>　　SETB ET0 ；開放T0中斷。</p><p>　　SETB EA ；開放總中斷。</p><p>　　SETB TR0

85、 ；啟動T0。</p><p>　　HERE：AJMP HERE ；等待中斷。</p><p>　　ZD：CPL P1.0 ；輸出取反。</p><p>　　MOV TH0， #0F8H ；重新設置計數初值。</p><p>　　MOV

86、TL0， #06H </p><p>　　RETI ；返回。 </p><p>　　在實際應用中，由于中斷請求及響應過程要占用幾個機器周期時間，故實際輸出波形的周期略大于1ms，可在調試中適當修改計數初值解決。</p><p><b>　?。ǘ┓绞?</b></p><p>

87、;　　方式１采用16位計數結構的工作方式，其余與方式0相同。顯然方式1的定時時間計算公式為：</p><p>　　(216－計數初值)×晶振周期×12</p><p>　　計數范圍是：1─216(65536)</p><p><b>　?。ㄈ┓绞?</b></p><p>　　方式2是由TL組成8位

88、計數器。TH作為常數緩沖器，由軟件預置初始值。當TL產生溢出時，一方面使溢出標志位TF置１；同時把TH的8位數據重新裝入TL中，即方式2具有自動重新加載功能。</p><p>　　方式2的邏輯結構見圖6—4（以定時器／計數器0為例）。</p><p>　　8位 啟動</p><p><b>　　計數脈沖</b></p>

89、<p><b>　　自動加載</b></p><p><b>　　TRO</b></p><p><b>　　GATE</b></p><p><b>　　INT0</b></p><p>　　圖6—4 方式2邏輯結構圖</p>

90、<p>　　例6—2 用8051對外部脈沖進行計數，每計滿100個脈沖后使內部40H單元內容加1， 用T0以方式2中斷實現(xiàn)，TR0啟動。</p><p><b>　　計數脈沖 </b></p><p><b>　　例6—2 示意圖</b></p><p><b>　　解： </b>

91、</p><p>　　1．計數初值計算(方式2)</p><p>　　∵(28－X) ＝100</p><p>　　∴X ＝28－100 ＝156D ＝9CH</p><p><b>　　2．TMOD設置</b></p><p>　　用T0以方式2實現(xiàn)，TR0啟動，可得：</p>&

92、lt;p>　　(TMOD)＝00000110B＝06H</p><p><b>　　3．中斷系統(tǒng)設置</b></p><p>　　EA＝１，ET0＝１ </p><p><b>　　4． 參考程序：</b></p><p>　　ORG 0000H</p><p>

93、　　AJMP MAIN</p><p>　　ORG 000BH</p><p><b>　　AJMP ZD</b></p><p>　　MAIN：ORG 0040H</p><p>　　MOV SP， #30H ；初始化。</p><p>　　M

94、OV TMOD， #06H </p><p>　　MOV TH0， #9CH</p><p>　　MOV TL0， #9CH</p><p>　　MOV 40H， #00H</p><p>　　SETB EA ；中斷設置。</p><p><b&g

95、t;　　SETB ET0</b></p><p>　　SETB TR0</p><p><b>　　AJMP $ </b></p><p>　　ORG 0080H</p><p>　　ZD：INC 40H</p><p><b>　　RETI</b

96、></p><p><b>　　(四) 方式3</b></p><p>　　在方式3中，TL0和TH0成為兩個相互獨立的8位計數器。TL0占用了全部T0的控制位和信號引腳，即GATE、C／T、TR0、TF0等。而TH0只用作定時器使用。而且由于定時器/計數器0的控制位已被TL0獨占，因此TH0只好借用定時器/計數器1的控制位TR1和TF1進行工作。</p&

97、gt;<p>　　同時，由于TR1，TF1已“出借”給TH0，TH1和TL1的溢出就送給串行口，作為串行口時鐘信號發(fā)生器（即波特率信號發(fā)生器，詳見第九章），并且只要設置好工作方式（方式0，方式1，方式2）以及計數初值，T1無須啟動使可自動運行。如要停止T1工作，只要將其設置工作方式3即可。</p><p>　　例6—3 試用T0在P1.0輸出周期為400s，占空比為10 ：1的矩形脈沖，以定時工作

98、方式2編程實現(xiàn)（查詢方式）。設F晶振＝6MHz，如圖6—5所示：</p><p><b>　　T1 T2</b></p><p><b>　　T</b></p><p><b>　　400s</b></p><p><b>　　T = T1+T2</b&

99、gt;</p><p>　　T ：T2 =101</p><p>　　圖6—5 例6—3示意圖</p><p>　　解：由題意可知，P1.0輸出高電平持續(xù)360s，輸出低電平持續(xù)40s。</p><p><b>　　1．計數初值計算：</b></p><p>　　定時工作方式2中TL0為8位

100、計數器，TH0為預置寄存器。延時360s計數初值X1計算公式為： </p><p>　　∵(28 －X1)×12 (s) ÷ 6 ＝ 360 s</p><p><b>　　X1＝4CH</b></p><p>　　短延時40s計數初值X2計算公式為：</p><p>　　(28 －X2)×

101、12(s) ÷ 6 ＝40s</p><p><b>　　X2＝ECH</b></p><p><b>　　2．TMOD設置</b></p><p>　　(TMOD)＝00000010H＝02H</p><p>　　3．采用查詢方式(禁止中斷)</p><p>　

102、　4．程序流程圖（算法）如圖6—6所示：</p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p><p>　　圖6—6

103、 例6—3程序流程圖（算法）</p><p>　　(5) 參考程序如下：</p><p>　　ORG 0000H</p><p>　　AJMP MAIN</p><p>　　ORG 0040H</p><p>　　MAIN：MOV SP， #30H </p><p

104、>　　SETB P1.0 ；P1.0←1。</p><p>　　MOV TMOD， #02H ；TMOD初始化。</p><p>　　MOV IE， #00H ；禁止中斷。</p><p>　　MOV TL0， #4CH ；裝入計數初值。</p>

105、<p>　　MOV TH0， #0ECH </p><p>　　AGAIN：SETB TR0 ；啟動T0。</p><p>　　LOOP：JBC TF0， LOOP1 ；定時到？</p><p>　　AJMP LOOP ；未到，繼續(xù)等待。<

106、/p><p>　　LOOP1：CPL P1.0 ；定時到，P1.0狀態(tài)取反。</p><p>　　JNB P1.0，LOOP2 ；P1.0為零轉移。</p><p>　　MOV TH0， #0ECH ；P1.0為1，裝短延時計數初值。</p><p>　　AJMP