基于单片机的rlc测试仪设计论文(编辑修改稿)

基于单片机的rlc测试仪设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e vi s i onS i z eBD a t e : 24 M a y 2020 S he e t o f F i l e : C : \ D oc um e nt s a nd S e t t i ngs \ G ue s t \桌面 \ M y D e s i g r a w n B y :GER0Rx长春工程学院毕业设计（论文） 5 图 25 系统原理框图 单片机 模拟开关 频率 功能选择 按键 LED 显示器 RC 振荡器 RC 振荡器 电容三点式振荡器 被测电阻 被测电容 被测电感 长春工程学院毕业设计（论文） 6 3 硬件设计 测电阻 Rx的 RC振荡电路 图 6是一由 555电路构成的多谐振荡电路。 它的振荡周期为 8488421 )2)(2( l n)2( l n))(2( l n CRRCRCRRttT xxx  即 bkTRCTR x  2)2( ln2 48 (1) 式中8)2(ln21 Ck  , 24Rb。 为了避免直接采用式 (1)来计算时由于某种原因引起的非线性误差 ,本设计 引入了直线插值算法 ,做法如下： 用本设计 去测量标准电阻 R0、 R1„„ Rn，记下测得相应的周期 T0、 T1„„ Tn，得到基准点（ R0， T0）、（ R1， T1）„„（ Rn， Tn），则有 bkTR ii  (i=0,1,„„ n) 测量未知电阻 Rx时，测得的周 期为 T，若 1 ii TTT ,则 bkTR ii  bkTR ii   11 bkTRx  联立以上三式，得 )(11 iiiiiix TTTT RRRR  （ 2） 用式（ 2）计算 Rx时，结果与电路中的元件参数无关，这样可以避免电路元件带来的误差。 通过选用高精度的基准电阻和增加基准点的个数，便可使测量结果的误差在允许的范围内。 长春工程学院毕业设计（论文） 7 图 31 测电阻 Rx 的 RC 振荡电 路 测量电容 Cx的 RC振荡电路 如图 7 所示，测量 Cx的 RC 振荡电路与测 Rx的振荡电路完全一样。 取 R1=R2，则 kTTRC x  1)2( ln3 1 式中1)2(ln31 Rk 。 与测量电阻的过程相似，通过标准电容的测量可以得到基准点  00,TC ，  11,TC „„ nn TC, ，当测量未知电容 xC 得到相应的脉冲周期为 T时，有 )(11 iii iiix TTTT CCCC   （ 3） 长春工程学院毕业设计（论文） 8 图 32 测量电容 Cx的 RC 振荡电路 测量电感 Lx的电容三点式振荡电路 如图 8所示，在电容三点振荡电路中， C C2分别采用 1000pF和 2200pF的独石电容，其电容值远大于晶体管极间电容，可以把极间电容忽略。 这样根据振荡频率公式 : CLf x2 1 (4) 其 中2121 CC CCC  对于 10uH的电感 M H zf 10**102 1 95   由于单片采用 12MHz晶振晶 ,最快只能计几百 kHz 的频率 ,因此在测电感这一档时 ,应分频后再送单片机计数。 由式 (4)得 2224 1 kTCfL x  ,其中 Ck24 1 通过对一些标准电感的测量 ,可得到一些基准点 ),( 200 TL , ),( 211 TL „„ ),( 2nn TL ，当测量未知电容 xL 得到相应的脉冲周期的平方为 2T 时，由直线插值法可得 )( 2222 11 iii iiix TTTT LLLL   （ 5） 长春工程学院毕业设计（论文） 9 C60 .1 u FC7C22 20 0 p FC11 00 0 p F2 2u FLR81 00 kR71kR 1 71kR91 00 kR 1 62k+ 12 V+ 12 Vf 图 33 测量电感 Lx 的电容三点式振荡电路 模拟开关 模拟开关是一种三稳态电路，它可以根据选通端的电平，决定输人端与输出端的状态。 当选通端处在选通状态时，输出端的状态取决于输人端的状态；当选通端处于截 止状态时，则不管输人端电平如何，输出端都呈高阻状态。 模拟开关在电子设备中主要起接通信号或断开信号的作用。 由于模拟开关具有功耗低、速度快、无机械触点、体积小和使用寿命长等特点，因而，在自动控制系统和计算机中得到了广泛应用。 图 34 模拟开关的电路组成 长春工程学院毕业设计（论文） 10 模拟开关电路由两个或非门 、两个场效应管及一个非门组成，如图一所示。 模拟开关的真值表 如下 表 31 模拟开关的 真值表 E A B 1 0 0 1 1 1 0 0 高阻状态 0 1 高用状态 模拟开关的工作 原理如下： 当选通端Ｅ和输人端Ａ同为 1时，则 S2端为０，Ｓ 1端为１，这时ＶＴ 1导通，ＶＴ 2截止，输出端Ｂ输出为１，Ａ =Ｂ，相当于输入端和输出端接通。 当选通Ｅ为 0时，而输人端Ａ为０时，则 S2端为 1， S1端为０，这时ＶＴ 1截止， VT2导通，输出端Ｂ为０，Ａ＝Ｂ，也相当于输人端和输出端接通。 当选通端Ｅ为０时，这时ＶＴ 1和ＶＴ 2均为截止状态，电路输出呈高阻状态。 从上面的分析可以看出，只有当选通端Ｅ为高电平时，模拟开关才会被接通，此时可从Ａ向Ｂ传送信息；当输人端Ａ为低电平时，模拟开关关闭，停止传送信息。 常用的 CMOS模拟开关集成电路 根据电路的特性和集成度的不同，ＭＯＳ模拟开关集成电路可分 为很多种类。 现将常用的模拟开关集成电路的型号、名称及特性列入表 32中。 表 32 常用的模拟开关 类别 型号 名称 特点 模拟开关 CD4066 四双向模拟开关 四组独立开关，双向传输 多路模拟开关 CD4051 8 选 1 模拟开关 电平位移，双向传输，地址选择 CD4052 双 4 选 1 模拟开关 电平位移，双向传输，地址选择 CD4053 三路 2 组双向模拟开关 电平位移，双向传输，地址选择 CD4067 单 16 通道模拟开关 电平位移，双向传输，地址选择 CD4097 双 8 通道电路模拟开关 电平位移，双向传输，地址选择 CD4529 双四路或单八路模拟开关 电平位移，双向传输，地址选择 单八路模拟开关 CD4051 根据设计需求我们选用的是 CD4051模拟开关 长春工程学院毕业设计（论文） 11 X62X41X3X74V C C16X55EN6X013V E E7GND8X312C9B10A11X215X114U?C D 4051B C 图 35 CD4051 CD4051相当于一个单刀八掷开关，开关接通哪一通道，由输入的 3位地址码 ABC来决定。 其真值表见表 1。 “INH” 是禁止端，当 “INH”=1 时，各通道均不接通。 此外， CD4051还设有另 外一个电源端 VEE，以作为电平位移时使用，从而使得通常在单组电源供电条件下工作的 CMOS电路所提供的数字信号能直接控制这种多路开关，并使这种多路开关可传输峰－峰值达 15V的交流信号。 例如，若模拟开关的供电电源 VDD=＋ 5V， VSS=0V，当 VEE=－ 5V时，只要对此模拟开关施加 0～ 5V 的数字控制信号，就可控制幅度范围为－ 5V～＋ 5V 的模拟信号。 表 33 输入状态与接通通道 输入状态 INH 0 0 0 0 0 0 0 0 1 C 0 0 0 0 0 1 1 1 1 B 0 0 1 1 0 0 1 1 A 0 1 0 1 0 1 0 1 接通通道 0 1 2 3 4 5 6 7 均不 接通 在设计中我们只需用 3个通道即可。 89C51单片机 单片机综述 微处理器 CPU微处理器是微型电子计算机的心脏或指挥中心，所以人们又称这个关键部件叫中央处理器，简称为 CPU。 现在人们可以把 CPU、存储器、 I/O 接口等功能部件都集成长春工程学院毕业设计（论文） 12 到，一块芯片上。 这神芯片能够完成微机相应部分的功能，人们称它为单片微型计算机，简称单片机。 单片机目前还没有一个确切的定义。 普遍以为单片机是将 CPU， RAM， ROM、定时器 /计数器以及输入 /输出（ I/O）接口电路等计算机主要部件集成在一块芯片上，这样所组成的芯片级微型计算机称为单片微型计算机（ Single Chip Microputer），简称为单片机微型机或单片机。 由于单片机的硬件结构与指令系统都是按工业控制要求设计的，常用于工业的检测、控制装置中、因而也称为微控制器（ MicroCotroller）或嵌入式控制器（ EbeddsedController）。 AT89C51是美国 ATMEL公司生产的低电压 ， 高性能 CMOS 8位单片机 ， 片内含 4k bytes的可反复擦写的 Flash只读程序存储器和 128 bytes的随机存取数据存储器 (RAM )， 器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 MCS51指令系统，片内置通用8位中央处理器 (CPU)和 Flash存储单元，功能强大 AT89C51单片机可提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。 本设计 选用的单片机是 Intel 公司生产的 AT89C51，其具备微型化、低功耗、高速化、集成资源多、性能优异而且价格便宜等优点。 在本设计中利用单片机主要目的是为了，实现广告灯的智 能闪烁，从而实现多种花样显示，同时也用于控制固态继电器的开通与关断。 利用单片机实现的有利条件是价格便宜，而且容易实现便于修改。 AT89C51单片机功能特性概述 AT89C51提供以下标准功能 ： 4k字节 Flash闪速存储器， 128字节内部 RAM， 32个 I/O口线，两个 16位定时 /计数器，一个 5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。 同时， AT89C51可降至 0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。 空闲方式停止 CPU的工作，但允许 RAM，定时 /计数器，串行通信 口及中断系统继续工作。 掉电方式保存 RAM中的内容，但振荡器停工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。 AT89C51单片机引 脚 图 ： 长春工程学院毕业设计（论文） 13 P 1. 0/ T 21P 1. 1/ T 2E X2P 1. 2/ E C I3P 1. 3/ C E X 04P 1. 4/ C E X 15P 1. 5/ C E X 26P 1. 6/ C E X 37P 1. 7/ C E X 48R S T9P 3. 0/ R xD10P 3. 1/ T xD11P 3. 2/ I N T 012P 3. 3/ I N T 113P 3. 4/ T 014P 3. 5/ T 115P 3. 6/ W R16P 3. 7/ R D17X T A L 218X T A L 119V S S20P 2. 0/ A 821P 2. 1/ A 922P 2. 2/ A 1023P 2. 3/ A 1124P 2. 4/ A 1225P 2. 5/ A 1326P 2. 6/ A 1427P 2. 7/ A 1528P S E N29A L E / P R O G30E A / V P P31P 0. 7/ A D 732P 0. 6/ A D 633P 0. 5/ A D 534P 0. 4/ A D 435P 0. 3/ A D 336P 0. 2/ A D 237P 0. 1/ A D 138P 0. 0/ A D 039V C C40U?P 89 C 51 R C 2B N / 01 图 36 AT89C51 单片机引脚图 AT89C51单片机引脚功能说明：  Vcc：电源电压  GND：地  P0口： P0口是一组 8位漏极开路型双向 I/0口，也即地址 /数据总线复用口。 作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动 8个 TTL逻辑门电路，对端口写 “ 1” 可作为高阻抗输入端用。 在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址 (低 8位 )和 数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。 在 Flash编程时， P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。  Pl口 ： P1是一个带内部上拉电阻的 8位双向 I/O口， P1的输出缓冲级可驱动 (吸收或输出电流 )4个 TTL逻辑门电路。 对端口写 “ 1” ，通过内部的上拉电阻时把端口拉到高电平，此时可作输入口。 作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流 (IIL)。 Flash编程和程序校验期间， P1接收低 8位地址。  P2口 ： P2是一个带有内部上拉电阻的 8位双向 I/O口， P2的输出缓冲级可驱动 (吸收或输出电流 )4个 TTL逻辑门电路。 对端口 “ 1” ，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被长春工程学院毕业设计（论文） 14 外部信号拉低时会输出一个电流 (IIL)。 在访问外部程序存储器或 16位地址的外部数据存储器 (例如执行 MOVX @DPTR指令 )时， P2 口送出高 8位地址数据。 在访问 8位地址的外部数据存储器 (如执行 MOVX @RI指令 ) 时， P2口线上的内容 (也即特殊功能寄存器 (SFR )区中 R2寄存器的内容 )，在整个访问期间不改变 Flash编程或校 验时， P2亦接收高位地址和其它控制信号。  P3口 ： P3口是一组带有内部上拉电阻的 8位双向 I/O口。 P3口输出缓冲级可驱动 (吸收或输出电流 )4个 TTL逻辑门电路。 对 P3口写入 “ 1” 时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。 作输入端时，被外部拉低的 P3口将用上拉电阳输出电流 (IIL)。 P3口除了作为一般的 I/0口线外，更重要的用途是它的第二功能，如下表 34所示 : 表 34 P3 引脚的第二功能表 RXD（串行输入口） TXD（串行输出口） 0INT （外中断 0） 1INT （外中断 1） T0（定时 /计数器 0） T1（定时计数器 1） WR（外部数据存储器写选。