應用單片機設計數(shù)字電容表課程設計說明書

1、目錄1、課程設計目的.2 2、課程設計內容和要求.2 3、設計方案.2設計思路2 一：單片機原理.2 二：555電路的結構組成和工作原理3工作原理及硬件框圖4硬件電路原理圖.53.4、PCB幅員設計 84、課程設計總結85、參考文獻101、課程設計目的：1掌握電子電路的一般設計方法和設計流程；2學習簡單電路系統(tǒng)設計，掌握Protel99的使用方法；3掌握邏輯電路、AT89C2051及555定時器的應用。4學習掌握硬件電路設計的全過程。2、課程設計內容和要求：1學習掌握AT89C2051及555定時器的工作原理及應用；2熟練掌握應用Protel99設計原理圖及制作PCB圖的過程；3整理設計內容，

2、編寫設計說明書。3、設計方案：、設計思路一：單片機原理用單片機設計電路，由于使用軟硬件結合的方式，所以電路結構簡單、調試也相對方便。該系統(tǒng)以AT89C2051單片機為核心，系統(tǒng)框圖如圖1所示。AT89C2051是Atmel公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS 8位單片機，片內含2 KB可反復擦寫的只讀程序存儲器(EPROM)和128 B的隨機數(shù)據(jù)存儲器。器件采用AtmeI公司的高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)，兼容標準MCS51指令系統(tǒng)，片內置通用8位中央處理器和FLASH存儲單元。AT89C2051作為AT89C51的簡化版雖然去掉了P0，P2等端口，使IO口減少了，但是卻增加了一個電壓比擬器，因此

3、其功能在某些方面反而有所增強。引腳圖如圖2所示。二：555電路的結構組成和工作原理(1) 電路組成及其引腳(2)555的工作原理它含有兩個電壓比擬器，一個根本RS觸發(fā)器，一個放電開關T，比擬器的參考電壓由三只5K的電阻器構成分壓，它們分別使高電平比擬器C1同相比擬端和低電平比擬器C2的反相輸入端的參考電平為和。C1和C2的輸出端控制RS觸發(fā)器狀態(tài)和放電管開關狀態(tài)。當輸入信號輸入并超過時，觸發(fā)器復位，555的輸出端3腳輸出低電平，同時放電，開關管導通；當輸入信號自2腳輸入并低于時，觸發(fā)器置位，555的3腳輸出高電平，同時放電，開關管截止。 是復位端，當其為0時，555輸出低電平。平時該端開路或接

4、。 Vco是控制電壓端5腳，平時輸出的電容器到地，起濾波作用，以消除外來的干擾，以確保參考電平的穩(wěn)定。 T為放電管，當T導通時，將給接于腳7的電容器提供低阻放電電路.(3)555電路的引腳功能觸發(fā)閾值復位IS放電端輸出H導通LH原狀態(tài)H截止HL導通L3.2、工作原理及硬件框圖該數(shù)字電容表以電容器的充電規(guī)律作為測量依據(jù)，測試原理見圖3。電源電壓E+經(jīng)電阻R給被測電容CX充電，CX兩端原電壓隨充電時間的增加而上升。當充電時間t等于RC時間常數(shù)時，CX兩端電壓約為電源電壓的632，即0632E+。數(shù)字電容表就是以該電壓作為測試基準電壓，測量電容器充電到達該電壓的時間，便能知道電容器的容量。例如，設電

5、阻R的阻值為1 k，CX兩端電壓上升到0632E+所需的時間為1 ms，那么由公式=RC可知CX的容量為1微法。具體測量電路如圖4所示。圖3圖4圖4中，A為AT89C2051內部構造的電壓比擬器，AT89C2051的P10和P11口除了作為IO口外，還有一個功能是作為電壓比擬器的輸入端，P10為同相輸入端，P11為反相輸入端，電壓比擬器的比擬結果存入P36口對應的存放器。電壓比擬器的基準電壓設定為0632E+，在CX兩端電壓從0升到0632E+的過程中，P36口輸出為0，當電池電壓CX兩端電壓一旦超過0632E+時，P36口輸出變?yōu)?。以P36口的輸出電平為依據(jù)，用AT89C2051內部的定時

6、器T0對充電時間進行計數(shù)，再將計數(shù)結果顯示出來即得出測量結果。3.3、硬件電路原理圖整機電路見圖5。電路由單片機電路、電容充電測量電路和數(shù)碼顯示電路等局部組成。用 555電 路組成單穩(wěn)電路。當在它的第2腳加上一個負脈沖時，在它的輸出端第3腳輸出高電平 。設5 55 電 路輸出高電平的時間為td。從(1)式可以求出td的大小與電容和電阻的數(shù)值有關，當td和電阻時，就可以用(1)式計算出C的數(shù)值。(1)(2)在本 儀 器 中，電阻是的，只要測量出555電容的容量.可見，對電容的測量實際上是對555輸出高電平的時間，然后利用(2)式就可以計算出待測輸出高電平的時間的測量。圖5 電路原理圖AT89C2

7、051內部的電壓比擬器和電阻R2-R7等組成測量電路，其中R2-R5為量程電阻，由波段開關S1選擇使用，電壓比擬器的基準電壓由5V電源電壓經(jīng)R6、高電平時，電容CX即開始充電。量程電阻R2-R5每檔以10倍遞減，故每檔顯示讀數(shù)以10倍遞增。由于單片機內部P1.2口的上拉電阻經(jīng)實測約為200K，其輸出電平不能作為充電電壓用，用R5兼作其上拉電阻，由于其他三個充電電阻和R5是串聯(lián)關系，因此R2，R3，R4應由標準值減去1 k，分別為999 k，99 k，9 k。由于999 k和1 M相對誤差較小，所以R2還是取1 M。 數(shù)碼管DS1DS4、電阻R8R14等組成數(shù)碼顯示電路。本機采用動態(tài)掃描顯示的方

8、式，用軟件對字形碼譯碼。P30P35，P37口作數(shù)碼顯示七段筆劃字形碼的輸出，PP16口作四個數(shù)碼管的動態(tài)掃描位驅動碼輸出。在此采用了共陰數(shù)碼管，由于AT89C2051的P13P16口有25 mA的下拉電流能力，所以不用三極管就能驅動數(shù)碼管。R8R14為P30P35，P37口的上拉電阻，用以驅動數(shù)碼管的各字段，當P3的某一端口輸出低電平時其對應的字段筆劃不點亮，而當其輸出高電平時，那么對應的上拉電阻即能點亮相應的字段筆劃。當接 通 電 源以后，+5V .電源要給C3充電，C3兩端電壓逐漸增加，當C3兩端電壓為+5V時，充電結束，充電電流為0. 1腳電壓為0，單片機退出復位狀態(tài)，進入正常工作.按

9、鈕 開 關 K:是手動復位鍵，當按下K1時，1腳為高電平，單片機進入復位狀態(tài)，當放下K1時，1腳又為低電平，單片機退出復位.AT 89 C2 051內部有振蕩電路，但需要在外部的4腳與5腳之間接一個晶體在本儀器中采用6M H:的晶體，C:和C:為微調電容.AT 89 C2 051內部有2個可編程控制的16位定時/計數(shù)器，它們可以計時又可以計數(shù).在本儀器中是用來計時.定時/計數(shù)器的核心是一個加法計數(shù)器，其輸入的計數(shù)脈沖有兩個來源，一個是來自內部，即內部振蕩器經(jīng)12分頻后輸入加1計數(shù)器，另外一個是來自外部脈沖.定時/計數(shù)器對兩個脈沖源中的一個進行計數(shù)，每輸入一個脈沖，計數(shù)值加1，當計數(shù)器16位全部

10、為1時，再輸入一個脈沖，計數(shù)器回零，并使溢出位TFo置1，向CPU申請中斷.定時 / 計 數(shù)器是定時還是計數(shù)，由C/了位來決定.當C/T=0，為定時.當C/T二1為計數(shù)，在本儀器中是采用定時(計時)，所Lj C/T=4.當定 時 /計數(shù)器用于定時(計時)時，每經(jīng)過一個機器周期，定時/計數(shù)器內部的計數(shù)器加1，直到溢出.由此，定時/計數(shù)器實際上是對機器周期進行計數(shù)，由于一個機器周期包含12個振蕩周期，所以定時/計數(shù)器的最高計數(shù)頻率為振蕩頻率的1/12.在本 儀 器 中，晶體為12M Hz，一個機器周期為2us，也就是說定時/計數(shù)器每增加一個數(shù)，即增加2us.GA TE 為 門控信號，C為定時/計數(shù)

11、器的控制信號.當C=1時，定時/計數(shù)器的內部加1，計數(shù)器可以計數(shù)，當C=0時，那么不能計數(shù).3.4、PCB幅員設計印刷電路板圖見圖6圖6 PCB幅員4、課程設計總結： 通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，正所謂“紙上談兵終覺淺，覺知此事要躬行。學習任何知識，僅從理論上去求知，而不去實踐、探索是不夠，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的缺乏之處，對以前所學過的知識理解得不

12、夠深刻，掌握得不夠牢固。這次課程設計讓我學到了很多，不僅是穩(wěn)固了先前學的模電、數(shù)電的理論知識，而且也培養(yǎng)了我的動手能力，更令我的創(chuàng)造性思維得到拓展，最重要的是對Protel99SE軟件和EWB軟件的使用有了更深入的了解。本數(shù)字電容器是由AT89C2051及555定時器兩個主要元器件設計的，AT89C2051是一個單片機，之前我們沒學過單片機后來，看了題目有點摸不透頭腦的感覺，后來通過上網(wǎng)、查書才對它的功能有所了解問題才逐步得到解決。這種課程設計實驗不僅鍛煉我們動手動腦的能力，而且大大提高了我們對未知識探索的積極性，讓我們對獲取知識充滿了極大欲望。希望今后類似這樣課程設計、類似這樣的鍛煉時機能更多些