桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 1 頁 共 47 頁
引言
測(cè)量電子元器件集中參數(shù)R、C、L的儀表種類較多，方法也各有不同，但都有其優(yōu)缺點(diǎn)。一般的測(cè)量方法都存在計(jì)算復(fù)雜、不易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量而且很難實(shí)現(xiàn)智能化。本測(cè)試儀是把電子元件的參數(shù)R、C、L轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)f，然后用單片機(jī)計(jì)數(shù)后在運(yùn)算求出R、C、L，并送顯示，轉(zhuǎn)換原理分別是RC振蕩和LC三點(diǎn)式振蕩，這樣就能夠把模擬量近似的轉(zhuǎn)換位數(shù)字量，而頻率f是單片機(jī)很容易處理的數(shù)字量，這種數(shù)字化的處理一方面便于使儀表實(shí)現(xiàn)智能化。
1 硬件電路
1.1 設(shè)計(jì)要求
設(shè)計(jì)并制作一臺(tái)數(shù)字顯示的電阻、電容和電感參數(shù)測(cè)試儀，具體要求數(shù)據(jù)如下：
（1）測(cè)量范圍：電阻100
~1M
；電容100PF~10000PF；電感100UH~10mH。
（2）測(cè)量精度：
5%；制作4位數(shù)碼管顯示器，顯示測(cè)量數(shù)值，并用發(fā)光二極管分別知識(shí)所測(cè)元件的類型和單位。
（3）加入語音播報(bào)功能：如測(cè)量結(jié)果為6.8K歐姆則語音播報(bào)“六點(diǎn)八K歐姆”；如電阻小于100歐姆則語音播報(bào)“電阻小于100歐姆”。
1.2 電路方框圖及說明
系統(tǒng)分三大部分，既測(cè)量電路、通道選擇和控制電路。如圖1.2.1。
圖1.2.1 RLC測(cè)量?jī)x電路方框圖
1.3 各部分電路設(shè)計(jì)
1.3.1 電阻測(cè)量電路
電阻的測(cè)量采用“脈沖計(jì)數(shù)法”，如圖1.3.1所示由555電路構(gòu)成的多諧振蕩電路，通過計(jì)算振蕩輸出的頻率來計(jì)算被測(cè)電阻的大小。
555接成多諧振蕩器的形式，其振蕩周期為：
T=t1+t2=（ln2）（R1+Rx）*C1+（ln2）Rx*C1
得到：Fx=1/[（ln2）(R2+2Rx)C1]即：Rx=[1/(ln2)C1-R1]/2
電路分為2檔: RH設(shè)置為高電平輸出，RL設(shè)為低電平輸出；
1、 100≤Rx<1000歐姆：
R3=200歐姆；C14=0.22uF；
Rx=(6.56*(1e+6))/(2*fx)-330/2
對(duì)應(yīng)的頻率范圍為：2.8K≤fx <16K
2、 1000≤Rx<1M歐姆：
R2=20k歐姆；C1=103PF；
Rx =(1.443*(1e+8))/(2*fx)-(1e+4)
對(duì)應(yīng)的頻率范圍為：141Hz≤fx<6.8K
圖1.3.1 電阻測(cè)量電路
1.3.2 電容測(cè)量電路
電容的測(cè)量同樣采用“脈沖計(jì)數(shù)法”，如圖1.3.2所示由555電路構(gòu)成的多諧振蕩電路，通過計(jì)算振蕩輸出的頻率來計(jì)算被測(cè)電容的大小。555接成多諧振蕩器的形式，其振蕩周期為：
T=t1+t2=（ln2）（R1+R2）*Cx+（ln2）R2*Cx
我們?cè)O(shè)置R1=R2;
得到：Fx=1/[3(ln2)R1*Cx]即：Cx=1/[3(ln2)R1*Fx]
電路分為2檔:
1、 R1＝560K歐姆：CL設(shè)置為高電平輸出；
R4=R6；
Cx= (0.94*(1e+6))/ fx；
對(duì)應(yīng)的頻率范圍為：9.4K≤fx <0.94K。
2、 R1＝100K歐姆： CH設(shè)置為高電平輸出；
R5=R6；
Cx =(4.81*(1e+6))/ fx;
對(duì)應(yīng)的頻率范圍為：480Hz≤fx <4.8K。
圖1.3.2 電容測(cè)量電路
1.3.3 電感測(cè)量電路
電感的測(cè)量是采用電容三點(diǎn)式振蕩電路來實(shí)現(xiàn)的。三點(diǎn)式電路是指：LC回路中與發(fā)射極相連的兩個(gè)電抗元件必須是同性質(zhì)的，另外一個(gè)電抗元件必須為異性質(zhì)的，而與發(fā)射極相連的兩個(gè)電抗元件同為電容時(shí)的三點(diǎn)式電路，成為電容三點(diǎn)式電路。
Fx=1/(2π
)即：Lx=1/( 4π*π*Fx*Fx)
Lx=[38*(1e+6)]/
圖1.3.3 電感測(cè)量電路
1.3.4 多路選擇開關(guān)電路
利用CD4052實(shí)現(xiàn)測(cè)量類別的轉(zhuǎn)換，CD4052是雙4選一的模擬開關(guān)選擇器件。當(dāng)選擇了某一通道的頻率后，輸出頻率通過通過P35作為CPU定時(shí)器的時(shí)鐘源并開始計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)到3秒后讀出計(jì)數(shù)器的值，除以3就得到了被測(cè)R/C/L所對(duì)應(yīng)產(chǎn)生的頻率，通過計(jì)算得到要被測(cè)值。
圖1.3.4 多路選擇開關(guān)電路
1.3.5 按鍵及顯示電路
按鍵和二極管分別表示不同類別的測(cè)量，如下表所示：
| | 對(duì)應(yīng)測(cè)試項(xiàng) |
| | |
| | |
| | |
圖1.3.5.1 測(cè)量選擇與指示電路
圖1.3.5.2 顯示模塊1
計(jì)數(shù)結(jié)果需要顯示出來供人們讀數(shù)， 74LS390能驅(qū)動(dòng)七段數(shù)碼管以十進(jìn)制數(shù)顯示出來記數(shù)結(jié)果，如圖：
圖1.3.5.3 顯示模塊2
1.3.6 單片機(jī)模塊
單片機(jī)系統(tǒng)連接如圖1.3.6所示：
圖1.3.6 單片機(jī)模塊
1.3.7 量程選擇模塊
包括電阻量程選擇模塊和電容量程選擇模塊，如圖1.3.7.1和1.3.7.2所示：
圖1.3.7.1電阻量程選擇模塊
圖1.3.7.2 電容量程選擇模塊
1.3.8 電源模塊
電源模塊如圖1.3.8所示：
圖1.3.8 電源模塊
2 軟件部分
2.1 主程序流程圖
如圖2.1所示：
圖2.1 主程序流程圖
AT89S52單片機(jī)的基本發(fā)音
我們知道，聲音的頻譜范圍約在幾十到幾千赫茲，若能利用程序來控制單處機(jī)某個(gè)口線的“高”電平或低電平，則在該口線上就能產(chǎn)生一定頻率的矩形波，接上喇叭就能發(fā)出一定頻率的聲音，若再利用延時(shí)程序控制“高”“低”電平的持續(xù)時(shí)間，就能改變輸出頻率，從而改變音調(diào)。
例如，要產(chǎn)生200HZ的音頻信號(hào)，實(shí)驗(yàn)程序?yàn)椋?/font>
其中子程序DEL為延時(shí)子程序，當(dāng)R3為1時(shí)，延時(shí)時(shí)間約為20us，R3中存放延時(shí)常數(shù)，對(duì)200HZ音頻，其周期為1/200秒，即5ms。這樣，當(dāng)P1.4的高電平或低電平的持續(xù)時(shí)間為2.5ms，即R3的時(shí)間常數(shù)取2500/20=125(7DH)時(shí)，就能發(fā)出200HZ的音調(diào)。將程序鍵入學(xué)習(xí)機(jī)，并持續(xù)修改R3的常數(shù)能感到音調(diào)的變化。樂曲中，每一音符對(duì)應(yīng)著確定的頻率。讀者能根據(jù)表1所供給的常數(shù)，將其16進(jìn)制代碼送入R3，反復(fù)練習(xí)體會(huì)。根據(jù)表1能奏出音符。僅這還不夠，要準(zhǔn)確奏出一首曲子，必須準(zhǔn)確地控制樂曲節(jié)奏，即一音符的持續(xù)時(shí)間。
音符的節(jié)拍我們能用定時(shí)器T0來控制，送入不一樣的初值，就能產(chǎn)生不一樣的定時(shí)時(shí)間。便如某歌曲的節(jié)奏為每分鐘94拍，即一拍為0.64秒。
但是，由于T0的最大定時(shí)時(shí)間只能為131毫秒，因此不可能直接用改變T0的時(shí)間初值來實(shí)現(xiàn)不一樣節(jié)拍。我們能用T0來產(chǎn)生10毫秒的時(shí)間基準(zhǔn)，然后設(shè)置一個(gè)中斷計(jì)數(shù)器，通過判別中斷計(jì)數(shù)器的值來控制節(jié)拍時(shí)間的長(zhǎng)短。表2中也給出了各種節(jié)拍所對(duì)應(yīng)的時(shí)間常數(shù)。例如對(duì)1/4拍音符，定時(shí)時(shí)間為0.16秒，對(duì)應(yīng)的時(shí)間常數(shù)為16（即10H）；對(duì)3拍音符，定時(shí)時(shí)間為1.92秒，對(duì)應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)數(shù)為192（即C0H）。
我們將每一音符的時(shí)間常數(shù)和其對(duì)應(yīng)的節(jié)拍常數(shù)作為一組，按次序?qū)非械乃谐?shù)排列成一個(gè)表，然后由查表程序依次取出，產(chǎn)生音符并控制節(jié)奏，就能實(shí)現(xiàn)演奏效果。此外，結(jié)束符和體止符能分別用代碼00H和FFH來表示，若查表結(jié)果為00H，則表示曲子終了；若查表結(jié)果為FFH，則產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的停頓效果。為了產(chǎn)生手彈的節(jié)奏感，在某些音符（例如兩個(gè)相同音符）音插入一個(gè)時(shí)間單位的頻率略有不一樣的音符。
3.3 ICM7218資料
ICM72 1 8A是通用數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)器 ,控制方式簡(jiǎn)單靈活 ,并可與8位微處理器接口 .可廣泛應(yīng)用于電源及儀器儀表的顯示中。
圖3.3.1
ICM7218A可工作在三種顯示模塊：非譯碼顯示模式、十六進(jìn)制譯碼顯示模式和十進(jìn)制譯碼顯示模式。具體說明如下：
在非譯碼模式下（寫入命令字時(shí)ID5=“1”），輸入數(shù)據(jù)直接控制段位輸出，輸入數(shù)據(jù)和段位顯示對(duì)應(yīng)如表3.3.1所示。在譯碼模式下（寫入命令十ID5=“0”），可在寫入命令字時(shí)選擇其工作在十六進(jìn)制譯碼顯示模式（ID6=“1”）或十進(jìn)制譯碼顯示模式（ID6=“0”）；輸入二進(jìn)制碼與十進(jìn)制顯示碼、十六進(jìn)制顯示碼關(guān)系如表3.3.2所示。
圖3.3.1
進(jìn)制所對(duì)應(yīng)十進(jìn)制值碼 | | | | | | | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | | | | | |
圖3.3.2
ICM7218A的工作方式
ICM7218A可通過命令字中ID4位來決定其在正常工作方式（NORMALOPERTION）或停止工作方式（SHUTDOWN）。
在正常工作方式下（ID4=“1”），當(dāng)MODE為高電平時(shí)，在WRITE信號(hào)有效時(shí)，由微處理器數(shù)據(jù)總線的ID4-ID7位寫入控制命令字，此時(shí)ID0-ID3位數(shù)據(jù)無效；MODE為底電平時(shí)，在WRITE信號(hào)有效時(shí)由微處理器依次寫如8個(gè)8位顯示數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)寫入過程中，顯示器停止工作，知道8個(gè)數(shù)據(jù)寫完，顯示器顯示新輸入值。
注1：若想重新修改任一位顯示數(shù)據(jù)，必須重新執(zhí)行上述過程，否則直接修改任一位顯示數(shù)據(jù)均無效。
注2：每次必須連續(xù)輸入8個(gè)8位顯示數(shù)據(jù)之后顯示器才能正常工作（即使顯示位數(shù)少于8位也必須輸入8個(gè)數(shù)據(jù)），8個(gè)數(shù)據(jù)之后的數(shù)據(jù)無效。
在停止工作方式下（ID4=“0”），寫入命令字后，顯示器停止顯示，集成電路進(jìn)入省點(diǎn)狀態(tài)。
3.4 74LS390資料
74LS390是雙十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，包括兩個(gè)2分頻和兩個(gè)5分頻計(jì)數(shù)器，用它可以實(shí)現(xiàn)2分頻、5分頻直至100分頻的任何累加倍數(shù)的計(jì)數(shù)長(zhǎng)度；74LS390和門電路相配合，可以實(shí)現(xiàn)任意進(jìn)制單位計(jì)數(shù)器。
計(jì)數(shù)結(jié)果往往需要顯示出來，供人們讀數(shù)，所以計(jì)數(shù)、譯碼和顯示電路通常配合使用。能完成這三種功能的芯片很多，要針對(duì)使用目的選用合適的芯片。如果計(jì)數(shù)結(jié)果要以十進(jìn)制數(shù)顯示出來，譯碼驅(qū)動(dòng)器可以用能直接驅(qū)動(dòng)七段數(shù)碼管的譯碼驅(qū)動(dòng)器。
如圖3.4.1，芯片74LS390內(nèi)有兩個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，CR是清零端（高電平有效），
、
是CP脈沖，Q0、Q1、Q2、Q3為4個(gè)輸出。如果用
觸發(fā)，只有Q0有輸出；若用
觸發(fā)，則Q1、Q2、Q3三輸出端輸出（此時(shí)計(jì)數(shù)周期為5），即74LS390可以實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制、五進(jìn)制計(jì)數(shù)。如果將Q0直接與
相連，以
作CP脈沖，則可以實(shí)現(xiàn)8421十進(jìn)制計(jì)數(shù)。 3.4.1 74LS390管腳排列圖
3.5 CD4052資料
CD4052是一個(gè)雙4選一的多路模擬選擇開關(guān)，其使用真值表如表3.5.1所示:
表3.5.1
應(yīng)用時(shí)可以通過單片機(jī)對(duì)A/B的控制來選擇輸入哪一路，例如：需要從4路輸入中選擇第二路輸入，假設(shè)使用的是Y組，那么單片機(jī)只需要分別給A和B送1和0即可選中該路，然后進(jìn)行相應(yīng)的處理。
注意第6腳為使能腳，只有為0時(shí)，才會(huì)有通道被選中輸出.
圖3.5.1 CD4052芯片管腳圖：
3.6 NE555資料
555定時(shí)器是一種應(yīng)用極為廣泛的中規(guī)模集成電路。該電路使用靈活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以構(gòu)成單穩(wěn)、多諧和施密特觸發(fā)器。因而廣泛用于信號(hào)的產(chǎn)生、變換、控制與檢測(cè)。
目前生產(chǎn)的定時(shí)器有雙極型和CMOS兩種類型，其型號(hào)分別有NE555(或5G555)和C7555等多種。它們的結(jié)構(gòu)及工作原理基本相同。通常，雙極型定時(shí)器具有較大的驅(qū)動(dòng)能力，而CMOS 定時(shí)器具有低功耗、輸入阻抗高等優(yōu)點(diǎn)。555定時(shí)器工作的電源電壓很寬，并可承受較大的負(fù)載電流。雙極型定時(shí)器電源電壓范圍為5～16V，最大負(fù)載電流可達(dá)200mA；CMOS 定時(shí)器電源電壓范圍為3～18V，最大負(fù)載電流在4mA以下。
一、電路組成
圖3.6.1為555集成定時(shí)器555定時(shí)器的電氣原理圖和電路符號(hào)，其由五個(gè)部分組成：
（1）由三個(gè)阻值為5kΩ 的電阻組成的分壓器；
（2）兩個(gè)電壓比較器C1 和C2：V+＞V－，Vo=1；
V+＜V－，Vo=0。
（3）基本RS 觸發(fā)器；
（4）放電三極管T 及緩沖器G。
圖3.6.1 555定時(shí)器的電氣原理圖和電路符號(hào)
二、基本功能
當(dāng)5腳懸空時(shí)，比較器C1和C2的比較電壓分別為2Vcc/3、Vcc/3。
（1）當(dāng)V11>2Vcc/3，V23>Vcc/3時(shí)，比較器C1輸出低電平，C2輸出高電平，基本RS觸發(fā)器被置0，放電三極管T 導(dǎo)通，輸出端vO 為低電平。
（2）V11<2Vcc/3，V23<Vcc/3時(shí)，比較器C輸出高電平，C2輸出低電平，基本RS 觸發(fā)器被置1，放電三極管T 截止，輸出端vO 為高電平。
（3）V11<2Vcc/3，V23>Vcc/3時(shí)，比較器 C1 輸出高電平，C2也輸出高電平，即基本RS 觸發(fā)器R=1，S=1，觸發(fā)器狀態(tài)不變，電路亦保持原狀態(tài)不變。
由于閾值輸入端(V11)為高電平（>2Vcc/3）時(shí)，定時(shí)器輸出低電平，因此也將該端稱為高觸發(fā)端（TH）。
因?yàn)橛|發(fā)輸入端(vI2)為低電平（< 1Vcc/3）時(shí)，定時(shí)器輸出高電平，因此也將該端稱為低觸發(fā)端（TL）。
如果在電壓控制端（5腳）施加一個(gè)外加電壓（其值在0～VCC之間），比較器的參考電壓將發(fā)生變化，電路相應(yīng)的閾值、觸發(fā)電平也將隨之變化，并進(jìn)而影響電路的工作狀態(tài)。
另外，RD為復(fù)位輸入端，當(dāng)RD為低電平時(shí)，不管其他輸入端的狀態(tài)如何，輸出Vo為低電平，即RD的控制級(jí)別最高。正常工作時(shí)，一般應(yīng)將其接高電平。
表3.6.1 555定時(shí)器功能表
由電路框圖和功能表可以得出如下結(jié)論：
1 555定時(shí)器有兩個(gè)閾值，分別是2Vcc/3和Vcc/3。
2 輸出端3腳和放電端7腳的狀態(tài)一致，輸出低電平對(duì)應(yīng)放電管飽和，在7腳外接有上拉電阻時(shí)，7腳為低電平。輸出高電平對(duì)應(yīng)放電管截止，在有上拉電阻時(shí)，7腳為高電平。
3 輸出端狀態(tài)的改變有滯回現(xiàn)象，回差電壓為Vcc/3。
4 輸出與觸發(fā)輸入反相。掌握這四條，對(duì)分析555定時(shí)器組成的電路十分有利。
555應(yīng)用
施密特觸發(fā)器
施密特觸發(fā)器是數(shù)字系統(tǒng)中常用的電路之一,它可以把變化緩慢的脈沖波形變換成為數(shù)字電路所需要的矩形脈沖。施密特電路的特點(diǎn)在于它也有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài),但與一般觸發(fā)器的區(qū)別在于這兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)的轉(zhuǎn)換需要外加觸發(fā)信號(hào),而且穩(wěn)定狀態(tài)的維持也要依賴于外加觸發(fā)信號(hào),因此它的觸發(fā)方式是電平觸發(fā)。
1．電路組成及功能
只要將555 定時(shí)器的2號(hào)腳和6號(hào)腳接在一起，就可以構(gòu)成施密特觸發(fā)器。我們簡(jiǎn)記為“二六搭一”。
圖3.6.2 555定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器電路圖
（1） V1=0V 時(shí)，Vo1 輸出高電平。
（2）當(dāng)V1上升到2Vcc/3時(shí)，Vo1輸出低電平。當(dāng)V`由2Vcc/3繼續(xù)上升，Vo1 保持不變。
（3）當(dāng)V1下降到Vcc/3時(shí)，電路輸出跳變?yōu)楦唠娖健６以赩1繼續(xù)下降到0V時(shí)，電路的這種狀態(tài)不變。
圖3.6.2中，R、VCC2 構(gòu)成另一輸出端Vo2，其高電平可以通過改變Vcc2進(jìn)行調(diào)節(jié)。
2．電壓滯回特性和主要參數(shù)
電壓滯回特性
圖3.6.3 施密特觸發(fā)器的電路符號(hào)和電壓傳輸特性
主要靜態(tài)參數(shù)
（1）上限閾值電壓VT+----VI上升過程中，輸出電壓VO由高電平VOH 跳變到低電平VOL時(shí)，所對(duì)應(yīng)的輸入電壓值。VT+ = 2Vcc/3。
（2）下限閾值電壓VT-----VI下降過程中， VO由低電平VOL 跳變到高電平VOH時(shí)，所對(duì)應(yīng)的輸入電壓值。VT— =Vcc/3。
（3）回差電壓ΔVT
回差電壓又叫滯回電壓，定義為 :ΔVT= VT+－VT— = Vcc/3
若在電壓控制端VIC（5腳）外加電壓VS，則將有VT+=VS、VT—=VS/2、ΔVT=VS/2，而且當(dāng)改變VS 時(shí)，它們的值也隨之改變。
3．施密特觸發(fā)器的應(yīng)用舉例
(1)用作接口電路----將緩慢變化的輸入信號(hào)，轉(zhuǎn)換成為符合TTL系統(tǒng)要求的脈沖波形。
(2)用作整形電路----把不規(guī)則的輸入信號(hào)整形成為矩形脈沖。
圖3.6.4 慢輸入波形的TTL系統(tǒng)接口和脈沖整形電路的輸入輸出波形
單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器
單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器具有下列特點(diǎn)：第一，它有一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)和一個(gè)暫穩(wěn)狀態(tài)；第二，在外來觸發(fā)脈沖作用下，能夠由穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)狀態(tài)；第三，暫穩(wěn)狀態(tài)維持一段時(shí)間后，將自動(dòng)返回到穩(wěn)定狀態(tài)，而暫穩(wěn)狀態(tài)時(shí)間的長(zhǎng)短，與觸發(fā)脈沖無關(guān)，公決定于電路本身的參數(shù)。
1.電路組成及其工作原理
由555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及工作波形如圖所示將555的6號(hào)腳和7號(hào)腳接在一起，并添加一個(gè)電容和一個(gè)電阻 ，就可以構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器我們簡(jiǎn)記為“七六搭一，上R下C”。
圖3.6.5 用555定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及工作波形
（1）無觸發(fā)信號(hào)輸入時(shí)電路工作在穩(wěn)定狀態(tài)
當(dāng)電路無觸發(fā)信號(hào)時(shí)，VI保持高電平，電路工作在穩(wěn)定狀態(tài)，即輸出端VO保持低電平，555內(nèi)放電三極管T飽和導(dǎo)通，管腳7“接地”，電容電壓VC為0V。
（2）VI 下降沿觸發(fā)
當(dāng)VI下降沿到達(dá)時(shí)，555觸發(fā)輸入端（2腳）由高電平跳變?yōu)榈碗娖剑娐繁挥|發(fā)，VO由低電平跳變?yōu)楦唠娖剑娐酚煞�(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)入暫穩(wěn)態(tài)。
（3）暫穩(wěn)態(tài)的維持時(shí)間
在暫穩(wěn)態(tài)期間，555內(nèi)放電三極管T 截止，VCC經(jīng)R向C充電。其充電回路為VCC→R→C→地，時(shí)間常數(shù)τ1=RC，電容電壓VC由0V開始增大，在電容電壓VC上升到閾值電壓2Vcc/3之前，電路將保持暫穩(wěn)態(tài)不變。
（4）自動(dòng)返回（暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束）時(shí)間
當(dāng)VC上升至閾值電壓2Vcc/3時(shí)，輸出電壓VO由高電平跳變?yōu)榈碗娖剑?55內(nèi)放電三極管T由截止轉(zhuǎn)為飽和導(dǎo)通，管腳7“接地”，電容C經(jīng)放電三極管對(duì)地迅速放電，電壓VC由2Vcc/3迅速降至0V（放電三極管的飽和壓降），電路由暫穩(wěn)態(tài)重新轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)。
（5）恢復(fù)過程
當(dāng)暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束后，電容C通過飽和導(dǎo)通的三極管T放電，時(shí)間常數(shù)τ2=RCESC，式中RCES是T的飽和導(dǎo)通電阻，其阻值非常小，因此τ2之值亦非常小。經(jīng)過（3～5）τ2后，電容C放電完畢，恢復(fù)過程結(jié)束。
2. 主要參數(shù)估算
(1) 輸出脈沖寬度tw
輸出脈沖寬度就是暫穩(wěn)態(tài)維持時(shí)間，也就是定時(shí)電容的充電時(shí)間。由圖所示電容電壓VC 的工作波形不難看出VC（0+）≈0V，VC（∞）=VCC，VC（tw）=2Vcc/3，代入RC過渡過程計(jì)算公式，可得tw=1.1ln3。
上式說明，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出脈沖寬度tw僅決定于定時(shí)元件R、C的取值，與輸入觸發(fā)信號(hào)和電源電壓無關(guān)，調(diào)節(jié)R、C的取值，即可方便的調(diào)節(jié)tw。
3.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用
（1）延時(shí)
在圖3.6.6中，
的下降沿比WI 的下降沿滯后了時(shí)間tW，即延遲了時(shí)間tw。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的這種延時(shí)作用常被應(yīng)用于時(shí)序控制中。 （2）定時(shí)
在圖3.6.6中，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出電壓
，用做與門的輸入定時(shí)控制信號(hào)，當(dāng)
為高電平時(shí)，與門打開，Wo= WF，當(dāng)
為低電平時(shí)，與門關(guān)閉，Vo為低電平。顯然與門打開的時(shí)間是恒定不變的，就是單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出脈沖
的寬度tw。 圖3.6.6 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器用于脈沖的延時(shí)與定時(shí)選通
（3）整形
單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能夠把不規(guī)則的輸入信號(hào)VI，整形成為幅度和寬度都相同的標(biāo)準(zhǔn)矩形脈沖Vo。Vo的幅度取決于單穩(wěn)態(tài)電路輸出的高、低電平，寬度tw決定于暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間。圖3.6.7是單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器用于波形的整形的一個(gè)簡(jiǎn)單例子。
圖3.6.7 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器用于波形的整形
多諧振蕩器——產(chǎn)生矩形脈沖波的自激振蕩器
在數(shù)字電路中,常常需要一種不需外加觸發(fā)脈沖就能夠產(chǎn)生具有一定頻率和幅度的矩形波的電路。由于矩形波中除基波外,還含有豐富的高次諧波成分,因此我們稱這種電路為多諧振蕩器。它常常用作脈沖信號(hào)源。多諧振蕩器沒有穩(wěn)態(tài),只具有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài),在自身因素的作用下,電路就在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之間來回轉(zhuǎn)換。
圖3.6.8 用555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器
如圖3.6.8為555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器，接通VCC后，VCC經(jīng)R1和R2對(duì)C充電。當(dāng)uc上升到2VCC/3 時(shí)，uo=0，T導(dǎo)通，C通過R2和T放電，uc下降。當(dāng)uc下降到VCC/3時(shí)，uo又由0變?yōu)?，T截止，VCC又經(jīng)R1和R2對(duì)C充電。如此重復(fù)上述過程，在輸出端uo產(chǎn)生了連續(xù)的矩形脈沖。
2.振蕩頻率的估算和占空比可調(diào)電路
電容C充電時(shí)間：tw1=0.7(R1+R2)C
電容C放電時(shí)間：tw2=0.7R2C
振蕩周期：T=0.7(R1+2R2)C
振蕩周期：f=1/T=1/[0.7(R1+2R2)]=1.43/[(R1+2R2)C]
占空比：D=tw1/T=0.7(R1+R2)C/[0.7(R1+2R2)]=(R1+R2)/(R1+2R2)
3.7 共陽4位LED數(shù)碼管資料
單片機(jī)I/O的應(yīng)用最典型的是通過I/O口與7段LED數(shù)碼管構(gòu)成顯示電路。7段LED數(shù)碼管，則在一定形狀的絕緣材料上，利用單只LED組合排列成“8”字型的數(shù)碼管，分別引出它們的電極，點(diǎn)亮相應(yīng)的點(diǎn)劃來顯示出0-9的數(shù)字。
LED數(shù)碼管根據(jù)LED的接法不同分為共陰和共陽兩類，了解LED的這些特性，對(duì)編程是很重要的，因?yàn)椴煌愋偷臄?shù)碼管，除了它們的硬件電路有差異外，編程方法也是不同的。共陰和共陽極數(shù)碼管的發(fā)光原理是一樣的，只是它們的電源極性不同而已。
將多只LED的陰極連在一起即為共陰式，而將多只LED的陽極連在一起即為共陽式。以共陰式為例，如把陰極接地，在相應(yīng)段的陽極接上正電源，該段即會(huì)發(fā)光。當(dāng)然，LED的電流通常較小，一般均需在回路中接上限流電阻。假如我們將"b"和"c"段接上正電源，其它端接地或懸空，那么"b"和"c"段發(fā)光，此時(shí)，數(shù)碼管顯示將顯示數(shù)字“1”。而將"a"、"b"、"d"、"e"和"g"段都接上正電源，其它引腳懸空，此時(shí)數(shù)碼管將顯示“2”。其它字符的顯示原理類同，可自行分析。
數(shù)碼管使用條件：
a、段及小數(shù)點(diǎn)上加限流電阻；
b、使用電壓：段：根據(jù)發(fā)光顏色決定；小數(shù)點(diǎn)：根據(jù)發(fā)光顏色決定；
c、使用電流：靜態(tài)時(shí)總電流80mA（每段10mA）；動(dòng)態(tài)時(shí)平均電流4-5mA，峰值電流100mA。
圖3.7.1是七段數(shù)碼管引腳圖，其中共陽極數(shù)碼管引腳圖和共陰極的是一樣的，數(shù)碼管使用注意事項(xiàng)說明：
（1）數(shù)碼管表面不要用手觸摸，不要用手去弄引角；
（2）焊接溫度：260度；焊接時(shí)間：5S；
（3）表面有保護(hù)膜的產(chǎn)品,可以在使用前撕下來。
圖3.7.1 七段數(shù)碼管引腳圖
3.8 三極管相關(guān)資料
9014,9013,8050三極管引腳與管腳識(shí)別方法
S9014,S9013，S9015，S9012，S9018系列的晶體小功率三極管，把顯示文字平面朝自己，從左向右依次為e發(fā)射極 b基極 c集電極；對(duì)于中小功率塑料三極管按圖使其平面朝向自己，三個(gè)引腳朝下放置，則從左到右依次為e b c,S8050，S8550，C2078 也是和這個(gè)一樣的。
當(dāng)前，國(guó)內(nèi)各種晶體三極管有很多種，管腳的排列也不相同，在使用中不確定管腳排列的三極管，必須進(jìn)行測(cè)量確定各管腳正確的位置（下面有用萬用表測(cè)量三極管的三個(gè)極的方法），明確三極管的特性及相應(yīng)的技術(shù)參數(shù)和資料。
非9014,9013系列三極管管腳識(shí)別方法：
判定基極。用萬用表R×100或R×1k擋測(cè)量管子三個(gè)電極中每?jī)蓚�(gè)極之間的正、反向電阻值。當(dāng)用第一根表筆接某一電極，而第二表筆先后接觸另外兩個(gè)電極均測(cè)得低阻值時(shí)，則第一根表筆所接的那個(gè)電極即為基極b。這時(shí)，要注意萬用表表筆的極性，如果紅表筆接的是基極b。黑表筆分別接在其他兩極時(shí)，測(cè)得的阻值都較小，則可判定被測(cè)管子為PNP型三極管；如果黑表筆接的是基極b，紅表筆分別接觸其他兩極時(shí)，測(cè)得的阻值較小，則被測(cè)三極管為NPN型管如9013，9014,9018。
判定三極管集電極c和發(fā)射極e。(以PNP型三極管為例)將萬用表置于R×100或R×1K擋，紅表筆基極b，用黑表筆分別接觸另外兩個(gè)管腳時(shí)，所測(cè)得的兩個(gè)電阻值會(huì)是一個(gè)大一些，一個(gè)小一些。在阻值小的一次測(cè)量中，黑表筆所接管腳為集電極；在阻值較大的一次測(cè)量中，黑表筆所接管腳為發(fā)射極。
不拆卸三極管判斷其好壞的方法。
在實(shí)際應(yīng)用中、小功率三極管多直接焊接在印刷電路板上，由于元件的安裝密度大，拆卸比較麻煩，所以在檢測(cè)時(shí)常常通過用萬用表直流電壓擋，去測(cè)量被測(cè)管子各引腳的電壓值，來推斷其工作是否正常，進(jìn)而判斷三極管的好壞。
如是象9013 ，9014一樣NPN的用萬用表檢測(cè)他們的引腳，黑表筆接一個(gè)極，用紅筆分別接其它兩極，兩個(gè)極都有5K阻值時(shí)，黑表筆所接就是B極。這時(shí)用黑紅兩表筆分別接其它兩極，用舌尖同時(shí)添（其實(shí)也可以先用舌頭添濕一下手指然后用手指去摸，反正都不衛(wèi)生）黑表筆所接那個(gè)極和B極，表指示阻值小的那個(gè)黑表所接就是C極。（以上所說為用指針表所測(cè)，數(shù)字表為紅筆數(shù)字萬用表內(nèi)部的正負(fù)級(jí)是和指正表相反的。）
3.9 三端穩(wěn)壓管LM7805資料
7805是常用的三端穩(wěn)壓器件，顧名思義05就是輸出電壓為5v，還可以微調(diào)，7805輸出波紋很小。
(1) 集成三端穩(wěn)壓器根據(jù)穩(wěn)定電壓的正、負(fù)極性分為78××，79××系列。圖3.8.1給出了正、負(fù)穩(wěn)壓的典型電路。
圖3.8.1 正、負(fù)穩(wěn)壓7805電路
(2) 三端穩(wěn)壓器的型號(hào)規(guī)格和管腳分布。
表3.8.1 三端穩(wěn)壓器輸出電流字母表示法
7805三端穩(wěn)壓器可輸出+5 V、0．5 A的穩(wěn)定電壓；7912三端穩(wěn)壓器可輸出 12V、1A的穩(wěn)定電壓。
(3) 外形及管腳分布，如附圖3.8.2所示。
圖3.8.2 7805,79系列三端穩(wěn)壓器引腳功能輸出資料3.10 繼電器資料
電磁式繼電器的結(jié)構(gòu)與工作原理
電磁式繼電器是應(yīng)用得最早、最多的一種型式。其結(jié)構(gòu)及工作原理與接觸器大體相同。由電磁系統(tǒng)、觸點(diǎn)系統(tǒng)和釋放彈簧等組成，電磁式繼電器原理如圖l所示。由于繼電器用于控制電路，流過觸點(diǎn)的電流比較小(一般5A以下)，故不需要滅弧裝置。
常用的電磁式繼電器有電壓繼電器、中間繼電器和電流繼電器。
電磁式繼電器的特性
繼電器的主要特性是輸入-輸出特性，又稱繼電特性。當(dāng)繼電器輸入量X由零增至X2以前，繼電器輸出量Y為零。當(dāng)輸入量X增加到X2時(shí)，繼電器吸合，輸出量為Y1；若X繼續(xù)增大，Y保持不變。當(dāng)X減小到X1時(shí)，繼電器釋放，輸出量由Y1變?yōu)榱悖鬤繼續(xù)減小，Y值均為零。
Kf＝X1/X2稱為繼電器的返回系數(shù)，它是繼電器重要數(shù)之一。Kf值是可以調(diào)節(jié)的。
例如一般繼電器要求低的返回系數(shù)，Kf值應(yīng)在0.1～0.4之間，樣當(dāng)繼電器吸合后，輸入量波動(dòng)較大時(shí)不致引起誤動(dòng)作；欠電壓繼電器則要求高的返回系數(shù)，Kf值在0.6以上。設(shè)某繼電器Kf＝0.66，吸合電壓為額定電壓的90％，則電壓低于額定電壓的50％時(shí)，繼電器釋放，起到欠電壓保護(hù)作用。
另一個(gè)重要參數(shù)是吸合時(shí)間和釋放時(shí)間。吸合時(shí)間是指從線圈接受電信號(hào)到銜鐵完全吸合所需的時(shí)間；釋放時(shí)間是指從線圈失電到銜鐵完全釋放所需的時(shí)間。一般繼電器的吸合時(shí)間與釋放時(shí)間為0.05～0.15s，快速繼電器為0.005～0.05s，它的大小影響繼電器的操作頻率。
4 調(diào)試總結(jié)
作為測(cè)量?jī)x器，測(cè)量精度是一項(xiàng)很重要的指標(biāo)。可以用一些方法來降低誤差提高精度。RLC參數(shù)測(cè)量?jī)x在測(cè)量中除含有隨機(jī)誤差外，還有內(nèi)部固定偏移、輸入端的各種雜散參數(shù)以及測(cè)試信號(hào)源中斜波分量等因素引起的系統(tǒng)誤差，主要分為有固定偏移、開路校準(zhǔn)和短路校準(zhǔn)、隨機(jī)誤差的處理。固定偏移主要是有源期間零漂引起，其結(jié)果是等效在待測(cè)交流號(hào)上疊加了某一固定的直流電壓。固定偏移可通過減法予以扣除。設(shè)一次完整的測(cè)量中含8次測(cè)量。前四次測(cè)量在X和Y的正半軸取得，后四次測(cè)量結(jié)果則安排在X和Y的負(fù)半軸取得。然后再把前四次測(cè)量結(jié)果與后四次測(cè)量結(jié)果相減。例如，通道的偏移量為M則前四次測(cè)量值為：N+M，后四次測(cè)量結(jié)果為-N+M。相減后得到，然后各分量除以2N。這樣就消除了偏移量。RLC參數(shù)測(cè)量?jī)x的測(cè)量端、測(cè)量饋線以及測(cè)量夾具總是存在殘余阻抗和殘余導(dǎo)納。這些殘余兩對(duì)小電容、小電感或高電阻的測(cè)量會(huì)造成較大誤差。校正的基本思想是先通過理論分析建立系統(tǒng)的誤差模型，求出無恥修正公式，然后通過簡(jiǎn)單的“開路”、“短路”等校準(zhǔn)技術(shù)記錄各誤差因子，最后程序利用修正公式和誤差因子自動(dòng)計(jì)算修正結(jié)果。根據(jù)統(tǒng)計(jì)方法理論，隨即誤差可以通過多次重復(fù)測(cè)量的平均來郁郁削弱。通過編程的方式對(duì)被測(cè)參數(shù)連續(xù)測(cè)量，然后求平均的辦法來削弱隨即誤差。
調(diào)試之前，要先用萬用表檢測(cè)了一遍線路是否有開路或者短路。在檢查完電路的連通性之后，插上芯片，燒錄程序，若電路沒有正常工作，則要從各個(gè)方面找原因，例如芯片、電容、發(fā)光二極管等器件正負(fù)極是否插對(duì)，是否有虛焊、開路和短路現(xiàn)象。第一次調(diào)試時(shí)，發(fā)光管發(fā)光出現(xiàn)異常，不能確定電源是否正常供電到芯片。經(jīng)過萬用表檢查后才發(fā)現(xiàn)發(fā)光管是壞的，即刻換上好的發(fā)光管。在實(shí)驗(yàn)板上成功調(diào)試好程序之后，燒錄程序到自己的板上，卻發(fā)現(xiàn)有三位數(shù)碼管不能顯示，在我糾結(jié)于究竟是軟件的問題、電路的問題或者是元件的問題許久之后，經(jīng)過分析排查，發(fā)現(xiàn)我把共陰的數(shù)碼管當(dāng)作共陽的接上去了。換了共陽的數(shù)碼管總算是能顯示了。確保電路沒有任何故障與缺陷的時(shí)候，我把時(shí)間和精力集中在優(yōu)化程序的步驟。經(jīng)過幾天反復(fù)的嘗試摸索，程序已經(jīng)較最初的程序有較大的改動(dòng)，盡量化繁瑣為精簡(jiǎn)。用C語言調(diào)試最大的困難便是對(duì)與大括號(hào)的把握。大括號(hào)成雙出現(xiàn)，缺一不可。但是如果多了一個(gè)大括號(hào)或者少一個(gè)大括號(hào)的話，由KEIL C軟件所提示的無法創(chuàng)建*.HEX文件又沒有提示括號(hào)的多缺處，只有依靠自己慢慢尋找，這里提醒我們?cè)诰帉懗绦虻臅r(shí)候要注意層次分明，以便易于查找程序出錯(cuò)的板塊。大括號(hào)括的地方不同，有的時(shí)候甚至影響到整個(gè)程序工作的穩(wěn)定性，最嚴(yán)重的時(shí)候不僅使相應(yīng)的功能沒有還會(huì)禍及其他功能的實(shí)現(xiàn)。
5 結(jié)論
本文設(shè)計(jì)了一種基于AT89S52單片機(jī)的RLC智能測(cè)量?jī)x，其主要功能如下：
（1）能精確測(cè)量出電容、電感、電阻的參數(shù)值。
（2）可以實(shí)現(xiàn)量程電阻的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，無須人工選擇檔位。
（3）當(dāng)測(cè)量正弦信號(hào)的幅度過小時(shí)，可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)增益放大，從而不影響精度。
（4）AT89S52具有“看門狗”功能，避免出現(xiàn)“死機(jī)”現(xiàn)象。
（5）定時(shí)器可以采用外部時(shí)鐘源計(jì)數(shù)，則為我們計(jì)算振蕩電路產(chǎn)生頻率 提供了便利，而且計(jì)算精度較高，控制簡(jiǎn)單。
由此可見，此測(cè)量?jī)x具有高度的智能化和集成化，可精確地對(duì)元器件參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，這正符合當(dāng)今測(cè)量?jī)x器的發(fā)展趨勢(shì)，它將具有廣闊的應(yīng)用前景。
附 錄
印板PCB圖：
元件PCB圖：
單片機(jī)源程序如下:
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