一款簡(jiǎn)易電阻電容測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)

滕飛 胡湘娟 陽(yáng)泳

摘 要：隨著電子行業(yè)的飛速發(fā)展，各種電子設(shè)備已經(jīng)進(jìn)入到了生活的各個(gè)方面。而在電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)時(shí)，常常需要測(cè)量電阻和電容。文章介紹了一款簡(jiǎn)易的電阻電感測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)，在實(shí)際應(yīng)用中可以方便準(zhǔn)確地測(cè)量出元件的電阻或電容值。本設(shè)計(jì)基本原理是通過(guò)被測(cè)電阻或電容與外部電路構(gòu)成多諧振蕩器而產(chǎn)生不同頻率的方波，該方波的頻率與電阻和電容的大小呈現(xiàn)一定函數(shù)關(guān)系，所以將該頻率的方波傳入單片機(jī)進(jìn)行頻率測(cè)量，并通過(guò)相應(yīng)的計(jì)算而得出對(duì)應(yīng)的電阻或電容值。本設(shè)計(jì)以STC89C52單片機(jī)和555多諧振蕩電路為主要部件，工作穩(wěn)定可靠。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；多諧振蕩器；電容測(cè)量；電阻測(cè)量

1 方案設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用的是STC89C52芯片作為主控芯片，由于單片機(jī)只能檢測(cè)二進(jìn)制的高低電平并不能直接測(cè)量模擬量，因此，需要一個(gè)電路模塊將電阻阻值或電容容值轉(zhuǎn)換為高低電平的方式來(lái)供單片機(jī)檢測(cè)。由電阻、電容、555芯片構(gòu)成的多諧振蕩電路可以在相應(yīng)阻值或容值不同時(shí)產(chǎn)生不同頻率的方波。本設(shè)計(jì)將多諧振蕩電路產(chǎn)生的方波送入單片機(jī)來(lái)測(cè)量其頻率并通過(guò)頻率與相應(yīng)的容值或阻值的對(duì)應(yīng)關(guān)系來(lái)計(jì)算出電阻值或電容值。測(cè)量電阻和電容是兩個(gè)獨(dú)立的測(cè)量模塊，所以加入檔位選擇功能，通過(guò)兩個(gè)按鍵來(lái)選擇測(cè)量方式，相應(yīng)的兩路信號(hào)通過(guò)一個(gè)多路復(fù)用器CD4052來(lái)選擇對(duì)應(yīng)的信號(hào)輸送至單片機(jī)。顯示電路通過(guò)一個(gè)LCD來(lái)實(shí)現(xiàn)，讀取方便。

2 電路設(shè)計(jì)

2.1 電路工作原理

本電阻電容測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)的電路原理圖如圖1所示。

2.2 555多諧振蕩器

如圖2所示，555多諧振蕩器通過(guò)門(mén)限端與觸發(fā)端相連，方波頻率由外部電阻R1，R2和C1決定。C2用于增加電路穩(wěn)定性。555芯片內(nèi)部三個(gè)串聯(lián)的電阻分壓構(gòu)成基準(zhǔn)電壓，加上外部的電路，通過(guò)不斷給電容C1充電和放電而一直循環(huán)，所以輸出一定頻率的方波信號(hào)。方波的頻率公式為f=1.44/（R1+2R2）C1。通過(guò)設(shè)置R1和R2可調(diào)整輸出的方波占空比，公式為（R1+R2）/（R1+2R2）*100%。本設(shè)計(jì)是通過(guò)單片機(jī)來(lái)檢測(cè)電平的變化而測(cè)頻率的，所以占空比越接近50%越好。根據(jù)此原理即可逆向通過(guò)測(cè)出方波頻率來(lái)計(jì)算出對(duì)應(yīng)的電阻或電容的大小。

2.3 多路復(fù)用器的應(yīng)用

多路復(fù)用器可以通過(guò)輸入不同信號(hào)來(lái)選擇對(duì)應(yīng)通道的通斷，可以通過(guò)單片機(jī)來(lái)簡(jiǎn)便的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。本設(shè)計(jì)采用了三個(gè)多路復(fù)用器。兩個(gè)多諧振蕩器模塊分別采用一個(gè)多路復(fù)用器來(lái)作檔位選擇。這兩個(gè)多路選擇器的作用都是通過(guò)選擇不同的電容或電阻來(lái)使多諧振蕩電路產(chǎn)生的方波頻率在一定的范圍內(nèi)而不會(huì)超出單片機(jī)的檢測(cè)范圍造成測(cè)量結(jié)果錯(cuò)誤，STC89C52單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)/計(jì)數(shù)器可存儲(chǔ)的最大值為65535，測(cè)量頻率較為有限，此多路復(fù)用器的使用彌補(bǔ)了這一不足。最后一個(gè)多路復(fù)用器輸入端為兩個(gè)多諧振蕩電路的信號(hào)輸出端，測(cè)電阻或電容時(shí)，按下對(duì)應(yīng)按鍵，單片機(jī)便控制多路復(fù)用器來(lái)選擇相應(yīng)的信號(hào)來(lái)輸入。本設(shè)計(jì)通過(guò)三個(gè)多路復(fù)用器實(shí)現(xiàn)了檔位選擇和測(cè)量模式選擇。

3 程序設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的程序部分主要為檔位選擇和頻率測(cè)量。兩個(gè)多諧振蕩電路的檔位選擇都是通過(guò)單片機(jī)來(lái)自動(dòng)控制的。編程的基本思路為默認(rèn)為最小檔位，判斷其頻率，當(dāng)頻率剛好在合適的范圍內(nèi)時(shí)就根據(jù)頻率和相應(yīng)的檔位進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算并將結(jié)果輸送至顯示電路，當(dāng)其頻率大于某一值時(shí)便選擇下一個(gè)檔位來(lái)重新執(zhí)行之前的命令，直到最后顯示出測(cè)量結(jié)果。檔位選擇則是通過(guò)判斷測(cè)量時(shí)按下的按鍵來(lái)控制多路復(fù)用器選擇對(duì)應(yīng)的信號(hào)作為輸入。需要說(shuō)明的是，多路復(fù)用器并非理想的開(kāi)關(guān)，對(duì)數(shù)字電路具有一定的影響，這最終通過(guò)程序進(jìn)行參數(shù)修正可修正由多路復(fù)用器本身的特性而造成的誤差。頻率測(cè)量則較為簡(jiǎn)單，通過(guò)單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)/計(jì)數(shù)器來(lái)計(jì)數(shù)一定時(shí)間內(nèi)輸入的方波數(shù)并計(jì)算出頻率，本設(shè)計(jì)是通過(guò)對(duì)一秒內(nèi)的電平變化進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)值即為頻率值，單片機(jī)將得到的頻率值通過(guò)預(yù)設(shè)的公式進(jìn)行計(jì)算，最終將結(jié)果通過(guò)LCD顯示出來(lái)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本設(shè)計(jì)可以方便地用來(lái)測(cè)量電阻和無(wú)極性電容，測(cè)量時(shí)直接將待測(cè)電阻或電容插入對(duì)應(yīng)座子，按下測(cè)量按鍵即可，顯示方式為數(shù)字式，讀取方便準(zhǔn)確。設(shè)計(jì)本身較為簡(jiǎn)單，成本低廉，測(cè)量可靠，一般萬(wàn)用表在測(cè)量時(shí)需要選擇不同檔位來(lái)使用，而本設(shè)計(jì)檔位是根據(jù)被測(cè)電阻或電容的大小來(lái)自動(dòng)切換，被測(cè)電阻或電容固定在接線端子上，也避免了普通萬(wàn)用表由表筆接觸問(wèn)題造成的測(cè)量誤差，在電子設(shè)計(jì)或產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中有較大的使用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]譚思佳，陽(yáng)泳，江世明，等.電容參數(shù)測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)[J].電子測(cè)試，2015（8）.

作者簡(jiǎn)介：滕飛（1994-），男，漢族，湖南常德人，學(xué)生，在讀本科，所學(xué)專(zhuān)業(yè)電子信息工程。