一款簡易電阻電容測量儀的設(shè)計

滕飛 胡湘娟 陽泳

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)入到了生活的各個方面。而在電子產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)時，常常需要測量電阻和電容。文章介紹了一款簡易的電阻電感測量儀的設(shè)計，在實際應(yīng)用中可以方便準(zhǔn)確地測量出元件的電阻或電容值。本設(shè)計基本原理是通過被測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)行頻率測量，并通過相應(yīng)的計算而得出對應(yīng)的電阻或電容值。本設(shè)計以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：單片機(jī)；多諧振蕩器；電容測量；電阻測量

1 方案設(shè)計

本設(shè)計采用的是STC89C52芯片作為主控芯片，由于單片機(jī)只能檢測二進(jìn)制的高低電平并不能直接測量模擬量，因此，需要一個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供單片機(jī)檢測。由電阻、電容、555芯片構(gòu)成的多諧振蕩電路可以在相應(yīng)阻值或容值不同時產(chǎn)生不同頻率的方波。本設(shè)計將多諧振蕩電路產(chǎn)生的方波送入單片機(jī)來測量其頻率并通過頻率與相應(yīng)的容值或阻值的對應(yīng)關(guān)系來計算出電阻值或電容值。測量電阻和電容是兩個獨(dú)立的測量模塊，所以加入檔位選擇功能，通過兩個按鍵來選擇測量方式，相應(yīng)的兩路信號通過一個多路復(fù)用器CD4052來選擇對應(yīng)的信號輸送至單片機(jī)。顯示電路通過一個LCD來實現(xiàn)，讀取方便。

2 電路設(shè)計

2.1 電路工作原理

本電阻電容測量儀設(shè)計的電路原理圖如圖1所示。

2.2 555多諧振蕩器

如圖2所示，555多諧振蕩器通過門限端與觸發(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。方波的頻率公式為f=1.44/（R1+2R2）C1。通過設(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)計是通過單片機(jī)來檢測電平的變化而測頻率的，所以占空比越接近50%越好。根據(jù)此原理即可逆向通過測出方波頻率來計算出對應(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)用器可以通過輸入不同信號來選擇對應(yīng)通道的通斷，可以通過單片機(jī)來簡便的實現(xiàn)自動控制。本設(shè)計采用了三個多路復(fù)用器。兩個多諧振蕩器模塊分別采用一個多路復(fù)用器來作檔位選擇。這兩個多路選擇器的作用都是通過選擇不同的電容或電阻來使多諧振蕩電路產(chǎn)生的方波頻率在一定的范圍內(nèi)而不會超出單片機(jī)的檢測范圍造成測量結(jié)果錯誤，STC89C52單片機(jī)內(nèi)部的定時/計數(shù)器可存儲的最大值為65535，測量頻率較為有限，此多路復(fù)用器的使用彌補(bǔ)了這一不足。最后一個多路復(fù)用器輸入端為兩個多諧振蕩電路的信號輸出端，測電阻或電容時，按下對應(yīng)按鍵，單片機(jī)便控制多路復(fù)用器來選擇相應(yīng)的信號來輸入。本設(shè)計通過三個多路復(fù)用器實現(xiàn)了檔位選擇和測量模式選擇。

3 程序設(shè)計

本設(shè)計的程序部分主要為檔位選擇和頻率測量。兩個多諧振蕩電路的檔位選擇都是通過單片機(jī)來自動控制的。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便選擇下一個檔位來重新執(zhí)行之前的命令，直到最后顯示出測量結(jié)果。檔位選擇則是通過判斷測量時按下的按鍵來控制多路復(fù)用器選擇對應(yīng)的信號作為輸入。需要說明的是，多路復(fù)用器并非理想的開關(guān)，對數(shù)字電路具有一定的影響，這最終通過程序進(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。頻率測量則較為簡單，通過單片機(jī)內(nèi)部的定時/計數(shù)器來計數(shù)一定時間內(nèi)輸入的方波數(shù)并計算出頻率，本設(shè)計是通過對一秒內(nèi)的電平變化進(jìn)行計數(shù)，計數(shù)值即為頻率值，單片機(jī)將得到的頻率值通過預(yù)設(shè)的公式進(jìn)行計算，最終將結(jié)果通過LCD顯示出來。

4 結(jié)束語

本設(shè)計可以方便地用來測量電阻和無極性電容，測量時直接將待測電阻或電容插入對應(yīng)座子，按下測量按鍵即可，顯示方式為數(shù)字式，讀取方便準(zhǔn)確。設(shè)計本身較為簡單，成本低廉，測量可靠，一般萬用表在測量時需要選擇不同檔位來使用，而本設(shè)計檔位是根據(jù)被測電阻或電容的大小來自動切換，被測電阻或電容固定在接線端子上，也避免了普通萬用表由表筆接觸問題造成的測量誤差，在電子設(shè)計或產(chǎn)品開發(fā)中有較大的使用價值。

參考文獻(xiàn)

[1]譚思佳，陽泳，江世明，等.電容參數(shù)測量儀的設(shè)計[J].電子測試，2015（8）.

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