電阻電容測量

1、目錄1系統(tǒng)方案整體設(shè)計(jì) 1.1設(shè)計(jì)方案論證1.2系統(tǒng)整體框圖2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 2.1多諧振蕩器模塊 2.3 LCD顯示模塊2.2 單片機(jī)模塊2.4 ADC0832轉(zhuǎn)換模塊3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 3.1主程序設(shè)計(jì) 3.2電容值計(jì)算程序設(shè)置 3.3電阻值計(jì)算程序設(shè)計(jì) 3.4顯示程序3.5程序整體設(shè)計(jì)圖4程序清單5仿真結(jié)果 1系統(tǒng)方案整體設(shè)計(jì)1電阻、電容設(shè)計(jì)方案比較電阻、電容、電感測試儀的設(shè)計(jì)可用多種方案完成，例如利用模擬電路，電阻可用比例運(yùn)算器法和積分運(yùn)算器法，電容可用恒流法和比較法，電感可用時(shí)間常數(shù)發(fā)和同步分離法等、使用可編程邏輯控制器(PLC)、振蕩電路與單片機(jī)結(jié)合或CPLD與EDA相結(jié)合等等來實(shí)現(xiàn)。在

2、設(shè)計(jì)前對(duì)各種方案進(jìn)行了比較：1)利用純模擬電路雖然避免了編程的麻煩，但電路復(fù)雜，所用器件較多，靈活性差，測量精度低，現(xiàn)在已較少使用。 2)可編程邏輯控制器(PLC) 應(yīng)用廣泛，它能夠非常方便地集成到工業(yè)控制系統(tǒng)中。其速度快，體積小，可靠性和精度都較好，在設(shè)計(jì)中可采用PLC對(duì)硬件進(jìn)行控制，但是用PLC實(shí)現(xiàn)價(jià)格相對(duì)昂貴，因而成本過高。 3)采用CPLD或FPGA實(shí)現(xiàn)應(yīng)用目前廣泛應(yīng)用的VHDL硬件電路描述語言，實(shí)現(xiàn)電阻，電容，電感測試儀的設(shè)計(jì)，利用MAXPLUSII集成開發(fā)環(huán)境進(jìn)行綜合、仿真，并下載到CPLD或FPGA可編程邏輯器件中，完成系統(tǒng)的控制作用。但相對(duì)而言規(guī)模大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。4)利用振蕩電路

3、與單片機(jī)結(jié)合利用555多諧振蕩電路將電阻，電容參數(shù)轉(zhuǎn)化為頻率，而電感則是根據(jù)電容三點(diǎn)式電路也轉(zhuǎn)化為頻率，這樣就能夠把模擬量近似的轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，而頻率f是單片機(jī)很容易處理的數(shù)字量，一方面測量精度高，另一方面便于使儀表實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，而且單片機(jī)構(gòu)成的應(yīng)用系統(tǒng)有較大的可靠性。系統(tǒng)擴(kuò)展、系統(tǒng)配置靈活。容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)，且應(yīng)用系統(tǒng)有較高的軟、硬件利用系數(shù)。單片機(jī)具有可編程性，硬件的功能描述可完全在軟件上實(shí)現(xiàn)，而且設(shè)計(jì)時(shí)間短，成本低，可靠性高。綜上所述，利用振蕩電路與單片機(jī)結(jié)合實(shí)現(xiàn)電阻、電容、電感測試儀更為簡便可行，節(jié)約成本。所以，本次設(shè)計(jì)選定以單片機(jī)為核心來進(jìn)行。1.1設(shè)計(jì)方案論證對(duì)電阻的測量，可

4、將待測電阻與一標(biāo)準(zhǔn)電阻串聯(lián)后接在+5V的電源上，根據(jù)串聯(lián)分壓原理，利用ADC測定電阻兩端電壓后，即可得到其阻值。對(duì)電容的測量，可將其與已知阻值的電阻RA和RB組成基于NE555的多諧振蕩器如下圖：其產(chǎn)生的方波信號(hào)頻率為：f=1,44C（RA+2RB）故通過測定方波信號(hào)的頻率可以比較精確的測定C的值，測定方波信號(hào)頻率的方法有測頻法和測周法。（1） 測頻法：利用外部電平變化的外部中斷，測算1s內(nèi)的波數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)波數(shù)的測定；（2） 測周期法：通過測算某兩次電平變化引發(fā)的中斷之間的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)對(duì)頻率的測定。 簡而言之，測頻法是直接根據(jù)定義測量頻率，測周法是通過測定周期間接測定頻率，本方案采用測周法來測

5、量。1.2系統(tǒng)整體框圖AT89S52輸入電阻RADC0804復(fù)位電路 開關(guān)控制1602液晶顯示NE555輸入電容 圖1 系統(tǒng)整體框圖2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1多諧振蕩器模塊 該模塊由NE555構(gòu)成多諧振蕩器，其中R10取100歐姆，R8取197歐姆，C5為被測電容。如下圖所示： 圖2多諧振蕩器模塊NE555 （Timer IC）為8腳時(shí)基集成電路，大約在1971年發(fā)布，在當(dāng)時(shí)是唯一非?？焖偾疑虡I(yè)化的Timer IC，在往后的30年中非常普遍被使用，且延伸出許多的應(yīng)用電路，后來基于CMOS技術(shù)版本的Timer IC如MOTOROLA的MC1455已被大量的使用，但原規(guī)格的NE555依然正常的在市場上供

6、應(yīng)，盡管新版IC在功能上有部份的改善，但其腳位勁能并沒變化，所以到目前都可直接的代用。 NE555是屬于555系列的計(jì)時(shí)IC的其中的一種型號(hào)，555系列IC的接腳功能及運(yùn)用都是相容的，只是型號(hào)不同的因其價(jià)格不同其穩(wěn)定度、省電、可產(chǎn)生的振蕩頻率也不大相同；而555是一個(gè)用途很廣且相當(dāng)普遍的計(jì)時(shí)IC，只需少數(shù)的電阻和電容，便可產(chǎn)生數(shù)位電路所需的各種不同頻率的脈波信號(hào)。2.2 單片機(jī)模塊單片機(jī)電路是本設(shè)計(jì)的核心部分，本設(shè)計(jì)選用了常用的AT89S52單片機(jī)。AT89S52是低功耗、高性能、經(jīng)濟(jì)的8位CMOS微處理器，工作頻率為024MHz，內(nèi)置4K字節(jié)可編程只讀閃存，128x8位的內(nèi)部RAM，16位可

7、編程IO總線。AT89S52工作的最簡單的電路是其外圍接一個(gè)晶振和一個(gè)復(fù)位電路，給單片機(jī)接上電源和地，單片機(jī)就可以工作了。 圖3單片機(jī)模塊2.3 LCD顯示模塊顯示模塊由LCD1602組成，本設(shè)計(jì)使用的是2行16個(gè)字的1602液晶模塊作為測量值顯示部分。其中字符型液晶模塊是一種用5x7點(diǎn)陣圖形來顯示字符的液晶顯示器，根據(jù)示的容量可以分為1行16個(gè)字、2行16個(gè)字、2行20個(gè)字等等。 圖4 LCD顯示模塊2.4 ADC0832轉(zhuǎn)換模塊ADC0832是一個(gè)8位CMOS型逐次比較式A/D轉(zhuǎn)換器，具有三態(tài)鎖存輸出功能，最短轉(zhuǎn)換時(shí)間為100us， 圖5 ADC0832轉(zhuǎn)換模塊 3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1主程序

8、設(shè)計(jì)：配置單片機(jī)定時(shí)器0為計(jì)數(shù)模式，TH0，TL0初值均為0x00；外部中斷0與多諧振蕩器的脈沖輸出端相連，NE555的參考電壓引腳（4）與單片機(jī)IO口相連，系統(tǒng)上電后單片機(jī)給NE555參考電壓引腳拉高，NE555開始震蕩，同時(shí)外部中斷接收多諧振蕩器輸出，當(dāng)中斷觸發(fā)兩次即表示計(jì)時(shí)一個(gè)周期，同時(shí)將多諧振蕩器參考電壓拉低，多諧振蕩器停止震蕩。取出定時(shí)器0中的值即得到一個(gè)周期的時(shí)間，再計(jì)算電容，完成顯示。 3.2電容值計(jì)算程序設(shè)置：多諧振蕩器震蕩頻率與電阻電容的關(guān)系為f=1.43/C*(R1+2R2),其中f的單位是赫茲，電阻單位是歐姆，電容單位是法拉。單片機(jī)晶振為12M所以單片機(jī)機(jī)器周期為1us，

9、計(jì)數(shù)器里面的值以u(píng)s為單位。為了統(tǒng)一單位我將所以單位以ms為標(biāo)準(zhǔn)，作用計(jì)數(shù)器值應(yīng)乘以1000。得到的電容值就是以u(píng)f為單位，而不再是法拉。3.3電阻值計(jì)算程序設(shè)計(jì)：將被測電阻與一標(biāo)準(zhǔn)電阻串聯(lián)接在+5V上，根據(jù)串聯(lián)分壓原理，利用ADC0804測量被測電阻兩端電壓，經(jīng)AD轉(zhuǎn)換將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，通過LCD1602顯示出來。轉(zhuǎn)換公式為：V測= 5*R測R測+R標(biāo)3.4顯示程序：計(jì)算得到的電容值，是一個(gè)浮點(diǎn)數(shù)對(duì)于整數(shù)部分采用求余數(shù)和求商的方法得到百位，十位和個(gè)位。對(duì)于小數(shù)部分，因?yàn)楦↑c(diǎn)數(shù)不允許進(jìn)行求余數(shù)操作，所以我將這個(gè)數(shù)強(qiáng)制轉(zhuǎn)化為int形，再乘以10，再求余數(shù)得到十分位，同理乘以100得到百分位。

10、再將每一位數(shù)送入液晶顯示。開始3.5程序整體設(shè)計(jì)圖初始化 電阻鍵按下？電容鍵按下？ NO NOADC工作觸發(fā)中斷T-flag=T-flag YSYS顯示T-flag=1？計(jì)算電阻值計(jì)算電容值開始計(jì)時(shí) YS 顯示T-flag=0？停止計(jì)時(shí) YS4程序清單#include<reg52.h>#include<intrins.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define LCD_Data P0unsigned char ReadADC(void); void delay1(unsigned char

11、x);uchar Ji_s=0,Ji_s1=0,Ji_s2=0,m4,js=0,T_flag;float R1=100,R2=197;/歐姆uchar code table="THE CAP IS:" uchar code table0="THE R IS:"uchar code table1="uF"sbit ADC_CLK=P11;sbit ADC_DO=P13;sbit ADC_DI=P12;sbit ADC_CS=P10;sbit lcden=P22;sbit lcdrs=P20;sbit lcdrw=P21;sbit _re

12、set=P14;sbit start=P27;sbit p3_1=P31;sbit p3_0=P30; uchar get_ad(); uchar jishu=0;uchar temp; void delay(void)uint y;for(y=5552;y>0;y-); void write_com(uchar com) lcdrs=0;lcdrw=0;P0=com;delay();lcden=1;delay();lcden=0;void write_data(uchar date)lcdrs=1;lcdrw=0;P0=date;delay();lcden=1;delay();lcde

13、n=0; void init() uchar num,num1; lcden=0;write_com(0x38); /顯示模式設(shè)置write_com(0x0e); /D=1開顯示 C=1顯示光標(biāo)write_com(0x06); /N=1讀或?qū)懸粋€(gè)字符后地址指針加一且光標(biāo)加一write_com(0x01); /清屏write_com(0x80); /設(shè)置數(shù)據(jù)地址指針for(num=0;num<11;num+)write_data(tablenum);delay();write_com(0xc8);for(num1=0;num1<2;num1+)write_data(table1num

14、1);delay(); void initt() uchar num2; lcden=0;write_com(0x38); /顯示模式設(shè)置write_com(0x0e); /D=1開顯示 C=1顯示光標(biāo)write_com(0x06); /N=1讀或?qū)懸粋€(gè)字符后地址指針加一且光標(biāo)加一write_com(0x01); /清屏write_com(0x80); /設(shè)置數(shù)據(jù)地址指針for(num2=0;num2<9;num2+)write_data(table0num2);delay();float Ji_sT() uchar nT; float T,CAP; nT=Ji_s; /計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)減1得到

15、周期數(shù) nT T=nT; /單位換算 單片機(jī)機(jī)器周期1US CAP=1.43*1000*T/(R1+2*R2) ; /多諧振蕩器震蕩周期 return CAP; void count() float C;float C1,C2,C3;uchar shi,ge,sf,bf; C= Ji_sT();C3=C/10;shi= (int)C3%10;write_com(0xc1); write_data(0x30+shi);ge = (int)C%10;write_com(0xc2); write_data(0x30+ge);write_com(0xc3); write_data(0x2e);C1=C

16、*10;sf=(int)C1%10;write_com(0xc4); write_data(0x30+sf);C2=C*100;bf=(int)C2%10;write_com(0xc5); write_data(0x30+bf); void count1() float data1;float r;uchar a1,a2;data1=ReadADC();r=data1/256*5*1.7*10;a1=(int)r/10;a2=(int)r%10;write_com(0xc1); write_data(0x30+a1);write_com(0xc2); write_data('.'

17、;);write_com(0xc3); write_data(0x30+a2);write_com(0xc4); write_data('K');write_com(0xc5); write_data(0xf4); unsigned char ReadADC(void) unsigned char i,ch; ADC_CS=0; /片選，DO為高阻態(tài) ADC_CLK=0; delay1(2); ADC_DI=1; ADC_CLK=1; /第一個(gè)脈沖，起始位 delay1(2); ADC_CLK=0; delay1(2); ADC_DI=1; ADC_CLK=1; /第二個(gè)脈沖，

18、DI=1表示雙通道單極性輸入 delay1(2); ADC_CLK=0; delay1(2); ADC_DI=0; ADC_CLK=1; /第三個(gè)脈沖，DI=1表示選擇通道1(CH2),DI=0表示選擇通道0(CH1), delay1(2); ADC_CLK=1; delay1(2); ADC_CLK=0; /第一個(gè)下降沿為去數(shù)做準(zhǔn)備 delay1(2); /這里加一個(gè)脈沖才能讀出正確的數(shù)據(jù)，不加的話讀出的數(shù)據(jù)少一位，且是錯(cuò)的 for(i=0;i<8;i+) /讀出數(shù)據(jù) ADC_CLK=1; delay1(2); ADC_CLK=0; delay1(2); ch=(ch<<1)|ADC_DO; /在每個(gè)脈沖的下降沿DO輸出一位數(shù)據(jù)，最終ch為8為數(shù)據(jù) ADC_CS=1; /取消片選，一個(gè)轉(zhuǎn)換周期結(jié)束 return(ch); /把轉(zhuǎn)換結(jié)果返回 void main() if(p3_1=0) init(); TMOD = 0x01; / 定時(shí)器0工作在計(jì)時(shí)模式 TH0 = 0x00; TL0 = 0x00; ET0 = 1; TR0 = 0;EX0=1;EA = 1;while(1) count(); if(p3_0=0) ReadADC(); initt(); count1()