基于RC測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

［導(dǎo)讀］本文介紹了一種基于555定時(shí)器和單片機(jī)的數(shù)顯式電阻和電容測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。該系統(tǒng)利用555和待測(cè)電阻或電容組成多諧振蕩器，通過(guò)單片機(jī)測(cè)量555輸出信號(hào)的周期，根據(jù)周期與待測(cè)電阻或電容的數(shù)學(xué)關(guān)系計(jì)算出電阻或電容值，再將之在LCD1602上顯示出來(lái)。最后仿真結(jié)果表明該測(cè)量系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)，能夠測(cè)量一定范圍內(nèi)的電阻和電容值。引言在電子儀器、儀表的制造及使用行業(yè)，有大量的印刷電路板需要調(diào)試、測(cè)量與維修，需要對(duì)電阻電容的數(shù)值進(jìn)行測(cè)試。本文介紹了一種基于AT89C51單片機(jī)和555定時(shí)器的數(shù)顯式電阻和電容測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，然后制作出電路實(shí)物，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能。系統(tǒng)利用555定時(shí)器和待測(cè)電阻（或電容）組成多諧振蕩器，通過(guò)單片機(jī)定時(shí)器測(cè)量555輸出信號(hào)的周期，根據(jù)周期和待測(cè)電阻（或電容）的數(shù)學(xué)關(guān)系再計(jì)算出電阻（或電容）值，再通過(guò)1602液晶顯示器將其顯示出來(lái)。經(jīng)仿真結(jié)果表明該測(cè)量系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)。設(shè)計(jì)方案與原理設(shè)計(jì)總方案整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)由單片機(jī)最小系統(tǒng)，按鍵，電阻、電容和555組成的多諧振蕩器和液晶顯示等幾個(gè)電路模塊組成。如圖1所示。多諧振蕩器原理如圖2所示，測(cè)量電容時(shí)，利用555和待測(cè)電容CX和電阻R1和R2（R1和R2為已知電阻）等組成多諧振蕩器，這樣從555的輸出端Q將輸出周期性方波，接到示波器，如圖2（b）所示。該信號(hào)不是一個(gè)占空比為50%的方波，根據(jù)參考文獻(xiàn)2，一個(gè)周期T中高電平時(shí)間持續(xù)時(shí)間為：tPH=O.7*（R1+R2）*CX[:：低電平持續(xù)時(shí)間r為：tPL=O.7*R2+CXE2：一個(gè)周期吋闔為：T二0.7:KRl+2+R2）*CXrL：則：CX=T/（0.7*（R1WR2））測(cè)量電阻時(shí)，另用一個(gè)555組成一個(gè)多諧振蕩器電路，將待測(cè)電阻RX接在R1的位置（或者將RX和一個(gè)已知電阻串聯(lián)），CX替換成一個(gè)已知的電容C.這樣一個(gè)周期時(shí)間為：T=O.7+（RXH^R2^*e則：RX=T/（0?7K）-2=i=R2o單片機(jī)計(jì)時(shí)原理555輸出的周期性方波信號(hào)送給單片機(jī)進(jìn)行計(jì)時(shí)，測(cè)量出信號(hào)的一個(gè)周期時(shí)間T,再利用上面的數(shù)學(xué)關(guān)系進(jìn)行計(jì)算處理，得到待測(cè)的電容或者電阻值。單片機(jī)計(jì)時(shí)的原理是：利用單片機(jī)的外部中斷0和定時(shí)器0.555的輸出信號(hào)接到單片機(jī)的外部中斷0引腳P3.2,將其設(shè)置成下降沿觸發(fā)。當(dāng)555的輸出信號(hào)為下降沿時(shí)，觸發(fā)外部中斷，開(kāi)啟單片機(jī)的定時(shí)器0

開(kāi)始計(jì)時(shí)，直到下一次下降沿到達(dá)時(shí)，即一個(gè)周期到達(dá)了，停止計(jì)時(shí)，這時(shí)定時(shí)器記下的就是一個(gè)周期的時(shí)間長(zhǎng)度。硬件模塊設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)最小系統(tǒng)系統(tǒng)核心的控制器采用的是AT89C51單片機(jī)，圖3所示為單片機(jī)最小系統(tǒng)，包括單片機(jī)和單片機(jī)正常工作需要的晶振電路和復(fù)位電路。Proteus中默認(rèn)單片機(jī)電源和地已接好，所以圖中省去了。圖3單片機(jī)最小系統(tǒng)圖3單片機(jī)最小系統(tǒng)3.2按鍵電路按鍵電路用于確定是測(cè)量電容還是電阻，如圖4所示，采用了一個(gè)單刀雙擲按鍵。當(dāng)按鍵打到上方接通單片機(jī)P3.6引腳時(shí)，用于測(cè)量電容；打到下方P3.7引腳時(shí)，用于測(cè)量電阻。圖4按鍵電路電容測(cè)蠱圖4按鍵電路電容測(cè)蠱SW1riuP3.5/TJP3.&WR-P37/rF555多諧振蕩器如圖5所示，利用555和待測(cè)電容或者電阻組成多諧振蕩器，555產(chǎn)生的周期性方波從Q引腳輸出，然后接至單片機(jī)的外部中斷INTO引腳，即P3.2引腳。測(cè)量時(shí)，兩電路只有一個(gè)接至單片機(jī)，分別用于測(cè)量電容和電阻。液晶顯示電路I『：mI『：m測(cè)量的結(jié)果要顯示出來(lái)，本系統(tǒng)采用LCD1602作為顯示器，圖6為L(zhǎng)CD1602和單片機(jī)的連接電路，P0口接了上拉電阻，作為數(shù)據(jù)口；P2口的前3位作為讀寫(xiě)和使能的控制引腳。

軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件流程圖如7所示。接通電源，首先是初始化工作，包括定時(shí)器TO、外部中斷0和LCD1602的初始化。然后啟動(dòng)555芯片，通過(guò)單片機(jī)判斷是否有中斷請(qǐng)求，若無(wú)的話(huà)，繼續(xù)等待中斷請(qǐng)求；若有的話(huà)，啟動(dòng)定時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)直到有中斷請(qǐng)求時(shí)停止計(jì)時(shí)。得到計(jì)時(shí)值，即555輸出信號(hào)的一個(gè)周期后，判斷是測(cè)量電阻還是測(cè)量電容。判斷后將電阻或者電容值由LCD1602顯示出來(lái)。莒無(wú)中航ro」INTO托LCD初始化圖7莒無(wú)中航ro」INTO托LCD初始化圖7程序流程圖計(jì)羔電容的丈小啟動(dòng)計(jì)鎖器計(jì)霧電旦的劉、啟動(dòng)砧5芯片停止計(jì)數(shù)器顯示電爼丸沙仿真結(jié)果Jf圖呂C=150.1uFLCDiEEm?iJf圖呂C=150.1uFLCDiEEm?i電爼陰匿將上述各電路模塊整合到一起，組成一個(gè)測(cè)量系統(tǒng)。采用Keil編寫(xiě)好程序無(wú)誤后，在Proteus中進(jìn)行電路仿真。分別測(cè)量一個(gè)50kQ電阻和一個(gè)150pF電容的仿真結(jié)果如圖8所示。從中可以看出，測(cè)量有一定的誤差，這主要是因?yàn)椴捎们懊婀接?jì)算時(shí)取了近似值仿真通過(guò)后，按照仿真電路，購(gòu)買(mǎi)需要的元器件，制作出實(shí)物電路。結(jié)束語(yǔ)本文介紹了一種基于555定時(shí)器和單片機(jī)的電阻和電容測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和仿真中