數(shù)顯式電阻及電容測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
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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。
1.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A(yíng)T89C51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)。
2.設(shè)計(jì)方案與原理2.1 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。
2.2 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:
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:
2.3 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。
3.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。
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。
3.3 555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INT0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。
3.4 液晶顯示電路
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。
4.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T0、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)。
5.仿真結(jié)果
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)50kΩ電阻和一個(gè)150μF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。
6.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,是以Keil和Proteus兩種軟件為平臺(tái)。在Keil中使用C語(yǔ)言編寫(xiě)了程序,再利用Proteus仿真了系統(tǒng)電路的功能。該測(cè)量電路簡(jiǎn)單可靠,較易實(shí)現(xiàn),能夠測(cè)量一定范圍內(nèi)的電阻和電容值從而證實(shí)了本設(shè)計(jì)方案的實(shí)用性。