- 基于脈沖計(jì)數(shù)法的多量程電阻電容測(cè)試儀的設(shè)計(jì)
- 通過鍵盤選擇不同的量程
- 測(cè)試電路采用“脈沖計(jì)數(shù)法”
文章介紹了一種電阻電容測(cè)試儀的設(shè)計(jì)方法,該系統(tǒng)以STC89C52單片機(jī)為核心,由鍵盤、液晶顯示器、555等器件組成。單片機(jī)測(cè)量電阻和電容所對(duì)應(yīng)振蕩電路所產(chǎn)生的頻率值來實(shí)現(xiàn)對(duì)電阻值和電容值的測(cè)量。系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果在液晶上顯示,用戶可以通過鍵盤選擇不同的量程,當(dāng)所測(cè)電阻值或電容值超出量程時(shí),系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警。另外,系統(tǒng)具有記憶功能,方便用戶記錄和查詢測(cè)試數(shù)據(jù)。
引言
常用的測(cè)量電阻和電容的方法主要有純模擬電路法、PLC法。采用純模擬電路法設(shè)計(jì)電阻電容測(cè)試儀,可以避免編程的麻煩,但是電路復(fù)雜、靈活性差、測(cè)量精度低;采用PLC法設(shè)計(jì)的電阻電容測(cè)試儀速度快、體積小、可靠性和精度好,但是價(jià)格昂貴。采用“脈沖計(jì)數(shù)法”設(shè)計(jì)電阻、電容測(cè)試儀,把電子元件的參數(shù)轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào),用單片機(jī)計(jì)數(shù)后再求出電阻或電容值,而頻率是單片機(jī)很容易處理的數(shù)字量。本文采用“脈沖計(jì)數(shù)法”設(shè)計(jì)電阻電容測(cè)試儀,此測(cè)試儀不僅能克服傳統(tǒng)測(cè)試儀的種種弊端,而且增設(shè)了記憶功能和警示信號(hào)功能,使測(cè)試儀更加智能化。
1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
本文設(shè)計(jì)的電阻電容測(cè)試儀的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架如圖1所示,系統(tǒng)主要由用戶控制端、單片機(jī)、液晶屏、電阻測(cè)試模塊、電容測(cè)試模塊、報(bào)警器以及其它附加功能模塊等組成。當(dāng)用戶需要測(cè)量某一電阻或電容的值時(shí),只需要把此電阻或電容放在相應(yīng)的測(cè)試位置,選擇好量程,測(cè)試儀即可自動(dòng)測(cè)出其電阻值或電容值,并把測(cè)試結(jié)果顯示在液晶屏上,方便用戶讀取。另外,此測(cè)試儀還具有超出量程警示功能和記憶功能,可存儲(chǔ)最近十次的測(cè)量結(jié)果。
2 各功能模塊介紹
2.1 電阻和電容測(cè)試電路
測(cè)試電路采用“脈沖計(jì)數(shù)法”,電路如圖2所示。
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這里選擇NE555N作為多諧振蕩電路的核心元件構(gòu)成振蕩電路,當(dāng)振蕩電路中的測(cè)試電阻和電容不同時(shí),振蕩頻率也會(huì)不同,多諧振蕩器振蕩周期為:
單片機(jī)測(cè)得振蕩輸出的頻率,計(jì)算后即可得到電阻和電容的值。不同量程對(duì)應(yīng)不同的電路參數(shù),利用開關(guān)可方便地選擇對(duì)應(yīng)不同量程的對(duì)應(yīng)電路。
測(cè)量電阻分為兩個(gè)量程:
(1)1Ω≤Rx<2kΩ S1閉合,R1=330Ω,Cx=0.2μF;
(2)2kΩ≤Rx<5MΩ S2閉合,R1=20Ω,Cx=10nF。
測(cè)量電容分為三個(gè)量程:
(1)10pF≤Cx<10nF S3閉合,R1=100kΩ, Rx=200kΩ;
(2)10nF≤Cx<10μF S4閉合,R1=6.7kΩ,Rx=4.7kΩ;
(3)1μF≤Cx<10μF S5閉合,R1=4.7kΩ,Rx=4.7kΩ;
2.2 單片機(jī)
單片機(jī)采用的是STC89C52,其具有功耗低、抗干擾性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于開發(fā)等優(yōu)點(diǎn),且支持在線系統(tǒng)編程,無需編程器,方便系統(tǒng)的開發(fā)和維護(hù)。
2.3 存儲(chǔ)器
AT24C02是Ateml公司的2kB的存儲(chǔ)器,采用8腳的DIP封裝,使用方便。用串行總線和單片機(jī)通訊,當(dāng)電壓最低達(dá)到2.5V時(shí),芯片內(nèi)的信息可以在斷電的情況下保存40年。
2.4 液晶顯示
采用128×64的點(diǎn)陣式LCD模塊,可以把各種信息及時(shí)顯示在液晶屏上,方便用戶讀取,使系統(tǒng)和用戶有良好的人機(jī)交互界面,給用戶帶來極大地方便。顯示的內(nèi)容主要有所測(cè)電阻值、電容值及其量綱。通過對(duì)單片機(jī)的控制還可以顯示出最近十次的測(cè)量結(jié)果。
2.5 用戶輸入
系統(tǒng)采用的是4×4的矩陣式鍵盤,方便用戶對(duì)系統(tǒng)的控制,使系統(tǒng)功能更加完善,更加多樣化,滿足用戶不同的需求。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
本軟件采用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法和思路,各功能程序?qū)崿F(xiàn)模塊化,增加程序的可讀性。系統(tǒng)軟件的總流程如圖3所示。
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主要的子程序包括頻率測(cè)量子程序、鍵盤掃描子程序和數(shù)據(jù)存取子程序。頻率測(cè)量程序是系統(tǒng)軟件的核心,原理是用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的頻率時(shí)鐘去計(jì)算被測(cè)的頻率,頻率測(cè)量程序流程圖如圖4所示。
鍵盤掃描子程序其流程是打開數(shù)字小鍵盤掃描程序,使單片機(jī)每隔1/128s掃描一次按鍵,然后將該信息經(jīng)過單片機(jī)的消抖程序進(jìn)行處理,若檢測(cè)到有按鍵按下,則返回相應(yīng)的鍵值。通過內(nèi)部編寫的程序?qū)⒎祷氐逆I值轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù),便于程序的條件判斷測(cè)量電阻和電容所選用的量程。
數(shù)據(jù)存取流程是將每次測(cè)量元件類型、大小參數(shù)寫入AT24C02,并能夠讀取近十次的測(cè)試記錄。若所測(cè)元件的次數(shù)大于10次,按功能鍵則顯示近10次的測(cè)量結(jié)果。
4 測(cè)試結(jié)果及結(jié)論
通過對(duì)系統(tǒng)的調(diào)試,各電阻測(cè)量值如下:
通過對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的分析,本系統(tǒng)可以對(duì)1Ω~5MΩ范圍內(nèi)的電阻精確地測(cè)量出阻值,并且超出量程時(shí)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警聲。各檔測(cè)量誤差均≤±5%。顯示部分的LCD可以明確表示出電阻的測(cè)量值和量綱,有效數(shù)字顯示4位,并且可通過鍵盤調(diào)出最近十次的測(cè)量結(jié)果并顯示出來。
電容的測(cè)試結(jié)果如表2所示。
對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析,本系統(tǒng)對(duì)10pF~10μF電容測(cè)量較為精確。各檔測(cè)量誤差均在±5%之內(nèi)。