《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于脈沖計數(shù)法的多量程電阻電容測試儀的設(shè)計[圖]
摘要: 文章介紹了一種電阻電容測試儀的設(shè)計方法,該系統(tǒng)以STC89C52單片機為核心,由鍵盤、液晶顯示器、555等器件組成。單片機測量電阻和電容所對應(yīng)振蕩電路所產(chǎn)生的頻率值來實現(xiàn)對電阻值和電容值的測量。系統(tǒng)測試結(jié)果在液晶上顯示,用戶可以通過鍵盤選擇不同的量程,當所測電阻值或電容值超出量程時,系統(tǒng)會自動報警。另外,系統(tǒng)具有記憶功能,方便用戶記錄和查詢測試數(shù)據(jù)。
Abstract:
Key words :
0 引言

常用的測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)計電阻電容測試儀,可以避免編程的麻煩,但是電路復雜、靈活性差、測量精度低;采用PLC法設(shè)計的電阻電容測試儀速度快、體積小、可靠性和精度好,但是價格昂貴。采用“脈沖計數(shù)法”設(shè)計電阻、電容測試儀,把電子元件的參數(shù)轉(zhuǎn)換成頻率信號,用單片機計數(shù)后再求出電阻或電容值,而頻率是單片機很容易處理的數(shù)字量。本文采用“脈沖計數(shù)法”設(shè)計電阻電容測試儀,此測試儀不僅能克服傳統(tǒng)測試儀的種種弊端,而且增設(shè)了記憶功能和警示信號功能,使測試儀更加智能化。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

本文設(shè)計的電阻電容測試儀的系統(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、液晶屏、電阻測試模塊、電容測試模塊、報警器以及其它附加功能模塊等組成。當用戶需要測量某一電阻或電容的值時,只需要把此電阻或電容放在相應(yīng)的測試位置,選擇好量程,測試儀即可自動測出其電阻值或電容值,并把測試結(jié)果顯示在液晶屏上,方便用戶讀取。另外,此測試儀還具有超出量程警示功能和記憶功能,可存儲最近十次的測量結(jié)果。

基于脈沖計數(shù)法的多量程電阻電容測試儀的設(shè)計

2 各功能模塊介紹

2.1 電阻和電容測試電路

測試電路采用“脈沖計數(shù)法”,電路如圖2所示。

基于脈沖計數(shù)法的多量程電阻電容測試儀的設(shè)計

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,當振蕩電路中的測試電阻和電容不同時,振蕩頻率也會不同,多諧振蕩器振蕩周期為:

基于脈沖計數(shù)法的多量程電阻電容測試儀的設(shè)計

單片機測得振蕩輸出的頻率,計算后即可得到電阻和電容的值。不同量程對應(yīng)不同的電路參數(shù),利用開關(guān)可方便地選擇對應(yīng)不同量程的對應(yīng)電路。

測量電阻分為兩個量程:

(1)1Ω≤Rx<2kΩ S1閉合,R1=330Ω,Cx=0.2μF;
     (2)2kΩ≤Rx<5MΩ S2閉合,R1=20Ω,Cx=10nF。

測量電容分為三個量程:

(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

單片機采用的是STC89C52,其具有功耗低、抗干擾性強、結(jié)構(gòu)簡單、易于開發(fā)等優(yōu)點,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。

2.3 存儲器

AT24C02是Ateml公司的2kB的存儲器,采用8腳的DIP封裝,使用方便。用串行總線和單片機通訊,當電壓最低達到2.5V時,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的點陣式LCD模塊,可以把各種信息及時顯示在液晶屏上,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)容主要有所測電阻值、電容值及其量綱。通過對單片機的控制還可以顯示出最近十次的測量結(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

本軟件采用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法和思路,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。

基于脈沖計數(shù)法的多量程電阻電容測試儀的設(shè)計

主要的子程序包括頻率測量子程序、鍵盤掃描子程序和數(shù)據(jù)存取子程序。頻率測量程序是系統(tǒng)軟件的核心,原理是用一個標準的頻率時鐘去計算被測的頻率,頻率測量程序流程圖如圖4所示。

基于脈沖計數(shù)法的多量程電阻電容測試儀的設(shè)計

鍵盤掃描子程序其流程是打開數(shù)字小鍵盤掃描程序,使單片機每隔1/128s掃描一次按鍵,然后將該信息經(jīng)過單片機的消抖程序進行處理,若檢測到有按鍵按下,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)換為十六進制數(shù),便于程序的條件判斷測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量元件類型、大小參數(shù)寫入AT24C02,并能夠讀取近十次的測試記錄。若所測元件的次數(shù)大于10次,按功能鍵則顯示近10次的測量結(jié)果。

4 測試結(jié)果及結(jié)論

通過對系統(tǒng)的調(diào)試,各電阻測量值如下:

基于脈沖計數(shù)法的多量程電阻電容測試儀的設(shè)計

通過對測量數(shù)據(jù)的分析,本系統(tǒng)可以對1Ω~5MΩ范圍內(nèi)的電阻精確地測量出阻值,并且超出量程時自動發(fā)出報警聲。各檔測量誤差均≤±5%。顯示部分的LCD可以明確表示出電阻的測量值和量綱,有效數(shù)字顯示4位,并且可通過鍵盤調(diào)出最近十次的測量結(jié)果并顯示出來。

電容的測試結(jié)果如表2所示。

基于脈沖計數(shù)法的多量程電阻電容測試儀的設(shè)計

對測試結(jié)果進行分析,本系統(tǒng)對10pF~10μF電容測量較為精確。各檔測量誤差均在±5%之內(nèi)。

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