基于RC測量系統(tǒng)的設計方案

［導讀］本文介紹了一種基于555定時器和單片機的數(shù)顯式電阻和電容測量系統(tǒng)設計方案。該系統(tǒng)利用555和待測電阻或電容組成多諧振蕩器，通過單片機測量555輸出信號的周期，根據(jù)周期與待測電阻或電容的數(shù)學關系計算出電阻或電容值，再將之在LCD1602上顯示出來。最后仿真結果表明該測量系統(tǒng)具有結構簡單，方便實用等優(yōu)點，能夠測量一定范圍內的電阻和電容值。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試、測量與維修，需要對電阻電容的數(shù)值進行測試。本文介紹了一種基于AT89C51單片機和555定時器的數(shù)顯式電阻和電容測量系統(tǒng)設計方案，然后制作出電路實物，實現(xiàn)系統(tǒng)的功能。系統(tǒng)利用555定時器和待測電阻（或電容）組成多諧振蕩器，通過單片機定時器測量555輸出信號的周期，根據(jù)周期和待測電阻（或電容）的數(shù)學關系再計算出電阻（或電容）值，再通過1602液晶顯示器將其顯示出來。經仿真結果表明該測量系統(tǒng)具有結構簡單，方便實用等優(yōu)點。設計方案與原理設計總方案整個測量系統(tǒng)由單片機最小系統(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電路模塊組成。如圖1所示。多諧振蕩器原理如圖2所示，測量電容時，利用555和待測電容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。該信號不是一個占空比為50%的方波，根據(jù)參考文獻2，一個周期T中高電平時間持續(xù)時間為：tPH=O.7*（R1+R2）*CX[:：低電平持續(xù)時間r為：tPL=O.7*R2+CXE2：一個周期吋闔為：T二0.7:KRl+2+R2）*CXrL：則：CX=T/（0.7*（R1WR2））測量電阻時，另用一個555組成一個多諧振蕩器電路，將待測電阻RX接在R1的位置（或者將RX和一個已知電阻串聯(lián)），CX替換成一個已知的電容C.這樣一個周期時間為：T=O.7+（RXH^R2^*e則：RX=T/（0?7K）-2=i=R2o單片機計時原理555輸出的周期性方波信號送給單片機進行計時，測量出信號的一個周期時間T,再利用上面的數(shù)學關系進行計算處理，得到待測的電容或者電阻值。單片機計時的原理是：利用單片機的外部中斷0和定時器0.555的輸出信號接到單片機的外部中斷0引腳P3.2,將其設置成下降沿觸發(fā)。當555的輸出信號為下降沿時，觸發(fā)外部中斷，開啟單片機的定時器0

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

軟件設計系統(tǒng)軟件流程圖如7所示。接通電源，首先是初始化工作，包括定時器TO、外部中斷0和LCD1602的初始化。然后啟動555芯片，通過單片機判斷是否有中斷請求，若無的話，繼續(xù)等待中斷請求；若有的話，啟動定時器開始計時直到有中斷請求時停止計時。得到計時值，即555輸出信號的一個周期后，判斷是測量電阻還是測量電容。判斷后將電阻或者電容值由LCD1602顯示出來。莒無中航ro」INTO托LCD初始化圖7莒無中航ro」INTO托LCD初始化圖7程序流程圖計羔電容的丈小啟動計鎖器計霧電旦的劉、啟動砧5芯片停止計數(shù)器顯示電爼丸沙仿真結果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，組成一個測量系統(tǒng)。采用Keil編寫好程序無誤后，在Proteus中進行電路仿真。分別測量一個50kQ電阻和一個150pF電容的仿真結果如圖8所示。從中可以看出，測量有一定的誤差，這主要是因為采用前面公式計算時取了近似值仿真通過后，按照仿真電路，購買需要的元器件，制作出實物電路。結束語本文介紹了一種基于555定時器和單片機的電阻和電容測量系統(tǒng)設計方案。在系統(tǒng)的設計和仿真中