基于脈沖計數(shù)法的多量程電阻電容測試儀的設(shè)計

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(jī)為核心，由鍵盤、液晶顯示器、555等器件組成。單片機(jī)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(dāng)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)。
關(guān)鍵詞：STC89C52；振蕩電路；脈沖計數(shù)法

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(fù)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(jī)計數(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(jī)、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(dāng)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。

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。

    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：
   
    單片機(jī)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(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(hù)。
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(jī)通訊，當(dāng)電壓最低達(dá)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(jī)交互界面，給用戶帶來極大地方便。顯示的內(nèi)容主要有所測電阻值、電容值及其量綱。通過對單片機(jī)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。

    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(biāo)準(zhǔn)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。

    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：

    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。

    對測試結(jié)果進(jìn)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)。