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)

　　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)zui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。　　
　　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<2kΩS1閉合，R1=330Ω，Cx=0．2μF；
　　
　　(2)2kΩ≤Rx<5MΩS2閉合，R1=20Ω，Cx=10nF。
　　
　　測(cè)量電容分為三個(gè)量程：
　　
　　(1)10pF≤Cx<10nFS3閉合，R1=100kΩ，Rx=200kΩ；
　　
　　(2)10nF≤Cx<10μFS4閉合，R1=6．7kΩ，Rx=4．7kΩ；
　　
　　(3)1μF≤Cx<10μFS5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zui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zui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。　　
　　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zui近十次的測(cè)量結(jié)果并顯示出來。
　　　　
　　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。各檔測(cè)量誤差均在±5％之內(nèi)。