- 基于脈沖計數法的多量程電阻電容測試儀的設計
- 通過鍵盤選擇不同的量程
- 測試電路采用“脈沖計數法”
文章介紹了一種電阻電容測試儀的設計方法，該系統以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振蕩電路所產生的頻率值來實現對電阻值和電容值的測量。系統測試結果在液晶上顯示，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，系統會自動報警。另外，系統具有記憶功能，方便用戶記錄和查詢測試數據。
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“脈沖計數法”設計電阻、電容測試儀，把電子元件的參數轉換成頻率信號，用單片機計數后再求出電阻或電容值，而頻率是單片機很容易處理的數字量。本文采用“脈沖計數法”設計電阻電容測試儀，此測試儀不僅能克服傳統測試儀的種種弊端，而且增設了記憶功能和警示信號功能，使測試儀更加智能化。
1 系統總體設計
本文設計的電阻電容測試儀的系統結構框架如圖1所示，系統主要由用戶控制端、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果。
2．1 電阻和電容測試電路
測試電路采用“脈沖計數法”，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：
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。不同量程對應不同的電路參數，利用開關可方便地選擇對應不同量程的對應電路。
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、結構簡單、易于開發等優點，且支持在線系統編程，無需編程器，方便系統的開發和維護。
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果。
2．5 用戶輸入
系統采用的是4×4的矩陣式鍵盤，方便用戶對系統的控制，使系統功能更加完善，更加多樣化，滿足用戶不同的需求。
3 系統軟件設計
本軟件采用結構化程序設計方法和思路，各功能程序實現模塊化，增加程序的可讀性。系統軟件的總流程如圖3所示。
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主要的子程序包括頻率測量子程序、鍵盤掃描子程序和數據存取子程序。頻率測量程序是系統軟件的核心，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。
鍵盤掃描子程序其流程是打開數字小鍵盤掃描程序，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，則返回相應的鍵值。通過內部編寫的程序將返回的鍵值轉換為十六進制數，便于程序的條件判斷測量電阻和電容所選用的量程。
數據存取流程是將每次測量元件類型、大小參數寫入AT24C02，并能夠讀取近十次的測試記錄。若所測元件的次數大于10次，按功能鍵則顯示近10次的測量結果。
4 測試結果及結論
通過對系統的調試，各電阻測量值如下：
電容的測試結果如表2所示。
對測試結果進行分析，本系統對10pF～10μF電容測量較為精確。各檔測量誤差均在±5％之內。
