基于脈沖計數法的多量程電阻電容測試儀的設計

　　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zui近十次的測量結果。　　
　　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<2kΩS1閉合，R1=330Ω，Cx=0．2μF；
　　
　　(2)2kΩ≤Rx<5MΩS2閉合，R1=20Ω，Cx=10nF。
　　
　　測量電容分為三個量程：
　　
　　(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
　　
　　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zui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zui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。　　
　　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：　　
　　通過對測量數據的分析，本系統可以對1Ω～5MΩ范圍內的電阻地測量出阻值，并且超出量程時自動發出報警聲。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，有效數字顯示4位，并且可通過鍵盤調出zui近十次的測量結果并顯示出來。
　　　　
　　對測試結果進行分析，本系統對10pF～10μF電容測量較為。各檔測量誤差均在±5％之內。