基于RC測量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

　　1.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(diào)試、測量與維修，需要對電阻電容的數(shù)值進(jìn)行測試。

　　本文介紹了一種基于AT89C51單片機(jī)和555定時(shí)器的數(shù)顯式電阻和電容測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，然后制作出電路實(shí)物，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能。系統(tǒng)利用555定時(shí)器和待測電阻（或電容）組成多諧振蕩器，通過單片機(jī)定時(shí)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(xué)關(guān)系再計(jì)算出電阻（或電容）值，再通過1602液晶顯示器將其顯示出來。經(jīng)仿真結(jié)果表明該測量系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單，方便實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)。

　　2.設(shè)計(jì)方案與原理

　　2.1 設(shè)計(jì)總方案

　　整個(gè)測量系統(tǒng)由單片機(jī)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(gè)電路模塊組成。如圖1所示。

　　2.2 多諧振蕩器原理

　　如圖2所示，測量電容時(shí)，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(gè)占空比為50%的方波，根據(jù)參考文獻(xiàn)2,一個(gè)周期T中高電平時(shí)間持續(xù)時(shí)間為：

　　測量電阻時(shí)，另用一個(gè)555組成一個(gè)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(gè)已知電阻串聯(lián)），CX替換成一個(gè)已知的電容C.這樣一個(gè)周期時(shí)間為：

　　2.3 單片機(jī)計(jì)時(shí)原理

　　555輸出的周期性方波信號送給單片機(jī)進(jìn)行計(jì)時(shí)，測量出信號的一個(gè)周期時(shí)間T,再利用上面的數(shù)學(xué)關(guān)系進(jìn)行計(jì)算處理，得到待測的電容或者電阻值。單片機(jī)計(jì)時(shí)的原理是：利用單片機(jī)的外部中斷0和定時(shí)器0.555的輸出信號接到單片機(jī)的外部中斷0引腳P3.2,將其設(shè)置成下降沿觸發(fā)。當(dāng)555的輸出信號為下降沿時(shí)，觸發(fā)外部中斷，開啟單片機(jī)的定時(shí)器0開始計(jì)時(shí)，直到下一次下降沿到達(dá)時(shí)，即一個(gè)周期到達(dá)了，停止計(jì)時(shí)，這時(shí)定時(shí)器記下的就是一個(gè)周期的時(shí)間長度。

　　3.硬件模塊設(shè)計(jì)

　　3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)

　　系統(tǒng)核心的控制器采用的是AT89C51單片機(jī)，圖3所示為單片機(jī)最小系統(tǒng)，包括單片機(jī)和單片機(jī)正常工作需要的晶振電路和復(fù)位電路。Proteus中默認(rèn)單片機(jī)電源和地已接好，所以圖中省去了。

　　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(gè)單刀雙擲按鍵。當(dāng)按鍵打到上方接通單片機(jī)P3.6引腳時(shí)，用于測量電容；打到下方P3.7引腳時(shí)，用于測量電阻。