电阻电容测量.docx
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电阻电容测量
1系统方案整体设计
1.1设计方案论证
1.2系统整体框图
2系统硬件设计
2.1多谐振荡器模块
2.3LCD显示模块
2.2单片机模块
2.4ADC0832转换模块
3系统软件设计
3.1主程序设计
3.2电容值计算程序设置
3.3电阻值计算程序设计
3.4显示程序
3.5程序整体设计图
4程序清单
5仿真结果
1系统方案整体设计
1电阻、电容设计方案比较
电阻、电容、电感测试仪的设计可用多种方案完成，例如利用模拟电路，电阻可用比例运算器法和积分运算器法，电容可用恒流法和比较法，电感可用时间常数发和同步分离法等、使用可编程逻辑控制器（PLC）、振荡电路与单片机结合或CPLD与EDA相结合等等来实现。
在设计前对各种方案进行了比较：
1）利用纯模拟电路
虽然避免了编程的麻烦，但电路复杂，所用器件较多，灵活性差，测量精度低，现在已较少使用。
2）可编程逻辑控制器（PLC）
应用广泛，它能够非常方便地集成到工业控制系统中。
其速度快，体积小，可靠性和精度都较好，在设计中可采用PLC对硬件进行控制，但是用PLC实现价格相对昂贵，因而成本过高。
3）采用CPLD或FPGA实现
应用目前广泛应用的VHDL硬件电路描述语言，实现电阻，电容，电感测试仪的设计，利用MAXPLUS
集成开发环境进行综合、仿真，并下载到CPLD或FPGA可编程逻辑器件中，完成系统的控制作用。
但相对而言规模大，结构复杂。
4）利用振荡电路与单片机结合
利用555多谐振荡电路将电阻，电容参数转化为频率，而电感则是根据电容三点式电路也转化为频率，这样就能够把模拟量近似的转换为数字量，而频率f是单片机很容易处理的数字量，一方面测量精度高，另一方面便于使仪表实现自动化，而且单片机构成的应用系统有较大的可靠性。
系统扩展、系统配置灵活。
容易构成各种规模的应用系统，且应用系统有较高的软、硬件利用系数。
单片机具有可编程性，硬件的功能描述可完全在软件上实现，而且设计时间短，成本低，可靠性高。
综上所述，利用振荡电路与单片机结合实现电阻、电容、电感测试仪更为简便可行，节约成本。
所以，本次设计选定以单片机为核心来进行。
1.1设计方案论证
对电阻的测量，可将待测电阻与一标准电阻串联后接在+5V的电源上，根据串联分压原理，利用ADC测定电阻两端电压后，即可得到其阻值。
对电容的测量，可将其与已知阻值的电阻RA和RB组成基于NE555的多谐振荡器如下图：
其产生的方波信号频率为：
f
故通过测定方波信号的频率可以比较精确的测定C的值，测
定方波信号频率的方法有测频法和测周法。
（1）测频法：
利用外部电平变化的外部中断，测算1s内
的波数，从而实现对波数的测定；
（2）测周期法：
通过测算某两次电平变化引发的中断之间的
时间，实现对频率的测定。
简而言之，测频法是直接根据定义测量频率，测周法是通
过测定周期间接测定频率，本方案采用测周法来测量。
1.2系统整体框图
→←←
→
←←←
图1系统整体框图
2系统硬件设计
2.1多谐振荡器模块
该模块由NE555构成多谐振荡器，其中R10取100欧姆，R8取197欧姆，C5为被测电容。
如下图所示：
图2多谐振荡器模块
NE555（TimerIC）为8脚时基集成电路，大约在1971年发布，在当时是唯一非常快速且商业化的TimerIC，在往后的30年中非常普遍被使用，且延伸出许多的应用电路，后来基于CMOS技术版本的TimerIC如MOTOROLA的MC1455已被大量的使用，但原规格的NE555依然正常的在市场上供应，尽管新版IC在功能上有部份的改善，但其脚位劲能并没变化，所以到目前都可直接的代用。
NE555是属于555系列的计时IC的其中的一种型号，555系列IC的接脚功能及运用都是相容的，只是型号不同的因其价格不同其稳定度、省电、可产生的振荡频率也不大相同；而555是一个用途很广且相当普遍的计时IC，只需少数的电阻和电容，便可产生数位电路所需的各种不同频率的脉波信号。
2.2单片机模块
单片机电路是本设计的核心部分，本设计选用了常用的AT89S52单片机。
AT89S52是低功耗、高性能、经济的8位CMOS微处理器，工作频率为0—24MHz，内置4K字节可编程只读闪存，128x8位的内部RAM，16位可编程I／O总线。
AT89S52工作的最简单的电路是其外围接一个晶振和一个复位电路，给单片机接上电源和地，单片机就可以工作了。
图3单片机模块
2.3LCD显示模块
显示模块由LCD1602组成，本设计使用的是2行16个字的1602液晶模块作为测量值显示部分。
其中字符型液晶模块是一种用5x7点阵图形来显示字符的液晶显示器，根据示的容量可以分为1行16个字、2行16个字、2行20个字等等。
图4LCD显示模块
2.4ADC0832转换模块
ADC0832是一个8位CMOS型逐次比较式A/D转换器，具有三态锁存输出功能，最短转换时间为100us，
图5ADC0832转换模块
3系统软件设计
3.1主程序设计：
配置单片机定时器0为计数模式，TH0，TL0初值均为0x00；外部中断0与多谐振荡器的脉冲输出端相连，NE555的参考电压引脚（4）与单片机IO口相连，系统上电后单片机给NE555参考电压引脚拉高，NE555开始震荡，同时外部中断接收多谐振荡器输出，当中断触发两次即表示计时一个周期，同时将多谐振荡器参考电压拉低，多谐振荡器停止震荡。
取出定时器0中的值即得到一个周期的时间，再计算电容，完成显示。
3.2电容值计算程序设置：
多谐振荡器震荡频率与电阻电容的关系为f=1.43/{C*（R1+2R2）},其中f的单位是赫兹，电阻单位是欧姆，电容单位是法拉。
单片机晶振为12M所以单片机机器周期为1us，计数器里面的值以us为单位。
为了统一单位我将所以单位以ms为标准，作用计数器值应乘以1000。
得到的电容值就是以uf为单位，而不再是法拉。
3.3电阻值计算程序设计：
将被测电阻与一标准电阻串联接在+5V上，根据串联分压原理，利用ADC0804测量被测电阻两端电压，经AD转换将模拟量转换成数字量，通过LCD1602显示出来。
转换公式为：
V
=
3.4显示程序：
计算得到的电容值，是一个浮点数对于整数部分采用求余数和求商的方法得到百位，十位和个位。
对于小数部分，因为浮点数不允许进行求余数操作，所以我将这个数强制转化为int形，再乘以10，再求余数得到十分位，同理乘以100得到百分位。
再将每一位数送入液晶显示。
3.5程序整体设计图
↓
NONO
YSYS
YS
YS
4程序清单
#include
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
#defineLCD_DataP0
unsignedcharReadADC（void）;
voiddelay1（unsignedcharx）;
ucharJi_s=0,Ji_s1=0,Ji_s2=0,m4,js=0,T_flag;
floatR1=100,R2=197;//欧姆
ucharcodetable[]="THECAPIS:
";
ucharcodetable0[]="THERIS:
";
ucharcodetable1[]="uF";
sbitADC_CLK=P1^1;
sbitADC_DO=P1^3;
sbitADC_DI=P1^2;
sbitADC_CS=P1^0;
sbitlcden=P2^2;
sbitlcdrs=P2^0;
sbitlcdrw=P2^1;
sbit_reset=P1^4;
sbitstart=P2^7;
sbitp3_1=P3^1;
sbitp3_0=P3^0;
ucharget_ad（）;
ucharjishu=0;
uchartemp;
voiddelay（void）
{
uinty;
for（y=5552;y>0;y--）;
}
voidwrite_com（ucharcom）
{
lcdrs=0;
lcdrw=0;
P0=com;
delay（）;
lcden=1;
delay（）;
lcden=0;
}
voidwrite_data（uchardate）
{
lcdrs=1;
lcdrw=0;
P0=date;
delay（）;
lcden=1;
delay（）;
lcden=0;
}
voidinit（）
{
ucharnum,num1;
lcden=0;
write_com（0x38）;//显示模式设置
write_com（0x0e）;//D=1开显示C=1显示光标
write_com（0x06）;//N=1读或写一个字符后地址指针加一且光标加一
write_com（0x01）;//清屏
write_com（0x80）;//设置数据地址指针
for（num=0;num<11;num++）
{
write_data（table[num]）;
delay（）;
}
write_com（0xc8）;
for（num1=0;num1<2;num1++）
{
write_data（table1[num1]）;
delay（）;
}
}
voidinitt（）
{
ucharnum2;
lcden=0;
write_com（0x38）;//显示模式设置
write_com（0x0e）;//D=1开显示C=1显示光标
write_com（0x06）;//N=1读或写一个字符后地址指针加一且光标加一
write_com（0x01）;//清屏
write_com（0x80）;//设置数据地址指针
for（num2=0;num2<9;num2++）
{
write_data（table0[num2]）;
delay（）;
}
}
floatJi_sT（）
{
ucharnT;
floatT,CAP;
nT=Ji_s;//计数个数减1得到周期数nT
T=nT;//单位换算单片机机器周期1US
CAP=1.43*1000*T/（R1+2*R2）;//多谐振荡器震荡周期
returnCAP;
}
voidcount（）
{
floatC;
floatC1,C2,C3;
ucharshi,ge,sf,bf;
C=Ji_sT（）;
C3=C/10;
shi=（int）C3%10;
write_com（0xc1）;
write_data（0x30+shi）;
ge=（int）C%10;
write_com（0xc2）;
write_data（0x30+ge）;
write_com（0xc3）;
write_data（0x2e）;
C1=C*10;
sf=（int）C1%10;
write_com（0xc4）;
write_data（0x30+sf）;
C2=C*100;
bf=（int）C2%10;
write_com（0xc5）;
write_data（0x30+bf）;
}
voidcount1（）
{
floatdata1;
floatr;
uchara1,a2;
data1=ReadADC（）;;
r=data1/256*5*1.7*10;
a1=（int）r/10;
a2=（int）r%10;
write_com（0xc1）;
write_data（0x30+a1）;
write_com（0xc2）;
write_data（'.'）;
write_com（0xc3）;
write_data（0x30+a2）;
write_com（0xc4）;
write_data（'K'）;
write_com（0xc5）;
write_data（0xf4）;
}
unsignedcharReadADC（void）
{
unsignedchari,ch;
ADC_CS=0;//片选，DO为高阻态
ADC_CLK=0;
delay1
（2）;
ADC_DI=1;
ADC_CLK=1;//第一个脉冲，起始位
delay1
（2）;
ADC_CLK=0;
delay1
（2）;
ADC_DI=1;
ADC_CLK=1;//第二个脉冲，DI=1表示双通道单极性输入
delay1
（2）;
ADC_CLK=0;
delay1
（2）;
ADC_DI=0;
ADC_CLK=1;//第三个脉冲，DI=1表示选择通道1（CH2）,DI=0表示选择通道0（CH1）,
delay1
（2）;
ADC_CLK=1;
delay1
（2）;
ADC_CLK=0;//第一个下降沿为去数做准备
delay1
（2）;//这里加一个脉冲才能读出正确的数据，不加的话读出的数据少一位，且是错的
for（i=0;i<8;i++）//读出数据
{
ADC_CLK=1;
delay1
（2）;
ADC_CLK=0;
delay1
（2）;
ch=（ch<<1）|ADC_DO;//在每个脉冲的下降沿DO输出一位数据，最终ch为8为数据
}
ADC_CS=1;//取消片选，一个转换周期结束
return（ch）;//把转换结果返回
}
voidmain（）
{if（p3_1==0）
{
init（）;
TMOD=0x01;//定时器0工作在计时模式
TH0=0x00;
TL0=0x00;
ET0=1;
TR0=0;
EX0=1;
EA=1;
while
（1）
count（）;
}
if（p3_0==0）
{ReadADC（）;
initt（）;
count1（）;
}
}
voidint0（void）interrupt0//第一次中断开始计数，第二个中断停止计数
{
T_flag=!
T_flag;
if（T_flag==1）
{
_reset=1;
TR0=1;//开始计时
}
if（T_flag==0）
{TR0=0;//停止计时
EX0=0;//关闭中断
_reset=0;//停止发出方波
Ji_s=TH0*256+TL0;//计算计数器的值
TH0=0x00;//恢复初值
TL0=0x00;
}
}
////////////////////////////////////////////////////////////////////////
voiddelay1（unsignedcharx）
{
unsignedchari;
for（i=0;i}
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