一款简易电阻电容测量仪的设计

滕飞 胡湘娟 阳泳

摘 要：随着电子行业的飞速发展，各种电子设备已经进入到了生活的各个方面。而在电子产品的设计开发时，常常需要测量电阻和电容。文章介绍了一款简易的电阻电感测量仪的设计，在实际应用中可以方便准确地测量出元件的电阻或电容值。本设计基本原理是通过被测电阻或电容与外部电路构成多谐振荡器而产生不同频率的方波，该方波的频率与电阻和电容的大小呈现一定函数关系，所以将该频率的方波传入单片机进行频率测量，并通过相应的计算而得出对应的电阻或电容值。本设计以STC89C52单片机和555多谐振荡电路为主要部件，工作稳定可靠。

关键词：单片机；多谐振荡器；电容测量；电阻测量

1 方案设计

本设计采用的是STC89C52芯片作为主控芯片，由于单片机只能检测二进制的高低电平并不能直接测量模拟量，因此，需要一个电路模块将电阻阻值或电容容值转换为高低电平的方式来供单片机检测。由电阻、电容、555芯片构成的多谐振荡电路可以在相应阻值或容值不同时产生不同频率的方波。本设计将多谐振荡电路产生的方波送入单片机来测量其频率并通过频率与相应的容值或阻值的对应关系来计算出电阻值或电容值。测量电阻和电容是两个独立的测量模块，所以加入档位选择功能，通过两个按键来选择测量方式，相应的两路信号通过一个多路复用器CD4052来选择对应的信号输送至单片机。显示电路通过一个LCD来实现，读取方便。

2 电路设计

2.1 电路工作原理

本电阻电容测量仪设计的电路原理图如图1所示。

2.2 555多谐振荡器

如图2所示，555多谐振荡器通过门限端与触发端相连，方波频率由外部电阻R1，R2和C1决定。C2用于增加电路稳定性。555芯片内部三个串联的电阻分压构成基准电压，加上外部的电路，通过不断给电容C1充电和放电而一直循环，所以输出一定频率的方波信号。方波的频率公式为f=1.44/（R1+2R2）C1。通过设置R1和R2可调整输出的方波占空比，公式为（R1+R2）/（R1+2R2）*100%。本设计是通过单片机来检测电平的变化而测频率的，所以占空比越接近50%越好。根据此原理即可逆向通过测出方波频率来计算出对应的电阻或电容的大小。

2.3 多路复用器的应用

多路复用器可以通过输入不同信号来选择对应通道的通断，可以通过单片机来简便的实现自动控制。本设计采用了三个多路复用器。两个多谐振荡器模块分别采用一个多路复用器来作档位选择。这两个多路选择器的作用都是通过选择不同的电容或电阻来使多谐振荡电路产生的方波频率在一定的范围内而不会超出单片机的检测范围造成测量结果错误，STC89C52单片机内部的定时/计数器可存储的最大值为65535，测量频率较为有限，此多路复用器的使用弥补了这一不足。最后一个多路复用器输入端为两个多谐振荡电路的信号输出端，测电阻或电容时，按下对应按键，单片机便控制多路复用器来选择相应的信号来输入。本设计通过三个多路复用器实现了档位选择和测量模式选择。

3 程序设计

本设计的程序部分主要为档位选择和频率测量。两个多谐振荡电路的档位选择都是通过单片机来自动控制的。编程的基本思路为默认为最小档位，判断其频率，当频率刚好在合适的范围内时就根据频率和相应的档位进行相应的运算并将结果输送至显示电路，当其频率大于某一值时便选择下一个档位来重新执行之前的命令，直到最后显示出测量结果。档位选择则是通过判断测量时按下的按键来控制多路复用器选择对应的信号作为输入。需要说明的是，多路复用器并非理想的开关，对数字电路具有一定的影响，这最终通过程序进行参数修正可修正由多路复用器本身的特性而造成的误差。频率测量则较为简单，通过单片机内部的定时/计数器来计数一定时间内输入的方波数并计算出频率，本设计是通过对一秒内的电平变化进行计数，计数值即为频率值，单片机将得到的频率值通过预设的公式进行计算，最终将结果通过LCD显示出来。

4 结束语

本设计可以方便地用来测量电阻和无极性电容，测量时直接将待测电阻或电容插入对应座子，按下测量按键即可，显示方式为数字式，读取方便准确。设计本身较为简单，成本低廉，测量可靠，一般万用表在测量时需要选择不同档位来使用，而本设计档位是根据被测电阻或电容的大小来自动切换，被测电阻或电容固定在接线端子上，也避免了普通万用表由表笔接触问题造成的测量误差，在电子设计或产品开发中有较大的使用价值。

参考文献

[1]谭思佳，阳泳，江世明，等.电容参数测量仪的设计[J].电子测试，2015（8）.

作者简介：滕飞（1994-），男，汉族，湖南常德人，学生，在读本科，所学专业电子信息工程。