【導讀】隨著電子工業(yè)的發(fā)展，電子元器件急劇增加，電子元器件的適用范圍也逐漸廣泛起來，在應用中我們常常要測定電容的大小。因此，一種簡單、實用的電容測試工具在實際中具有一定的實用價值。
一般元件參數(shù)的數(shù)字化測量是把被測參數(shù)轉(zhuǎn)換成頻率后再進行測量，本設計采用555為核心的振蕩電路，將被測電容值轉(zhuǎn)化為頻率，并利用AT89S51處理器測量出頻率，再通過該頻率值計算出電容參數(shù)值。
1.系統(tǒng)的原理框圖
系統(tǒng)主要采用了555定時器構(gòu)成的RC振蕩電路和單片機技術(shù)。設計思路：被測電容C通過RC振蕩轉(zhuǎn)換成頻率信號f，送入單片機測頻，對該頻率進行運算處理求出被測電容的值，并送顯示器顯示。系統(tǒng)框圖如圖1所示，其主要由測量電路和控制電路兩部分組成。當接入被測電容后，由555定時器構(gòu)成RC振蕩器產(chǎn)生方波信號，把此信號通過接口傳到AT89C51單片機I/O口上，對此方波信號進行測頻，通過軟件編程，計算出得到被測電容值，由LCD1602液晶顯示。
圖1.系統(tǒng)框圖
2.硬件設計
2.1 555振蕩電路的設計
由555芯片構(gòu)成的多諧振蕩電路如圖2，CX為被測電容，接通電源后，CX被充電，A點電壓UA上升。當UA上升到時，觸發(fā)器被復位，同時555芯片內(nèi)部放電三極管導通，此時U0為低電平。CX通過R2和放電三極管放電，使UA下降。當UA下降到時，觸發(fā)器又被置位，U0翻轉(zhuǎn)為高電平。CX放電所需的時間為：
由上式可知，當電路設計完成后，振蕩器輸出f隨CX的變化而改變。改變R1、R2的值即可改變系統(tǒng)量程。系統(tǒng)量程分為四檔：（1）R1+2R2=470KΩ時，測1.0nF-10.0nF的電容值。（2）R1+2R2=47KΩ時，測10.0nF~100.0nF的電容（3）R1+2R2=4.7KΩ時，測100.0nF~1000.0nF的電容。（4）R1+2R2=470Ω時，測1.0μF~10.0μF的電容。圖3為R1+2R2=470KΩ時，測量電容為2μF振蕩輸出輸出波形。
圖3.振蕩電路輸出的頻率信號
2.2 信號處理及顯示電路
信號處理電路部分采用單片機AT89S51作為系統(tǒng)的主控制器。AT89S51單片機的最小系統(tǒng)由時鐘電路、復位電路、外加電源及單片機構(gòu)成，其硬件電路如圖4所示。555振蕩電路輸出的是脈沖波，接到AT89S51處理器的輸入引腳P3.5，通過AT89S51內(nèi)部定時/計時器T0、T1及相應的程序設計，構(gòu)成一個數(shù)字式頻率測量系統(tǒng)，測出頻率后按（5）式運算處理后得到被測電容值。
圖4.單片機控制顯示模塊
顯示模塊LCD1602液晶第1、2腳接驅(qū)動電源;第三腳VL為液晶的對比度調(diào)節(jié)，通過在VCC和GND之間接一個10K多圈可調(diào)電阻，中間抽頭接VL，可實現(xiàn)液晶對比度的調(diào)節(jié);液晶的控制線RS、R/W、E分別接單片機的P2.5、P2.6、P2.7;D0~D7為LCD1602液晶模塊的8位雙向數(shù)據(jù)口，分別與STC89C52RC單片機的P1.0~P1.7相連，用于傳輸數(shù)據(jù)。接在單片機的P0口;BL+、BL-為液晶背光電源。
3.系統(tǒng)軟件設計
圖5.主程序流程圖
系統(tǒng)軟件環(huán)境以Keil4.0為仿真平臺，使用C語言編程編寫了運行程序;包括主程序模塊、顯示模塊和電容測試模塊。軟件設計主要包括三個方面：一是初始化系統(tǒng);二是按鍵檢測;三是數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理并進行顯示。程序采用模塊化的結(jié)構(gòu)，這樣便于調(diào)試和修改，易編程和易讀性好，也程序結(jié)構(gòu)清楚。系統(tǒng)程序流程如圖6所示，首先對P3.5口脈沖信號頻率的測量，再通過（5）式算出所測的電容值，由LCD1602顯示出來。
4.系統(tǒng)的測試
表1.電容測試數(shù)據(jù)
5.結(jié)束語
設計的電容測試儀硬件采用555定時器作為信號采集模塊、AT89S51單片機作為信號處理器模塊，軟件采用Keil4.0為仿真平臺，使用C語言編程編寫了運行程序。其具有性能穩(wěn)定、精度高、操作簡單、功耗低等優(yōu)點。經(jīng)測試表明：其可以測試1.0nF-10.0uF范圍的電容，誤差小于0.5%。誤差產(chǎn)生主要原因與電路元件參數(shù)、測試環(huán)境、測試方法等因素有關。
