电子系统综合设计实训

数字电阻电容测量仪仿真设计 1、测量原理图

图1 测量原理图

R C V

电路主要由单片机U 1、NE555定时芯片U 2和检测电容C X 组成。NE555定时器芯片的6脚与7脚相连，与电阻R 和待测电容C X 组成单稳态触发电路。

上电复位后，比较器OP 1、OP 2的输出为高电平，R=S=1，RS 触发器处于保持状态，单稳态触发器输出稳态0。

系统需要测量时，单片机的P37引脚上输出负向窄脉冲V TR 控制单稳态触发器进入暂态，即可实现一次测量，工作时序图如图2所示。V TR 电平变低后，比较器OP 2的输出为低电平。此时，S=0，R=1，RS 触发器处于置1状态，单稳态触发器进入了暂态1。G 3输出的低电平使三极管T 截至，电源通过电阻R 开始对待测电容充电，如图2的V CX 波形所示。当V CX 上升到电源电压的三分之二后，比较器OP 1

翻转，使得R=0。由于

V TR 的脉冲宽度为T 1，在V CX 升到三分之二电源电压前已经拉高。此时，R=0，S=1，单稳态触发器的暂态1结束，返回到稳态0，暂态的持续时间为T W ，如图3的V O 波形所示。在暂态期间，如果V TR 的低电平宽度变为T 2，V CX 到达翻转点后还没有变高，基本RS 触发器就会进入到R=0，S=0的禁止状态，输出V O 的波形无法预测，测量出错误结果。因此，要保证T 1

根据RC 暂态电路理论可知，T W 的时间宽度计算公式为

X X W RC RC T 1.13ln ≈= （1）

由式子（1）可知，单稳态的暂态1持续时间与待测电容C X 的容量成正比。 2、实验仿真过程

2.1单稳态触发器仿真

按照图3连接电路，U1(TR)为方波，频率100Hz,占空比为99%，幅度为5V 。在Protues 下完成表格1的参数仿真与理论计算。

表1：测量数据表

R1 C1 暂态时间（理论计算）输出波形暂态时间（实测）1K 1u

1K 10u

如果将U1的占空比调整到1%，重复表1的仿真，分析结果。

2.1电容与电阻仿真测量电路

电阻电容测量电路如图4所示。如已知电阻R1的数值，就可以根据时间计算电容值。或者，已知电容值时，可根据测量的时间长度计算电阻值。

（1）电容测量

如果电阻R1的阻值为1K，单片机的晶振频率为12M，用定时器0的方式1测量时间宽度，计算电容的测量范围。并编程完成测量。

R1 晶振电容C1的理论测量范围

1K 12M

（2）电阻测量

如果电容C1的为1u，单片机的晶振频率为12M，用定时器0的方式1测量时间宽度，计算电阻的测量范围。并编程完成测量。

C1 晶振电阻R1的理论测量范围

1u 12M

3、设计任务

参考图4的电路，编写电阻和电容测量程序，用液晶屏显示测量结果。电阻测量范围：10~1M欧，电容测量范围100pF~100uF。