单片机课程设计 电容、电阻参数单片机测试系统的设计

湖北师范学院课程设计

设计一个能测量电容、电阻参数的测试系统。

具体要求：

(1)测量范围：电阻100Ω——1MΩ;电容100pF——10000pF。

(2)测量精度：±5%。

(3)选定设计方案，画出系统框图，写出详细的设计过程。

(4) 利用Protel DXP软件画出一套完整的设计电路图，并列出所有的元件清单。

目录

1.设计要求 (4)

2.方案比较与论证 (4)

2.1电阻、电容测试仪设计方案的比较 (4)

2.2方案论证 (5)

3.系统原理和参数计算 (6)

3.1系统原理 (6)

3.2参数计算 (7)

3.2.1电阻测量电路 (7)

3.2.2电容测量电路 (7)

4.电路的工作原理 (8)

4.1 555定时器简介 (8)

4.2 电阻测试电路 (9)

4.3 电容测量电路 (10)

4.4 多路选择开关设计 (10)

4.5 89C51单片机电路 (11)

4.6 发光二级管接口电路 (13)

4.7 LED显示接口电路 (14)

4.8 电路总原理图 (15)

5.总结 (16)

6.系统需要的元器件清单 (17)

参考文献 (17)

绪论

随着电子工业的发展，电子元器件急剧增加，电子元器件的适用范围也逐渐广泛起来，在应用中本设计常常要测定电阻，电容的大小。因此，设计可靠，安全，便捷的电阻，电容，有极大的现实必要性。

由于测量电阻，电容，电感方法多并具有一定的复杂性，所以本次设计是在参考555振荡器基础上拟定的一套自己的设计方案。电阻和电容的测量是采用555多谐震荡电路产生的，定时器可以利用外部的时钟源来计数，这里本设计将RC的测量电路产生的频率作为单片机的时钟源，通过定时和计数可以计算出被测频率，再通过该频率计算出各个参数。

本系统是通过16位单片机89C51测量电阻、电容对应震荡电路所产生的频率实现各个参数的测量，一方面可以提高测量精度，另一方面便于使仪表实现自动化，而且还能加入语音播报的功能使其更加智能化。

关键词：单片机，555多谐振荡电路，LED动态显示模块，电容三点式振荡

2.方案比较与论证

2.1电阻、电容测试仪设计方案的比较

电阻、电容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，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MAXPLUSII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，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。

2.2方案论证

测量电子元器件集中参数R、C的仪表种类较多，方法也各有不同，但都有其优缺点，一般的测量方法都存在计算复杂、不易实现自动测量而且很难实现智能化。

在这里本设计着重要介绍的是把电子元件的参数R、C转换成频率信号f，然后用单片机计数后再运算求出R、C，并送显示，转换原理是RC振荡，这样就能把模拟量近似转换为数字量，而频率f是单片机很容易处理的数字量，这种数字化的处理便于使仪表实现智能化。

方案中用到的单片机是16位单片机89C51，由于该CPU具有丰富的I/O口和丰富的时基信号，为本设计提供了极大的方便，其中可以利用I/O口置高低电平来实现量程的转换，由于单片机89C51的定时器可以通过外部时钟源来计数，本设计便可以将555电路产生的频率作为89C51的定时器的时钟源，这样就很容易得到被测R/C对应产生的频率。而且89C51具有语音处理功能，本设计在显示的基础上还可以加入语音播报，使得整个测量过程更加智能化。同时89C51还具有可编程性，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。

3.系统原理和参数计算

3.1系统原理

系统分三大部分：测量电路、通道选择和控制电路，如下图所示。

图1 系统设计框图

框图各部分说明如下：

1)控制部分：本设计以单片机为核心，采用89C51单片机，利用其管脚的特殊功能以及所具备的中断系统，定时/计数器和LED显示功能等。LED灯：本设计中，设置了1盏电源指示灯，采用红色的LED以共阳极方式来连接，直观易懂，操作也简单。数码管显示：本设计中有1个74HC02、2个74LS573、1个2803驱动，采用共阳极方式连接构成动态显示部分，降低功耗。键盘：本设计中有Sr，Sc，SL三个按键，可灵活控制不同测量参数的切换，实现一键测量。