CN103954846A - 一种宽量程数字电容表 - Google Patents
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Abstract
一种宽量程数字电容表,由555电容时间转换电路、AT89C2051单片机电路、LED显示电路和电源电路组成,其连接关系如附图所示。采用555集成电路设计的单稳态电路,将电容的测量转换为对555输出高电平的时间的测量,利用AT89C2051单片机进行数据采集和处理,应用四位LED数码管显示电容的测量值,选用78L05三端固定集成稳压器供电,电容的测量范围为1pF~2000μF。其积极效果在于:测量速度快、精度高、功耗低、量程宽、体积小、功能强、价格便宜、工作可靠、读数方便。
Description
技术领域
本发明涉及电子测量仪器技术领域,具体涉及一种宽量程数字电容表。
背景技术
在电子产品的设计、生产和维修中,电容的测量十分重要,电子技术的快速发展,使电容表成为了一种不可缺少的测量仪器。传统的电容测量方法有电桥法和谐振法两种,电桥法测量精度高,但速度慢,谐振法测量电路简单,速度快,但精度低。集成电路技术和数字电路技术的飞速发展,使电容的测量实现了数字化和智能化。用单片机制作的数字电容表,具有测量速度快、精度高、功能强、读数方便等优点,越来越广泛地应用于电子产品的生产和维修中。
发明内容
为解决现有电容表的不足,本发明公开一种宽量程数字电容表。该数字电容表采用555集成电路设计的单稳态电路,将电容的测量转换为对555输出高电平的时间的测量,利用AT89C2051单片机进行数据采集和处理,应用四位LED数码管显示电容的测量值,选用78L05三端固定集成稳压器供电,电容的测量范围为1pF~2000μF。
为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:本发明由555电容时间转换电路、AT89C2051单片机电路、LED显示电路和电源电路组成。555电容时间转换电路的阈值输入端接被测电容,输出端接AT89C2051单片机的P3.2端。AT89C2051单片机的P3.5端接555电容时间转换电路的触发输入端,P1.0~P1.6端接LED显示电路的笔划驱动a~g端,P3.4、P3.3、P3.1、P3.0端分别接LED显示电路的1、2、3、4端,P1.7、P3.7端分别接555电容时间转换电路的量程转换开关K1的pF和nF端。电源电路的输入端接交流市电,输出端接555电容时间转换电路、AT89C2051单片机电路和LED显示电路的电源输入端。电容的测量范围为1pF~2000μF。
本发明的积极效果在于:测量速度快、精度高、功耗低、量程宽、体积小、功能强、价格便宜、工作可靠、读数方便。
附图说明
图1为本发明的结构方框图。
图2为本发明的电路原理图。
具体实施方式
如附图1所示,本发明由555电容时间转换电路、AT89C2051单片机电路、LED显示电路和电源电路组成。555电容时间转换电路的阈值输入端接被测电容,输出端接AT89C2051单片机的P3.2端。AT89C2051单片机的P3.5端接555电容时间转换电路的触发输入端,P1.0~P1.6端接LED显示电路的笔划驱动a~g端,P3.4、P3.3、P3.1、P3.0端分别接LED显示电路的1、2、3、4端,P1.7、P3.7端分别接555电容时间转换电路的量程转换开关K1的pF和nF端。电源电路的输入端接交流市电,输出端接555电容时间转换电路、AT89C2051单片机电路和LED显示电路的电源输入端。
如附图2所示。
555电容时间转换电路是由555集成电路,电阻R1、R2、R3,电容C1、量程转换开关K1和被测电容Cx组成的单稳态电路。单片机P3.5端输出的负脉冲加到555集成电路的2脚时,它的输出端3脚可输出暂稳态时间即脉宽T=1.1RCx的方波脉冲。R为量程转换开关K1所接通的电阻是已知的,则Cx=T/1.1R,因此,对电容的测量实际上是对555输出高电平的时间的测量。量程转换开关K1为单刀三掷开关,设计的三个量程为:0~2000pF、0~2000nF、0~2000μF。
AT89C2051单片机电路由AT89C2051单片机,电阻R4,电容C2、C3、C4,晶振X1和按钮开关K2组成。AT89C2051是Atmel公司生产的低电压、高性能CMOS 8位单片机,20个引脚,内含2KB可重复编程Flash存储器和128×8位SRAM,工作电压2.6~6V,工作频率0~24MHz,15条双口可编程I/O口线,2个16位定时器T0和T1,5个中断源,一个串行口。
AT89C2051的1脚是复位端,高电平有效。C4、R4和K2组成单片机的复位电路,接通电源时,+5V电源给C4充电,由于C4两端电压不能突变,1脚为高电平,单片机复位,同时C4两端电压逐渐增加,当C4两端电压为+5V时,充电结束,复位脚电压为0,单片机退出复位状态,进入正常工作状态。按钮开关K2是手动复位键,按下K2时,1脚为高电平,单片机进入复位状态,松开K2时,1脚又为低电平,单片机退出复位。AT89C2051的4脚、5脚内部电路与外部的晶振X1,电容C2、C3组成振荡电路,C2、C3为微调电容。P3.5为输出端,输出低电平去触发555电路,P3.2为输入端,与555电路输出端3脚相接。P1.7和P3.7用于选择量程。
AT89C2051内部有2个可编程控制的16位定时/计数器,它们既可用于计时也可用于计数。本发明设计用于计时,每经过一个机器周期,定时/计数器内部的计数器加1,直到溢出。定时/计数器实际上是对机器周期进行计数,由于一个机器周期包含12个振荡周期,所以定时/计数器的最高计数频率为振荡频率的1/12,本发明中,晶体X1设计为12MHz,则一个机器周期为1μS,即定时/计数器的计数脉冲的周期T0=1μS。
LED显示电路由数码管DS1~DS4和电阻R5~R11组成。DS1~DS4采用共阴LED数码管,各位段选线并联,R5~R11为P1.0~P1.6端的上拉电阻。采用动态扫描显示方式,用软件对字形码译码。单片机的P1.0~P1.6端用于数码显示的七段笔划字形码的输出,P3.0、P3.1、P3.3、P3.4端用于四个数码管的动态扫描位驱动码输出。单片机依次发出段选码和对应位LED数码管的位选码,实现被测电容器电容值的动态扫描显示。
电源电路由降压变压器T1,二极管D1、D2,滤波电容C5、C6、C7,三端固定集成稳压器78L05组成。可将220V的交流电整流、滤波、稳压得到5V稳定的直流电压,为数字电容表供电。
本发明设计的宽量程数字电容表,电容的测量范围为1pF~2000μF,各档误差均小于0.45%,整机功耗小于2 W,量程宽、精度高、功耗低、测量速度快、体积小、功能强、价格便宜、工作可靠、读数方便,拥有广阔的市场前景。
应当指出,以上说明并不是对本发明的限制,本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的修改、变形、添加或替换,亦属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种宽量程数字电容表,其特征是:它由555电容时间转换电路、AT89C2051单片机电路、LED显示电路和电源电路组成;555电容时间转换电路的阈值输入端接被测电容,输出端接AT89C2051单片机的P3.2端;AT89C2051单片机的P3.5端接555电容时间转换电路的触发输入端,P1.0~P1.6端接LED显示电路的笔划驱动a~g端,P3.4、P3.3、P3.1、P3.0端分别接LED显示电路的1、2、3、4端,P1.7、P3.7端分别接555电容时间转换电路的量程转换开关K1的pF和nF端;电源电路的输入端接交流市电,输出端接555电容时间转换电路、AT89C2051单片机电路和LED显示电路的电源输入端;电容的测量范围为1pF~2000μF。
2.根据权利要求1所述的一种宽量程数字电容表,其特征是:555电容时间转换电路是由555集成电路,电阻R1、R2、R3,电容C1、量程转换开关K1和被测电容Cx组成的单稳态电路。
3.根据权利要求1所述的一种宽量程数字电容表,其特征是:AT89C2051单片机电路由AT89C2051单片机,电阻R4,电容C2、C3、C4,晶振X1和按钮开关K2组成。
4.根据权利要求1所述的一种宽量程数字电容表,其特征是:LED显示电路由数码管DS1~DS4和电阻R5~R11组成;DS1~DS4采用共阴LED数码管,各位段选线并联,采用动态扫描显示方式。
5.根据权利要求1所述的一种宽量程数字电容表,其特征是:电源电路由降压变压器T1,二极管D1、D2,滤波电容C5、C6、C7,三端固定集成稳压器78L05组成。
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