CN203870167U

CN203870167U - 一种宽量程数字电容表

Info

Publication number: CN203870167U
Application number: CN201420236758.0U
Authority: CN
Inventors: 张新安
Original assignee: Hunan University of Science and Engineering
Current assignee: Hunan University of Science and Engineering
Priority date: 2014-05-10
Filing date: 2014-05-10
Publication date: 2014-10-08
Anticipated expiration: 2024-05-10

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

一种宽量程数字电容表

技术领域

本实用新型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，本实用新型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，本实用新型采用如下技术方案：本实用新型由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。

本实用新型的积极效果在于：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为本实用新型的结构方框图。

图2为本实用新型的电路原理图。

具体实施方式

如附图1所示，本实用新型由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。本实用新型设计用于计时，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，本实用新型中，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。

本实用新型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。

Claims

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。