一種寬量程數字電容表的製作方法
2023-09-22 18:01:20 1
一種寬量程數字電容表的製作方法
【專利摘要】一種寬量程數字電容表，由555電容時間轉換電路、AT89C2051單片機電路、LED顯示電路和電源電路組成，其連接關係如附圖所示。採用555集成電路設計的單穩態電路，將電容的測量轉換為對555輸出高電平的時間的測量，利用AT89C2051單片機進行數據採集和處理，應用四位LED數碼管顯示電容的測量值，選用78L05三端固定集成穩壓器供電，電容的測量範圍為1pF～2000μF。其積極效果在於：測量速度快、精度高、功耗低、量程寬、體積小、功能強、價格便宜、工作可靠、讀數方便。
【專利說明】一種寬量程數字電容表
【技術領域】
[0001]本發明涉及電子測量儀器【技術領域】，具體涉及一種寬量程數字電容表。
【背景技術】
[0002]在電子產品的設計、生產和維修中，電容的測量十分重要，電子技術的快速發展，使電容表成為了一種不可缺少的測量儀器。傳統的電容測量方法有電橋法和諧振法兩種，電橋法測量精度高，但速度慢，諧振法測量電路簡單，速度快，但精度低。集成電路技術和數字電路技術的飛速發展，使電容的測量實現了數位化和智能化。用單片機製作的數字電容表，具有測量速度快、精度高、功能強、讀數方便等優點，越來越廣泛地應用於電子產品的生產和維修中。
【發明內容】
[0003]為解決現有電容表的不足，本發明公開一種寬量程數字電容表。該數字電容表採用555集成電路設計的單穩態電路，將電容的測量轉換為對555輸出高電平的時間的測量，利用AT89C2051單片機進行數據採集和處理，應用四位LED數碼管顯示電容的測量值，選用78L05三端固定集成穩壓器供電，電容的測量範圍為IpF?2000 μ F。
[0004]為實現上述目的，本發明採用如下技術方案:本發明由555電容時間轉換電路、AT89C2051單片機電路、LED顯示電路和電源電路組成。555電容時間轉換電路的閾值輸入端接被測電容，輸出端接AT89C2051單片機的Ρ3.2端。AT89C2051單片機的Ρ3.5端接555電容時間轉換電路的觸發輸入端，Pl- O?Pl.6端接LED顯示電路的筆劃驅動a?g端，P3.4、P3.3、P3.1、P3.0端分別接LED顯示電路的1、2、3、4端，Pl.7、P3.7端分別接555電容時間轉換電路的量程轉換開關Kl的PF和nF端。電源電路的輸入端接交流市電，輸出端接555電容時間轉換電路、AT89C2051單片機電路和LED顯示電路的電源輸入端。電容的測量範圍為IpF?2000 μ F。
[0005]本發明的積極效果在於:測量速度快、精度高、功耗低、量程寬、體積小、功能強、價格便宜、工作可靠、讀數方便。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0006]圖1為本發明的結構方框圖。
[0007]圖2為本發明的電路原理圖。
【具體實施方式】
[0008]如附圖1所示，本發明由555電容時間轉換電路、AT89C2051單片機電路、LED顯示電路和電源電路組成。555電容時間轉換電路的閾值輸入端接被測電容，輸出端接AT89C2051單片機的Ρ3.2端。AT89C2051單片機的Ρ3.5端接555電容時間轉換電路的觸發輸入端，Pl.0?Pl.6端接LED顯示電路的筆劃驅動a?g端，P3.4、P3.3、P3.1、P3.0端分別接LED顯示電路的1、2、3、4端，Pl.7、P3.7端分別接555電容時間轉換電路的量程轉換開關Kl的pF和nF端。電源電路的輸入端接交流市電，輸出端接555電容時間轉換電路、AT89C2051單片機電路和LED顯示電路的電源輸入端。
[0009]如附圖2所示。
[0010]555電容時間轉換電路是由555集成電路，電阻R1、R2、R3，電容Cl、量程轉換開關Kl和被測電容Cr組成的單穩態電路。單片機P3.5端輸出的負脈衝加到555集成電路的2腳時，它的輸出端3腳可輸出暫穩態時間即脈寬T=L IRGr的方波脈衝。R為量程轉換開關Kl所接通的電阻是已知的，則Cr = T/1.1R，因此，對電容的測量實際上是對555輸出高電平的時間的測量。量程轉換開關Kl為單刀三擲開關，設計的三個量程為:0?2000pF、O ?2000nF、0 ?2000 μ F。
[0011]AT89C2051單片機電路由AT89C2051單片機，電阻R4，電容C2、C3、C4,晶振Xl和按鈕開關Κ2組成。AT89C2051是Atmel公司生產的低電壓、高性能CMOS 8位單片機，20個引腳，內含2KB可重複編程Flash存儲器和128X8位SRAM，工作電壓2.6?6V，工作頻率O?24MHz，15條雙口可編程I/O 口線，2個16位定時器TO和Tl，5個中斷源，一個串行口。
[0012]AT89C2051的I腳是復位端，高電平有效。C4、R4和K2組成單片機的復位電路，接通電源時，+5V電源給C4充電，由於C4兩端電壓不能突變，I腳為高電平，單片機復位，同時C4兩端電壓逐漸增加，當C4兩端電壓為+5V時，充電結束，復位腳電壓為0，單片機退出復位狀態，進入正常工作狀態。按鈕開關K2是手動復位鍵，按下K2時，I腳為高電平，單片機進入復位狀態，鬆開K2時，I腳又為低電平，單片機退出復位。AT89C2051的4腳、5腳內部電路與外部的晶振XI，電容C2、C3組成振蕩電路，C2、C3為微調電容。P3.5為輸出端，輸出低電平去觸發555電路，P3.2為輸入端，與555電路輸出端3腳相接。Pl.7和P3.7用於選擇量程。
[0013]AT89C2051內部有2個可編程控制的16位定時/計數器，它們既可用於計時也可用於計數。本發明設計用於計時，每經過一個機器周期，定時/計數器內部的計數器加1，直到溢出。定時/計數器實際上是對機器周期進行計數，由於一個機器周期包含12個振蕩周期，所以定時/計數器的最高計數頻率為振蕩頻率的1/12，本發明中，晶體Xl設計為12MHz，則一個機器周期為I μ S，即定時/計數器的計數脈衝的周期Ttl = I μ S。
[0014]LED顯示電路由數碼管DSl?DS4和電阻R5?Rll組成。DSl?DS4採用共陰LED數碼管，各位段選線並聯，R5?Rll為Pl.0?Pl.6端的上拉電阻。採用動態掃描顯示方式，用軟體對字形碼解碼。單片機的Pl.0?Pl.6端用於數碼顯示的七段筆劃字形碼的輸出，P3.0、P3.1、P3.3、P3.4端用於四個數碼管的動態掃描位驅動碼輸出。單片機依次發出段選碼和對應位LED數碼管的位選碼，實現被測電容器電容值的動態掃描顯示。
[0015]電源電路由降壓變壓器TI，二極體D1、D2，濾波電容C5、C6、C7，三端固定集成穩壓器78L05組成。可將220V的交流電整流、濾波、穩壓得到5V穩定的直流電壓，為數字電容表供電。
[0016]本發明設計的寬量程數字電容表，電容的測量範圍為IpF?2000 μ F，各檔誤差均小於0.45%，整機功耗小於2 W，量程寬、精度高、功耗低、測量速度快、體積小、功能強、價格便宜、工作可靠、讀數方便，擁有廣闊的市場前景。
[0017]應當指出，以上說明並不是對本發明的限制，本【技術領域】的技術人員在本發明的實質範圍內所做出的修改、變形、添加或替換，亦屬於本發明的保護範圍。
【權利要求】
1.一種寬量程數字電容表，其特徵是:它由555電容時間轉換電路、AT89C2051單片機電路、LED顯示電路和電源電路組成；555電容時間轉換電路的閾值輸入端接被測電容，輸出端接AT89C2051單片機的P3.2端；AT89C2051單片機的P3.5端接555電容時間轉換電路的觸發輸入端，Pl.0?Pl.6端接LED顯示電路的筆劃驅動a?g端，P3.4、P3.3、P3.1、P3.0端分別接LED顯示電路的1、2、3、4端，Pl.7、P3.7端分別接555電容時間轉換電路的量程轉換開關Kl的pF和nF端；電源電路的輸入端接交流市電，輸出端接555電容時間轉換電路、AT89C2051單片機電路和LED顯示電路的電源輸入端；電容的測量範圍為IpF?2000 μ F。
2.根據權利要求1所述的一種寬量程數字電容表，其特徵是:555電容時間轉換電路是由555集成電路，電阻R1、R2、R3，電容Cl、量程轉換開關Kl和被測電容Cr組成的單穩態電路。
3.根據權利要求1所述的一種寬量程數字電容表，其特徵是:AT89C2051單片機電路由AT89C2051單片機，電阻R4，電容C2、C3、C4，晶振Xl和按鈕開關K2組成。
4.根據權利要求1所述的一種寬量程數字電容表，其特徵是:LED顯示電路由數碼管DSl?DS4和電阻R5?Rll組成；DS1?DS4採用共陰LED數碼管，各位段選線並聯，採用動態掃描顯示方式。
5.根據權利要求1所述的一種寬量程數字電容表，其特徵是:電源電路由降壓變壓器Tl，二極體D1、D2，濾波電容C5、C6、C7，三端固定集成穩壓器78L05組成。
【文檔編號】G01R27/26GK103954846SQ201410194826
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年5月10日 優先權日:2014年5月10日
【發明者】張新安 申請人:張新安