電容參數(shù)測量儀的設(shè)計(jì)

譚思佳,陽 泳,江世明,范 濤,劉淋強(qiáng)

（邵陽學(xué)院信息工程系,湖南邵陽,422003）

1 設(shè)計(jì)內(nèi)容

設(shè)計(jì)并制作一臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)測量電容值系統(tǒng)的裝置。要求電容測量范圍為：33pF-47uF，測量誤差≤10%，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換量程，并將測量結(jié)果以數(shù)字方式直接顯示，同時(shí)語音播報(bào)出測量的電容值。

圖 1 多諧振蕩電路

2 電容參數(shù)測量原理

電容參數(shù)測量儀系統(tǒng)利用RC和555定時(shí)器組成的多諧振蕩電路，如圖1所示，頻率信號(hào)f的出現(xiàn)源于RC對被測電容C的振蕩，此過程能夠?qū)崿F(xiàn)模擬量向數(shù)字量的變換，被測電容C的值是借助于單片機(jī)的計(jì)數(shù)或計(jì)時(shí)，經(jīng)過數(shù)據(jù)運(yùn)算和處理后而得出的，并送顯示器顯示。

根據(jù)555定時(shí)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)，產(chǎn)生脈沖波形，通過單片機(jī)讀取高低電平得出頻率，通過公式換算得到電容值。

電容參數(shù)測量儀系統(tǒng)的原理圖如圖2所示，首先設(shè)計(jì)RC振蕩電路，接入被測電容后，由555定時(shí)器構(gòu)成振蕩器產(chǎn)生方波。然后，把此脈沖信號(hào)通過接口傳到AT89C52單片機(jī)上，對此脈沖信號(hào)進(jìn)行頻率測量，并根據(jù)測量的頻率大小，控制CD4052多路模擬開關(guān)來切換振蕩電路中R值大小，從而來實(shí)現(xiàn)不同參數(shù)電容自動(dòng)切換量程測量，再通過軟件編程，把測量的頻率值轉(zhuǎn)換成電容值，最后由1602液晶屏顯示電容值。一旦有語音播報(bào)按鍵被按下，語音播報(bào)模塊就會(huì)播報(bào)出測量的電容值。本系統(tǒng)主要由測量電路和控制電路兩部分組成。測量電路主要用于產(chǎn)生RC振蕩頻率f，而控制電路則用于對所產(chǎn)生的振蕩頻率進(jìn)行計(jì)數(shù)處理控制并送顯示以及控制語音播報(bào)等。

圖2 系統(tǒng)原理圖

圖3 樣機(jī)圖

3 樣機(jī)的制作與測試結(jié)果

樣機(jī)制作如圖3所示。

對樣機(jī)進(jìn)行了測試，測試的結(jié)果如表1所示。

從測試數(shù)據(jù)表可以看出，產(chǎn)品的測量誤差都是小于6%,測量精度還是比較精確的，到達(dá)了測量要求。

表1 電容參數(shù)測試表

在實(shí)際測量中，測試值受很多因素的限制，測試中選取的環(huán)境不同、采用的方法不同都可能對其造成干擾，導(dǎo)致測試值出現(xiàn)誤差，不能朱雀的反映出被測電容的真實(shí)數(shù)值。為了保證測試值的精準(zhǔn)度，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的真實(shí)性，可通過修正的方法對這種測試誤差進(jìn)行完善。本測試修正值是通過實(shí)驗(yàn)求取，對影響測量讀數(shù)的各種影響因素，如溫度、濕度、電源電壓等變化引起的系統(tǒng)誤差，通過對相同被測參數(shù)的多次測量結(jié)果和不同被測參數(shù)的多次測量選取平均值，最后確定被測參數(shù)公式的修正值，從而達(dá)到減小本設(shè)計(jì)系統(tǒng)誤差的目的。

4 結(jié)論

該系統(tǒng)具有軟硬件設(shè)計(jì)簡單，成本較低，安全可靠, 操作簡單方便等特點(diǎn),可應(yīng)用于電子產(chǎn)品檢修中電容參數(shù)測量上,有一定的實(shí)用性。

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