基于51單片機(jī)的電容電感測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)

王杰

摘? 要：在電子電路實(shí)驗(yàn)中，我們經(jīng)常需要測(cè)量一些電容和電感的電量，特別是一些小容量和小感量的器件，如果我們身邊沒有一些專業(yè)的測(cè)量?jī)x器的話，那么我們可以自己動(dòng)手做一個(gè)簡(jiǎn)單的測(cè)量?jī)x。文章就教大家如何用單片機(jī)來制作一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)用的電容電感測(cè)量?jī)x，其測(cè)試范圍寬，結(jié)果也較為準(zhǔn)確，主要用來測(cè)量容量較小的電容和電感，完全可以滿足實(shí)驗(yàn)測(cè)試的要求。

關(guān)鍵詞：AT89C51;LM311;電容;電感

中圖分類號(hào)：TM531 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）24-0032-02

Abstract： In electronic circuit experiments， we often need to measure the power of some capacitors and inductors， especially some small-capacity devices. If we don't have some professional measuring instruments around us， then we can make a simple measuring device. This papershows how to use a single-chip microcomputer to make a simple， practical capacitor and inductance measuring device. Its test range is wide and the result is more accurate. It is mainly used to measure the capacitance and inductance with small capacity， which can fully meet the requirements of experimental testing.

Keywords： AT89C51; LM311; capacitor; inductor

在平常電子電路實(shí)驗(yàn)中，我經(jīng)常會(huì)用到一些電容和電感，當(dāng)我們用它的時(shí)候，我們是直接通過其自身的顏色標(biāo)記或者買來的標(biāo)簽上面來讀取它的容量或感量。如果在某個(gè)電路中由一個(gè)未知值得電容或電感，或者電路中有個(gè)寄生的電容存在，那我們又該如何知道它的大小呢。本文就介紹了一個(gè)用單片機(jī)構(gòu)成的可以測(cè)量小容量電容電感的簡(jiǎn)易測(cè)量?jī)x。

1 測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)原理

該電容電感測(cè)量?jī)x的測(cè)量原理就是基于測(cè)量振蕩器頻率的方法，測(cè)量?jī)x的核心是一個(gè)由LM311芯片組成的振蕩器，可以測(cè)出LC振蕩電路中的電容和電感的值。不過由于單片機(jī)測(cè)量頻率的范圍有限，同時(shí)也為了減小測(cè)量誤差，當(dāng)單片機(jī)在測(cè)量LC振蕩回路頻率的時(shí)候，可以先測(cè)量一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)已知電容的振蕩頻率，然后再根據(jù)此基準(zhǔn)電容值計(jì)算得出被測(cè)的電容量和電感量[1]。

2 硬件電路的設(shè)計(jì)

電容電感測(cè)量?jī)x的硬件電路主要包括LC振蕩器、51單片機(jī)和LED顯示器這三大件。其中LC振蕩器是由電容、電感，電阻和LM311比較器芯片組成。在電路組裝好之后，要對(duì)電路進(jìn)行檢查，看其振蕩器是否能正常起振，可以用示波器在LM311的7引腳觀察有無振蕩波形輸出，如果有，則可初步判定振蕩器可以正常工作。

3 LC振蕩電路設(shè)計(jì)

當(dāng)電容電感全為未知的時(shí)候，我們可以先用RC振蕩器先測(cè)量出電容的值，當(dāng)電容值知道后，再將被測(cè)電感和電容組成一個(gè)LC振蕩電路，再測(cè)出電感的值。其原理為把被測(cè)電容和電阻串聯(lián)，構(gòu)成RC網(wǎng)絡(luò)，即一個(gè)RC振蕩器，該振蕩器的周期為T=A0×RC，A0為常數(shù)，當(dāng)R為已知的時(shí)候，測(cè)出振蕩器的周期即可算出電容的值。然后把求得的電容值代入LC振蕩電路中，根據(jù)其振蕩頻率f=1/2π√LC[5]，測(cè)出此時(shí)振蕩器的頻率后即能算出電感的量[2]。

如果已知電容電感其中一個(gè)的量，則直接用LC振蕩器頻率公式即可算出其中的未知量。測(cè)量?jī)x振蕩電路原理圖如圖1所示。

4 單片機(jī)主電路設(shè)計(jì)

顧名思義，測(cè)振蕩器的頻率就是測(cè)量其在1s內(nèi)計(jì)數(shù)振蕩器脈沖的個(gè)數(shù)，因此，在用AT89C51單片機(jī)測(cè)量頻率時(shí)，用一個(gè)定時(shí)器作為1s定時(shí)，再用另一個(gè)定時(shí)器作為計(jì)數(shù)器，來計(jì)數(shù)1s內(nèi)的脈沖個(gè)數(shù)，所得到的計(jì)數(shù)值就是振蕩器的頻率。不過，由于單片機(jī)中的定時(shí)器最大時(shí)間的限制，在使用12MHz晶振時(shí)，定時(shí)器的最大定時(shí)時(shí)間只有65.536ms，若取定周期為50ms，則需要20個(gè)定時(shí)周期才能定時(shí)1s完成振蕩器頻率的測(cè)量[3]。如果測(cè)量精度要求不高時(shí)，也可以只測(cè)量?jī)蓚€(gè)定時(shí)周期即0.1s內(nèi)的頻率計(jì)數(shù)，然后再把計(jì)數(shù)值乘10即為振蕩器頻率。本次做的測(cè)量?jī)x是用T1做定時(shí)器、T0做16位計(jì)數(shù)器，T1的定時(shí)周期設(shè)為0.05s，連續(xù)中斷溢出兩次，即0.1s定時(shí)，這時(shí)計(jì)數(shù)器T0中的值乘10就是振蕩器的頻率了。圖2所示的是測(cè)量?jī)x的單片機(jī)與振蕩器電路組成的測(cè)量?jī)x主電路[4]。

5 LED顯示電路設(shè)計(jì)

該測(cè)量?jī)x采用的是六位數(shù)碼管來顯示被測(cè)的電容電感值，并由一個(gè)74LS164芯片來驅(qū)動(dòng)。通過單片機(jī)串口發(fā)送的數(shù)據(jù)來驅(qū)動(dòng)每一位數(shù)碼管，它通過靜態(tài)顯示來顯示每一位數(shù)值，發(fā)送每一組數(shù)據(jù)只需單片機(jī)發(fā)送一次信號(hào)即可，其連接圖如圖3[5]所示。

6 測(cè)量?jī)x軟件編程

該程序由C語言進(jìn)行編寫，程序開發(fā)環(huán)境為keil4，程序除了主函數(shù)外，主要包括測(cè)頻率、計(jì)算電容LED顯示三大部分。該測(cè)量?jī)x編程難度不是很大，只需要一些基礎(chǔ)的C51語言編程知識(shí)，不過對(duì)51單片機(jī)各管腳的功能及用法要有所了解。

7 結(jié)束語

本文利用AT89C51單片機(jī)設(shè)計(jì)了一個(gè)電容電感測(cè)量電路，給出了探測(cè)和單片機(jī)電路原理圖，以及數(shù)碼顯示電路圖，本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，費(fèi)用低廉，系統(tǒng)穩(wěn)定性較好，相對(duì)簡(jiǎn)單易用。

參考文獻(xiàn)：

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[3]周潤(rùn)景，等.PROTEUS入門實(shí)用教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[4]丁明亮，唐前輝.51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)與仿真[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2009.

[5]陳江華.一種實(shí)用的電容、電感、電阻自動(dòng)測(cè)量?jī)x[J].測(cè)量與測(cè)試技術(shù)，2002（1）：21-22.