基于555定時器和單片機的RC測量系統設計

　　在電子儀器、儀表的制造及使用行業，有大量的印刷電路板需要調試、測量與維修，需要對電阻電容的數值進行測試。

　　本文介紹了一種基于AT89C51單片機和555定時器的數顯式電阻和電容測量系統設計方案，然后制作出電路實物，實現系統的功能。系統利用555定時器和待測電阻（或電容）組成多諧振蕩器，通過單片機定時器測量555輸出信號的周期，根據周期和待測電阻（或電容）的數學關系再計算出電阻（或電容）值，再通過1602液晶顯示器將其顯示出來。經仿真結果表明該測量系統具有結構簡單，方便實用等優點。

　　設計方案與原理

　　1、設計總方案

　　整個測量系統由單片機最小系統，按鍵，電阻、電容和555組成的多諧振蕩器和液晶顯示等幾個電路模塊組成。如圖1所示。

　　2、多諧振蕩器原理

　　如圖2所示，測量電容時，利用555和待測電容CX和電阻R1和R2（R1和R2為已知電阻）等組成多諧振蕩器，這樣從555的輸出端Q將輸出周期性方波，接到示波器，如圖2（b）所示。該信號不是一個占空比為50%的方波，根據參考文獻2，一個周期T中高電平時間持續時間為：

　　測量電阻時，另用一個555組成一個多諧振蕩器電路，將待測電阻RX接在R1的位置（或者將RX和一個已知電阻串聯），CX替換成一個已知的電容C.這樣一個周期時間為：

　　3、單片機計時原理

　　555輸出的周期性方波信號送給單片機進行計時，測量出信號的一個周期時間T，再利用上面的數學關系進行計算處理，得到待測的電容或者電阻值。單片機計時的原理是：利用單片機的外部中斷0和定時器0.555的輸出信號接到單片機的外部中斷0引腳P3.2，將其設置成下降沿觸發。當555的輸出信號為下降沿時，觸發外部中斷，開啟單片機的定時器0開始計時，直到下一次下降沿到達時，即一個周期到達了，停止計時，這時定時器記下的就是一個周期的時間長度。

　　硬件模塊設計

　　1、單片機最小系統

　　系統核心的控制器采用的是AT89C51單片機，圖3所示為單片機最小系統，包括單片機和單片機正常工作需要的晶振電路和復位電路。Proteus中默認單片機電源和地已接好，所以圖中省去了。

　　2、按鍵電路

　　按鍵電路用于確定是測量電容還是電阻，如圖4所示，采用了一個單刀雙擲按鍵。當按鍵打到上方接通單片機P3.6引腳時，用于測量電容;打到下方P3.7引腳時，用于測量電阻。

　　3、555多諧振蕩器

　　如圖5所示，利用555和待測電容或者電阻組成多諧振蕩器，555產生的周期性方波從Q引腳輸出，然后接至單片機的外部中斷INT0引腳，即P3.2引腳。測量時，兩電路只有一個接至單片機，分別用于測量電容和電阻。

　　4、液晶顯示電路

　　測量的結果要顯示出來，本系統采用LCD1602作為顯示器，圖6為LCD1602和單片機的連接電路，P0口接了上拉電阻，作為數據口;P2口的前3位作為讀寫和使能的控制引腳。

　　軟件設計

　　系統軟件流程圖如7所示。接通電源，首先是初始化工作，包括定時器T0、外部中斷0和LCD1602的初始化。然后啟動555芯片，通過單片機判斷是否有中斷請求，若無的話，繼續等待中斷請求;若有的話，啟動定時器開始計時直到有中斷請求時停止計時。得到計時值，即555輸出信號的一個周期后，判斷是測量電阻還是測量電容。判斷后將電阻或者電容值由LCD1602顯示出來。

　　仿真結果

　　將上述各電路模塊整合到一起，組成一個測量系統。采用Keil編寫好程序無誤后，在Proteus中進行電路仿真。分別測量一個50kΩ電阻和一個150μF電容的仿真結果如圖8所示。從中可以看出，測量有一定的誤差，這主要是因為采用前面公式計算時取了近似值。仿真通過后，按照仿真電路，購買需要的元器件，制作出實物電路。

　　結束語

　　本文介紹了一種基于555定時器和單片機的電阻和電容測量系統設計方案。在系統的設計和仿真中，是以Keil和Proteus兩種軟件為平臺。在Keil中使用C語言編寫了程序，再利用Proteus仿真了系統電路的功能。該測量電路簡單可靠，較易實現，能夠測量一定范圍內的電阻和電容值從而證實了本設計方案的實用性。