LC儀表使用555定時(shí)器

一個(gè)LC表電路被用來(lái)測(cè)量像電容或電感這樣的無(wú)功元素的值。本文介紹了使用555定時(shí)器和微控制器的簡(jiǎn)單電路的設(shè)計(jì)和功能。該電路的優(yōu)勢(shì)在于它的簡(jiǎn)單性和準(zhǔn)確性。

低頻電表電路的工作原理：

LC表電路是基于利用電容（電感）和電壓之間的關(guān)系來(lái)測(cè)量電容（電感）的基本原理。 用一個(gè)電阻和一個(gè)電容（電感）安排了一個(gè)電位分壓器，這樣輸入的交流電壓在分壓器上會(huì)產(chǎn)生一個(gè)跨越電容（電感）的輸出電壓。這個(gè)電壓被輸送到555定時(shí)器IC的控制引腳，在穩(wěn)定模式下，輸出信號(hào)的頻率與控制電壓成正比。這個(gè)信號(hào)以脈沖的形式被送入微控制器，微控制器計(jì)算出頻率，然后計(jì)算出電容（電感）值。

LC表的電路圖：

低頻電表電路圖

LC表的電路設(shè)計(jì)：

這是一個(gè)簡(jiǎn)單的電路，不需要太復(fù)雜的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的第一步是設(shè)計(jì)555定時(shí)器電路。使用一個(gè)電阻和電容（電感）設(shè)計(jì)一個(gè)電位分壓器電路，使電容（電感）上的電壓等于8V的輸入峰值到峰值電壓的一半。這個(gè)電壓被作為控制電壓輸入到555定時(shí)器。由于輸出頻率和控制電壓之間的關(guān)系需要ln(1-(Vcontrol/(Vcc-Vcontrol))（根據(jù)Spehro Pefhany方程式），控制電壓應(yīng)該小于555定時(shí)器的電源電壓（即5V）。 假設(shè)占空比為60%，輸出信號(hào)為1msec的時(shí)間周期，時(shí)間高值為0.6msec。時(shí)間低信號(hào)的值約為0.4msec。由于這個(gè)值等于R3C1，選擇電阻的值為1k，電容C1的值約為0.6uF。假設(shè)所選的值，并將所需的值代入給定的方程式中：-

Th = C1(R2+R3)ln(1-(Vcontrol/(2Vcc-Vcontrol))

我們得到R2約為0.9MOhms。

由于電勢(shì)分壓器電路中，電抗器上的電壓是輸入電壓的一半，所以電阻值等于電抗。換句話說(shuō)，根據(jù)我們對(duì)電阻R1的選擇，我們可以確定電容（電感）的范圍。這里我們選擇一個(gè)100k的鍋；電容范圍可以達(dá)到3.18nF，電感范圍可以達(dá)到3.18H。

第二步是設(shè)計(jì)單片機(jī)電路。 這里我們使用89C51微控制器。它包括設(shè)計(jì)復(fù)位電路和振蕩器電路。由于復(fù)位引腳的電壓應(yīng)

閾值為1.2V，復(fù)位脈沖寬度應(yīng)該是100ms，我們選擇電阻和電容的值，使RC>=100ms。 這里我們選擇一個(gè)10K的電阻和一個(gè)10uF的電解質(zhì)電容。設(shè)計(jì)振蕩器電路包括選擇一個(gè)晶體振蕩器來(lái)提供24MHz的時(shí)鐘信號(hào)。兩個(gè)各為30pF的陶瓷電容連接到兩端，以確保平穩(wěn)運(yùn)行。水晶被連接到微控制器的18和19號(hào)引腳。除了設(shè)計(jì)復(fù)位電路，單片機(jī)電路設(shè)計(jì)的另一部分涉及到設(shè)計(jì)接口電路。這是通過(guò)使用一個(gè)連接到端口P2的單數(shù)7段顯示器來(lái)完成的。

LC表電路如何工作？

電路的運(yùn)行最好分兩個(gè)階段解釋。在第一階段，一個(gè)峰值為8V的輸入交流電壓將在被測(cè)量的無(wú)功元素上產(chǎn)生一個(gè)4V的電壓。這個(gè)電壓被送入555定時(shí)器的控制引腳。這確保了控制電壓被施加到上部比較器的反相端。當(dāng)電容器通過(guò)電阻器R2和R3充電時(shí)，電容器上就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電壓。一旦電容器的電壓大于控制電壓，上部比較器的輸出就是一個(gè)邏輯高信號(hào)，導(dǎo)致觸發(fā)器復(fù)位。這導(dǎo)致555的輸出是一個(gè)高信號(hào)。隨著內(nèi)部連接到放電引腳的晶體管的飽和，電容器開(kāi)始放電。只要這個(gè)電壓低于1/3Vcc，低級(jí)比較器的輸出就是一個(gè)邏輯高信號(hào)。這導(dǎo)致觸發(fā)器被設(shè)置，555定時(shí)器的輸出為低電平。因此在輸出端產(chǎn)生了一個(gè)振蕩信號(hào)。由于電容器的電壓越早達(dá)到控制電壓，定時(shí)器的輸出就越早達(dá)到邏輯高電平，輸出脈沖的寬度取決于控制電壓。

換句話說(shuō)，一個(gè)輸出信號(hào)的產(chǎn)生，其頻率取決于控制電壓。這個(gè)信號(hào)被送入微控制器。

第二階段的操作涉及微控制器的運(yùn)作。一旦設(shè)備通電，編譯器就會(huì)掃描端口引腳P1.0。按照程序，編譯器檢查輸出信號(hào)為高電平的時(shí)間。這就是信號(hào)的時(shí)間高值。由于這個(gè)值取決于控制電壓，編譯器計(jì)算出控制電壓。由于這個(gè)控制電壓是被測(cè)元件上的電壓，所以計(jì)算出電容或電感值。由于這個(gè)值是十進(jìn)制的，編譯器將這個(gè)值轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制的值。這個(gè)值被發(fā)送到端口P2，該端口與7段顯示器相連。

LC表電路的局限性：

這個(gè)電路只計(jì)算電抗值，不計(jì)算相位差。

電容/電感的范圍是有限的，對(duì)于較高的電容。