LC儀表使用555定時器

一個LC表電路被用來測量像電容或電感這樣的無功元素的值。本文介紹了使用555定時器和微控制器的簡單電路的設(shè)計和功能。該電路的優(yōu)勢在于它的簡單性和準確性。

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)系來測量電容（電感）的基本原理。 用一個電阻和一個電容（電感）安排了一個電位分壓器，這樣輸入的交流電壓在分壓器上會產(chǎn)生一個跨越電容（電感）的輸出電壓。這個電壓被輸送到555定時器IC的控制引腳，在穩(wěn)定模式下，輸出信號的頻率與控制電壓成正比。這個信號以脈沖的形式被送入微控制器，微控制器計算出頻率，然后計算出電容（電感）值。

LC表的電路圖：

低頻電表電路圖

LC表的電路設(shè)計：

這是一個簡單的電路，不需要太復(fù)雜的設(shè)計。設(shè)計的第一步是設(shè)計555定時器電路。使用一個電阻和電容（電感）設(shè)計一個電位分壓器電路，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。這個電壓被作為控制電壓輸入到555定時器。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定時器的電源電壓（即5V）。 假設(shè)占空比為60%，輸出信號為1msec的時間周期，時間高值為0.6msec。時間低信號的值約為0.4msec。由于這個值等于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，根據(jù)我們對電阻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100k的鍋；電容范圍可以達到3.18nF，電感范圍可以達到3.18H。

第二步是設(shè)計單片機電路。 這里我們使用89C51微控制器。它包括設(shè)計復(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10K的電阻和一個10uF的電解質(zhì)電容。設(shè)計振蕩器電路包括選擇一個晶體振蕩器來提供24MHz的時鐘信號。兩個各為30pF的陶瓷電容連接到兩端，以確保平穩(wěn)運行。水晶被連接到微控制器的18和19號引腳。除了設(shè)計復(fù)位電路，單片機電路設(shè)計的另一部分涉及到設(shè)計接口電路。這是通過使用一個連接到端口P2的單數(shù)7段顯示器來完成的。

LC表電路如何工作？

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

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

第二階段的操作涉及微控制器的運作。一旦設(shè)備通電，編譯器就會掃描端口引腳P1.0。按照程序，編譯器檢查輸出信號為高電平的時間。這就是信號的時間高值。由于這個值取決于控制電壓，編譯器計算出控制電壓。由于這個控制電壓是被測元件上的電壓，所以計算出電容或電感值。由于這個值是十進制的，編譯器將這個值轉(zhuǎn)換為十六進制的值。這個值被發(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：

這個電路只計算電抗值，不計算相位差。

電容/電感的范圍是有限的，對于較高的電容。