LC仪表使用555定时器

一个LC表电路被用来测量像电容或电感这样的无功元素的值。本文介绍了使用555定时器和微控制器的简单电路的设计和功能。该电路的优势在于它的简单性和准确性。

低频电表电路的工作原理：

LC表电路是基于利用电容（电感）和电压之间的关系来测量电容（电感）的基本原理。 用一个电阻和一个电容（电感）安排了一个电位分压器，这样输入的交流电压在分压器上会产生一个跨越电容（电感）的输出电压。这个电压被输送到555定时器IC的控制引脚，在稳定模式下，输出信号的频率与控制电压成正比。这个信号以脉冲的形式被送入微控制器，微控制器计算出频率，然后计算出电容（电感）值。

LC表的电路图：

低频电表电路图

LC表的电路设计：

这是一个简单的电路，不需要太复杂的设计。设计的第一步是设计555定时器电路。使用一个电阻和电容（电感）设计一个电位分压器电路，使电容（电感）上的电压等于8V的输入峰值到峰值电压的一半。这个电压被作为控制电压输入到555定时器。由于输出频率和控制电压之间的关系需要ln(1-(Vcontrol/(Vcc-Vcontrol))（根据Spehro Pefhany方程式），控制电压应该小于555定时器的电源电压（即5V）。 假设占空比为60%，输出信号为1msec的时间周期，时间高值为0.6msec。时间低信号的值约为0.4msec。由于这个值等于R3C1，选择电阻的值为1k，电容C1的值约为0.6uF。假设所选的值，并将所需的值代入给定的方程式中：-

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

我们得到R2约为0.9MOhms。

由于电势分压器电路中，电抗器上的电压是输入电压的一半，所以电阻值等于电抗。换句话说，根据我们对电阻R1的选择，我们可以确定电容（电感）的范围。这里我们选择一个100k的锅；电容范围可以达到3.18nF，电感范围可以达到3.18H。

第二步是设计单片机电路。 这里我们使用89C51微控制器。它包括设计复位电路和振荡器电路。由于复位引脚的电压应

阈值为1.2V，复位脉冲宽度应该是100ms，我们选择电阻和电容的值，使RC>=100ms。 这里我们选择一个10K的电阻和一个10uF的电解质电容。设计振荡器电路包括选择一个晶体振荡器来提供24MHz的时钟信号。两个各为30pF的陶瓷电容连接到两端，以确保平稳运行。水晶被连接到微控制器的18和19号引脚。除了设计复位电路，单片机电路设计的另一部分涉及到设计接口电路。这是通过使用一个连接到端口P2的单数7段显示器来完成的。

LC表电路如何工作？

电路的运行最好分两个阶段解释。在第一阶段，一个峰值为8V的输入交流电压将在被测量的无功元素上产生一个4V的电压。这个电压被送入555定时器的控制引脚。这确保了控制电压被施加到上部比较器的反相端。当电容器通过电阻器R2和R3充电时，电容器上就会产生一个电压。一旦电容器的电压大于控制电压，上部比较器的输出就是一个逻辑高信号，导致触发器复位。这导致555的输出是一个高信号。随着内部连接到放电引脚的晶体管的饱和，电容器开始放电。只要这个电压低于1/3Vcc，低级比较器的输出就是一个逻辑高信号。这导致触发器被设置，555定时器的输出为低电平。因此在输出端产生了一个振荡信号。由于电容器的电压越早达到控制电压，定时器的输出就越早达到逻辑高电平，输出脉冲的宽度取决于控制电压。

换句话说，一个输出信号的产生，其频率取决于控制电压。这个信号被送入微控制器。

第二阶段的操作涉及微控制器的运作。一旦设备通电，编译器就会扫描端口引脚P1.0。按照程序，编译器检查输出信号为高电平的时间。这就是信号的时间高值。由于这个值取决于控制电压，编译器计算出控制电压。由于这个控制电压是被测元件上的电压，所以计算出电容或电感值。由于这个值是十进制的，编译器将这个值转换为十六进制的值。这个值被发送到端口P2，该端口与7段显示器相连。

LC表电路的局限性：

这个电路只计算电抗值，不计算相位差。

电容/电感的范围是有限的，对于较高的电容。