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摘要：文章首先介绍了C8051F单片机的结构、特性及功能，555定时器的功能及多谐震荡器的工作原理和C程序语言的特点及其在单片机中的应用。然后介绍一通过利用多谐震荡器与C8051F单片机结合构成的数字式电阻、电容测电路。此电路全部由数字电路组成，不用A/D转换器而直接用数字显示被测电容、电阻值。 具有线路简单，体积小，单电源供电等优点。文中对电阻、电容的测量原理作了详细描述，对运行过程中出现的问题进行了分析，通过对软硬件进行的一系列的调试最终达到了预期测量要求。
关键词： 单片机 555定时器 电容 电阻 测量
一 前言
测量电子元器件集中参数R、C的仪表种类较多，方法也各有不同，但都有其优缺点。一般的测量方法都存在计算复杂、不易实现自动测量而且很难实现智能化。例如，目前常用的电容测量仪器，大多是模拟电路，如电桥电路等， 若用数字显示就必须采用A/D转换器.测量的方法主要是通过电感耦合交流电桥， 双T型网络等，这些方法均存在不足之处。双T型网络虽然能够进行精密电容测量，但是需要有高精度标准电容和调节平衡的熟练工人， 仪器结构复杂，操作不便。而电阻测量的方法更是多种多样。随着单片机技术的发展，它在智能化测量仪表中的应用越来越广泛。它适用于机、电、仪一体化的智能产品，具有精度高低功耗、控制功能强、小巧等优点。利用单片机的软件来代替硬件功能，可使产品的体积缩小、功能增强实现不同程度的智能化以及仪表测量的自动化，并能进行数据分析处理，以达到仪表的高可靠性、高精度和多功能。
二 系统硬件部分介绍
1.C8051F系列单片机简介
C8051F系列单片机是一种典型的高性能单片机，是Cygnal 公司开发的产品。C8051F系列单片机是完全集成的混合信号系统级芯片（SOC），具有与MCS-51完全兼容的指令内核，采用流水线处理技术，不再区分时钟周期和机器周期，能在执行指令期间预处理下一条指令，提高了指令的执行效果。大部分C8051F单片机具备控制系统所需的模拟和数字外设，包括看门、ADC、DAC、电压比较器、电压基准输出、定时器、PWM、定时器捉和方波输出等，并具备多种总线接口。C8051F系列单片机采用Flash ROM技术，集成JTAG，支持在线编程和调试[6]。
2. 555电路
555定时器是一种模拟和数字电路相混合的集成电路内部电路如图2-1。它结构简单、性能可靠、使用灵活，外接少量阻容元件，即可组成多种波形发生器、多谐振荡器、定时延迟电路、报警、检测自控及家用电器电路，其应用非常之广。[2]
三 ，电容测量原理
1C/f变换
如果把555定时器集成电路接成多谐振荡器， 则其输出脉冲波形的周期T与外接电容C值成正比.外接电容C经R1和R2充电，其充电时间常数为T1=（R1+R2）*C，但放电只通过R2，其放电时间常数为T2=0.7R2C。如果电容在1/3VCC和2/3VCC之间充放电，则输出波形周期为：
T≈T1+T2=0.7（R1+2R2）*C……（1）
这里固定R1与R2，则T与C成正比，因此如果能够测出波形的周期，则电容值就容易确定。
在通常被测电容范围内，从（1）式计算出的周期很小、故改被测波形频率不仅测量容易，而且测量准确度也高。 将（1）式改写成（2）式：
f=1/0.7（R1+2R2）*C）…… （2）
从（2）式看出，只要测量输出波形的频率，就能够确定被测电容值，实现了c/f变换。
2 f/c变换
利用单片机计数器，测出输出波形的频率，可测出被测电容值。电容值与频率值成反比，利用软件编程实现频率值与电容值的转换。从（2） 式可推出f/c变换式（3）式：
C=1/[0.7（R1+2R2）*f]……（3）
由于单片机计数器有位数的限制，所以电容的量程也受到限制，因此要扩展量程，一方面可通过改变定时器的定时时间及计数器的重载实现，另一方面可通过改变电阻的数量级实现.
四.电阻测量原理
1R/f变换
如果把555定时器集成电路接成多谐振荡器， 则其输出脉冲波形的周期T与外接电阻（R1+2R2）的值成正比。外接电容C经R1和R2充电，其充电时间常数为T1=（R1+R2）*C，但放电只通过R2，其放电时间常数为T2=0.7R2C。如果电容在1/3VCC和2/3VCC之间充放电，则输出波形周期为：
T≈T1+T2=0.7（R1+2R2）*C……（1）
这里固定C，则T与（R1+2R2）成正比，而R1的值已知因此如果能够测出波形的周期，则电阻R2的值就容易确定。
在通常被测电阻范围内，从（1）式计算出的周期很小、故改变被测波形频率不仅测量容易，而且测量准确度也高。 将（1）式改写成（2）式：
f=1/0.7（R1+2R2）*C）……（2）
从（2）式看出，只要测量输出波形的频率，就能够确定被测电阻值，实现了R/f变换。
2 f/R变换
利用计数器，测出输出波形的频率，可测出被测电阻值。频率值和电阻值的转换可通过单片机实现.从（2） 式可推出R/c变换式（3）式：
R2=（1/（f*C）-R1）/2 ……（3）
要测量电阻的量程可通过改变555外接电容电阻的数量级实现，在测量大电阻时也可以通过软件改变定时时间来实现不过这样不实用.
五 软件设计
本课题研究的是如何利用C8051单片机对外部RC震荡电路产生的波形的频率进行测量，并把频率值最终转换成电阻、电容值送数码管显示。完成这个任务需要用到C8051单片机的内部定时器T0、T1和T3，T3作为定时器，T0和T1作为计数器。T3定时通过T0和T1计数这段时间外部RC震荡电路所产生的方波的个数，从而计算出方波的频率。并通过软件计算求出电阻、电容值，把电阻值直接送数码管显示，电容值转变成相对应的电容型号然后再送数码管显示。
六 结论
实现了通过C8051F005单片机测量电容电阻的目的，能够精确的测量0.002μF～1μF的电容，并通过数码管显示电容的型号。同时能够测量200Ω～300KΩ电阻的阻值并通过数码管显示出来。测量电阻、电容的误差在±5%以内。
参考文献
[1]董传岱，于云华主编.数字电子技术. 石油大学出版社，2003.
[2]鲍可进主编.C8051F单片机原理及应用.中国电力出版社，2006.
[3]刘毅刚.单片机原理及应用[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2004.
[4]陈建铮主编.实用C语言程序设计教程.北京：中国水利水电出版社，2006.
关键词： 单片机 555定时器 电容 电阻 测量
一 前言
测量电子元器件集中参数R、C的仪表种类较多，方法也各有不同，但都有其优缺点。一般的测量方法都存在计算复杂、不易实现自动测量而且很难实现智能化。例如，目前常用的电容测量仪器，大多是模拟电路，如电桥电路等， 若用数字显示就必须采用A/D转换器.测量的方法主要是通过电感耦合交流电桥， 双T型网络等，这些方法均存在不足之处。双T型网络虽然能够进行精密电容测量，但是需要有高精度标准电容和调节平衡的熟练工人， 仪器结构复杂，操作不便。而电阻测量的方法更是多种多样。随着单片机技术的发展，它在智能化测量仪表中的应用越来越广泛。它适用于机、电、仪一体化的智能产品，具有精度高低功耗、控制功能强、小巧等优点。利用单片机的软件来代替硬件功能，可使产品的体积缩小、功能增强实现不同程度的智能化以及仪表测量的自动化，并能进行数据分析处理，以达到仪表的高可靠性、高精度和多功能。
二 系统硬件部分介绍
1.C8051F系列单片机简介
C8051F系列单片机是一种典型的高性能单片机，是Cygnal 公司开发的产品。C8051F系列单片机是完全集成的混合信号系统级芯片（SOC），具有与MCS-51完全兼容的指令内核，采用流水线处理技术，不再区分时钟周期和机器周期，能在执行指令期间预处理下一条指令，提高了指令的执行效果。大部分C8051F单片机具备控制系统所需的模拟和数字外设，包括看门、ADC、DAC、电压比较器、电压基准输出、定时器、PWM、定时器捉和方波输出等，并具备多种总线接口。C8051F系列单片机采用Flash ROM技术，集成JTAG，支持在线编程和调试[6]。
2. 555电路
555定时器是一种模拟和数字电路相混合的集成电路内部电路如图2-1。它结构简单、性能可靠、使用灵活，外接少量阻容元件，即可组成多种波形发生器、多谐振荡器、定时延迟电路、报警、检测自控及家用电器电路，其应用非常之广。[2]
三 ，电容测量原理
1C/f变换
如果把555定时器集成电路接成多谐振荡器， 则其输出脉冲波形的周期T与外接电容C值成正比.外接电容C经R1和R2充电，其充电时间常数为T1=（R1+R2）*C，但放电只通过R2，其放电时间常数为T2=0.7R2C。如果电容在1/3VCC和2/3VCC之间充放电，则输出波形周期为：
T≈T1+T2=0.7（R1+2R2）*C……（1）
这里固定R1与R2，则T与C成正比，因此如果能够测出波形的周期，则电容值就容易确定。
在通常被测电容范围内，从（1）式计算出的周期很小、故改被测波形频率不仅测量容易，而且测量准确度也高。 将（1）式改写成（2）式：
f=1/0.7（R1+2R2）*C）…… （2）
从（2）式看出，只要测量输出波形的频率，就能够确定被测电容值，实现了c/f变换。
2 f/c变换
利用单片机计数器，测出输出波形的频率，可测出被测电容值。电容值与频率值成反比，利用软件编程实现频率值与电容值的转换。从（2） 式可推出f/c变换式（3）式：
C=1/[0.7（R1+2R2）*f]……（3）
由于单片机计数器有位数的限制，所以电容的量程也受到限制，因此要扩展量程，一方面可通过改变定时器的定时时间及计数器的重载实现，另一方面可通过改变电阻的数量级实现.
四.电阻测量原理
1R/f变换
如果把555定时器集成电路接成多谐振荡器， 则其输出脉冲波形的周期T与外接电阻（R1+2R2）的值成正比。外接电容C经R1和R2充电，其充电时间常数为T1=（R1+R2）*C，但放电只通过R2，其放电时间常数为T2=0.7R2C。如果电容在1/3VCC和2/3VCC之间充放电，则输出波形周期为：
T≈T1+T2=0.7（R1+2R2）*C……（1）
这里固定C，则T与（R1+2R2）成正比，而R1的值已知因此如果能够测出波形的周期，则电阻R2的值就容易确定。
在通常被测电阻范围内，从（1）式计算出的周期很小、故改变被测波形频率不仅测量容易，而且测量准确度也高。 将（1）式改写成（2）式：
f=1/0.7（R1+2R2）*C）……（2）
从（2）式看出，只要测量输出波形的频率，就能够确定被测电阻值，实现了R/f变换。
2 f/R变换
利用计数器，测出输出波形的频率，可测出被测电阻值。频率值和电阻值的转换可通过单片机实现.从（2） 式可推出R/c变换式（3）式：
R2=（1/（f*C）-R1）/2 ……（3）
要测量电阻的量程可通过改变555外接电容电阻的数量级实现，在测量大电阻时也可以通过软件改变定时时间来实现不过这样不实用.
五 软件设计
本课题研究的是如何利用C8051单片机对外部RC震荡电路产生的波形的频率进行测量，并把频率值最终转换成电阻、电容值送数码管显示。完成这个任务需要用到C8051单片机的内部定时器T0、T1和T3，T3作为定时器，T0和T1作为计数器。T3定时通过T0和T1计数这段时间外部RC震荡电路所产生的方波的个数，从而计算出方波的频率。并通过软件计算求出电阻、电容值，把电阻值直接送数码管显示，电容值转变成相对应的电容型号然后再送数码管显示。
六 结论
实现了通过C8051F005单片机测量电容电阻的目的，能够精确的测量0.002μF～1μF的电容，并通过数码管显示电容的型号。同时能够测量200Ω～300KΩ电阻的阻值并通过数码管显示出来。测量电阻、电容的误差在±5%以内。
参考文献
[1]董传岱，于云华主编.数字电子技术. 石油大学出版社，2003.
[2]鲍可进主编.C8051F单片机原理及应用.中国电力出版社，2006.
[3]刘毅刚.单片机原理及应用[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2004.
[4]陈建铮主编.实用C语言程序设计教程.北京：中国水利水电出版社，2006.