通过测试电容测试线览长度的方法

1、通过测试电容测试线览长度的方法【摘要】测试线缆长度一般可以采用测试电阻值或者测试电容值的方式来实现，采用测试电阻的方式需要将线缆的另一端短路起来，操作过于复杂。如果采用测试电容的方式，可以只在一端操作就可以完成测试过程，具有明显优势。【关键词】线缆长度测试测试电容值PIC单片机555定时器一、电容测试原理分析测试电容的方法主要是通过测试电容的充放电时间来计算电容的大小，但是长度一米的普通5类网络线的电容大概只有49pf左右，如果只通过测试单次充放电的时间很难精确测量出电容的大小，而且测试的随机误差也比较大。所以如果能多次测量电容的充放电时间，就可以减少单次测试的随机误差。那么要能测试多次充放电

2、的时间，最好的方法就是利用被测电容组成一个震荡电路。555集成定时器是一种模拟和数字电路相混合的集成电路。它结构简单，使用灵活，用途十分广泛，可以组成多种波形发生器、多谐振荡器、定时延时电路、双稳触发电路、报警电路、检测电路、频率变换电路等。所以可以采用555定时器与被测电容组成多谐振荡器电路。555电路有无稳态、单稳态和双稳态三种基本工作方式。用这三种方式中的一种或多种组合起来可以组成各种实用电子电路佣得最多的是前两种方式）。所以当电阻R1和R2已知时，只要测量出振荡频率f就可以求出电容值C。二、线长测试仪的组成及工作过程多谐振荡电路产生一组标准的方波，利用线缆电容来改变方波的频率，用计数器

3、统计相同时间的脉冲数，通过与一个已知的参考电容值对比得出线缆的电容，根据不同线缆的单位长度的电容值进行数据修正，从而实现对大部分线缆的长度测试。具体实施方式：首先，将一个已知的参考电容接人多谐振荡器电路设为Cl（尽量选择高精确度的电容）产生一个频率n的方波脉冲。利用单片机的计数器统计时间t内的脉冲个数nl。其次，断开已知参考电容与多谐振荡器电路的连接，将待测线缆接入代替参考电容，设C2为线缆的电容，此时振荡器产生频率为f2的方波脉冲。同样利用单片机的计数器统计时间t内的脉冲个数n2。再次，单片机分别记下了相同时间t内，接人已知参考电容时产生的脉冲数为nl,接人待测线缆时产生的脉冲数为n2,根据

4、多谐振荡器输出脉冲频率与电容C的关系：f=1.43/（R1+2R2）C，可以得出：fl/f2=C2/C1，因为fl二nl/t，f2二n2/t，所以nl/n2=C2/C1，那么只要知道nl、n2和已知电容CI值，就可以换算出电容C2的值。最后，根据测试的值换算成线缆的长度L=C2/Cp，Cp为单位长度电容值，不同线缆的Cp值可以在软件界面上设置三、线缆测试仪硬件设计I.用来切换参考电容和待测线缆的电子开关采用74HC4066。74HC4066是一款拥有4路独立的模拟开关，除了用来切换参考电容和待测线缆外，还可以利用其他两路模拟开关来切换量程。根据多谐振荡器输出脉冲频率与电容C的关系：f=1.43

5、/(R1+2R2)C，可以得出电容越大，脉冲的频率越低，计数的个数越少，误差也越大。所以通过模拟开关切换不同的Rl和R2电阻值，可以提高脉冲的频率，增加测试的精度。电路原理图如下图5所示：图5中C12为InF的参考电容，参考电容连接到74HC4066的I脚（第一路模拟开关输入脚），待测试线缆输入连接到74HC4066的4脚（第二路模拟开关输入），将这两路模拟的输出2脚和3脚都连接到555定时器的2脚。单片机的10口直接驱动控制端1CTL和2CTL来切换参考电容和待测线缆。再利用单片机的一个10口同时控制第三和第四路模拟开关来同时切换电阻RI和R2来实现切换量程。由于网线由4对双绞线所组成，因而

6、测试网线长度时最好能同时测试4对双绞线的长度。这样做一方面可以保证在有任意一对双绞线发生断路或短路等故障时，可以通过测试另外三对线的电容来测试线缆长度。另一方面可以通过测试4对线芯的长度，来发现某对线的发生了断路，因为短路的线缆的电容小于正常的另外三对线芯，所以测试出的长度也明显小于其他三对线芯。那么要实现同时测试4对线缆就需要把8根线分别接入到多谐振荡器电路中。这就需要用8路模拟复用器74HC4351来作为切换开关，分别将8根线芯接人555定时器的2脚。74HC4351的内部原理图如图6所示：通过so、SI、S2脚来选择Y0-Y7中的任意一个管脚与Z导通，8根线芯连接到YO-Y7,Z与555

7、定时器的2脚相连。分析图3的多谐振荡器电路可以知道除了要把线对的一根线芯连接到555定时器的2脚，线对的另外一根线芯需要接地。一般实现方法是把8根线芯都接到单片机的10口上，把需要接地的线芯所连接的10口设置成输出模式，同时控制该10口为低电平。其他6根线芯所连接的10口设置为输入，使线芯处于高阻浮空状态，这样测试的就是选定的一对线的电容。主控制器采用美国MicrochipTechnol-ogy公司推出的PIC系列8位CMOS单片机。PIC系列8位CMOS单片机具有实用、低价、易学、省电、高速和体积小等特点，特别是其独特的RISC（精简指令集）结构，及独立分开的数据总线和指令总线的哈佛总线（H

8、arvard）结构，使指令具有单字长的特性，且允许指令码位数可多于8位的数据位数，这与传统的采用CISC（复杂指令集）结构和冯.诺依曼结构的8位单片机相比，可以达到2:1的代码压缩和4:1的速度提高。由于PIC单片机的一个指令字长比采用CISC指令集的8位字长的单片机可包含更多的处理信息，使得程序空间的利用率和程序的执行速度可得到较大的提高。PIC系列单片机还具有其他一些优秀特性，如低功耗睡眠功能、掉电复位锁定、看门狗（WDT）电路、片内EEPROM、A/D（模数转换）、比较输出、捕捉输入和PWM（脉宽调制）等，可以大大减少外围器件。设计中使用MCLR、RB6、RB7三个接口作为在线仿真接口和

9、ICSP（在线升级）接口，可以实现在线升级软件功能。主机电路图如图7所示：显示部分采用KS0108控制器的12864点阵型液晶显示屏。液晶显示屏与PIC单片机的接口电路图如图8所示：四、线缆测试仪软件设计1脉冲计数采用定时器I的计数器功能实现。555定时器的脉冲输出管脚（3脚）连接到定时器1的外部输入管脚RCO/TICKI，将定时器I设置为16为计数器模式。555定时器每输出一个脉冲时，计数器自动加1。用定时器0作为1秒时基信号的计数门（上接第123页）控信号.1秒开始前将定时器1的计数值清0,当1秒时间到停止定时器1的计数，读取出来的计数值就为其频率f。由于PIC单片机的P0RTB口具有电平变化中断功能，因而采用RB2-RB7作为4个按键的输入10口。RB2-RB3定义为上下方向键，用来选择测试的线对，根据网线的线对特点，可以选择1-2,3-6,4-5,7-8四对。RB4-RB5定义为左右方向键，用来修改单位长度的电容值。RB6作为测试键，每次按键立刻开始一次新的测试，也可以设置为3秒内无按键操作自动开始一次新的测试。RB7作为开关机键，实现软关机功能。当处于开机状态时，按下RB7键后控制单片机进入休眠状态，由于PIC系列单片机的低功耗设计，这时的耗电大概只有40uA左右的电流，普通9V电池可以保持200多天。由于休眠时PIC