數(shù)字式的元件參數(shù)測試儀的設(shè)計

1、0 摘要此設(shè)計是基于 51 和 c語言編程的數(shù)字式電阻電容電感測試儀的制作。類似于萬用表的功能，我們不是直接測量這些未知量，而是用電壓電流等這些容易測量的已知量來進行轉(zhuǎn)化。設(shè)計當中將一些芯片組合起來并用編程控制產(chǎn)生了幅值穩(wěn)定的直流電源以及交流電源，選擇合適的標準rlc ，根據(jù)串聯(lián)分壓的原理分別測量出標準電阻電容電感的電壓，這樣根據(jù)串聯(lián)電路的等量關(guān)系很容易知道需要測量的 rlc ，最后用顯示裝置把未知rlc顯示出來。這種方法比較直接，通俗易懂，程序也都比較直接，在很多儀器儀表的制作工藝當中都有所用到。設(shè)計的關(guān)鍵是要產(chǎn)生合適的電壓信號，選擇合適的標準電阻電容和電感，還有用 51 與 c語言程序來實

2、現(xiàn)的未知變量與已知變量之間的等量關(guān)系.關(guān)鍵詞編程、標準電阻電容電感、測試儀、a/d 轉(zhuǎn)換、顯示abstract this design is based on the 51 and c language programming of the production of the digital resistance capacitance and inductance tester. similar to the multimeter functions, we are not directly measuring the unknown quantity, but with these eas

3、y to measure as voltage and current of a known quantity to be converted.in the design,it combines a number of chips and produces amplitude control of a stable dc power and ac power with programming. according to the principle of series voltage divider , select the appropriate standard of rlc, resist

4、ance and capacitance are measured in the standard inductor voltage. thus, according to the series volume, it is very easy to know the value of the rlc. at last, use a display device to display the unknown rlc.this method is relatively straightforward and easy to understand, the program is also relat

5、ively straightforward, and many instruments have used the production technology. the key is designed to produce the appropriate voltage signal, select the appropriate standard resistance capacitance and inductance, as well as with 51 and c language program to implement the known and unknown variable

6、s and equal relationships between variables. key words programming, standard resistance capacitance inductance tester, a / d converter, 1 display 目錄摘要. 錯誤!未定義書簽。abstract . 錯誤!未定義書簽。一、 緒論. 11.1 課題背景 . 錯誤!未定義書簽。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 . 31.3 研究目的 . 3二、 算法概要 . 42.1 流程圖及簡單的電路圖 . 42.2 算法簡述 . 4三、 電阻元件的測量 . 53.1 a/d 轉(zhuǎn)

7、換的原理 . 53.2 直流電壓的測量 . 73.3 直流電壓的產(chǎn)生 . 10 3.4 電阻值的測量及顯示 . 13 四、 電感電容元件的測量 . 16 4.1 交流電壓的產(chǎn)生 . 16 4.2 交流電壓峰峰值的測量. 19 4.3 電容值的測量及顯示 . 26 4.4 電感值的測量及顯示 . 27 致謝. 30 參考文獻 . 31 附錄程序 . 32 2 一緒論1.1 課題背景目前使用的電感測量方法是用數(shù)字lrc 測量儀， 但數(shù)字 lrc 測量儀的數(shù)字化程度并不高 ,其參量分離是靠同步檢波器實現(xiàn)的。隨著單片機技術(shù)的發(fā)展 ,其在智能化測量儀表中的應(yīng)用越來越廣泛，利用單片機的軟件來代替硬件的功能

8、,可以實現(xiàn)儀表測量的自動化,并能進行數(shù)據(jù)分析處理 ,以達到儀表的高可靠性、高精度、多功能。本文提出了一種利用mcs- 51 及其他系列的芯片和c語言編程來實現(xiàn)對電阻電容電感的測量。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀通常的測量儀器采用阻抗矢量電壓法測量電容, 需進行穩(wěn)壓、交流供電。 近年來隨著計算機技術(shù)的廣泛運用, 電容測量方法有了較大的進展, 但常用的方式是利用占用口線較多且價格昂貴的a d 轉(zhuǎn)換器將模擬信號輸入計算機進行測量.。 根據(jù)一階線性暫態(tài)電路理論, 可以有一種占用資源少且能方便地實現(xiàn)模擬信號的檢測方法 , 設(shè)計了電路和軟件編程簡單、口線較少且無需交流供電的單片機電容測量系統(tǒng)。在科學實驗和生產(chǎn)中,

9、 人們經(jīng)常需要快速精密地測量電感和電容器件的值, 一般的測量大都是采用交流電橋法和諧振法, 即模擬法。 然而這些方法的測量時間較長 , 不適于專業(yè)化測量。 我看過筆者提出了一種用p ic16c62 單片機測量 l、c 的一種新的數(shù)字方法 , 這種測量方法的精度只取決于對相位的測量, 且這種測量方法的速度快 , 特別適用于專業(yè)化流水線測量。1.3 研究目的萬用表大家都知道它有三個基本的功能，測量電壓電阻電流。 將萬用表進行各種不同的合適設(shè)置， 能夠很方便的測量出來。 類似的， 數(shù)字電路參數(shù)測試儀也是用來測量各種電路元件包括電阻電容和電感的。本實驗中需要用單片機編程來進行簡單的電阻電容電感的測量，

10、也很方便。同時在示波器以及信號發(fā)生器中也可以根據(jù)波形的測量間接地知道電阻電容電感的數(shù)值。等等，這些電子元件都用不同的方法進行了測量達到了目的。3 二算法概要2.1 流程圖及簡單的電路圖被測 r、l、c經(jīng)過歐姆電壓轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換成所需要的模擬電壓，并將其放大到 ad轉(zhuǎn)換器的規(guī)范值，由ad 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量再送入單片機。由單片機根據(jù)需要進行一系列處理( 如非線性校正；四則運算：計算最大值和最小值等)，處理后以數(shù)字顯示測量結(jié)果。以下是 rlc測量電路的流程圖以及電路圖，三個可以統(tǒng)一加交流電， 也可以在測量電阻時用直流信號， 消除電容和電感的影響。 在本設(shè)計當中， 電阻的測量采用標準的直流電壓信號，

11、 電容電感的測量采用標準的正弦波信號，下面分別進行敘述。下面是整個設(shè)計當中的設(shè)計流程圖以及簡單的電路設(shè)計圖：標準正弦波產(chǎn)生芯片標準、或串聯(lián)分壓電路放大運放adc51單片機電壓幅值轉(zhuǎn)換芯片液晶模塊顯示數(shù)據(jù)濾波電路標準rlc待測rlc輸入電壓信號 u輸出電壓信號ur設(shè)計流程圖設(shè)計電路圖2.2 算法簡述4 在測量電容時，加入交流電壓信號，將電容電感轉(zhuǎn)換成容抗或者感抗 1/wc 或者 wl 由串聯(lián)分壓可以知道未知電容和未知電感的計算公式同樣= 在測量電阻時，加入直流電壓信號，根據(jù)串聯(lián)電路分壓關(guān)系推算我們可以得到未知電阻的計算公式。其中 u 是輸入的電壓信號，分別是待測電阻電容電感、分別是標準的電阻電容

12、和電感。在這個過程當中標準電阻電容電感的選擇需要遵循一定的原則，為了充分利用 a/d 轉(zhuǎn)換的效率， 提高測量的精確度， 要盡量選擇比較合適的阻抗使測量的電壓信號比較接近5v。要達到這一個目的，我們就需要用程序來控制標準電阻電容電感的選擇， 使盡量多檔位的電抗值被選到而達到控制電壓的目的。這時我們可以用繼電器分檔進行選擇，以下幾章會分別詳細介紹。三電阻元件的測量3.1a/d 轉(zhuǎn)換的原理工程實際中需要測量的信號，一般都是模擬信號，而計算機系統(tǒng)只能對數(shù)字信號進行運算、 處理和存儲。 因此要用計算機系統(tǒng)測量模擬信號，必須先將模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，這一過程稱為模/數(shù)（a/d）轉(zhuǎn)換。實現(xiàn) a/d 轉(zhuǎn)

13、換的原理電路有多種， 下面簡單介紹并聯(lián)比較法a/d 轉(zhuǎn)換的原理。并聯(lián)比較法將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換為二位數(shù)字信號輸出的原理電路如3.1 圖所示：5 vivrefd1d0rrrrq0q1q2邏 邏邏 邏圖 3.1.1 a/d 轉(zhuǎn)換原理在圖 3.1.1 中有三個比較器，各比較器的參考電壓分別為（1/4）vref、 （2/4）vref、（3 /4）vref，比較器的輸出為電平信號(數(shù)字信號 )。利用比較器將輸入模擬電壓信號和各自參考電壓進行比較， 從而把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。輸入模擬電壓ui處于不同的范圍，對應(yīng)于不同的比較器輸出數(shù)字信號q0、q1、q2，如表 3.1.2所示。表 3.1.2 輸入模擬信

14、號和輸出數(shù)字信號關(guān)系輸入模擬信號電壓范圍比較器輸出q2q1q0轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出d1d00（1/4）vref0 0 0 0 0 （1/4）vref（2/4）vref0 0 1 0 1 （2/4）vref（3 /4）vref0 1 1 1 0 （3/4）vref（4 /4）vref1 1 1 1 1 比較器輸出的數(shù)字信號q0、q1、q2，并不是二進制數(shù)碼，只是反映一定電路狀態(tài)的電平信號，還需要經(jīng)過一定的邏輯運算電路，將q0、q1、q2電平信號轉(zhuǎn)換成二進制代碼 d0、d 1才能作為轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出。實現(xiàn)從q0、q1、q2 到 d0、d1轉(zhuǎn)換的邏輯運算。因此，并聯(lián)比較式a/d 轉(zhuǎn)換電路，實際上是根據(jù)輸入模擬信

15、號的電壓范圍，產(chǎn)生相應(yīng)的數(shù)字信號輸出。 按此原理增加比較器及相應(yīng)的電路元件數(shù)量，就可以增加輸出數(shù)字信號的位數(shù)。 輸出數(shù)字信號位數(shù)越多， 輸入電壓的范圍劃分則越細，輸出數(shù)字信號就越能夠準確地反映輸入模擬信號的量值。輸出數(shù)字信號的位數(shù)，常用于表征 a/d 轉(zhuǎn)換器件的精度。常見的a/d 轉(zhuǎn)換器件的精度有8 位、10 位、12 位等。將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，需要一定的時間，稱為轉(zhuǎn)換時間。轉(zhuǎn)換時間也是選用a/d 轉(zhuǎn)換器件的一項重要指標，常見a/d 轉(zhuǎn)換器件的轉(zhuǎn)換時間一般為幾十納秒到幾十微妙。由于 a/d 轉(zhuǎn)換過程需要一定的時間，如果需要轉(zhuǎn)換的是一個交流信號，則轉(zhuǎn)換開始時和轉(zhuǎn)換結(jié)束時信號的電壓值是不同的

16、，由此將會造成a/d 轉(zhuǎn)換的誤差，如圖 3.1.3（a）所示。抑制 a/d 轉(zhuǎn)換過程延時誤差的辦法是增加一個采樣保持電路，如圖 3.1.3（b）所示。圖 3.1.3（b）中，外部被測電路等效為一個戴維南信號源電路， us為被測電壓， rs為等效電阻。6 轉(zhuǎn)換結(jié)束轉(zhuǎn)換開始tuorsck采樣 /保持控制信號源采樣保持電路usucuo（a）轉(zhuǎn)換誤差（b）采樣 /保持電路原理圖 3.1.3 a/d 轉(zhuǎn)換誤差及采樣 /保持電路原理在采樣 /保持電路中，先將開關(guān)k合上，外部信號源對電容c充電（放電），待電容 c 上的電壓 uc與被測電壓 us相等（接近）時，再斷開開關(guān)k。在電容 c和輸出引腳之間， 連接有

17、一個電壓跟隨器， 由于電壓跟隨器的輸入阻抗可以看作無窮大，所以開關(guān)k斷開后， uc和 uo等于開關(guān) k斷開時刻的被測電壓us值，并且維持不變。開關(guān) k合上的過程，稱為信號的采樣， 采樣結(jié)束后開關(guān) k斷開的過程稱為保持。采樣 /保持電路有時也簡稱s/h(sample/hold)電路。采樣過程所需的時間t，取決于 rs、c 電路的時間常數(shù)。當電容 c 的值確定時，取決于外部信號源的電阻rs值。通過對開關(guān) k從導通到斷開的時間控制，實現(xiàn)對采樣時間的控制。信號的采樣時間，應(yīng)該根據(jù)外部信號源的電阻rs值，維持最小采樣時間。從理論上說，采樣時間 t越長，us和 uc的值越接近，因此采樣時間越長越好。工程實

18、際中一般取54t時，近似認為 us和 uc相等。 maxim icl 7109 是單片三態(tài)控制、二進制形式輸出的12 位a/ d 轉(zhuǎn)換器 , 具有極性和過量程指示。 maxim 公司在 icl 7109 的基礎(chǔ)上增加了零積分階段, 保證過載時快速恢復 , 消除過載殘余、 串擾和滯后作用 ; 通過增大 icl 7109 的電流源容量, 加強了總線驅(qū)動能力 , 能夠快速驅(qū)動單片機總線上可能出現(xiàn)的較大電容。maxim icl 7109 的 封 裝 形 式 為dip40 ,引 腳 功 能 見 下 表7 3.2直流電壓的測量直流電壓的實用測量電路如圖3.2.1, 由單片機 at89c51 、 a/d 轉(zhuǎn)

19、換器、maxim icl 7109 組成。將 mode 引腳接地 , 使maxim icl 7109 工作于直接輸出方式。將run/ hold 引腳與 at89c51 的p14 引腳相連 , 用程序位控制轉(zhuǎn)換過程。將sta2tus 引腳與 at89c51 的int1引腳相連 , 轉(zhuǎn)換結(jié)束時請求中斷。采用6mhz 晶振,maxim icl 7109 完成一次轉(zhuǎn)換所用時間 t = 8192 58/ 6mhz = 7912ms ,即轉(zhuǎn)換速率為12.6 次/ 秒。8 3.2.1 直流電壓測量電路上圖中 , 讀高、低字節(jié)測量數(shù)據(jù)的地址分別為fd00h 和fe00h , 電壓高、低字節(jié)測量數(shù)據(jù)分別寄存在單

20、片機片內(nèi)ram 單元39h 和38h , 供應(yīng)用程序使用。實現(xiàn)一次基本量程的電壓測量程序見附錄。電壓高、低字節(jié)測量數(shù)據(jù)分別寄存在單片機片內(nèi)ram 單元 39h 和 38h中，現(xiàn)在需要進行轉(zhuǎn)換把二進制的數(shù)值轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)值的電壓信號，然后將數(shù)字電壓信號轉(zhuǎn)換成模擬的電壓信號。在利用計算機的電氣測量與控制系統(tǒng)中，有時只要將測量、計算的結(jié)果以數(shù)字量的方式顯示、 存儲，或者直接以數(shù)字信號輸出的方式控制輸出開關(guān)，起到控制的作用；有時則需將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號輸出。將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號的過程稱為數(shù)/模（d/a）轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換原理如下一個多位二進制數(shù)中每一位的1 所代表的數(shù)值大小稱為這一位的權(quán)。 如

21、果一個 n 位二進制自然數(shù)用adn-1dn-2d1d0b （b為二進制數(shù)標記） 表示，從最高位dn-1（簡寫作 msb）到最低位 d0 (簡寫作 lsb) 的權(quán)依次為 2n-1、2n-2、 21、20。4 位權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò) da 轉(zhuǎn)換器原理如圖 6.2.1 所示，由權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)、 4 個電子開關(guān)和 1 個加法放大器組成。 s3、s2、s1、s0是 4 個電子開關(guān)，其狀態(tài)分別受4位輸入二進制代碼d3、d2、dl、d0的取值控制，代碼為 1 時開關(guān)觸點連接到參考電壓 vref上，代碼為 0 時開關(guān)觸點接地。uovrefd0d1d2d3s0s1s2s3i0i1i2i32rar22 r32 r(lsb)(m

22、sb)v+v_irf(r/2)圖 3.2.2 d/a 轉(zhuǎn)換原理根據(jù)加法放大器的原理可得：)2222(2001122334ddddvurefo(3-5-1) 顯然上式括號中的值即為輸入二進制數(shù)值，也就是說輸出模擬電壓值對應(yīng)于輸入二進制數(shù)值。增加權(quán)電阻和電子開關(guān)的數(shù)量，就可以增加輸入數(shù)據(jù)的位數(shù)，輸出模擬電壓值能夠反映更多位數(shù)輸入二進制數(shù)字的值，從而提高 d/a 轉(zhuǎn)換的精度。從式(3-5-1)中可知，輸出電壓 uo始終為負值，要想得到正的輸出電壓，可以將 vref取為負值，或者在輸出端增加一級模擬反相器。9 圖 3.2.2 中的電子開關(guān)，通常稱為模擬開關(guān)，其作用是通過數(shù)字信號控制模擬信號的選擇性導通

23、和截止， 在 d/a 轉(zhuǎn)換集成電路器件內(nèi)部， 設(shè)計有相應(yīng)的模擬開關(guān)電路。由以上原理可以得出用c語言寫出下列將二進制的數(shù)字電壓信號轉(zhuǎn)換成十進制的模擬電壓信號，程序如下將 39h 和 38h單元中的二進制數(shù)轉(zhuǎn)化成十進制數(shù)的電壓值程序#include void main int a,b,i; /定義數(shù)組將 39h 和 38h單元中二進制數(shù)據(jù)拷貝int m=39h,n=38h,j=128; for(i=7;i=0;i+) /將 39h單元中數(shù)據(jù)送入數(shù)組a ai=m/j,j-; for(i=7;i=0;i+) /將 38h單元中數(shù)據(jù)送入數(shù)組b bi=m/j;j-; 將二進制的數(shù)據(jù)經(jīng)過一定的變量關(guān)系轉(zhuǎn)化成

24、精確的電壓數(shù)值然后輸出float r，vot=0.0; / 定義參考電壓信號r=ref; int a=2; for(i=7;i=0;i+) vot=vot+ai*r/a;a=a*2;/轉(zhuǎn)換 39h中二進制電壓值 printf( “ 39h 中電壓轉(zhuǎn)換信號是vot=%fn” ,vot) for(i=7;i=0;i+) /轉(zhuǎn)換 38h中二進制電壓值 vot=vot+bi*r/a;a=a*2; printf( “ 38h 中電壓轉(zhuǎn)換信號是vot=%fn” ,vot) printf( 最終的電壓轉(zhuǎn)換信號是vot=%fn” ,vot) 知道了這個直流電壓測量程序以及硬件封裝好后可以直接用來測量直流電壓的

25、數(shù)值，這樣我們可以測量上述經(jīng)過方波到直流電壓信號然后放大后的電壓信號的電壓值。3.3直流電壓的產(chǎn)生先產(chǎn)生方波信號org ooooh ajmp main org 0030h main: clr p2.0 ；置 p2.0為低電平（執(zhí)行時間為一個機器周期）nop ；空操作（執(zhí)行時間為一個機器周期，僅用于延時，以下同）nop nop nop 10 setb p2.0 ；置 p2.0為高電平（執(zhí)行時間為一個機器周期）nop nop ajmp main ；絕對轉(zhuǎn)移至主程序處end 編譯通過后，將文件燒錄到89c51芯片后，將芯片插入到led數(shù)碼管輸出實驗板上。 通電后運行接示波器觀察可以發(fā)現(xiàn)p2.0輸出精

26、確的方波（高電平 5.42us，低電平 5.43us） ，周期為 10 個機器周期 10.58us。將此方波信號用整流橋整流后輸出標準的直流信號，圖 3.2.3 是單相橋式不控整流電路原理圖圖 3.2.3 單相橋式不控整流電路原理圖當電源的極性 2 瑞+3 端-時,12,34 兩端的二極管導通 ,輸出的電壓信號上正下負，方波的正半周期信號轉(zhuǎn)換成直流信號輸出，到方波的負半周期時即2瑞-3 端+時，13,24 兩端的二極管導通 ,輸出的電壓信號上正下負。由此可見，方波信號被整流后成為連續(xù)的直流信號輸出在14 端，這樣就可以運用在電路的測量中了。下面介紹一種微型直流一直流變換器電路, 可由12v直流

27、電壓產(chǎn)生 30v直流電壓。這種變換器的主要優(yōu)點是電路簡單, 體積小 , 成本低 , 性能好。驅(qū)動能力要求不大 , 輸出電流小于 1ma,但對穩(wěn)定性要求很高 , 輸出電壓對輸入電壓的變化不敏感, 體積要求很小。11 圖3.2.4 微型直流升壓變換器變換器的電路如下圖所示。其工作原理簡要說明如下1、振蕩器。由一個集成塊 cd4011 和電阻 r3 、電容c1 組成。是一個由三級反相器構(gòu)成的環(huán)振 , 第四個與非門 v2：d用于輸出振蕩波形 , 并避免后級對振蕩器的影響。按圖中的元件值設(shè)置, 振蕩頻率約 50khz 。2、 電流開關(guān)。振蕩信號由 r4 、 p1傳到三極管 p2的基極 , 若振蕩器輸出高

28、電平 , t2導通，若振蕩器輸出低電平 , t2截止。t2這樣迅速地反復導通與截止, 在變壓器tt1的原邊中感應(yīng)出非常高的交變電壓, 通過變壓器提升并桐合到副邊。3、 整流濾波電路。該電路采用半波整流 , 由電解電容進行濾波 , 從而得到 30v直流電壓。4、負反饋電路。要想得到非常穩(wěn)定的輸出電壓, 必須引入強烈的負反饋。圖中, r5 和r6 構(gòu)成采樣電路 , 輸出電壓的變化由采樣電路反饋到運算放大器ua741 的反相輸入端。 2ua741 的同相輸人端可接 6v基準, 6v基準由電阻 r1 和齊納二極管d1構(gòu)成。r1可以采用 2-5k的電阻以減小功耗。 腳輸出端 , 通過r2限流電阻接到調(diào)整

29、管 t1的基極。如果由于某種原因 , 使輸出電壓升高 , 則ua741 的反相輸入端電位將升高, 它的輸出將降低 , 從而降低調(diào)整管的基極電位, 使調(diào)整管的輸出電流減小 , 在變壓器原邊感應(yīng)的交變電壓降低, 從而降低輸出電壓 , 達到穩(wěn)壓的目的。電路的調(diào)節(jié)非常簡單 , 只要調(diào)節(jié)電位器 p1, 改變開關(guān)管 t2的工作點 , 就可改變變壓器原邊感應(yīng)的交變電壓, 從而就調(diào)節(jié)了輸出電壓的值。 調(diào)節(jié)過程中 , 不能使t2發(fā)射結(jié)并聯(lián)的電阻太小 , 否則t2不能導通 , 輸出電壓為零。很顯然我們可以把輸入電壓信號控制為5v。 方法是調(diào)節(jié)電位器 p1, 改變開關(guān)管t2的工作點 , 就可改變變壓器原邊感應(yīng)的交變

30、電壓, 從而就調(diào)節(jié)了輸出電壓的值?？墒沁@個調(diào)節(jié)怎么控制呢， 這時可以用到模擬多路開關(guān)， 對輸出的信號進行控制, 是最后輸出的達到我們需要的信號。 以下詳細介紹下模擬多路開關(guān)的原理。模擬多路開關(guān)當需要對多路輸入信號進行測量時，通常不必每一路輸入信號配置一套采樣/保持電路和 a/d 轉(zhuǎn)換電路，可以采用模擬多選一開關(guān)，分別對多路信號進行轉(zhuǎn)換。常見的模擬多選一開關(guān)有cd4051等，下圖 3.2.5 為 cd4051的引腳功能。12 12345679101112131415x0x1x3x2x4x5x6x7xabcveeinh控制邏輯電路圖 3.2.5 cd4051的引腳功能cd4051為 8 選 1 模

31、擬多路開關(guān)。 inh（6 腳）為芯片使能引腳，只有當inh引腳為低電平時， 選通功能才能被使用。 當傳遞的信號為雙極性交流信號時，vee（7 腳）連接負電源，當傳遞的信號為單極性正電壓信號時，vee引腳也可以接地。a、b、c三個引腳（ 9、10、11 腳）為選通控制引腳，當a、b、c三個引腳的值為 07時，對應(yīng)選擇 x0x7引腳與 x引腳導通。模擬信號可以從 x0x7引腳輸入， x引腳輸出，這種情況下 cd4051被用作信號選通器； 模擬信號也可以從 x引腳輸入， x0x7引腳輸出， 這時 cd4051被用作信號分配器。這樣將電位器p1 分成八個不同的位置標示八個不同的阻值，同時分別連接在的位

32、置，同時來控制abc的開斷來選中的電位信號?？梢杂胏語言來控制，用 0 表示低電平， 1表示高電平，比如101 則用二進制轉(zhuǎn)化成十進制為 5，即電平被選擇，此時 3 輸出一個電壓信號到測量電路中，經(jīng)過單片機測量和 ad轉(zhuǎn)化和 da控制得到電壓數(shù)值得到近似5v的電壓信號，如果離 5v比較遠，則邏輯控制電路重新選擇繼電器的開關(guān)重新選擇電平信號，就這樣反復循環(huán)1 到 7 次總能找到比較接近的電壓值，然后繼續(xù)進行測量。程序見附錄。這樣程序執(zhí)行完成之后就能輸出近似于5v的直流電壓信號。同時這個過程當中還有一個問題就是這個過程中的直流電壓測量電路，上面已經(jīng)知道了這個直流電壓測量程序， 硬件封裝好后可以直接

33、用來測量直流電壓的數(shù)值，這樣我們可以測量上述經(jīng)過方波到直流電壓信號然后放大后的電壓信號的電壓值voltage 。我們暫且將這個通過轉(zhuǎn)換得到的近似5v的電壓信號定義為輸入電壓u，下面我們將進行標準電阻的選擇， 使選擇的標準電阻兩端的電壓能夠最大程度的利用a/d轉(zhuǎn)換。同樣的我們這時仍然可以利用模擬多路開關(guān)進行標準電阻的選擇。具體操作步驟如下：分別接 0.1 歐姆、1歐姆、10歐姆、100歐姆、1000歐姆、10k歐姆、100k 歐姆、1000k歐姆八個標準電阻在開關(guān)上面，然后編寫程序控制選用哪個電阻運13 用到電路當中輸出電壓。同樣用abc 三個模擬數(shù)字信號控制開關(guān)的選通。程序見附錄。3.4 電阻

34、值的測量及顯示上面程序通過反復的比較循環(huán)然后輸出合適的電壓信號，然后通過運算能夠得到比較精確的電阻值通過這個比例關(guān)系，我們可以寫出程序，將程序?qū)雴纹瑱C然后可以輸出比較精確的電阻值，電阻計算程序如下：similuater(float rx) printf(“測量到的輸入電壓信號是u=f%n”,voltage); printf(“模擬開關(guān)選擇的標準電阻是%dn”,rr); printf(“測量到的標準電阻兩端的輸入電壓信號是ur=f%n”,voltage1); float rx; /定義待測電阻的阻值rx rx= voltage* rr/ voltage1- rr；/ 計算被測電阻的阻值 這樣被

35、測電阻就通過軟件編程一部部給測試出來了，下面需要做的工作就是將這個阻值在單片機上顯示出來，要編寫顯示程序。數(shù)碼管顯示器由于經(jīng)濟實用、亮度高、控制簡單，在測量與控制系統(tǒng)中被廣泛用于顯示被測物理量或內(nèi)部參數(shù)。根據(jù)數(shù)碼管顯示器與單片機連接方式的不同，有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種。所謂靜態(tài)顯示，就是所有的數(shù)碼管同時點亮，需要的器件較多，占用印刷電路板的面積要大一些， 消耗的電源電流也要大一些，但是占用的cpu 的時間則要少一些。所謂動態(tài)顯示，是指每位數(shù)碼管分時依次點亮，由于人眼的視覺暫留現(xiàn)象， 給人的感覺是同時都是點亮的。動態(tài)顯示需要的器件數(shù)量、印刷電路板的面積、功率消耗都要少一些，但是cpu 必需經(jīng)常刷

36、新，占用 cpu的時間要多一些。無論是動態(tài)顯示還是靜態(tài)顯示，根據(jù)電路的不同，都可再分為串行顯示和并行顯示兩種方式。串行顯示需要的cpu口線要少一些，但是占用cpu的時間要長一些。反之，并行顯示需要的cpu的口線要多一些，但是占用cpu的時間要少一些。實際應(yīng)用時，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的特點，選擇不同的顯示方式。在cpu 運行時間許可的情況下， 應(yīng)盡量選擇串行動態(tài)顯示方式， 以實現(xiàn)“用時間換硬件資源”的目的。3.4.1、數(shù)碼管電路結(jié)構(gòu)常見數(shù)碼管顯示器的外形如圖3.3.1（a）所示，內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)如圖3.3.1（b）所示，內(nèi)部 8 個發(fā)光二極管處于不同的位置，每個發(fā)光二極管顯示一個筆畫，稱為一段； 通過外接電路

37、控制點亮不同的發(fā)光二極管組合，顯示一位相應(yīng)的數(shù)字（符號） 。對于單個數(shù)碼管來說，一般有10 個引腳，從數(shù)碼管的正面看進去，左下角那個腳為 1 腳，以逆時針方向依次為110 腳，左上角那個腳便是10 腳了。圖3.3.1 中的筆畫符號分別與這10 個管腳序號一一對應(yīng)。 注意，3 腳和 8 腳是連通14 的，這兩個都是公共腳。 (a) 數(shù)碼管外形（b）內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)圖 3.3.1 數(shù)碼管外形及結(jié)構(gòu)圖 3.3.1 中 8 個發(fā)光二極管的陽極（正極）連接在一起，稱為共陽極數(shù)碼管顯示器。若將所有發(fā)光二極管的極性調(diào)換一下，所有的陰極（負極）連接到一起，則稱為共陰極數(shù)碼管。數(shù)碼管顯示器與發(fā)光二極管一樣，除有體積

38、大小之分外，也有普通、高亮、超亮的區(qū)別。體積較小的數(shù)碼管內(nèi)部每段發(fā)光二極管的工作電流與普通單個發(fā)光二極管的工作電流相當。 體積較大的數(shù)碼管每段 （一個筆畫） 可能由多個發(fā)光二極管串聯(lián)而成，其工作電流不會增大，但是工作電壓要增高，具體應(yīng)用時，可以查閱器件手冊，或者實際測量一下。3.4.2、數(shù)碼管顯示器的動態(tài)控制電路實驗箱的核心板上，有6 個數(shù)碼管顯示器，被設(shè)計成既可為并行接口動態(tài)控制，又可為串行接口動態(tài)控制，如圖4.3.3 所示。通過改變跳線器s2的位置，可以選擇數(shù)碼管受串行接口器件控制還是受并行接口器件控制。當s2處于“s ”位置時，受串行接口器件控制；當s2處于“p”位置時，受并行接口器件控

39、制。圖 3.3.2 中數(shù)碼管的控制信號同時連接到574 和 595 的輸出端，這兩種器件只能有一種處于工作狀態(tài)，不能同時輸出有效。跳線器s2決定了 595 輸出使能還是 574輸出使能，從而控制數(shù)碼管顯示器工作于串行方式還是并行方式。當 74hc595的輸出使能端與地短接時，輸出使能引腳（13 腳）為低電平，兩片 74hc595 的輸出引腳對數(shù)碼管顯示器起作用，數(shù)碼管顯示器工作于串行方式。此時兩片 74hc574的輸出使能引腳（ 1 腳）為高電平，其各位數(shù)據(jù)輸出引腳處于高阻抗狀態(tài)，對數(shù)碼管顯示器沒影響。15 ser14srclk11srclr10rclk12e13o015o11o22o33o4

40、4o55o66o77q79595in 11in 22in 33in 44in 55in 66in 77common8clamp9out 71 0out 61 1out 51 2out 41 3out 31 4out 21 5out 11 62 00 3ser14srclk11srclr10rclk12e13o01 5o11o22o33o44o55o66o77q795 95u5u6u1 0rclksclkrclksclkspds1ds2ds3ds4ds5ds6+5v+5v+5vs2gnd+5vr31 0kr410k+5vgndbelld02q019d13q118d24q217d35q316d46

41、q415d57q514d68q613d79q712oe1clk11vcc20gnd10u75 74d02q01 9d13q11 8d24q21 7d35q31 6d46q41 5d57q51 4d68q61 3d79q71 2oe1clk11vcc2 0gnd1 0u85 74ds1ds2ds3ds6ds5ds413452107118912led113452 10711891 2led2123456781 61 51 41 31 21 11 09rp3serp07p06p05p04p03p02p01p00rclksclkp05p04p03p02p01p00snd圖 3.3.2 數(shù)碼管顯示電路當

42、 74hc574的輸出使能端與地短接時， 輸出使能引腳為低電平， 兩片 74hc574的數(shù)據(jù)輸出引腳對數(shù)碼管顯示器起作用，數(shù)碼管顯示器工作于并行方式。3.4.3、并行動態(tài)顯示參考程序跳線器 s2短接于“ p”位置時，實際的單片機和數(shù)碼管顯示器電路原理如圖3.3.3 所示，構(gòu)成數(shù)碼管并行動態(tài)顯示電路。在此情形下，兩片595 的輸出引腳為高阻抗狀態(tài)，對數(shù)碼管顯示電路相當于不存在。圖 3.3.3 中的 u7 的輸出控制每個數(shù)碼管的哪一個筆畫點亮，稱為段選信號；u8 通過 u10 驅(qū)動控制哪一位數(shù)碼管點亮，稱為位選信號。mcs51邏邏邏p0邏u107056邏邏邏邏邏邏邏邏邏邏邏邏邏邏邏p1.1邏邏邏邏

43、邏邏邏邏邏邏邏邏邏邏邏邏u7 574u8 574/oe/oeu10 2003p1.2圖 3.3.3 數(shù)碼管并行動態(tài)顯示電路按圖 3.3.3 電路編寫的顯示程序見附錄。16 四電容電感元件的測量4.1 交流電壓的產(chǎn)生ad9850 內(nèi)古可編程 di)s系統(tǒng)和高速比較器，能實現(xiàn)全數(shù)字編程控制的頻率合成。可編程 dds 系統(tǒng)的核心是相位累加器。 它由一個加法器和一個 n位相位寄存器組成，n一般為 2432。每來一個外部參考時鐘。相位寄存器便以步長m 遞加。相位寄存器的輸出與相位控制字相加后可輸入到正弦查詢表地址上。正弦查詢表包含一個正弦波周期的數(shù)字幅度信息， 每一個地址對應(yīng)正弦波中 0360范圍的一個

44、相位點。查詢表把輸人地址的相位信息映射成正弦波幅度信號。然后驅(qū)動 dac以輸出模擬量。 ad9850采用32位的相位累加器將信號截斷成14位輸入到正弦查詢表， 查詢表的輸出再被截斷成 10位后輸入到 dac ，dac 再輸出兩個互補的電流。 dac 滿量程輸出電流通過一個外接電阻 ib ，調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)關(guān)系為 iset=32(1 248v rset) ，rset的典型值是 39kn。將nac的輸出經(jīng)低通濾波后接到ad9850 內(nèi)部的高速比較器上即可直接輸出一個抖動很小的方渡。其系統(tǒng)功能如圖4.1.1 所示。17 18 ad9850 在接上精密時鐘源和寫入頻率相位控制字之后就可產(chǎn)生一個頻率和相位都可

45、編程控制的模擬正弦波輸出， 此正弦波可直接用作頻率信號源或經(jīng)內(nèi)部的高速比較器轉(zhuǎn)換為方波輸出。在125mhz 的時鐘下， 32位的頻率控制字可使 ad9850的輸出頻率分辨率達 o ，0291hz ；并具有 5位相位控制位，而且允許相位按增量180、90、45、225、25或這些值的組合進行調(diào)整。2 ad9850的控制宇與控制時序ad9850 有40位控制字，32位用于頻率控制， 5位用于相位控制， 1位用于電源休眠(pbwerdown)控制，2位用于選擇工作方式。 這40位控制字可通過并行方式或申行方式輸入到 ad9850 ，圖4是控制字并行輸入的控制時序圖，在并行裝人方式中，通過 8位總線

46、do ?d7 將可數(shù)據(jù)輸入到寄存器，在重復5次之后再在 hq ud 上升沿把40位數(shù)據(jù)從輸入寄存器裝入到頻率相位數(shù)據(jù)寄存器( 更新dds 輸出頻率和相位) ，同時把地址指針復位到第一個輸入寄存器。接著在 wclk 的上升沿裝入 8位數(shù)據(jù)，并把指針指向下一個輸入寄存器，連續(xù)5個w clk 上升沿后， w clk的邊沿就不再起作用， 直到復位信號或 fu ud 上升沿把地址指針復位到第一個寄存器。在串行輸入方式， wclk 上升沿把 25引腳的一位數(shù)據(jù)串行移入，當移動40位后，用一個 fq ud 脈沖即可更新輸出頻率和相位。圖5是相應(yīng)的控制字串行輸入的控制時序圖。ad9850 的復位 (reset

47、)信號為高電平有效，且脈沖寬度不小于5個參考時鐘周期。ad9850 的參考時鐘頻率一般遠高于單片機的時鐘頻率，因此ad9850 的復位(reset) 端可與單片機的復位端直接相連。值得一提的是： 用于選擇工作方式的兩個控制位，無論并行還是串行最好都寫成00，并行時的 10、01和串行時的 10、01、“都是工廠測試用的保留控制字，不慎使用可能導致難以預料的后果。4.2 交流電壓峰峰值的測量被測量的對象是交流電壓的峰峰值。理想的采樣是抽取模擬信號的瞬間值，下圖分別示出了模擬信號采樣信號的波形。在被采樣的諸函數(shù)值中如何尋求一個值就是這個被采波形的峰值, 這就是我們的目的。對正弦波進行密集采樣時,

48、必能采到一個最大值 max 。但是我們不能無限地加密采樣率 , 這不僅由于微機的速度不允許, 而且也無此必要。若我們 0從開始 , 每隔10取一次樣 , 顯然取到的最大值在=90處。但是采樣不同能剛好0處開始 , 所以可能出現(xiàn)的最大偏差平均為5 。由此我們得到最大幅值19 的相對誤差為 =3.8*=0.38 顯然這樣的精度是可以滿足我們所需的交流電壓峰值的測量。我們可以這樣認為 , 只要一個周期保證采樣次數(shù)不低于40次的話 , 即可得理想的結(jié)果。在具體設(shè)計中我們定采樣率為次1000次/s, 這樣如果頻率為 20hz時, 每一周期也有 50次的采樣。4.2.1 交流電壓測量原理圖1、 adc08

49、04 將輸入模擬值轉(zhuǎn)換成數(shù)字值輸出到p0,使相對應(yīng)的 led 亮. 如輸入3v,adc0804 的輸出應(yīng)為 96h=10010110,此數(shù)字信號送入 8051 的p1,再由p1 存入8051 的累加器 , 然后累加器再到 p0,使相應(yīng)的 led 亮. 2、先將 adc0804 的參考電壓 vref 調(diào)整為 2.56v.( 在騰龍?zhí)准兄饕菔驹?，未作此精確調(diào)整電壓，用2個1k 電阻分壓，約 2.5v) 3、 調(diào)整 adc0804 的可變電阻器，由 0v 調(diào)到 5v 根據(jù)其關(guān)系觀察 p1的 led 變化情形 . 按照上述步驟可以寫出下列程序#include #include #define u

50、char unsigned char #define uint unsigned int #define ad_7 p0 /ad 數(shù)據(jù)口sbit cs=p1.0; / 芯片選擇信號，控制芯片的啟動和結(jié)果讀取，低電平有效sbit rd= p1.1; / 讀數(shù)據(jù)控制，低電平有效sbit wr=p1.2; /ad 轉(zhuǎn)換啟動控制，上升沿有效sbit intr=p1.3; /ad 轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出低電平/5us 延時程序 / void delay(unit i) unit j;int i; for(;i0;i-) for(j=0;j 1) ; 然后將每次讀出來的電壓信號做比較，如果后面的比前面的大，這后面的

51、有效繼續(xù)跟下一次測量的結(jié)果進行對比，但是如果小則舍棄，前一次測量的結(jié)果有效。按照這樣的步驟一個個進行比較，直到比較到完整的周期后最大的那個數(shù)值就近似為波形的峰峰值。這個比較然后取較大值的程序如下：#include(stdio.h) void main() int f=0,i; /確定采樣的次數(shù)float af=vot,votmax=0; for(i=0；ivotmax) votmax=vot; printf(“ 此波形的峰峰值為 votmax= votmaxn ” ); 這樣通過多次循環(huán)a/d 轉(zhuǎn)換和 d/a 轉(zhuǎn)換比較得出近似的峰峰值，然后用于電路的測量當中， 進行電容電感的測量。 有了上述測

52、量交流電壓峰峰值的方法我們就可以很容易知道ad9850 產(chǎn)生的交流電壓的幅值。將以上測量方法運用到ad9850的輸出端，用這個芯片能夠很方便的測量出了交流電壓的幅值voltage. 25 下面分情況說明電容電感的測量方法，兩種測量的思路很接近，并且也類同于電阻的測量。先說說電容的測量吧。同樣我們需要選擇合適的電容值作為電容箱，這樣保證ad 轉(zhuǎn)換器的充分利用以及測量的精度問題，把電容的大小值也分成八個檔位1uf、0.01mf 、0.1mf、1mf、0.01f、0.1f、1f、10f，仍然用模擬多路開關(guān)來進行控制。12345679101112131415x0x1x3x2x4x5x6x7xabcve

53、einh控制邏輯電路圖 4.2.8 模擬開關(guān) cd4051引腳功能cd4051為 8 選 1 模擬多路開關(guān)。 inh（6 腳）為芯片使能引腳，只有當inh引腳為低電平時， 選通功能才能被使用。 當傳遞的信號為雙極性交流信號時，vee（7 腳）連接負電源，當傳遞的信號為單極性正電壓信號時，vee引腳也可以接地。a、b、c三個引腳（ 9、10、11 腳）為選通控制引腳，當a、b、c三個引腳的值為 07 時，對應(yīng)選擇 x0x7引腳與 x 引腳導通。模擬信號可以從x0x7引腳輸入， x引腳輸出，這種情況下cd4051被用作信號選通器；模擬信號也可以從x引腳輸入， x0x7引腳輸出，這時 cd4051被

54、用作信號分配器。這樣將電位器p1 分成八個不同的位置標示八個不同的電容值，同時分別連接在的位置，同時來控制 abc 的開斷來選中的電位信號。 可以用 c語言來控制，用 0 表示低電平， 1表示高電平，比如101 則用二進制轉(zhuǎn)化成十進制為 5，即電平被選擇，然后對應(yīng)相應(yīng)的電容接到電路中去，此時3 輸出一個電壓信號到測量電路中， 經(jīng)過單片機測量和ad轉(zhuǎn)化和 da控制得到電壓數(shù)值得到近似電源信號的的電壓信號， 如果離電源峰峰值比較遠， 則邏輯控制電路重新選擇繼電器的開關(guān)重新選擇電平信號， 就這樣反復循環(huán) 1 到 7 次總能找到比較接近的電壓值，然后繼續(xù)進行測量。程序見附錄。4.3 電容值的測量及顯示

55、以上程序通過反復的比較循環(huán)然后輸出合適的電壓信號，然后通過運算能夠得到比較精確的電阻值26 通過這個比例關(guān)系，我們可以寫出程序，將程序?qū)雴纹瑱C然后可以輸出比較精確的電容值，電容計算程序如下：similuater(float cx) printf(“測量到的輸入電壓信號是u=f%n”,voltage); printf(“模擬開關(guān)選擇的標準電阻是%dn”,cr); printf(“測量到的標準電阻兩端的輸入電壓信號是ur=f%n”,voltage1); float cx; /定義待測電容的數(shù)值cx float u= voltage1- ur; rx= voltage1* cr/ u； /計算被測

56、電容的數(shù)值 以下是電容的微機顯示部分，仍然用并行動態(tài)顯示電路顯示電容的數(shù)值。按圖 4.3.4 電路編寫的顯示程序可以類比電阻。下面可以依此類推得到電感的測量思路4.4 電感值的測量及顯示同樣我們需要選擇合適的電感值作為電感箱，這樣保證ad 轉(zhuǎn)換器的充分利用以及測量的精度問題， 把電感的大小值也分成八個檔位1mh、 10 mh、 100 mh、1h、10h、100h，1kh，10kh，仍然用模擬多路開關(guān)來進行控制。此程序通過反復的比較循環(huán)然后輸出合適的電壓信號，然后通過下面的運算能夠得到比較精確的電阻值= 通過這個比例關(guān)系， 我們可以寫出程序， 將程序?qū)雴纹瑱C然后可以輸出比較精確的電容值，電感

57、計算程序如下：similuater(float lx) printf(“測量到的輸入電壓信號是u=f%n”,voltage); printf(“模擬開關(guān)選擇的標準電感是%dn”,lr); printf(“測量到的標準電阻兩端的輸入電壓信號是ur=f%n”,voltage1); float lx; /定義待測電感的數(shù)值lx lx= voltage* lr/ voltage-lr； /計算被測電感數(shù)值 并行動態(tài)顯示參考程序圖 4.5.1 中的 u7 的輸出控制每個數(shù)碼管的哪一個筆畫點亮，稱為段選信號；u8 通過 u10 驅(qū)動控制哪一位數(shù)碼管點亮，稱為位選信號。27 mcs51邏邏邏p0邏u1070

58、56邏邏邏邏邏邏邏邏邏邏邏邏邏邏邏p1.1邏邏邏邏邏邏邏邏邏邏邏邏邏邏邏邏u7 574u8 574/oe/oeu10 2003p1.2圖 4.5.1 數(shù)碼管并行動態(tài)顯示電路按圖 4.5.1 電路編寫的顯示程序和電容一樣。d_dat0 equ 6ah d_dat1 equ 6bh d_dat2 equ 6ch d_dat3 equ 6dh d_dat4 equ 6eh d_dat5 equ 6fh ；定義顯示數(shù)據(jù)單元org 0000h ajmp start org 0030h start ：mov sp ，#30h ；初始化堆棧指針mov d_dat0 ，#0 mov d_dat1 ，#1 mo

59、v d_dat2 ，#2 mov d_dat3 ，#3 mov d_dat2 ，#4 mov d_dat3 ，#5 ；初始化顯示數(shù)據(jù)mov p0，#0 ；clr p1.1 ；初始化有關(guān) i/o 口clr p1.2 mov r0 ，#d_dat0 ；初始化顯示數(shù)據(jù)指針寄存器r0 ；指向第一位需顯示數(shù)字mov r1 ，#01h ；初始化需點亮數(shù)碼管位置代碼nop main：lcall disp ；調(diào)用數(shù)碼管循環(huán)點亮子程序lcall delay ；延時子程序同前，應(yīng)修改延時時間ajmp main ；循環(huán)執(zhí)行主程序；* ；通過 574顯示 6 位數(shù)字子程序；* 28 disp ：mov a，r1 ；取

60、位代碼mov p0，a ；位代碼送 p0口（用于產(chǎn)生位選信號）setb p1.1 nop clr p1.1 ；產(chǎn)生一個鎖存脈沖， 鎖存輸出位選信號mov a，r0 ；取需顯示的數(shù)字值mov dptr ，#dispd ；裝載筆畫編碼表首地址movc a，a+dptr ；取需顯示數(shù)字筆畫代碼mov p0，a ；筆畫代碼送到 p0口（用于產(chǎn)生段選信號）setb p1.2 nop clr p1.2 ；產(chǎn)生一個鎖存脈沖，鎖存輸出筆畫代碼inc r0 ；r0增 1 指向下一個需顯示數(shù)字mov a，r1 clr c rlc a mov r1 ，a ；r1中的值左移 1 位，指向下一位數(shù)碼管cjne r0 ，#70h，dis