簡易電阻、電容和電感測試儀報告

1、簡易電阻、電容和電感測試儀1.1基本設計要求（1）測量范圍：電阻1001M；電容100pF10000pF；電感100H10mH。（2）測量精度：±5% 。（3）制作4位數(shù)碼管顯示器，顯示測量數(shù)值。示意框圖1.2 設計要求發(fā)揮部分（1）擴大測量范圍；（2）提高測量精度；（3）測量量程自動轉化。 摘要：本系統(tǒng)是依賴單片機MSP430建立的的，本系統(tǒng)利用555多諧振蕩電路將電阻，電容參數(shù)轉化為頻率，而電感則是根據(jù)電容三點式振蕩轉化為頻率，這樣就能夠把模擬量近似的轉換為數(shù)字量，而頻率f是單片機很容易處理的數(shù)字量，一方面測量精度高，另一方面便于使儀表實現(xiàn)自動化，而且單片機構成的應用系統(tǒng)有較大的

2、可靠性。系統(tǒng)擴展、系統(tǒng)配置靈活。容易構成何種規(guī)模的應用系統(tǒng)，且應用系統(tǒng)較高的軟、硬件利用系數(shù)。單片機具有可編程性，硬件的功能描述可完全在軟件上實現(xiàn)，而且設計時間短，成本低，可靠性高。綜上所述，利用振蕩電路與單片機結合實現(xiàn)電阻、電容、電感測試儀更為簡便可行，節(jié)約成本。所以，本次設計選定以單片機為核心來進行。關鍵詞：430單片機，555多諧振蕩電路，電容三點式振蕩 一、 系統(tǒng)方案 電阻測量方案：555RC多諧振蕩。利用RC和555定時器組成的多諧振蕩電路，通過測量輸出振蕩頻率的大小即可求得電阻的大小，如果固定電阻值，該方案硬件電路實現(xiàn)簡單，通過選擇合適的電容值即可獲得適當?shù)念l率范圍，再交由單片機處

3、理。 綜合比較，本設計采用方案三，采用低廉的NE555構建RC多諧振蕩電路，電路簡單可行，單片機易控制。 電容測量方案：555RC多諧振蕩 同樣利用RC和555定時器組成的多諧振蕩電路，通過測量輸出振蕩頻率的大小即可求得電容的大小，如果固定電阻值，該方案硬件電路實現(xiàn)簡單，能測出較寬的電容范圍，能夠較好滿足題目的要求。 采用低廉的NE555構建RC多諧振蕩電路，電路簡單可行，單片機易控制。 電感測量方案：電容三點式采用LC配合三極管組成三點式震蕩振蕩電路，通過測輸出頻率大小的方法來實現(xiàn)對電感值測量。該方案成本低，其輸出波形為正弦波，將其波形整形后交給單片機測出其頻率，并轉換為電感值。二、 理論分

4、析與計算1. 電阻測量的分析及計算根據(jù)題目要求，如圖2.1，采用555多諧振電路，將電阻量轉化為相應的頻率信號值?？紤]到單片機對頻率的敏感度，具體的講就是單片機對10KHz-100KHz的頻率計數(shù)精度最高。所以要選用合理的電阻和電容大小。同時又要考慮到不能使電阻的功率過大，所以在選第一個量程時取R=330，C=0.22uF（此時Rx=100歐為測量下限）；在第二個量程取R=20 K，C=0.01uf（此時Rx=1兆歐為 測量上限）。 電路分為了兩個檔：1)、100Rx10000歐:R1=330歐，C=0.22uF：Rx=3.27885/f106-1952)、10000Rx10兆歐:R1=20千

5、歐，C=0.01微法：Rx=7.215/f107-10000仿真圖 圖2.12. 電容測量的分析與計算 測量電容采用的RC振蕩電路與測電阻的振蕩電路完全一樣，如圖2.2。同樣也選用兩個量程。第一個量程R1=R2=510千歐；第二個量程R1=R2=10千歐。這樣可使電容擋的測量范圍很寬。 電容的測量采用“脈沖計數(shù)法”，由555電路構成的多諧振蕩路，通過計算振蕩電路的輸出頻率計算被測電容的大小。電路分為了兩個檔：1)、100Cx1000pF: R1=R2=510k：Cx =48100000/f2)、10000pFCx47uF: R1=R2=10K：Cx =8400000/f圖2.2仿真圖3. 電感

6、測量的分析與計算 依據(jù)電感的特點，三點式振蕩電路把電感值轉換為相對應的頻率值，如圖2.3。在此處這個三點式振蕩電路中，C3,C4分別采用0.1u和0.22u的獨石電容，因其電容值遠遠大于晶體管極間電容值，所以可把極間電容值忽略。這樣根據(jù)振蕩頻率公式可以確定電感值: 則 L= 1/(2*3.14*fx)2/C C=C3*C4/(C3+C4) 一般而言，電容的穩(wěn)定性，特別是像獨石電容一類性能比較好的電容,誤差精度就能保持在-5%+5%以內。仿真圖 圖2.3 圖3.3三、 程序設計電阻、電容和電感參數(shù)測試儀主程序流程圖如圖4.1。根據(jù)按鍵選擇測量狀態(tài)，進入相應的測試程序。 圖4.1四、 系統(tǒng)測試及結

7、果分析1. 測試使用的儀器設備測試使用的儀器設備如表4-1所示。 表4-1 測試使用的儀器設備序號名稱、型號、規(guī)格數(shù)量備注示波器DS10621EDU1無萬用表DM30511無穩(wěn)壓電源APS3003S-3D1無RCL電橋測量儀ZC2817D1無2.測試方法在系統(tǒng)設計中，以MSP430F149單片機為核心的電阻、電容、電感測試儀，將電阻，電容，電感，使用對應的振蕩電路轉化為頻率實現(xiàn)各個參數(shù)的測量。其中電阻和電容是采用555多諧振蕩電路產(chǎn)生的，而電感則是根據(jù)電容三點式產(chǎn)生的，通過定時并且計數(shù)可以計算出被測頻率，再通過該頻率計算出被測參數(shù)。使用C語言編程編寫了系統(tǒng)應用軟件；包括主程序模塊、顯示模塊、電

8、阻測試模塊、電容測試模塊和電感測試模塊、鍵盤模塊、整形模塊、模擬開關模塊。在測試時將被測參數(shù)通過本系統(tǒng)測量出來的示值與參數(shù)的標稱值進行對比，進而可以知道本系統(tǒng)的測試精度。2. 測試數(shù)據(jù) 我們RLC測試的量程為電阻：100 至10 M；電容:100pF至47uF；電感：10uH至15mH。測量數(shù)據(jù)如表4-2。表4-2 RLC測量數(shù)據(jù) 電阻測量 電容測量 電感測量實測值標稱值誤差實測值標稱值誤差實測值標稱值誤差100.13107.8-7.12114.24pf100pf14.24101.97uh100uh1.97500.11505-0.96949.15pf1000pf-5.081.028mh1mh2

9、.83985.299671.894501.6pf4700pf-4.229.74mh10mh-2.653.0196k2.95k2.3610001.8pf10000pf0.01810.16k9.8k3.72103863.9pf100000pf3.8652.04k53.3k-2.36324.8k327k-0.68978.5k985k-0.664.測試結果分析 在測試電阻電容時我們采用的是555振蕩器產(chǎn)生脈沖波進而測試其頻率來算出電容電阻。在測試時測量小電阻時時誤差有點大，但是測量大電阻時誤差就比較小了，都能達到設計要求。而測量電容時也是小電容時誤差有點大，而大電容誤差就很小了。因為電阻電容我們都是劃

10、分為兩個檔，所以有可能是檔位劃分的不夠精準，所以導致誤差較大。測電感時是通過電容三點式來測量的。我們的測量范圍為100uH到10mH，由于起振的幅度達不到555振蕩器幅度要求，所以測量10uH的就不能測試，因而我們只能測試100UH以上的。它的測量誤差也基本能達到設計的要求。五、 小結 本次課題是基于MSP430單片機的簡易電阻電容電感測試儀的制作。整體方案我們采用諧振法來測其頻率 來反算出其對應的值。電阻電容我們采用的是555振蕩器。而電感測試我們采用的電容三點式起振。硬件方面我們做出來基本能達到要求。就是在測量小電容電阻時有點誤差。但是軟件方面卻遇到了許多問題。從而導致最終結果沒有出來。做

11、的來說我們這次課題是失敗的。此次課題中，我們進一步學習了 MSP430單片機，也了解到了555振蕩器的工作原理。以及進一步學習了電容三點式的工作原理。但是，我們也有許多不足的地方，特別是軟件這塊。希望在接下來的培訓中能夠趕上來。 參考文獻 1 黃智偉全國大學生電子設計競賽 系統(tǒng)設計（第二版），北京航空航天大學出版社。 2 閻石數(shù)字電子技術基礎（第五版），高等教育出版社。 3 電子技術基礎(第五版).康華光.高等教育出版社，2006.4 電子線路設計 . 實驗 . 測試（第三版）.謝自美.華中科技大學出版社，2006.附錄：/*按鍵1表示測電阻，按鍵2表示測電容，按鍵3表示測電感按鍵4表示切換量

12、程，每種對象默認用大量程，按鍵4可以在大小量程之間來回切換*/#include <msp430x14x.h>#include "boardConfig.h"#include "lcd1602.h"void delay1(unsigned char x) unsigned char y=100; for(;x>0;x-) while(y-); void Timerb_init(void) P4SEL |= BIT1; /選擇P1.1為第二功能 P4DIR &= BIT1; TBCTL = TBSSEL_2 + MC_2; /Tim

13、er_A時鐘源為MCLK、連續(xù)計數(shù)模式 TBCCTL1 = CM_1 + CAP + CCIE + CCIS_1 + SCS; /上升沿捕獲、捕獲模式、開中斷、選擇輸入端為CCI0A、同步捕獲void port1_init() P1IES = 0x0f; / P1.0P1.3選擇下降沿中斷 P1IE = 0x0f; / 打開中斷使能 P1DIR = BIT7; /設置P1.0P.3為輸入狀態(tài)，P.7為輸出 P1OUT = 0;void main() unsigned int i; WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; BCSCTL1 &= XT2OFF; do IFG1&

14、amp;=OFIFG; /激活失敗標志位置零 for(i=0;i<250;i+); /等待激活 while(IFG1&OFIFG); /判斷是否激活 BCSCTL2 = SELM_2 + SELS; /主系統(tǒng)時鐘6M,子系統(tǒng)時鐘6M port1_init(); BoardConfig(0xfF); LcdReset(); Delay5ms(); LcdWriteCommand(0x01, 1); /顯示清屏 Timerb_init();_EINT(); while(1) if(r_now) /電阻第一檔計算 DispNChar(0,0,3,Rx1); if(range) Rx =

15、 (7.215 * 1000 *10 /fx -10)*10; Disp1Char(4,0,0x30+(long)(Rx/100000)%10); Disp1Char(5,0,0x30+(long)(Rx/10000)%10); Disp1Char(6,0,0x30+(long)(Rx/1000)%10); Disp1Char(7,0,0x30+(long)(Rx/100)%10); Disp1Char(8,0,0x30+(long)(Rx/10)%10); Disp1Char(9,0,'.'); Disp1Char(10,0,0x30+(long)Rx%10); DispNC

16、har(13,0,2,unit_R); else /電阻第二檔計算 Rx = (3.27885 * 1000 * 1000/fx - 165)*10; Disp1Char(4,0,0x30+(long)(Rx/10000000)%10); Disp1Char(5,0,0x30+(long)(Rx/1000000)%10); Disp1Char(6,0,0x30+(long)(Rx/100000)%10); Disp1Char(7,0,0x30+(long)(Rx/10000)%10); Disp1Char(8,0,0x30+(long)(Rx/1000)%10); Disp1Char(9,0,

17、0x30+(long)(Rx/100)%10); Disp1Char(10,0,0x30+(long)(Rx/10)%10); Disp1Char(11,0,'.'); Disp1Char(12,0,0x30+(long)Cx%10); Disp1Char(13,0,' '); Disp1Char(14,0,'o'); else if(c_now) /電容第一檔計算 DispNChar(0,0,3,Cx1); if(range) Cx = 4.8089 * 1000 * 100/ fx; Disp1Char(4,0,0x30+(long)(Cx/

18、100000)%10); Disp1Char(5,0,0x30+(long)(Cx/10000)%10); Disp1Char(6,0,0x30+(long)(Cx/1000)%10); Disp1Char(7,0,0x30+(long)(Cx/100)%10); Disp1Char(8,0,0x30+(long)(Cx/10)%10); Disp1Char(9,0,'.'); Disp1Char(10,0,0x30+(long)Cx%10); DispNChar(13,0,2,unit_C1); else /電容第二檔計算 Cx = 0.94 * 1000 * 1000 *

19、10/ fx ; Disp1Char(4,0,0x30+(long)(Cx/10000000)%10); Disp1Char(5,0,0x30+(long)(Cx/1000000)%10); Disp1Char(6,0,0x30+(long)(Cx/100000)%10); Disp1Char(7,0,0x30+(long)(Cx/10000)%10); Disp1Char(8,0,0x30+(long)(Cx/1000)%10); Disp1Char(9,0,0x30+(long)(Cx/100)%10); Disp1Char(10,0,0x30+(long)(Cx/10)%10); Dis

20、p1Char(11,0,'.'); Disp1Char(12,0,0x30+(long)Cx%10); DispNChar(13,0,2,unit_C2); else if(l_now) /電感計算 DispNChar(0,0,3,Lx1); Lx = 3.68441 * 1000 * 1000 * 1000 *1000 / fx/fx; Disp1Char(4,0,0x30+(long)(Lx/10000000)%10); Disp1Char(5,0,0x30+(long)(Lx/1000000)%10); Disp1Char(6,0,0x30+(long)(Lx/10000

21、0)%10); Disp1Char(7,0,0x30+(long)(Lx/10000)%10); Disp1Char(8,0,0x30+(long)(Lx/1000)%10); Disp1Char(9,0,0x30+(long)(Lx/100)%10); Disp1Char(10,0,0x30+(long)(Lx/10)%10); Disp1Char(11,0,'.'); Disp1Char(12,0,0x30+(long)Lx%10); DispNChar(13,0,2,unit_L); #pragma vector=PORT1_VECTOR_interrupt void P

22、ORT1_ISR(void) if(P1IFG & 0x0f) switch(P1IFG & 0x0f) case 0x01: if(keyin = 0x0e) /如果是第一個按鍵被按下 delay1(1); if(keyin = 0x0e) while(keyin != 0x0f); /等待按鍵放開 KeyVal = 1; range = 1; r_now = 1; c_now = 0; l_now = 0; P1IFG = 0; return; case 0x02: if(keyin = 0x0d) /如果是第二個按鍵被按下 delay1(1); if(keyin = 0x0d) while(keyin != 0x0f); /等待按鍵放開 KeyVal = 2; range =1; /復位到大量程 r_now = 0; c_now = 1; l_now = 0; P1IFG = 0; return; case 0x04: if(keyin = 0x0b) /如果是第三個按鍵被按下 delay1(1); if(keyin = 0x0b) while(keyin != 0x0f); /等待按鍵放開 KeyVal = 3; range = 1; r_now = 0; c_now = 0; l_now = 1; P