簡易電阻電容電感測量儀

1、. . . . 三峽學(xué)院課程設(shè)計實訓(xùn)報告設(shè)計題目：簡易電阻電容電感測量儀學(xué)院（系）：應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 年級專業(yè)： 08電子信息工程（儀器）學(xué) 號： 0 學(xué)生：譚 情 生 指導(dǎo)老師： 強 完成時間：2011年11月30日目 錄0引言31. 系統(tǒng)設(shè)計31.1 設(shè)計要求31.2 方案比較31.2.1 電阻測量方案31.2.2 電容測量方案51.2.3電感測量方案51.2.4 顯示方案71.3 方案論證71.3.1 總體思路71.3.2 設(shè)計方案82. 單元電路設(shè)計82.1 電阻測量電路82.2電容測量電路92.3 電感測量電路102.4 液晶顯示電路103. 軟件設(shè)計113.1 程序流程114. 系統(tǒng)測

2、試114.1 測試儀器與設(shè)備114.2 指標(biāo)測試125 結(jié)論136 心得體會13參考文獻：13附錄1仿真原理圖14附錄2 PCB原理圖14附錄3 PCB圖16附錄4 部分程序清單170.引言隨著電子技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字電路應(yīng)用領(lǐng)域的擴展，軟件技術(shù)的高度發(fā)展與其在電子測量技術(shù)與儀器上的應(yīng)用，新的測試?yán)碚摗⑿碌臏y試方法、新的測試領(lǐng)域以與新的儀器結(jié)構(gòu)不斷出現(xiàn)，產(chǎn)品智能化、數(shù)字化已成為人們追求的一種趨勢，設(shè)備的性能，價格，發(fā)展空間等備受人們的關(guān)注，尤其對電子設(shè)備的精密度和穩(wěn)定度最為關(guān)注。在許多方面已經(jīng)沖破了傳統(tǒng)儀器的概念，電子測量儀器的功能和作用發(fā)生了質(zhì)的變化?？v覽目前國外的RLC測試儀，硬件電路往往比較

3、復(fù)雜，體積比較龐大，不便攜帶，而且價格比較昂貴。例如傳統(tǒng)的用阻抗法、Q表、電橋平衡法等測試RLC的過程中不夠智能而且體積笨重，價格昂貴，需要外圍環(huán)境優(yōu)越，測試操作過程中需要調(diào)很多參數(shù)，對初學(xué)者來說很不方便，當(dāng)今社會，對RLC的測試雖然已經(jīng)很成熟了，但是價格和操作簡單特別是智能方面有待發(fā)展，價格便宜和操作簡單、智能化的儀表開發(fā)和應(yīng)用存在巨大的發(fā)展空間，本系統(tǒng)正是應(yīng)社會發(fā)展的要求，研制出一種價格便宜和操作簡單、自動轉(zhuǎn)換量程、體積更小、功能強大、便于攜帶的RLC測試儀，充分利用現(xiàn)代單片機技術(shù)，研究了基于單片機的智能RLC測試儀，人機界面友好、操作方便的智能RLC測試儀，具有十分重要的意義。本系統(tǒng)是用

4、振蕩電路把RLC的參數(shù)轉(zhuǎn)換成頻率，再用單片機計算頻率，然后對其值進行補償后再顯示RLC的值，所以用起來非常方便而且價格便宜、精確度高，測量誤差保持在%5以。1. 系統(tǒng)設(shè)計1.1 設(shè)計要求基本要求a. 測量圍：電阻1001M；電容100pF10000pF；電感100H10mH。b. 測量精度：±5% 。c. 制作數(shù)碼管顯示器，顯示測量數(shù)值，并用發(fā)光二極管分別指示所測元件的類型和單位。發(fā)揮部分a. 擴大測量圍。b. 提高測量精度。c. 測量量程自動轉(zhuǎn)換。1.2 方案比較1.2.1 電阻測量方案相位測量方案的關(guān)鍵問題是電阻測量方法的選擇。方案一：串聯(lián)分壓原理 圖1串聯(lián)電路原理圖根據(jù)串聯(lián)電路

5、的分壓原理可知，串聯(lián)電路上電壓與電阻成正比關(guān)系。通過測量Rx和R0上的電壓。由公式 Rx=Ux/(U0/R0)，如圖1所示。 方案二：利用直流電橋平衡原理的方案 圖2 平衡電橋圖2 所示的平衡電橋（其中R1，R2，為可變電位器，R3為已知電阻，R4為被測電阻）根據(jù)電路平衡原理，不斷調(diào)節(jié)電位器，使得電表指針指向正中間。由R1*R4=R3*R4.在通過測量電位器電阻值，可得到R4的值。方案三：利用555構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)的方案 圖3 555定時器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)測電阻電路 根據(jù)555定時器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)，產(chǎn)生脈沖波形，通過單片機讀取高低電平得出頻率，通過公式換算得到電阻阻值，如圖3所示。由f=1/ (R1+2R2)

6、*C*In2得到公式： R2=1/2*1/ (f*c*Ln2)-R1上述三種方案從對測量精度要求而言，方案一的測量精度極差，方案二需要測量的電阻值多，而且測量調(diào)節(jié)麻煩，不易操作與數(shù)字化，相比較而言，方案三還是比較符合要求的，由于是通過單片機讀取轉(zhuǎn)化，精確度會明顯的提高。故本設(shè)計選擇了方案三。1.2.2 電容測量方案方案一：直接通過串聯(lián)路原理。通過電容換算的容抗跟已知電阻分壓，通過測量電壓值，再經(jīng)過公式換算得到電容的值。原理同電阻測量的方案一。方案二：交流電橋平衡原理（原理圖同圖2） 通過調(diào)節(jié)Z1,Z2使電橋平衡。這時電表的毒水為零。通過讀取Z1,Z2，Zn的值，即可得到被測電容的值。方案三：5

7、55構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)原理圖4 555定時器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)測電容值電路 根據(jù)555定時器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)，產(chǎn)生脈沖波形，通過單片機讀取高低電平得出頻率，通過公式換算得到電容值，如圖4所示。由f=1/ (R1+2R2)*C*In2得到公式： Cx=1/ c*Ln2 (R1+2*R2)綜合以上設(shè)計方案的優(yōu)缺點，本設(shè)計采用方案三。1.2.3電感測量方案方案一 交流電橋測量（原理同電容測量方案二）方案二 電容三點式構(gòu)成正弦波原理 圖5 電容三點式 電容三點式的原理圖如圖5所示，根據(jù)電容三點式公式 從而可得電感的計算公式方案三 諧振法測量圖6 諧振法測量用阻抗法測電阻、電容、電感有兩種實現(xiàn)方法：用橫流源供電，然后測元件電

8、壓，如圖6所示；用橫壓供電，然后測元件電流。由于很難實現(xiàn)理想的恒流源和恒壓源，所以它們適用的測量圍很窄。1.2.4 顯示方案方案一：采用點陣式液晶顯示器（LCD）顯示。用如圖7所示的液晶顯示器作為系統(tǒng)的顯示部分，具有硬件設(shè)計簡單、編程容易、節(jié)省系統(tǒng)時間等諸多優(yōu)點。圖7 1602液晶顯示器方案二：采用發(fā)光二極管（LED）顯示。LED顯示器是由發(fā)光二極管組成的顯示字段的器件。通常的八段LED顯示器是由八個發(fā)光二極管組成（包括小數(shù)點）。 由于led只能顯示簡單的數(shù)字與簡單的特殊字符，基于本設(shè)計題目要求，需要顯示的測量量多，而且測量的量程圍大，明顯led無法方便明了的顯示，所以本設(shè)計采用的是lcd16

9、02液晶顯示，1602具有低功耗節(jié)能的作用，而且能夠更好的顯示出我們所需要的測量顯示。1.3 方案論證1.3.1 總體思路本設(shè)計是基于單片機AT89C52智能處理，根據(jù)單片機的外接按鍵控制測量電路的選擇，通過NE555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器和電容反饋式三點式構(gòu)成的振蕩電路長生的一定頻率的波。再通過單片機的I/O口對高低電平的捕獲讀出頻率，再通過程序算法處理換算成電阻電容電感的值，然后再通過單片機送給1602液晶顯示。RLC簡易測量儀設(shè)計的關(guān)鍵問題是：如何完成RLC的測量。RLC簡易測量儀設(shè)計的核心問題是：如何產(chǎn)生轉(zhuǎn)化電路輸出頻率。1.3.2設(shè)計方案系統(tǒng)方框圖如圖8所示。圖8 系統(tǒng)方框總圖2.

10、單元電路設(shè)計簡易電阻電容電感測量儀功能：測量并顯示被測電阻電容電感的值。簡易電阻電容電感測量儀所需器件：ne555定時器，8015，三極管，1602液晶顯示，單片機AT89S52。 圖9 測量原理框圖2.1 電阻測量電路電阻的測量采用“脈沖計數(shù)法”，如圖10所示由555電路構(gòu)成的多諧振蕩電路，通過計算振蕩輸出的頻率來計算被測電阻的大小。 555接成多諧振蕩器的形式，其振蕩周期為：T=t1+t2=（ln2）（R1+Rx）*C1+（ln2）Rx*C1得出：即：電路分為2檔:1. 100Rx<1000歐姆：IOA5設(shè)置為高電平輸出，IOA7設(shè)為低電平輸出；2. R2=200歐姆；C2=0.22

11、uF； 3. Rx=(6.56*(1e+6)/(2* fx)-330/24. 對應(yīng)的頻率圍為： 2.8Kfx <16K5. 1000Rx<1M歐姆：IOA6設(shè)置為高電平輸出，IOA8設(shè)為低電平輸出。6. R1=20k歐姆；C1=103PF； 7. Rx =(1.443*(1e+8)/(2* fx)-(1e+4)圖10 電阻測量電路2.2電容測量電路電容的測量同樣采用“脈沖計數(shù)法”，如圖11所示由555電路構(gòu)成的多諧振蕩電路，通過計算振蕩輸出的頻率來計算被測電容的大小。555接成多諧振蕩器的形式，其振蕩周期為：T=t1+t2=（ln2）（R1+R2）*Cx+（ln2）R2*Cx我們設(shè)

12、置R1=R2;得出： 即：電路分為2檔:R1510K歐姆：IOA10設(shè)置為高電平輸出；R4=R6；Cx= (0.94*(1e+6)/ fx; 對應(yīng)的頻率圍為： 9.4Kfx <0.94KR1100K歐姆： IOA9設(shè)置為高電平輸出；R5=R6； Cx =(4.81*(1e+6)/ fx; 對應(yīng)的頻率圍為： 480Hzfx <4.8K圖11 電容測量電路2.3 電感測量電路電感的測量是采用電容三點式振蕩電路來實現(xiàn)的。三點式電路是指：LC回路中與發(fā)射極相連的兩個電抗元件必須是同性質(zhì)的，另外一個電抗元件必須為異性質(zhì)的，而與發(fā)射極相連的兩個電抗元件同為電容時的三點式電路，成為電容三點式電路

13、，如圖12所示。 得出： 即：Lx=(38*(1e+6)/ f02圖12 電感測量電路2.4 液晶顯示電路圖13 液晶顯示仿真電路3. 軟件設(shè)計3.1 程序流程在本設(shè)計中，采取的是以AT89C52單片機為控制核心，在程序中，涉與到按鍵的選擇，頻率的計數(shù)，量程的切換，將頻率轉(zhuǎn)換成所要求的參數(shù)，以與將所計算出得參數(shù)，送到LCD顯示等等。所以，軟件的編寫變得尤其主要。開始工作的時候，初始化系統(tǒng)，LCD顯示“WELCOME”。圖14 系統(tǒng)流程圖4.系統(tǒng)測試4.1 測試儀器與設(shè)備雙通道示波器 ，數(shù)字示波器，萬用表，單片機最小系統(tǒng)，函數(shù)信號發(fā)生器proteus仿真軟件，keil單片機編程軟件，multis

14、im仿真軟件。4.2 指標(biāo)測試 首先按照電路圖連接好電路，首先選擇好測量電阻電路：1、調(diào)節(jié)滑動變阻器，測量不同阻值的電阻產(chǎn)生的多諧振蕩脈沖波的頻率。 將結(jié)果記錄下表1中。表1電阻標(biāo)值萬用表讀數(shù)（R萬）本儀表讀數(shù)（R儀）相對誤差%4304294173.002.4K2.36K2.32K1.6947K47.3K46.8K1.05100K97.9K96K1.94220K217K213K1.841M0.993M0.965M2.81誤差分析：相對誤差計算公式：×1002、替換不同電容，測量不同電容產(chǎn)生的多諧振蕩脈沖波的頻率。將結(jié)果記錄表2中。表2電容標(biāo)值萬用表讀數(shù)（R萬）本儀表讀數(shù)（R儀）相對誤

15、差%33uF28.3uF28.8uF1.76100uF101.4uF99.0uF2.36680uF621uF585uF5.7930pF31pF29pF6.453、替換不同電感，測量不同電感產(chǎn)生的震蕩波的頻率。將結(jié)果記錄表3中。表3電感標(biāo)值本儀表讀數(shù)1mH9.8mH4、利用函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生一定頻率有效值為4V的正弦波輸入單片機，按鍵測試液晶顯示的數(shù)值，并記錄表中。5、各分立電路級聯(lián)測試，測量電阻電容電感時直接在液晶上分別顯示設(shè)計裝置得到的電阻電容電感的值。5 結(jié) 論經(jīng)過團隊的幾天的不懈努力，終于將電阻電容電感簡易測量儀制作完成，本設(shè)計完成了設(shè)計要求基本部分的全部要求，發(fā)揮部分大部分要求。整個裝

16、置電路簡單，測量可靠，穩(wěn)定性好，使用繼電器控制開關(guān)實現(xiàn)一定智能化，使用液晶顯示，使顯示更加明朗清晰，而且編寫程序容易硬件電路也相對簡單。6 心得體會通過本次實訓(xùn)，我對本專業(yè)4年所學(xué)知識進行了一個比較系統(tǒng)的復(fù)習(xí)和總結(jié)，收獲了很多以前并沒有在意的東西，體會到能做一個系統(tǒng)是多么的不容易，不是一天兩天就能做出來的，是在一天一天的學(xué)習(xí)和嘗試中做出來的。以前都是幾個同學(xué)一組做一個比較簡單的東西，但是收獲的東西也是有限的，而本次綜合實訓(xùn)全班同學(xué)做一個題目，感覺是簡單了，把一個任務(wù)交給二三十個人來做，每個人需要做的只是非常少的一點點任務(wù)，可剛好是這個原因?qū)е掳嗌洗蠖鄶?shù)人有了依賴思想，在以后的工作中我應(yīng)該避免這

17、種事情的發(fā)生。對于大學(xué)畢業(yè)設(shè)計以前最后一次實訓(xùn)，我是非常珍惜和努力的，在找工作的剩余時間里，我抓緊一切時間來搞這個，終于算做完了。參考文獻：1黃智偉，全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽系統(tǒng)設(shè)計M，：航空航天大學(xué)，2006年.2全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽組委會.第一屆（1994年）第六屆（1999）全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽題目M，：理工大學(xué)，2000年.3全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽組委會.全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽獲獎作品選編(2001)M，：理工大學(xué)，2003年.4童詩白，華成英，模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).高等教育。2006.5第四版5閻石， 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ). 高等教育2006.5 第五版附錄1仿真原理圖附錄2 PCB原理圖

18、附錄3 PCB圖附錄4 部分程序清單#include<reg52.h>#include"delay.h"#include"R_measure.h"#include"C_measure.h"#include"L_measure.h"sbit LEDR=P10;sbit LEDC=P11;sbit LEDL=P12;uchar timecount;void main()TMOD=0x15; TH0=0; TL0=0; ET0=1; ET1=1; TR1=1; TR0=1; while(1)flag=0; timecount=0;T0count=TH0=TL0=0;LEDR=LEDC=LEDL=LEDRD=0;if(KEYR=0)delay(5);if(KEYR=0)LEDR=1;LEDC=LEDL=0;R_measure();LEDR=0;flag=0; timecount=0;T0count=TH0=TL0=0;LEDR=LEDC=LEDL=LEDRD=0;if(KEYC=0)delay(5);if(KEYC=0) LEDC=1;LEDR=LEDL=0;C_measure();LEDC=0; flag=0; timecou