具有語音功能的電阻電容電感測試儀

1、具有語音功能的電阻、電容、電感測試儀 文章來源：凌陽大學(xué)計(jì)劃網(wǎng)站 作者：凌陽大學(xué)計(jì)劃網(wǎng)站 發(fā)布時(shí)間：2003-10-9 9:30:39 摘要關(guān)鍵詞： SPCE061A單片機(jī) 555多諧振蕩電路 電容三點(diǎn)式振蕩本系統(tǒng)是通過凌陽的16位單片機(jī)SPCE061A測量電阻、電容和電感對應(yīng)振蕩電路所產(chǎn)生的頻率實(shí)現(xiàn)各個(gè)參數(shù)的測量，一方面測量精度較高，另一方面便于使儀表實(shí)現(xiàn)自動化，而且還能加入語音播報(bào)的功能使其更加智能化。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(diǎn)式產(chǎn)生的。SPCE061A的定時(shí)器可以利用外部時(shí)鐘源來計(jì)數(shù)，這里我們將RCL的測量電路產(chǎn)生的頻率作為單片機(jī)SPCE061A

2、的時(shí)鐘源，通過計(jì)數(shù)則可以計(jì)算出被測頻率在通過該頻率計(jì)算出各個(gè)參數(shù)。SPCE061A單片機(jī)概述SPCE061A是繼mnSP系列產(chǎn)品SPCE500A等之后凌陽科技推出的又一個(gè)16位結(jié)構(gòu)的微控制器。目前有兩種封裝形式：84引腳的PLCC84封裝和80引腳的LQFP80貼片封裝。主要性能如下：16位mnSP微處理器；工作電壓：VDD為2.43.6V(cpu), VDDH為2.45.5V(I/O)；CPU時(shí)鐘：32768Hz49.152MHz ；內(nèi)置2K字SRAM、內(nèi)置32K FLASH；可編程音頻處理；32位通用可編程輸入/輸出端口；32768Hz實(shí)時(shí)時(shí)鐘，鎖相環(huán)PLL振蕩器提供系統(tǒng)時(shí)鐘信號；2個(gè)16

3、位可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器(可自動預(yù)置初始計(jì)數(shù)值)；2個(gè)10位DAC(數(shù)-模轉(zhuǎn)換)輸出通道；7通道10位電壓模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和單通道語音模-數(shù)轉(zhuǎn)換器；聲音模-數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入通道內(nèi)置麥克風(fēng)放大器自動增益控制(AGC)功能；系統(tǒng)處于備用狀態(tài)下(時(shí)鐘處于停止?fàn)顟B(tài))耗電小于2mA3.6V；14個(gè)中斷源：定時(shí)器A / B，2個(gè)外部時(shí)鐘源輸入，時(shí)基，鍵喚醒等；具備觸鍵喚醒的功能；使用凌陽音頻編碼SACM_S240方式(2.4K位/秒)，能容納210秒的語音數(shù)據(jù)；具備異步、同步串行設(shè)備接口；具有低電壓復(fù)位(LVR)功能和低電壓監(jiān)測(LVD)功能；內(nèi)置在線仿真電路接口ICE（In- Circuit Emula

4、tor）；具有保密能力；具有WatchDog功能（由具體型號決定）一、設(shè)計(jì)功能及要求1.1設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)并制作一臺數(shù)字顯示的電阻、電容和電感參數(shù)測試儀，示意框圖如下： 具體要求（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，并用發(fā)光二極管分別指示所測元件的類型和單位。1.2系統(tǒng)功能基本完成以上具體要求使用三個(gè)按鍵分別控制R、C、L的測試紅、黃、綠三個(gè)二極管分別代表三種類別的測試加入語音播報(bào)功能：如測量結(jié)果為6.8K歐姆則語音播報(bào)“六點(diǎn)八K歐姆”；如果電阻小于100歐姆則語音播報(bào)“電阻小于100歐

5、姆”。二、方案設(shè)計(jì)與論證 測量電子元器件集中參數(shù)R、C、L的儀表種類較多，方法也各有不同，但都有其優(yōu)缺點(diǎn)。一般的測量方法都存在計(jì)算復(fù)雜、不易實(shí)現(xiàn)自動測量而且很難實(shí)現(xiàn)智能化。 在這里我們著重要介紹的是把電子元件的參數(shù)R、C、L轉(zhuǎn)換成頻率信號f，然后用單片機(jī)計(jì)數(shù)后在運(yùn)算求出R、C、L，并送顯示，轉(zhuǎn)換原理分別是RC振蕩和LC三點(diǎn)式振蕩，這樣就能夠把模擬量近似的轉(zhuǎn)換位數(shù)字量，而頻率f是單片機(jī)很容易處理的數(shù)字量，這種數(shù)字化的處理一方面便于使儀表實(shí)現(xiàn)智能化，。方案中用到的單片機(jī)式凌陽的16位單片機(jī)SPCE061A，由于該CPU具有豐富的I/O口和豐富的時(shí)基信號，為我們提供了極大的方便，其中可以利用I/O口

6、置高低電平來實(shí)現(xiàn)量程的轉(zhuǎn)換，由于單片機(jī)SPCE061A的定時(shí)器可以通過外部時(shí)鐘源來計(jì)數(shù)，我們便可以將555電路或電容三點(diǎn)式振蕩電路產(chǎn)生的頻率作為SPCE061A的定時(shí)器的時(shí)鐘源，這樣就很容易得到被測R/C/L對應(yīng)產(chǎn)生的頻率。而且SPCE061A具有語音處理功能，我們在顯示的基礎(chǔ)上還可以加入語音播報(bào)，使得整個(gè)測量過程更加智能化。三、系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)3.1電路方框圖及說明系統(tǒng)分三大部分，及測量電路，通道選擇和控制電路，如下圖所示。SPCE061A根據(jù)所選通道，通過IOA4和IOA3向模擬開關(guān)送兩位地址信號，取得振蕩頻率,然后根據(jù)所測頻率判斷是否轉(zhuǎn)換量程，或者是把數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，得出相應(yīng)的參數(shù)值。

7、3.2各部分電路設(shè)計(jì)3.2.1電阻測量電路電阻的測量采用“脈沖計(jì)數(shù)法”，如下圖所示由555電路構(gòu)成的多諧振蕩電路，通過計(jì)算振蕩輸出的頻率來計(jì)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:100Rx1000歐姆：IOA5設(shè)置為高電平輸出，IOA7設(shè)為低電平輸出；R2=200歐姆；C2=0.22uF；Rx=(6.56*(1e+6)/(2* fx)-330/2對應(yīng)的頻率范圍為： 2.8Kfx 16K1000Rx1M歐姆：IOA6設(shè)置為高電平輸出，IOA8設(shè)為低電平輸出。R1=20k歐姆；C1

8、=103PF；Rx =(1.443*(1e+8)/(2* fx)-(1e+4) 3.2.2電容測量電路電容的測量同樣采用“脈沖計(jì)數(shù)法”，如下圖所示由555電路構(gòu)成的多諧振蕩電路，通過計(jì)算振蕩輸出的頻率來計(jì)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)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)的頻率范圍為： 9.4Kfx 0.94KR1100K歐姆： IOA9設(shè)置為高電平輸出；R5=R6；Cx =(4.81

9、*(1e+6)/ fx;對應(yīng)的頻率范圍為： 480Hzfx 4.8K 3.2.3電感測量電路電感的測量是采用電容三點(diǎn)式振蕩電路來實(shí)現(xiàn)的。三點(diǎn)式電路是指：LC回路中與發(fā)射極相連的兩個(gè)電抗元件必須是同性質(zhì)的，另外一個(gè)電抗元件必須為異性質(zhì)的，而與發(fā)射極相連的兩個(gè)電抗元件同為電容時(shí)的三點(diǎn)式電路，成為電容三點(diǎn)式電路。 得出： 即： Lx=(38*(1e+6)/ f023.2.4多路選擇開關(guān)電路利用CD4052實(shí)現(xiàn)測量類別的轉(zhuǎn)換，CD4052是雙4選一的模擬開關(guān)選擇器件。當(dāng)選擇了某一通道的頻率后，輸出頻率通過通過IOB4作為CPU定時(shí)器的時(shí)鐘源并開始計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)到3秒后讀出計(jì)數(shù)器的值，除以3就得到了被測R

10、/C/L所對應(yīng)產(chǎn)生的頻率，通過計(jì)算得到要被測值。 IOA4IOA3測量類別00Y0-R01Y1-C10Y2-L11* 3.2.5按鍵及數(shù)碼管顯示電路按鍵和二極管分別表示不同類別的測量，如下表所示： 按鍵二極管對應(yīng)測試項(xiàng)KEY1L1測試RKEY2L2測試CKEY3L3測試L 數(shù)碼管顯示顯示內(nèi)容如下圖所示： 3.2.6音頻輸出電路語音播報(bào)測量結(jié)果，當(dāng)測試結(jié)果顯示相對較穩(wěn)定后開始播報(bào)測試結(jié)果。 四、軟件設(shè)計(jì)4.1I/O口的分配I/OA口的分配IOA0-IOA3:按鍵輸入；IOA3-IOA4:模擬開關(guān)通道選擇；IOA5-IOA6:R測量電路中充電電阻選擇；IOA7-IOA8:R測量電路中充放電電容選擇

11、；IOA9-IOA10:C測量電路中充電電阻選擇；IOA12-IOA14:R/C/L測量指示燈；具體可參見下表：IOA15-IOA12IOA11-IOA8IOA7-IOA4IOA3-IOA0A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0二極管 R:100C:010L:000 “1”有效 “0”有效“1”有效 通道選擇 R:0 0C:0 1L:1 0*: 1 1key R:001C:010L:100I/OB口的分配如下表所示:IOB口分配情況如下：IOB2：設(shè)置為反向輸出IOB4：設(shè)置為懸浮輸入B3、IOB4-IOB7：數(shù)碼管的位選IOB8-IOB15：數(shù)碼管的段碼

12、控制具體可參見下表： IOB15-IOB12IOB11-IOB8IOB7-IOB4IOB3-IOB0數(shù)碼管段碼B7B6B5B4B3B2B1B0數(shù)碼管位選懸浮輸入位選反相輸出4.2主程序流程圖 4.3中斷服務(wù)程序流程 五、系統(tǒng)測試及整機(jī)指標(biāo) 電阻表值萬用表讀數(shù)本儀表讀數(shù)200歐姆197.41961k歐姆9911.06k20k歐姆19.8k20.8k10k歐姆9.8810.4k100k歐姆99.8 104k510K歐姆516515k電容表值萬用表讀數(shù)本儀表讀數(shù)100pF 120pF 1000pF 0.01uF 六、總結(jié)由于SPCE061A的時(shí)鐘最高可達(dá)49M，32個(gè)I/O口，而且具有一定的語音處理功能等，這些都為我們實(shí)現(xiàn)電路提供了非常便利的條件1、量程的切換，一般情況我們會采用模擬開關(guān)或繼電器來控制，我們在這里只需要幾個(gè)I/O口即可實(shí)現(xiàn)該功能不需要外加任何電路，控制簡單、節(jié)省成本；2、SPCE061A有豐富的時(shí)基中斷，我們可以采用2Hz實(shí)現(xiàn)定時(shí)一兩秒，程序簡單而且精度高；3、SPCE061A定時(shí)器可以采用外部時(shí)鐘源計(jì)數(shù)，則為我們計(jì)算振蕩電路產(chǎn)生頻率提供了便利，而且計(jì)算精度較高，控制簡單；4、SPCE061A具有語音處理功能，可以非常輕松的加入語音播報(bào)功能，使整個(gè)