電容電感測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)開題報(bào)告

1、 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 開題報(bào)告 題目名稱：基于微處理器的電容電感測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 目錄1課題研究意義和目的·········································

2、83;··············································12 國(guó)內(nèi)外該方向研究現(xiàn)狀及分析·

3、;··················································

4、;···························13 系統(tǒng)總體方案論證·····················

5、··················································

6、···················1 3.1方案比較·····························

7、83;·················································

8、83;··················1 3.2方案論證······························

9、··················································

10、··················24 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)······························

11、83;·················································

12、83;···················2 4.1 系統(tǒng)電路方框圖及說明····························

13、;···············································2 4.2 RC測(cè)量電路·

14、;··················································

15、;·········································3 4.3 電容三點(diǎn)式振蕩電路······&#

16、183;·················································&#

17、183;······················4 4.4 各部分測(cè)試電路·························&

18、#183;·················································&

19、#183;··········45 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)·····································

20、3;·················································

21、3;·········55.1 主程序流程圖·······································

22、;··················································

23、;·55.2 測(cè)量子程序流程圖··············································

24、3;···································66實(shí)施計(jì)劃·············

25、3;·················································

26、3;·········································77系統(tǒng)擬解決問題·······&

27、#183;·················································&

28、#183;····································78主要參考文獻(xiàn)············

29、;··················································

30、;····································71.課題研究意義和目的 目前，隨著電子工業(yè)的發(fā)展，電子元器件急劇增加，電子元器件的適用范圍也逐漸廣泛起來，在應(yīng)用中我們常常要測(cè)定電阻，電容，電感的大小。另外，隨著測(cè)

31、量技術(shù)的飛速發(fā)展以及人們對(duì)電參數(shù)的測(cè)量精度要求的提高，目前教學(xué)實(shí)驗(yàn)中普遍采用的數(shù)字式萬(wàn)用表已不能滿足測(cè)量要求，因此設(shè)計(jì)可靠，安全，便捷，測(cè)量精度更高的電阻，電容，電感測(cè)試儀具有廣泛的使用價(jià)值和應(yīng)用前景。 在目前的生產(chǎn)制造業(yè)中,與傳統(tǒng)的手動(dòng)交流電橋相比,數(shù)字LRC阻抗測(cè)量?jī)x因其測(cè)量性能穩(wěn)定可靠,無需進(jìn)行反復(fù)的、復(fù)雜的手動(dòng)平衡,還可以減少測(cè)量誤差和結(jié)果計(jì)算,故已被越來越多地被應(yīng)用于交流阻抗參數(shù)的測(cè)量。要保證LRC阻抗測(cè)量?jī)x測(cè)量準(zhǔn)確度,對(duì)其性能的考核就顯得尤為重要。2.國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析當(dāng)今電子測(cè)試領(lǐng)域，電阻，電容和電感的測(cè)量已經(jīng)在測(cè)量技術(shù)和產(chǎn)品研發(fā)中應(yīng)用的十分廣泛。國(guó)內(nèi)外電阻、電容和電感測(cè)試發(fā)展

32、已經(jīng)很久，方法眾多，常用測(cè)量方法如下。1.電阻測(cè)量依據(jù)產(chǎn)生恒流源的方法分為電位降法、比例運(yùn)算器法和積分運(yùn)算器法。比例運(yùn)算器法測(cè)量誤差稍大，積分運(yùn)算器法適用于高電阻的測(cè)量。2.傳統(tǒng)的測(cè)量電容方法有諧振法和電橋法兩種。前者電路簡(jiǎn)單，速度快，但精度低；后者測(cè)量精度高，但速度慢。隨著數(shù)字化測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，在測(cè)量速度和精度上有很大的改善，電容的數(shù)字化測(cè)量常采用恒流法和比較法。3.電感測(cè)量可依據(jù)交流電橋法，這種測(cè)量方法雖然能較準(zhǔn)確的測(cè)量電感但交流電橋的平衡過程復(fù)雜，而且通過測(cè)量Q值確定電感的方法誤差較大，所以電感的數(shù)字化測(cè)量常采用時(shí)間常數(shù)發(fā)和同步分離法。早在我國(guó)1997年05月21日中國(guó)航空工業(yè)總公司研究

33、出一種電阻、電容、電感在線測(cè)量方法及裝置等電位隔離方法，用于對(duì)在線的電阻、電容、電感元件實(shí)行等電位隔離?？v覽目前國(guó)內(nèi)外的LRC測(cè)試儀，硬件電路往往比較復(fù)雜，體積比較龐大，不便攜帶，而且價(jià)格比較昂貴。例如傳統(tǒng)的用阻抗法、Q表、電橋平衡法等測(cè)試LRC的過程中不夠智能而且體積笨重，價(jià)格昂貴，需要外圍環(huán)境優(yōu)越，測(cè)試操作過程中需要調(diào)很多參數(shù)，對(duì)初學(xué)者來說很不方便，當(dāng)今社會(huì)，對(duì)LRC的測(cè)試雖然已經(jīng)很成熟了，但是價(jià)格和操作簡(jiǎn)單特別是智能方面有待發(fā)展，價(jià)格便宜和操作簡(jiǎn)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(huì)發(fā)展的要求，研制出一種價(jià)格便宜和操作簡(jiǎn)單、自動(dòng)轉(zhuǎn)換量程、體積更小、功能強(qiáng)大、便于攜

34、帶的LRC測(cè)試儀，充分利用現(xiàn)代單片機(jī)技術(shù)，研究了基于單片機(jī)的智能LRC測(cè)試儀，人機(jī)界面友好、操作方便的智能LRC測(cè)試儀，具有十分重要的意義。3 系統(tǒng)總體方案論證 3.1方案比較電阻、電容、電感測(cè)試儀的設(shè)計(jì)可用多種方案完成，例如利用模擬電路，電阻可用比例運(yùn)算器法和積分運(yùn)算器法，電容可用恒流法和比較法，電感可用時(shí)間常數(shù)發(fā)和同步分離法等、使用可編程邏輯控制器(PLC)、振蕩電路與單片機(jī)結(jié)合或CPLD與EDA相結(jié)合等等來實(shí)現(xiàn)。在設(shè)計(jì)前對(duì)各種方案進(jìn)行了比較：1)利用純模擬電路雖然避免了編程的麻煩，但電路復(fù)雜，所用器件較多，靈活性差，測(cè)量精度低，現(xiàn)在已較少使用。 2)可編程邏輯控制器(PLC) 應(yīng)用廣泛，

35、它能夠非常方便地集成到工業(yè)控制系統(tǒng)中。其速度快，體積小，可靠性和精度都較好，在設(shè)計(jì)中可采用PLC對(duì)硬件進(jìn)行控制，但是用PLC實(shí)現(xiàn)價(jià)格相對(duì)昂貴，因而成本過高。 3)采用CPLD或FPGA實(shí)現(xiàn)應(yīng)用目前廣泛應(yīng)用的VHDL硬件電路描述語(yǔ)言，實(shí)現(xiàn)電阻，電容，電感測(cè)試儀的設(shè)計(jì)，利用MAXPLUSII集成開發(fā)環(huán)境進(jìn)行綜合、仿真，并下載到CPLD或FPGA可編程邏輯器件中，完成系統(tǒng)的控制作用。但相對(duì)而言規(guī)模大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。4)利用振蕩電路與單片機(jī)結(jié)合利用555多諧振蕩電路將電阻，電容參數(shù)轉(zhuǎn)化為頻率，而電感則是根據(jù)電容三點(diǎn)式電路也轉(zhuǎn)化為頻率，這樣就能夠把模擬量近似的轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，而頻率f是單片機(jī)很容易處理的數(shù)字量

36、，一方面測(cè)量精度高，另一方面便于使儀表實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，而且單片機(jī)構(gòu)成的應(yīng)用系統(tǒng)有較大的可靠性。系統(tǒng)擴(kuò)展、系統(tǒng)配置靈活。容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)，且應(yīng)用系統(tǒng)有較高的軟、硬件利用系數(shù)。單片機(jī)具有可編程性，硬件的功能描述可完全在軟件上實(shí)現(xiàn)，而且設(shè)計(jì)時(shí)間短，成本低，可靠性高。3.2方案論證很多儀表都是把較難測(cè)量的物理量轉(zhuǎn)變精度較高且較容易測(cè)量的物理量?；诖怂悸钒央娮釉募袇?shù)L、R、C轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)f，然后用單片機(jī)計(jì)數(shù)后再運(yùn)算求出L、R、C的值并顯示，轉(zhuǎn)換的原理分別是RC震蕩和LC三點(diǎn)式振蕩。其實(shí)這種轉(zhuǎn)換就是把模擬量近似轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，頻率是單片機(jī)很容易處理的數(shù)字量，這種數(shù)值化處理一方面便于使儀表實(shí)

37、現(xiàn)智能化，另一方面也避免了由指針讀數(shù)引起的誤差，從而達(dá)到儀表的高可靠性、高精度和多功能。 綜上所述，利用振蕩電路與單片機(jī)結(jié)合實(shí)現(xiàn)電阻、電容、電感測(cè)試儀更為簡(jiǎn)便可行，節(jié)約成本。所以，本次設(shè)計(jì)選定以單片機(jī)為核心來進(jìn)行。4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 4.1 系統(tǒng)電路方框圖及說明系統(tǒng)分測(cè)量電路和控制電路,系統(tǒng)電路方框圖如圖1所示。被測(cè)電阻被測(cè)電容被測(cè)電感RC 振蕩電路LC電容三點(diǎn)式量程自動(dòng)切換電路單片機(jī)AT89S52LCD顯示器RC 振蕩電路圖1.系統(tǒng)電路方框圖 4.2 RC測(cè)量電路 測(cè)量?jī)x采用RC振蕩電路（如圖2）把待測(cè)元件參數(shù)信號(hào)轉(zhuǎn)換為脈沖頻率信號(hào)，充分利用單片機(jī)能夠精確捕捉采樣脈沖頻率信號(hào)的優(yōu)勢(shì)以及單片機(jī)強(qiáng)

38、大的數(shù)據(jù)處理功能，有效節(jié)省資源的同時(shí)還提高了測(cè)量精度，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)。圖2.RC振蕩電路 4.3 電容三點(diǎn)式振蕩電路 振蕩電路采用LC 振蕩電路（如圖3），振蕩的頻率由L 和C 確定。振蕩管采用9014, Rb1和Rb2為基極偏置, Rc為限流電阻, 電容C1、C 2和電感L 構(gòu)成正反饋選頻網(wǎng)絡(luò), 反饋信號(hào)取自電容C2兩端。該電路也稱為電容3點(diǎn)式振蕩電路。輸入信號(hào)和反饋信號(hào)同相。在測(cè)量過程中, 當(dāng)測(cè)量電感時(shí), 輸入電路自動(dòng)把待測(cè)電感Lx 并聯(lián)到L 的兩端。當(dāng)測(cè)量電容時(shí), 輸入電路自動(dòng)把要測(cè)量的電容Cx 并聯(lián)到C1 的兩端。圖3.振蕩電路 4.4 各部分測(cè)試電路 （1）電阻測(cè)量電路 電阻的

39、測(cè)量采用“ 脈沖計(jì)數(shù)法”, 由555 電路構(gòu)成的多諧振蕩電路,555 接成多諧振蕩器的形式,其振蕩周期為：得出即（2）電容測(cè)量電路電容的測(cè)量同樣采用“脈沖計(jì)數(shù)法”,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(cè)電容的大小。555 接成多諧振蕩器的形式,其振蕩周期為：T=t+t=(ln2)(R+R)·C+(ln2)R·C設(shè)R=R,得出即 （3）電感測(cè)量電路電感的測(cè)量是采用電容三點(diǎn)式振蕩電路來實(shí)現(xiàn)的。LC 回路中與發(fā)射極相連的兩個(gè)電抗元件是同性質(zhì)的,另外一個(gè)電抗元件為異性質(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5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)5.1 主程序流程圖 本系統(tǒng)是通過定時(shí)器定時(shí)并在定時(shí)期間對(duì)LRC電路所產(chǎn)生的脈沖進(jìn)行統(tǒng)計(jì),通過內(nèi)部程序計(jì)算出相應(yīng)的值并在LCD上顯示。主程序流程圖如圖4所示。 圖4.主程序流程圖5.2 測(cè)量子程序流程圖圖5.測(cè)量子程序流程圖測(cè)量頻率擬定為1秒鐘，具體由顯示效果確定。6實(shí)施計(jì)劃第1周 定下方案，