RLC測試儀簡易制作

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上R、L、C測量儀摘要：把R、L、C轉(zhuǎn)換成頻率信號f，轉(zhuǎn)換的原理分別是RC振蕩電路和LC電容三點式振蕩電路。單片機計數(shù)得出被測頻率，由該頻率計算出各個參數(shù)值，數(shù)據(jù)處理后，送顯示。關(guān)鍵詞：RC振蕩電路 LC電容三點式 R、L、C measure instrumentAbstract: The resistance、the inductance and the capacitance are translated into frequency on account of RC surging circuit and LC surging circuit。 Single ch

2、ip was measured frequency and computed each parameter value from this frequency，showing the parameter。Key words: RC surging circuit LC surging circuit.目 錄第一章 系統(tǒng)設(shè)計 311 設(shè)計要求 3111 設(shè)計任務(wù) 3112 技術(shù)要求 312 方案比較 313 方案論證 4131 總體思路 4132 設(shè)計方案 4第二章 主要電路設(shè)計與說明 521 TS556芯片簡介 5211 芯片的頂視圖及各引腳的功能 5212 芯片的等效功能方框圖及工作原理 5

3、22 CD4066芯片的簡介 723測的RC振蕩電路 7231 用556時基電路構(gòu)成多諧振蕩器 7232 測量電阻的電路模塊 924 測的RC振蕩電路 1025 測的電容三點式振蕩電路 11第三章 軟件設(shè)計 11第四章 系統(tǒng)測試 1241 測試儀器 1242 指標測試及誤差分析 12421 電阻的測量 12422 電容的測量 13423 電感的測量 13第五章 總結(jié) 13參考文獻 13附 錄 14附錄1 元器件清單 14附錄2 程序清單 15附錄3 總體電路圖 17附錄4 印制板圖 18附錄5 系統(tǒng)使用說明 19第一章 系統(tǒng)設(shè)計11設(shè)計要求111 設(shè)計任務(wù)設(shè)計并制作一臺數(shù)字顯示的電阻、電容和電

4、感參數(shù)測試儀，示意框圖如下：112 技術(shù)要求基本要求（1）測量范圍電阻 1001M電容 100 pF10000 pF電感 100 µH10 mH（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別和單位發(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(zhuǎn)換12方案比較目前，測量電子元件集中參數(shù)R、L、C的儀表種類較多，方法也各不相同，這些方法都有其優(yōu)缺點。電阻R的測試方法最多。最基本的就是根據(jù)R的定義式來測量。在如圖1.2.1中，分別用電流表和電壓表測出通過電阻的電流和通過電阻的電壓，根據(jù)公式求得電阻。這種方法要測出兩個模擬量，

5、不易實現(xiàn)自動化。而指針式萬用表歐姆檔是把被測電阻與電流一一對應(yīng)，由此就可以讀出被測電阻的阻值，如圖1.2.2所示。這種測量方法的精度變化大，若需要較高的精度，必須要較多的量程，電路復(fù)雜。能同時測量電器元件R、L、C的最典型的方法是電橋法（如圖1.2.3 ）。電阻R可用直流電橋測量，電感L、電容C可用交流電橋測量。電橋的平衡條件為通過調(diào)節(jié)阻抗、使電橋平衡，這時電表讀數(shù)為零。根據(jù)平衡條件以及一些已知的電路參數(shù)就可以求出被測參數(shù)。用這種測量方法，參數(shù)的值還可以通過聯(lián)立方程求解，調(diào)節(jié)電阻值一般只能手動，電橋的平衡判別亦難用簡單電路實現(xiàn)。這樣，電橋法不易實現(xiàn)自動測量。Q表是用諧振法來測量L、C值（如圖1

6、.2.4）。它可以在工作頻率上進行測量，使測量的條件更接近使用情況。但是，這種測量方法要求頻率連續(xù)可調(diào)，直至諧振。因此它對振蕩器的要求較高，另外，和電橋法一樣，調(diào)節(jié)和平衡判別很難實現(xiàn)智能化。圖 1.2.4 用阻抗法測R、L、C有兩種實現(xiàn)方法：用恒流源供電，然后測元件電壓；用恒壓源供電，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范圍很窄。很多儀表都是把較難測量的物理量轉(zhuǎn)變成精度較高且較容易測量的物理量?；诖怂枷?，我們把電子元件的集中參數(shù)R、L、C轉(zhuǎn)換成頻率信號f,然后用單片機計數(shù)后在運算求出R、L、C的值，并送顯示，轉(zhuǎn)換的原理分別是RC振蕩和LC三點式振蕩。其實，這種

7、轉(zhuǎn)換就是把模擬量進擬地轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，頻率f是單片機很容易處理的數(shù)字量，這種數(shù)字化處理一方面便于使儀表實現(xiàn)智能化，另一方面也避免了由指針讀數(shù)引起的誤差。13方案論證131 總體思路本設(shè)計中把R、L、C轉(zhuǎn)換成頻率信號f，轉(zhuǎn)換的原理分別是RC振蕩電路和LC電容三點式振蕩電路，單片機根據(jù)所選通道，向模擬開關(guān)送兩路地址信號，取得振蕩頻率，作為單片機的時鐘源，通過計數(shù)則可以計算出被測頻率，再通過該頻率計算出各個參數(shù)。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)處理后，把R、L、C的值送數(shù)碼管顯示相應(yīng)的參數(shù)值，利用編程實現(xiàn)量程自動轉(zhuǎn)換。132 設(shè)計方案該設(shè)計方案的總體方框圖如圖1.3.1所示。圖1.3.1

8、 設(shè)計的總體方框圖第二章 主要電路設(shè)計與說明21 TS556芯片簡介方案選擇中，利用555時基電路構(gòu)成多諧振蕩器來測量電阻R、電容C，為了測量兩個物理量需要兩塊555時基電路，為節(jié)省一部分硬件空間，以一片556時基電路來代替。211 芯片的頂視圖及各引腳的功能556雙時基集成是COMS型的，內(nèi)含兩個相同的555時基電路，它的頂視圖如下圖2.1.1所示，雙列直插14腳封裝。圖2.1.1 555時基電路頂視圖頂視圖各引腳的功能分別為：1、13腳：放電；2、12腳：閾值；3、11腳：控制；4、10腳：復(fù)位；5、9腳：輸出；6、8腳：置位觸發(fā)；7腳：GND；14腳：+電源Vcc。212 芯片的等效功能

9、方框圖及工作原理芯片的等效功能方框圖如下圖2.1.2所示，由于556雙時基集成塊內(nèi)含兩個相同的555時基電路，它的等效功能方框圖與一個555時基電路的等效功能方框圖相同，在下面的分析中，可就個556芯片單獨分析。圖2.1.2 555時基電路等效功能方框圖芯片的工作原理TS556的等效功能框圖中包含兩個COMS電壓比較器A和B，一個RS觸發(fā)器，一個反相器，一個P溝道MOS場效應(yīng)管構(gòu)成的放電開關(guān)SW，三個阻值相等的分壓電阻網(wǎng)絡(luò)，以及輸出緩沖級。三個電阻組成的分壓網(wǎng)絡(luò)為上比較器A和下比較器B分別提供Vcc和Vcc的偏置電壓。當上比較器A的同相輸入端R高于反相輸入端電位Vcc時，A輸出為高電平，RS觸

10、發(fā)器翻轉(zhuǎn)，輸出端Vo為邏輯“0”電平。即當VTH>Vcc時，Vo為 “0”電平，處于復(fù)位狀態(tài)；而當置位觸發(fā)端的電位，即VSVcc時，下比較器B的輸出為“1”，RS觸發(fā)器置位，輸出端Vo為“1”電平。即當VSVcc時，Vo為 “1”電平，處于置位狀態(tài)?？梢?，該TS556的等效功能框圖相當一個置位復(fù)位觸發(fā)器。在RS觸發(fā)器內(nèi)，還設(shè)置了一個強制復(fù)位端，即不管閾值端R和置位觸發(fā)端處于何種電平，只要使=“0”，則RS觸發(fā)器的輸出必為“1”，從而使輸出Vo為“0”電平。從芯片的等效功能方框圖得出各功能端的真值表，如表2.1.1所示。表2.1.1 556芯片各功能端的真值表（強制復(fù)位）（置位觸發(fā)）R（復(fù)

11、位觸發(fā)）Vo（輸出）0××010×11110110保持原電平注：“0” 電平Vcc“1” 電平 >Vcc“×”表示任意電平22 CD4066芯片的簡介在電路中采用CD4066四路模擬開關(guān)來實現(xiàn)不同量程的相互轉(zhuǎn)換。CD4066芯片（全稱：四路模擬開關(guān)集成電路）內(nèi)部含有A、B、C、D四路模擬開關(guān)，A路模擬開關(guān)由引腳13控制、B路模擬開關(guān)由引腳5控制、C路模擬開關(guān)由引腳6控制、D路模擬開關(guān)由引腳12控制。所有的控制引腳由軟件編程控制，當控制線由軟件置“1”時，該模擬開關(guān)閉合，當控制線由軟件置“0”時，該模擬開關(guān)斷開，且四路模擬開關(guān)可獨立使用。CD4066

12、的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖2.2.1所示：圖2.2.1 CD4066的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖23測的RC振蕩電路231 用556時基電路構(gòu)成多諧振蕩器在電路中采用RC振蕩電路來測量電阻R、電容C的值，用556時基電路構(gòu)成RC振蕩器。如圖2.3.1（a）所示，將556與三個阻、容元件如圖連接，便構(gòu)成無穩(wěn)態(tài)多諧振蕩模式。圖2.3.1（a） 電路圖圖2.3.1（b） 波形圖當加上電壓時，由于上端電壓不能突變，故556處于置位狀態(tài)，輸出端（5/9）呈高電平“1”，而內(nèi)部的放電COMS管截止，通過和對其充電，6/8腳電位隨上端電壓的升高呈指數(shù)上升，波形如圖2.3.1（b）所示。當上的電壓隨時間增加，達到Vcc閾值電平（2/1

13、2腳）時，上比較器A翻轉(zhuǎn)，使RS觸發(fā)器置位，經(jīng)緩沖級倒相，輸出呈低電平“0”。此時，放電管飽和導(dǎo)通，上的電荷經(jīng)至放電管放電。當放電使其電壓降至Vcc觸發(fā)電平（6/8腳）時，下比較器B翻轉(zhuǎn)，使RS觸發(fā)器復(fù)位，經(jīng)緩沖級倒相，輸出呈高電平“1”。以上過程重復(fù)出現(xiàn)，形成無穩(wěn)態(tài)多諧振蕩。由上面對多諧振蕩過程的分析不難看出，輸出脈沖的持續(xù)時間就是上的電壓從Vcc充電到Vcc所需的時間，故兩端電壓的變化規(guī)律為設(shè)，則上式簡化為從上式中求得一般簡寫為電路間歇期就是兩端電壓從Vcc充電到Vcc所需的時間，即從上式中求得，并設(shè)，則一般簡寫為那么電路的振蕩周期為振蕩頻率，即輸出振蕩波形的占空比為從上面的公式推導(dǎo)，可以

14、得出（1）振蕩周期與電源電壓無關(guān)，而取決于充電和放電的總時間常數(shù)，即僅、的值有關(guān)。（2）振蕩波的占空比與的大小無關(guān)，而僅與、的大小比值有關(guān)。232 測量電阻的電路模塊圖2.3.2是一個由556時基電路構(gòu)成的多諧振蕩電路，由該電路可以測出量程在1001M的電阻。該電路的振蕩周期為其中為輸出高電平的時間，為輸出低電平的時間。則：為了使振蕩頻率保持在這一段單片機計數(shù)的高精度范圍內(nèi)，需選擇合適的C和R的值。第一個量程選擇，第二個量程選擇。這樣，第一個量程中，時第二個量程中，時因為RC振蕩的穩(wěn)定度可達10-3，單片機測頻率最多誤差一個脈沖，所以用單片機測頻率引起的誤差在百分之一以下。在電路中之所以選用可

15、調(diào)電位器是因為CD4066的內(nèi)阻并不清楚，在進行測量之前需要進行校準。把標準電阻插在JP2插接口上，調(diào)節(jié)電位器，使數(shù)碼管顯示標稱阻值。在以后的測量過程中，便可直接測量電阻。利用P1.0（TR1）、P1.1（TR2）口通過軟件編程的方法來控制CD4066的改變，實現(xiàn)量程的轉(zhuǎn)換圖2.3.2 測量電阻的電路24 測的RC振蕩電路測量電容的振蕩電路與測量電阻的振蕩電路完全一樣。其電路圖如圖2.4.1所示。若=或者=，則兩個量程的取值分別為第一量程：=510第一量程：=10其分析過程如測量電阻的方法一樣，這里就不在贅述了。圖2.4.1 測量電容的電路25 測的電容三點式振蕩電路電感的測量是采用電容三點式

16、振蕩電路來實現(xiàn)的，如圖2.5.1所示。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。 在這個電容三點式振蕩電路中，C4 C5分別采用1000pF、2200pF的獨石電容，其電容值遠大于晶體管極間電容，可以把極間電容忽略。振蕩公式：，其中 則電感的感抗為在測量電感的時候，發(fā)現(xiàn)電感起振頻率非常的高，大致到達3MHz左右，而單片機的最大計數(shù)頻率大約為500KHz，在頻率方面達不到測量電感頻率，于是我們把測電感的電容三點式電路得出的頻率經(jīng)過由兩片74LS160組成八位

17、計數(shù)器作為分頻電路對該頻率進行分頻，有，滿足單片機計數(shù)要求。圖2.5.1 測量電感的電路第三章 軟件設(shè)計本系統(tǒng)軟件設(shè)計的主流程圖如圖3.1所示。對系統(tǒng)初始化之后，判斷是否有按鍵按下。以測電阻為例，測量的電阻經(jīng)RC振蕩電路轉(zhuǎn)換為頻率f，根據(jù)測電阻的換算公式，利用單片機軟件編程，測量出其阻值并送顯示。如果量程不夠大，按下量程轉(zhuǎn)換鍵轉(zhuǎn)換為大量程，進行測量。圖3.1 軟件設(shè)計的主流程圖第四章 系統(tǒng)測試41測試儀器測試儀器如下表4.1.1。表4.1.1序號名稱、型號、規(guī)格數(shù)量備注1DT9205A數(shù)字萬用表（3位半）142指標測試及誤差分析4.2.1 電阻的測量電阻的一組測量數(shù)據(jù)如下表4.2.1所示：表4

18、.2.1電阻標值萬用表讀數(shù)本儀表讀數(shù)相對誤差3302.4 K47 K100K220 K1M誤差分析：相對誤差計算公式 從上面的一組數(shù)據(jù)上來看，在測量低于1 K阻值和接近1M阻值的電阻時，相對誤差會大一些。造成這個現(xiàn)象的主要原因是在設(shè)計中采用的CD4066（四路模擬開關(guān)）的內(nèi)阻較大，經(jīng)測量其內(nèi)阻達到了180左右，這樣在測量電阻值小的電阻時，它的內(nèi)阻就不能忽略，造成測量誤差的增大。4.2.2 電容的測量電容的一組測量數(shù)據(jù)如下表4.2.2所示：表4.2.2電容標值萬用表讀數(shù)本儀表讀數(shù)相對誤差%33nF28.3nf28.8nF1.76100nf101.4nf99.0nf2.36680nF621nF58

19、5nf5.7930Pf31pF29pF6.45誤差分析： 相對誤差計算公式 從上面的數(shù)據(jù)可以看出，電容的標稱值與用萬用表測出的容值有較大的誤差，其可能性原因：一是萬用表本身存在著一定誤差，二是元件本身也存在一定誤差。受所用儀器，元期間的限制，測量精度并沒有做的很高。注意：由于建立RC穩(wěn)定振蕩的時間較長，在測量電阻和電容時，應(yīng)在顯示穩(wěn)定后再讀出數(shù)值。4.2.3 電感的測量電感的一組測量數(shù)據(jù)如下表4.2.3所示：表4.2.3電感標值本儀表讀數(shù)22mH25mH1mH0.9mH第五章 總結(jié)本設(shè)計完成題目所給的設(shè)計任務(wù)，制作了一臺數(shù)字顯示的電阻器、電容器和電感器參數(shù)測試儀，滿足題目的基本要求和一部分發(fā)揮

20、要求。運用單片機作為中央控制器和計算核心，使儀表有性能可靠、體積小、電路簡單的特點。但是這種把元件參數(shù)轉(zhuǎn)換成頻率后測量的方法也有不足之處，主要是必須保證電路起振，并且振蕩要穩(wěn)定，否則會增加誤差?？傮w來說，本次設(shè)計是成功的。參考文獻1 高吉祥.模擬電子技術(shù). 北京：電子工業(yè)出版社，2004年2 高吉祥，黃智偉，丁文霞.數(shù)字電子技術(shù). 北京：電子工業(yè)出版社，2003年3 全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽組委會.第一屆（1994年）第六屆（2003年）全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽題目.2003.124 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（1999）.北京：北京理工大學(xué)出版社，2000

21、年附 錄附錄1 元器件清單序號元件數(shù)量序號元件數(shù)量1114電位器50222AT89S52115電位器5033374AHC138116電容10314CD4066BCJ317電容10475TS556MN118電容30pF674LS160219電解電容22uF27發(fā)光二極管420電容0.1uF18晶振12M121電阻1K299014222電阻2K2109012823電阻10K211共陽四位一體數(shù)碼管224電阻100K212輕觸開關(guān)425插接件313電位器103126電源插接件2附錄2 程序清單-本設(shè)計程序由C語言編寫主程序名： RLCTest.h程序?qū)崿F(xiàn)的主要功能：把R、L、C轉(zhuǎn)換的頻率，通過編程求

22、出其值，送；lcd顯示-專心-專注-專業(yè)#include<reg52.h>#include<intrins.h>#include <absacc.h>#define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit rs=P20;sbit rw=P21;sbit en=P22;sbit psb=P23;sbit ret=P25;unsigned char code table=0x30,0x31,0x32,0x33,0x34,0x35,0x36,0x37,0x38,0x39,0x20,0x3a,0x2e,0

23、x60,0x43;uchar command,lcd_bufg,lcd_buf1;uint count;unsigned long int cot;sbit k1=P10;sbit k2=P11;sbit k3=P12;void lcd_int();void lcd_set();void display();void display1();void display2();void display3();void display4();void clear_lcd();void shuju1(void);void shuju2(void);void shuju3(void);void mand_

24、init(void);void write_command(uchar command);void write_data(uchar data0);void delay(uint m)while(m-);void main (void) lcd_int(); lcd_set(); display1();/歡迎使用while(1)if(k1=0)/zumand_init(); clear_lcd();display2();TR0=1;TR1=1;while(TR0=1);cot=TH1*256+TL1;shuju1();if(k2=0)/rongmand_init();clear_lcd();d

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26、id)/lcd設(shè)置command=0x34;write_command(command);command=0x30;write_command(command);command=0x01;write_command(command);command=0x06;write_command(command);command=0x0c;write_command(command);void lcd_int(void)/lcd選定ret=0;delay(20);ret=1;_nop_();psb=1;_nop_();void write_command(uchar command)/寫命令delay(

27、200);rs=0;rw=0;P0=command;en=1;_nop_();_nop_();en=0;void write_data(uchar data0)/寫數(shù)據(jù)delay(200);rs=1;rw=0;P0=data0;en=1;_nop_();_nop_();en=0;void display(void) write_command(command); write_data(lcd_bufg); write_data(lcd_buf1);void display1(void)/歡迎使用command=0x92;lcd_bufg=0xbb;lcd_buf1=0xb6;display()

28、;command=0x93;lcd_bufg=0xd3;lcd_buf1=0xad;display();command=0x94;lcd_bufg=0xca;lcd_buf1=0xb9;display();command=0x95;lcd_bufg=0xd3;lcd_buf1=0xc3;display();void display2(void)/電阻為command=0x92;lcd_bufg=0xb5;lcd_buf1=0xe7;display();command=0x93;lcd_bufg=0xd7;lcd_buf1=0xe8;display();command=0x94;lcd_bufg

29、=0xce;lcd_buf1=0xaa;display();void display3(void)/電容為command=0x92;lcd_bufg=0xb5;lcd_buf1=0xe7;display();command=0x93;lcd_bufg=0xc8;lcd_buf1=0xdd;display();command=0x94;lcd_bufg=0xce;lcd_buf1=0xaa;display();void display4(void)/電感為command=0x92;lcd_bufg=0xb5;lcd_buf1=0xe7;display();command=0x93;lcd_buf

30、g=0xb8;lcd_buf1=0xd0;display();command=0x94;lcd_bufg=0xce;lcd_buf1=0xaa;display();void shuju1(void)/電阻值處理cot=(/cot)-45000);command=0x8b;lcd_bufg=tablecot/10000;lcd_buf1=table(cot/1000)%10;display();command=0x8c;lcd_bufg=table(cot/100)%10;lcd_buf1=table(cot/10)%10;display();command=0x8d;lcd_bufg=tablecot%10;lcd_buf1=0x20;display();command=0x8e;lcd_bufg=0xa6;lcd_buf1=0xb8;display();void shuju2(void)/電容值處理cot =()/(cot*405);command=0x8b;lcd_bufg=tablecot/10000;lcd_buf1=table(cot/1000)%10;display();command=