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1、全日制本科生學年論文題題 目：目： 電電 阻阻 電電 感感 電電 容容 測測 試試 儀儀 學學 院：院： 物物 理理 與與 電電 子子 工工 程程 學學 院院 專業(yè)年級：專業(yè)年級： 2010 電電子信息科學與技子信息科學與技術專業(yè)術專業(yè)(職職教教師資師資) 學生姓名：學生姓名： * * * 學號：學號： 20100520* 指導教師：指導教師： * * * 職稱：職稱： 講講 師師 2013年年4月月26日日 第 頁( 共 8 頁)目 錄1 1 系統(tǒng)方案系統(tǒng)方案 .2 21.1 系統(tǒng)總體方案設計與結構框圖.1.2 方案設計與論證.2 2 硬件電路硬件電路 .3 32.1 穩(wěn)壓電源模塊.32.2

2、 正弦信號發(fā)生器.32.3 采樣電路.43 3 系統(tǒng)軟件設計系統(tǒng)軟件設計 .5 53.1 控制測量程序模塊.53.2 按鍵處理程序模塊 .53.3 液晶顯示程序模塊.54 4 系統(tǒng)測試與結果分析系統(tǒng)測試與結果分析 .5 54.1 對正弦信號源的測試.54.2 對電阻電容電感的測量.64.3 誤差分析.65 5 總結總結 .6 6參參 考考 文文 獻獻 .7 7第 頁( 共 8 頁)電阻電感電容測試儀電阻電感電容測試儀物理與電子工程學院 電子信息科學與技術專業(yè) 2010 級 *指導老師 何專紅摘摘 要：要：本設計是一種基于單片機(89C51)的高精度電阻電感電容測量儀器的設計。本設計采用 MAX

3、038 單片壓控函數發(fā)生器產生高精度的正弦波信號流經待測的電容或者電感和標準電阻的串連電路，利用電壓比例計算的方法推算出電容值或者電感值，利用 51 單片機控制測量和計算結果，采用 1602 液晶模塊實時顯示數值，可以手動調節(jié)量程，正弦信號發(fā)生器可以實現幅值和頻率的調整，為了提高精度，我們把被測的交流電壓先通過 ICL7650 來消除因為 AD637 輸入電阻較低產生的誤差。實驗測試結果表明，本設計性能穩(wěn)定，測量精度高。關鍵詞：關鍵詞：電壓比例法 89C51 AD637 1602 液晶Abstract：This design is a kind of high precision based

4、on single chip microcomputer (89 c51) resistance inductance capacitance measuring instrument design。 This design adopts the control function generator MAX038 monolithic pressure produce high-precision sine wave signals through the capacitance or inductance under test and the series of standard resis

5、tance circuit， by using the method of voltage ratio calculation calculated capacitance or inductance value， the use of 51 single-chip microcomputer control measurements and calculations， using 1602 liquid crystal module real-time display number， you can manually adjust range， sinusoidal signal gener

6、ator can realize amplitude and frequency of adjustment， in order to improve the precision， we put the ac voltage being measured by ICL7650 first to eliminate the error。 Because of lower AD637 input resistance test results show that this design has stable performance， high precision measurement。Key w

7、ords： 89 c51 AD637 1602 LCD voltage proportion method引言：現代電子產品正以前所未有的速度，向著多功能化、體積最小化、功耗最低化的方向發(fā)展，目前市面上測量電子元器件參數 R、C 和 L 的儀表種類較多，方法和優(yōu)缺點也各有不同。一般的測量方法不易實現自動測量而且很難實現智能化等缺點。電阻電容電感測量方法較多(諧振法，電橋法，電壓比例法等)但因為對于測量儀器來第 頁( 共 8 頁)說精度越高越好，所以本設計選擇精度比較高的電壓比較法做電阻電感電容測試儀，它的原理是將一定頻率的交流信號經過串聯(lián)分壓電路轉化為電壓信， ，然后經過電路處理變成頻率信號經

8、過單片機進行比例運算，最后將計算出的測量值輸送給顯示模塊并顯示各參量對應的量綱。1. 系統(tǒng)方案1.1 系統(tǒng)總體方案設計與結構框圖本電路由電源模塊、正弦信號發(fā)生器、標準電阻和電感或電容串聯(lián)分壓電路、多路開關、電壓跟隨器、高精度交流/有效值轉換、A/D 轉換、單片機、液晶顯示、鍵盤等模塊組成。系統(tǒng)主要模塊流程圖如圖 1 所示：圖 1 系統(tǒng)流程圖1.2 方案設計與論證1.2.1 電阻電感電容測試采樣模塊電阻電感電容測試采樣模塊的設計方案有很多，例如利用純模擬電路來實現、電阻可用比例運算器法、電容可用恒流法和比較法、電感可用時間常數法和同步分離法等。電壓比例法：采用與標準電阻相比較的的方法，其原理是在

9、待測原件與標準原件的串聯(lián)電路中加以電流 I，這樣被測元件與標準元件上得到的電壓分別為 Vx 與 Vi；通過計算得出被測值，此方法精度高，需要一個具有輸出頻率穩(wěn)定的信號源來提供激勵。本設計采用此方案。1.2.2 正弦信號發(fā)生器模塊正弦信號源發(fā)生器模塊是決定系統(tǒng)誤差的重要部分，要求有穩(wěn)定的頻率，另外為第 頁( 共 8 頁)了測試系統(tǒng)的可靠性還要求正弦信號發(fā)生器的頻率和電壓具有可調性，本系統(tǒng)要求頻率范第3 頁( 共 8 頁)圍 1HZ1MHZ，電壓大于 5V。MAX038 信號發(fā)生器：MAX038 是 MAXIM 公司生產的一個只需要很少外部元件的精密高頻波形產生器，他能產生準確的高頻正弦波、三角波

10、、方波。輸出頻率和占空比可以通過調整電流、電壓或電阻來分別地控制。1.2.3 顯示模塊方案一 采用 LED 數碼管顯示。數碼管顯示具有亮度高、夜視效果好等優(yōu)點，但顯示信息量小，且自身功耗較大。方案二 LCD 液晶顯示器1可輕松實現字母、漢字的顯示，控制簡單，能耗小，可以中文輸出便于人際交流顯示內容豐富。所以本設計采用此方案。2 硬件電路2.1 穩(wěn)壓電源模塊2圖 3 穩(wěn)壓電源2.2 正弦信號發(fā)生器該電路的核心器件為 MAX038，具有輸出頻率范圍寬、波形穩(wěn)定、失真小、使用方便等特點。第4 頁( 共 8 頁)圖 4 正弦信號發(fā)生器2.3 采樣電路ICL7650 是斬波穩(wěn)零式高精度運算放大器3，它具

11、有輸入偏置電流小、失調小、增益高、共模抑制能力強、響應快、漂移低、性能穩(wěn)定及價格低廉等優(yōu)點。ICL7650 采用 14 腳雙列直插式和 8 腳金屬殼兩種封裝形式， 14 腳雙列直插式封裝是最常用的。由于 AD637 的輸入電阻較低，為了降低其分壓產生的誤差，被測的交流電壓先通過精密運算放大器 ICL7650 構成的電壓跟隨器，然后才通過高精度交流/有效值轉換芯片 AD6374轉換成有效值，進過 ADC 轉換成數字信號，在單片機中完成比例運算，得到電容電感數值。測量不同數值電感電容時，可以選擇相應的標準電阻和改變 MAX038 輸出信號的頻率來分壓，這通過單片機控制繼電器切換電路和編程來實現。2

12、.3 液晶顯示模塊本設計采用常用的 2 行 16 個字的 1602 液晶顯示器來顯示電阻電感電容值。單片機的 P1 口與 1602 液晶模塊的數據口連接傳輸數據5，P2 口分別控制 RS、RW 和使能端E。RS 為寄存器選擇，高電平時選擇數據寄存器，低電平時選擇指令寄存器。RW 為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當 RW 和 RS 同時為低時，可以寫入指令或顯示地址；當 RS 為低，RW 為高時，可以讀忙信號；當 RS 為高 RW 為低時，可以寫入數據。E 端為使能端，當 E 端有高電平跳變到低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。D0-D7 為 8 位雙向數據線。V0 為液晶顯示器對

13、比度調節(jié)端，接正電源時對比度弱，接地是對比度高，使用時要通過一個 10K 的電位器調整對比度。第5 頁( 共 8 頁)3 系統(tǒng)軟件設計3.1 控制測量程序模塊單片機控制測量程序不僅擔負著量程的識別與轉換，而且還負責數據的修正和傳輸；因此主控制器的工作狀態(tài)直接決定著整個測量系統(tǒng)能否正常工作，所以控制測量程序對整個測量來說至關重要。控制測量流程圖如圖 9 所示。圖 9 控制測量程序流程圖3.2 按鍵處理程序模塊按鍵處理程序的主要功能是設置測量的類型和測量的檔位，當有按鍵被按下時就執(zhí)行相應的按鍵功能。3.3 液晶顯示程序模塊該程序模塊只有一個功能，就是對測量結果清晰正確的顯示出來，并能夠保持穩(wěn)定。4

14、 系統(tǒng)測試與結果分析測試儀器：雙蹤示波器和數字萬用表6。4.1 對正弦信號源的測試 我們使用示波器對信號源進行測試，發(fā)現波形和頻率顯示平穩(wěn)，并得到了一些數第6 頁( 共 8 頁)據。由測量數據經我們分析計算得出此信號發(fā)生器輸出電壓幅值大于等于 5，并且大小可以調節(jié)。4.2 對電阻電容電感的測量我們對于各種性質的元件(電阻電容電感)分別找了足夠量的元件；用高精度數字萬用表測量出其阻值(容值或感值）取多個相同電阻的平均值作為參考量；然后用我們自制的儀表進行測量，測量多個阻值不同的電阻，算出其誤差，最后求平均誤差。電容和電感的測量同理。4.3 誤差分析本測量儀的測量范圍較寬，并且達到了很好的精度，

15、信號源測試結果分析：由于示波器精度所限，頻率低于 10Hz 示波器無法識別信號。經計算自制信號源最大相對誤差為 0。4%，我們的信號源范圍更寬。電阻測試結果分析：測量電阻阻值誤差較小，最大誤差為 2%，用 16 位 AD 采樣直流分壓信號極為精確。電容測試結果分析：電容測試最大誤差為 3%。電感測試結果分析：電感測試最大誤差小于 4%。在實際測量中，由于測試環(huán)境，測試儀器，測試方法等都對測試值有一定的影響，都會導致測量結果或多或少地偏離被測量的真值，為了減小本設計中誤差的大小，主要利用修正7的方法來減小本測試儀的測量誤差。5 總結通過對電阻、電容、電感測試儀的課題設計，鍛煉了我的實際動手能力，增強了我解決實際工程問題的能力，同時也提高我查閱文獻資料、設計規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平。硬件電路圖簡單，成本低；采用單片機可以提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，縮小系統(tǒng)體積，調試與維護方便，而且以 51 單片機最小系統(tǒng)為核心的控制系統(tǒng)能滿足整個系第7 頁( 共 8 頁)統(tǒng)的要求，本系統(tǒng)也還有許多可以擴展的功能，可以增加語音功能，每次測量值穩(wěn)定的時候就通過語音報告出來；也可以增加在線測量的功能，這樣就更能夠測量出元件工作時的正常值，而不僅僅是靜