简易电阻、电容和电感测试仪设计.pdf

课程设计任务书 学生姓名 专业班级 指导教师 工作单位 信息工程学院 题 目: 简易电阻、电容和电感测试仪设计 初始条件 lm317 lm337 ne555 ne5532 stc89c52 tlc549 icl7660 1602 液晶 要求完成的主要任务: 1、测量范围电阻 100 -1m 电容 100pf-10000pf 电感 100 h-10mh。 2、测量精度5%。 3、制作 1602 液晶显示器显示测量数值并用发光二级管分别指示 所测元件的类别。 时间安排 指导教师签名 年 月 日 系主任或责任教师签名_ 年 月 日 1 目 录 摘 要 . 3 abstract . 4 1、绪论 5 2、电路方案的比较与论证 . 5 2.1 电阻测量方案 5 2.2 电容测量方案 7 2.3 电感测量方案 8 3、核心元器件介绍 10 3.1 lm317 的介绍 10 3.2 lm337 的介绍 11 3.3 ne555 的介绍 11 3.4 ne5532 的介绍 . 13 3.5 stc89c52 的介绍 . 14 3.6 tlc549 的介绍 . 16 3.7 icl7660 的介绍 17 3.8 1602 液晶的介绍 . 18 4、 单元电路设计 . 20 4.1 直流稳压电源电路的设计 . 21 4.2 电源显示电路的设计 . 21 4.3 电阻测量电路的设计 . 22 4.4 电容测量电路的设计 . 23 4.5 电感测量电路的设计 . 24 4.6 电阻、电容、电感显示电路的设计 . 25 5、 程序设计 . 26 5.1 中断程序流程图 . 26 5.2 主程序流程图 . 27 6、仿真结果 27 6.1 电阻测量电路仿真 . 27 6.2 电容测量电路仿真 . 28 6.3 电感测量电路仿真 . 29 7、 调试过程 . 30 7.1 电阻、电容和电感测量电路调试 . 30 7.2 液晶显示电路调试 . 30 8、 实验数据记录 . 30 2 心 得 体 会 32 参 考 文 献 33 附 件 34 附件 1电路图 . 34 附件 2元件清单 . 35 附件 3程序代码 . 36 附件 4实物图 . 46 3 摘 要 近几年来电子行业的发展速度相当快电子行业的公司企业数目也不断增多。这个 现象带来的直接结果是电子行业方面的人才需求不断增多。所以现在大多数高校都开设 与电子类相关的专业及课程为社会培养大量的电子行业的人才。做过电路设计的工作人 员或者学生大多数使用万用表来测量一些元件参数或者电路中的电压电流。然而万用表有 一定的局限性它只能测量有限种类的元器件的参数对于电容和电感等一些电抗元件就 无能为力了。所以制作一种简便的电容电感测量仪显得尤为重要方便电路设计人员或者 高校电子类专业的学生测量电路中需要用到的电容及电感的具体值。 本次设计的思想是基于以上原因提出来的。该系统以 stc89c52 单片机为控制核心 搭配必要的外围电路对电阻、电容和电感参数进行测量。系统的基本原理是将电阻阻值、 电容容值、电感感值的变化均转换成方波脉冲频率的变化利用计数器测频后通过单片机 做运算最后计算出待测元件的各个参数并显示在 1602 液晶屏幕上。系统使用按键选择 被测元件类型使用 1602 液晶屏作为显示部分。测量时只需将待测元件引脚放在测试 仪的输入端用按键操作需要测量的参数便可以很快测出被测元器件的参数简便易用。 实验测试结果表明本系统性能稳定测量精度高。 关键词stc89c52 单片机 电阻测量 电容测量 电感测量 论文类型应用型 4 abstract in recent years, the electronic industry have been developing with amazing speed, and companies based on electronics are increasing,which directly causes the growing need of electronic people. so now most universities have opened with the electronics and related professional courses for the students to nurture a large number of electronics industry professionals. done circuit design staff or students should be used multimeter to measure the parameters of a number of components in the circuit voltage or current. multimeter has some limitations, however, it can only measure the parameters of the limited types of components for capacitors and inductors and some reactance components on the powerless. so a simple rlc meter basis is particularly important to facilitate the circuit design staff or university students to use in the specific capacitance and inductance values. the design idea is based on the above reasons put forward. the system uses stc89c52 micro-controller for the control of the core, with the necessary external circuit resistance, capacitance and inductance parameters which were measured. the basic principle of the system is convert the value of resistor, capacitance or inductance into the frequency of square wave pulse ,and use the counter to do after the operation through the microcontroller, and finally calculate the device under test and display various parameters in the 1602 lcd screen. use buttons to set the type of parameter, and use 1602 lcd screen as the display part. when measured,simply put the component in the tester pin input, with the key operation parameters to be measured, and we can easily measure the parameters of the tested components, which is easy to use. experimental results show that the system is stable and accurate. key words:stc89c52 micro-controller measurement of resistance measurement of capacitance measurement of inductance type of thesis: applied 5 1、绪论 在现代化生产、学习、实验当中往往需要对某个元器件的具体参数进行测量在 这之中万用表以其简单易用功耗低等优点被大多数人所选择使用。然而万用表有一定的 局限性比如不能够测量电感而且容量稍大的电容也显得无能为力。所以制作一个简 单易用的电抗元器件测量仪是很有必要的。 现在国内外有很多仪器设备公司都致力于低功耗手持式电抗元器件测量仪的研究与 制作而且精度越来越高低功耗越来越低体积小越来越小一直是他们不断努力的方向。 该类仪器的基本工作原理是将电阻器阻值的变化量电容器容值的变化量电感器电感量 的变化量通过一定的调理电路统统转换为电压的变化量或者频率的变化量等等再通过高 精度 ad 采集或者频率检测计算等方法来得到确定的数字量的值进而确定相应元器件的 具体参数。 2、电路方案的比较与论证 2.1 电阻测量方案 方案一利用串联分压原理的方案 图 2-1 串联分压电路图 根据串联电路的分压原理可知串联电路上电压与电阻成正比关系。测量待测电阻 rx 和已知电阻 r0上的电压记为 ux和 u0. 0 0 r u u r x x 方案二利用直流电桥平衡原理的方案 vcc gnd rx r0 6 图 2-2 直流电桥平衡电路图 根据电路平衡原理不断调节电位器r3 使得电表指针指向正中间再测量电位器电阻值。 1 32 r rr rx 方案三利用 555 构成单稳态的方案 图 2-3 555 定时器构成单稳态电路图 根据 555 定时器构成单稳态产生脉冲波形通过单片机读取高低电平得出频率 通过公式换算得到电阻阻值。 g vcc gnd rx r1 r2 r3 7 由 crr f x *)2(*2ln 1 1 得 ) *2ln 1 (* 2 1 1 r cf rx 上述三种方案从对测量精度要求而言方案一的测量精度极差方案二需要测量的电 阻值多而且测量调节麻烦不易操作与数字化相比较而言方案三还是比较符合要求 的由于是通过单片机读取转化精确度会明显的提高。故本设计选择了方案三。 2.2 电容测量方案 方案一利用串联分压原理的方案原理图同图 2-1 通过电容换算的容抗跟已知电阻分压通过测量电压值再经过公式换算得到电容的 值。原理同电阻测量的方案一。 方案二利用交流电桥平衡原理的方案原理图同图 2-2 )( 2 )( 21 221x j x j ezzezz 通过调节 z1、z2 使电桥平衡。这时电表的读数为零。通过读取 z1、z2、zn 的值 即可得到被测电容的值。 方案三利用 555 构成单稳态原理的方案 8 图 2-4 555 定时器构成单稳态电路图 根据 555 定时器构成单稳态产生脉冲波形通过单片机读取高低电平得出频率通 过公式换算得到电容值。 由 x crr f *)2(*2ln 1 21 若 r1=r2,得 1 *2ln3 1 rf cx 上述三种方案从对测量精度要求而言方案一的测量精度极差方案二需要测量的电 容值多而且测量调节麻烦、电容不易测得准确值不易操作与数字化相比较而言方 案三还是比较符合要求的由于是通过单片机读取转化精确度会明显的提高。故本设计 选择了方案三。 2.3 电感测量方案 方案一利用交流电桥平衡原理的方案原理图同图 2-2 方案二利用电容三点式正弦波震荡原理的方案 9 图 2-5 电容三点式正弦波震荡电路图 由 x l cc cc f * * 2 1 21 21 得 21 21 2 * )2( 1 cc cc f lx 上述两种方案从对测量精度要求而言方案二需要测量的电感值多而且测量调节麻 烦、电感不易测得准确值不易操作与数字化相比较而言方案二还是比较符合要求的 由于是通过单片机读取转化精确度会明显的提高。故本设计选择了方案二。 10 3、核心元器件介绍 3.1 lm317 的介绍 lm317 可输出连续可调的正电压可调电压范围 1.2v37v最大输出电流为 1.5a 内部含有过流、过热保护电路具有安全可靠、应用方便、性能优良等特点。 引脚图 典型电路 r1、r2组成电压输出调节电路输出电压uo表达式为 )1 (25.1 1 2 r r uo v 电容c2与r2并联组成滤波电路减小输出的纹波电压。二极管d2的作用是防止输出端 与地短路时电容c2上的电压损坏稳压器。 vi vo 11 3.2 lm337 的介绍 与 lm317 正好相反lm337 可输出连续可调的负电压可调电压范围 1.2v37v 最大输出电流为 1.5a内部含有过流、过热保护电路具有安全可靠、应用方便、性能优 良等特点。 引脚图 典型电路 r1、r2组成电压输出调节电路输出电压uo表达式为 )1 (25.1- 1 2 r r uo v 3.3 ne555 的介绍 555 集成电路开始是作定时器应用的所以叫做 555 定时器或 555 时基电路。但后来 经过开发它除了作定时延时控制外还可用于调光、调温、调压、调速等多种控制及计 量检测。此外还可以组成脉冲震荡、单稳、双稳和脉冲调制电路用于交流信号源、电 12 源变换、频率变换、脉冲调制等。它由于工作可靠、使用方便、价格低廉目前被用于各 种电子产品中555 集成电路内部有几十个元器件有分压器、比较器、基本 r-s 触发器、 放电管以及缓冲器等电路比较复杂是模拟电路和数字电路的混合体。 555 集成电路内部结构图 引脚图 管脚介绍 555 集成电路是 8 脚封装双列直插型如图a所示按输入输出的排列可看成如 图b所示。其中 6 脚称阈值端th 是上比较器的输入2 脚称触发端是下比较器 的输入3 脚是输出端vo 它有 0 和 1 两种状态由输入端所加电平决定7 脚是放电 13 端dis 它是内部放电管的输出有悬空和接地两种状态也是由输入端的状态决定 4 脚是复位端mr 加上低电平时可使输出为低电平5 脚是控制电压端vc 可用它 改变上下触发电平值8 脚是电源端1 脚是接地端。 典型应用555 震荡器电路 由 555 构成的多谐振荡器如图a所示输出波形如图b所示。 3.4 ne5532 的介绍 ne5532 是一种双运放高性能低噪声运算放大器。 相比较大多数标准运算放大器如 1458它显示出更好的噪声性能提高输出驱动能力和相当高的小信号和电源带宽。这使 该器件特别适合应用在高品质和专业音响设备仪器和控制电路和电话通道放大器。如果 噪音非常最重要的因此建议使用 5532a 版因为它能保证噪声电压指标。 ne5532 特点 小信号带宽10mhz 输出驱动能力600 10v有效值 14 输入噪声电压5nv/hz(典型值) 直流 电压增益50000 交流电压增益2200-10khz 功率带宽 140khz 转换速率 9v/ s 大的电源电压范围3v-20v 单位增益补偿 ne5532 引脚图 ne5532 内部原理图: 3.5 stc89c52 的介绍 stc 单片机的优点 加密性强,很难解密或破解 超强抗干扰 15 1 、高抗静电(esd 保护) 2 、轻松过 2kv/4kv 快速脉冲干扰(eft 测试) 3 、宽电压不怕电源抖动 4 、宽温度范围-4085 5 、i/o 口经过特殊处理 6 、单片机内部的电源供电系统经过特殊处理 7 、单片机内部的时钟电路经过特殊处理 8 、单片机内部的复位电路经过特殊处理 9 、单片机内部的看门狗电路经过特殊处理 超低功耗 1 、掉电模式典型功耗 #include /宏定义 #define uint unsigned int #define uchar unsigned char /定义变量 uchar table6=“00.00v“; /液晶显示字符串 uchar num,temp; uint voltage; /被测电压的 100 倍赋给 voltage /tlc549、液晶位声明 sbit ad_clk=p33; /tlc549 时钟 sbit ad_out=p34; /tlc549 数据输出 sbit ad_cs=p35; /tlc549 片选 sbit lcden=p24; /液晶使能端 sbit lcdrs=p25; /液晶数据命令选择端 /子函数声明 void delayms(uint xms); /延时函数 void write_com(uchar com); /液晶写命令函数 void write_data(uchar date); /液晶写数据函数 void led_init(); /液晶初始化函数 void tlc549_ad(); /tlc549 获取数据及显示数据函数 /主函数 void main() led_init(); tlc549_ad(); /液晶初始化函数 void led_init() lcden=0; 37 write_com(0x38); /设置 162 显示57 点阵8 位数据接口 write_com(0x0c); /设置开显示不显示光标 write_com(0x06); /写一个字符后地址指针加 1 write_com(0x01); /显示清 0数据指针清 0 /tlc549 获取数据及液晶显示数据函数 void tlc549_ad() ad_cs=1; /ad_cs 置高片选无效 ad_clk=0; ad_cs=0; /ad_cs 置低片选有效同时 ad_out 输出最高位 _nop_(); _nop_(); /延时至少 1.4 s for(num=0;num0;num-) /延时约 17 s _nop_(); voltage=(uint)(5.0/256*temp*400); /串行数据转化为十进制输入电压 乘以 400 赋给 voltage temp=0; /串行数据清 0 table0=voltage/1000+48; /整数部分装入字符串 table1=voltage%1000/100+48; table3=voltage%1000%100/10+48; /小数部分装入字符串 table4=voltage%1000%100%10+48; write_com(0x80); /设置数据地址指针 for(num=0;num0;i-) for(j=110;j0;j-); /液晶写命令函数 void write_com(uchar com) lcdrs=0; p0=com; delayms(5); lcden=1; delayms(5); lcden=0; /液晶写数据函数 void write_data(uchar date) lcdrs=1; p0=date; delayms(5); lcden=1; delayms(5); lcden=0; 39 程序 2电阻、电容和电感测量值的显示 /简易电阻、电容、电感测量仪程序 /初始化 #include #define uint unsigned int #define uchar unsigned char #define ulong unsigned long #define pi 3.1415926 uchar code table18=“welcome!“; uchar table216=“f(hz)=“; uchar table316=“r(ohm)=“; uchar table416=“c(pf)=“; uchar table516=“l(uh)=“; uchar num,a=0,th0,tl0; uint c,l; ulong f,r; sbit lcden=p24; /液晶使能端 sbit lcdrs=p25; /液晶数据命令选择端 sbit key_r=p15; /测量电阻按键 sbit key_c=p16; /测量电容按键 sbit key_l=p17; /测量电感按键 sbit r_out=p12; /测量电阻信号输入 sbit c_out=p13; /测量电容信号输入 sbit l_out=p14; /测量电感信号输入 /声明子函数 void delayms(uint xms); /延时函数 void write_com(uchar com); /液晶写命令函数 void write_data(uchar date); /液晶写数据函数 void led_init(); /液晶初始化函数 void t_init(); /定时器 0 初始化函数 void keyscan(); /键盘检测函数(确定被测元件为电阻、电容或电感) void display_f(ulong f); /频率显示函数 void display_r(ulong r); /电阻显示函数 void display_c(uint c); /电容显示函数 void display_l(uint l); /电感显示函数 /主函数 void main() 40 led_init(); t_init(); keyscan(); write_com(0x01); while(1) display_f(f); switch(a) case 1:r=(ulong)(5000000.0/0.6931472/f-150+0.5);display_r(r);break; case 2:c=(int)(100000000.0/153/0.6931472/f+0.5);display_c(c);break; case 3:l=(int)(1000000000000.0/0.1/pi/pi/f/f+0.5);display_l(l);break; /中断函数 void t0_count() interrupt 1 switch(a) case 1:while(r_out); while(!r_out); th0=0; tl0=0; while(r_out); while(!r_out); th0=th0; tl0=tl0; tr0=0; break; case 2:while(c_out); while(!c_out); th0=0; tl0=0; while(c_out); while(!c_out); th0=th