RLC测量仪的开题报告.doc

毕业设计（论文）开题报告书课 题 名 称 RLC测量仪设计 学 生 姓 名 杨 妙 学 号 0941201056 系、年级专业 09测控技术与仪器 指 导 教 师 林 立 2012 年 12 月30 日一、课题的来源、目的、意义（包括应用前景）、国内外现状及水平1 课题的来源目前，随着电子工业的发展，电子元器件急剧增加，电子元器件的适用范围也逐渐广泛起来，在应用中我们常常要测定电阻，电容，电感的大小。另外，随着测量技术的飞速发展以及人们对电参数的测量精度要求的提高，目前教学实验中普遍采用的数字式万用表已不能满足测量要求，因此设计可靠，安全，便捷，测量精度更高的电阻，电容，电感测试仪具有广泛的使用价值和应用前景。2 课题研究的目的及意义在目前的生产制造业中,与传统的手动交流电桥相比,数字RLC阻抗测量仪因其测量性能稳定可靠、无需进行反复的、复杂的手动平衡,还可以减少测量误差和结果计算,故已被越来越多地被应用于交流阻抗参数的测量。要保证RLC阻抗测量仪测量准确度,对其性能的考核就显得尤为重要。 3 国内外研究现状目前国内外已有很多厂家做出了RLC测试仪，国外的厂家主要有台湾固伟、日本日置、美国的安杰伦、惠普和福禄克等，其中以安杰伦和福禄克做得更为出色，它们的产品体积小、基本精度可达到0.1%，测试频率的范围可以从十几赫兹到达几十兆赫兹并且有多种测试频率可供选择，测试速度也很快。国内的厂家主要有上海仪器仪表研究所、重庆茂丰工贸、苏州协锐电子和常州同惠电子等。国内厂家所生产的RLC测试仪体积相比国外厂家要大一些，外形多为一长方体，而国外的多为一手持测试表；测试频率的范围一般从几十赫兹到达100kHz且可供选择的频率种类也相对少些，基本精度可达到0.25%，测试速度与国外仪器相当。纵观国内外情况，我们可以看出RLC测试仪的开发有二个发展趋向:(1)对各种类型的电子产品进行日常维护、监测，使得其向小型化、便携式、通用化方向发展。(2)向连续、在线、实时的状态监测和故障诊断系统方向发展。这类系统功能齐全，但耗资较大，一般适用于重要的关键设备。二、课题研究的主要内容、研究方法或工程技术方案和准备采取的措施1 主要内容（1）首先通过题目要求可得出其使用的软件以及仿真工具。接着介绍Proteus仿真，给出RLC测试功能的程序流程图，并在此基础上完成信号源初始化函数、数据采集模块回调函数、RLC参数计算函数的C语言编写。再是Proteus仿真及结果分析。（2）在确定最终所选方法后，具体阐述此法如何完成参数测定并根据设计出对应的原理图。然后完成电路、软件的设计，并对仿真部分中的正弦信号激励电路等部分进行探讨，简述这些部分的组成并完成其电路图或框图的绘制，对系统的软件部分则进行简要叙述绘制相应流程图，再通过一系列软件测试系统调试，以此完成对系统的设计方案各部分的论证和调试，通过不断修改完善得出最终设计。 （3）本设计的主题思想：把RLC信号转换为频率信号f，转换原理分别是RC振荡电路和lc电容式三点电路，单片机根据所选通道，单片机根据所选频道向模拟开关送两路地址信号，取得震荡频率，作为单片机的时钟源。通过计数则可以计算出被测频率。再通过该频率计算出各个数值，再根据所测频率判断是否转换量程，或者把数据处理后，把R LC的值送到数码显像管显示相应的参数值，利用编程实现量程的转换。（4） 对设计进行总结，简述设计中的获益并提出在设计中存在的不足。2 研究方案（1）系统方案设计利用555多谐振荡电路将电阻，电容参数转化为频率，而电感则是根据电容三点式电路也转化为频率，这样就能够把模拟量近似的转换为数字量，而频率f是单片机很容易处理的数字量，一方面测量精度高，另一方面便于使仪表实现自动化，而且单片机构成的应用系统有较大的可靠性。系统扩展、系统配置灵活。容易构成各种规模的应用系统，且应用系统有较高的软、硬件利用系数。单片机具有可编程性，硬件的功能描述可完全在软件上实现，而且设计时间短，成本低，可靠性高。（2）硬件设计系统分测量电路和控制电路,系统电路方框图如图1所示。被测电阻被测电容被测电感RC 振荡电路LC电容三点式量程自动切换电路单片机AT89S52LCD显示器RC 振荡电路图1.系统电路方框图 测量仪采用RC振荡电路（如图2）把待测元件参数信号转换为脉冲频率信号，充分利用单片机能够精确捕捉采样脉冲频率信号的优势以及单片机强大的数据处理功能，有效节省资源的同时还提高了测量精度，简化了系统的硬件结构。图2.RC振荡电路 振荡电路采用LC 振荡电路（如图3），振荡的频率由L 和C 确定。振荡管采用9014, Rb1和Rb2为基极偏置, Rc为限流电阻, 电容C1、C 2和电感L 构成正反馈选频网络, 反馈信号取自电容C2两端。该电路也称为电容3点式振荡电路。输入信号和反馈信号同相。在测量过程中, 当测量电感时, 输入电路自动把待测电感Lx 并联到L 的两端。当测量电容时, 输入电路自动把要测量的电容Cx 并联到C1 的两端。图3.振荡电路 电阻的测量采用“ 脉冲计数法”, 由555 电路构成的多谐振荡电路,555 接成多谐振荡器的形式,其振荡周期为：得出即电容的测量同样采用“脉冲计数法”,由555 电路构成的多谐振荡电路,通过计算振荡输出的频率来计算被测电容的大小。555 接成多谐振荡器的形式,其振荡周期为：T=t+t=(ln2)(R+R)C+(ln2)RC设R=R,得出即 （3）电感测量电路电感的测量是采用电容三点式振荡电路来实现的。LC 回路中与发射极相连的两个电抗元件是同性质的,另外一个电抗元件为异性质的,而与发射极相连的两个电抗元件同为电容时的三点式电路,成为电容三点式电路：得出即（3）软件设计本系统是通过定时器定时并在定时期间对LRC电路所产生的脉冲进行统计,通过内部程序计算出相应的值并在LCD上显示。主程序流程图如图4所示。 图4.主程序流程图图5.测量子程序流程图3 准备采取的措施复习电气测量技术、单片机原理及应用、模拟电子技术、智能仪器等课程进行智能化RLC测量仪的设计，到图书馆和网上收集相关资料，初步确定设计思路，用本系实验室有关试验设备进行仿真，记录运行结果，得出相应结论。模拟仿真是电路设计过程中必不可少的一个环节，原理上设计完全正确的电路，也未必能够正常的工作。在虚拟测试系统的仿真过程中，发现并解决了大量的问题，其中有设计上的问题以及软件程序设计等所造成的问题。经过对这些问题的查找和逐一的解决，从而完善电路设计，使方案切实可行。三、现有基础和具备的条件1 现有基础（1）通过在校四年的学习,本人较好地掌握了必须的专业基础知识,基本理论与基本技能,具备了研究新课题的初步基础。（2）四年的大学学习生涯在专业基础老师的帮助和指导下，系统的学习了模拟/数字电子，电力电子技术，智能仪器，数字信号处理,Matlab /Proteus仿真，自动控制原理，单片机和等理论课程，对本人熟悉了解本课题有很大帮助，也为此次的毕业论文设计做了良好的铺垫。具备了从事该毕业设计的理论基础。（3）有经验丰富、知识精湛的毕业指导老师，有丰富的电子资料。 2 参考文献1黄智伟.全国大学生电子设计竞赛系统设计M, 北京：北京航空航天大学出版社，2006年.2全国大学生电子设计竞赛组委会.第一届（1994年）第六届（1999年）全国学生电子设计竞赛题目M, 北京: 北京理工大学出版社，2000年.3全国大学生电子设计竞赛组委会. 全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编（2001）M, 北京：北京理工大学出版社，2003年.4李念强，刘亚，经亚枝.一种新型RLC数字电桥的研究J, 南京：南京航空航天大学学报，2001 ，No.5：25-27.5余锡丰 曹国华 单片机原理及接口技术M, 西安：西安电子科技大学出版社, 2000.07.6汤元信.电子工艺及电子工程设计M, 北京：北京航空航天大学出版社，1999年.7美 .Michael John Sebastian Smith 著.专用集成电路M, 北京：北京电子工业出版社，2003.11.8高吉祥，黄智伟，丁文霞.数字电子技术M, 北京：北京电子工业出版社，2003年.9高吉祥.模拟电子技术M, 北京：北京电子工业出版社，2004年.10田良.综合电子设计与实践M, 南京：南京东南大学出版社，2002年. 四、总的工作任务，进度安排以及预期结果1 总的工作任务自行设计一种RLC测量仪，能精确测量R、L、C的性能参数，完成RLC测量仪主电路设计，进行参数计算和器件选型，完成RLC测量仪控制电路及接口电路设计，完成系统软件设计，并调试。 2 进度安排（1）2012年12 月1日-2012 年12月30日：根据老师假期布置的任务与已收集的资料，完成毕业设计论文开题报告，经老师批阅后，打印并交电子文挡。 （2）2013年3月19日-2013年3月29日：完成系统整体方案设计，并进行方案比较。 （3）2013 年 4 月 21 日-2013年4 月 23 日：完成RLC测量仪的硬件设计，绘制整个系统的电路原理图。 （4）2013 年 4 月 24 日-2013 年 4 月 26 日：完成RLC测量仪的软件设计，并进行调试。（5）2013年4 月27日-2013年4月30日：进行系统仿真。 （6）2013年5 月1日-5 月21日撰写毕业论文，打印毕业设计论文初稿，格式严格按所发邵阳学院毕业设计（论文）工作条例之规定执行，并交指导老师批阅。 （7）2013年5 月22日-6月1日：根据指导老师意见修改论文，打印定稿并交电子文挡，制作答辩用的幻灯片，