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文档简介
1 简易电容电感测试仪简易电容电感测试仪 摘要摘要 本系统是基于 AT89S52 单片机相对测量方式测量电容 电感的对应振荡 电路所产生的频率 从而实现对各个参数的测量 其中电容是根据 555 多谐振荡 电路产生的频率计算得到的 而电感则是根据 LC 振荡电路产生的频率计算出的 AT89S52 的定时器可以利用外部时钟来计数 这里我们将 RCL 的测量电路产生 的频率作为单片机的时钟源 通过计数则可计算出被测频率 再通过该频率计算 出各个参数 这种数字式万用表的测量范围较广 精度较高 还能自动切换量程 关键词关键词 数字式万用表 555 多谐振荡电路 LC 振荡电路 自动切换 相对测量方式 Abstract This system is based on the relative measurement methods measuring AT89S52 SCM capacitance and inductance of the oscillating circuit corresponding produced by the frequency so as to realize all parameters of the measurement which is based on more than 555 resonance capacitance swing circuitry frequency calculated and inductance is produced according to LC oscillating circuit frequency calculated the resistance of is the most common points pressure AT89S52 devices timer can use external clock to count here we will RCL measurement circuit as the frequency of the single chip produce through the count is the clock source may be calculated by measuring frequency again through the frequency calculated the various parameters This digital multimeter measurement range a broader high accuracy still can switch range Key Words digital multimeter More than 555 resonance swing circuit LC oscillating circuit automatic switchover Relative measurement methods 2 目录目录 1 总体方案设计与论证 4 1 1 方案论证与比较 4 1 电容测量方案 4 2 电感测量方案 4 3 系统方案 5 2 硬件电路设计 7 2 1 总体电路模块图 7 2 3 电感的测量电路 7 2 4 电容的测量电路 8 3 软件设计 9 4 测试数据分析结果 11 设计的亮点 13 5 总结 13 6 参考文献 13 附录一 主要元器件列表 14 附录二 整体电路图 14 3 1 总体方案设计与论证总体方案设计与论证 1 1 方案论证与比较方案论证与比较 1 电容测量方案 方案一 在线测量电容 根据微分积分电路性质 可将电容的测量转化为电 压的测量 测量原理图如图 1 所示 方案二 给电容充电一定时间后 测电容电压 用公式算出被测电容 该方 案的不足之处在于难以掌握充电时间 方案三 555 振荡电路 该方案测量电容的范围更广 综上所述 设计方案选择方案三 2 电感测量方案 方案一 感抗法 具有局限性 抑制交流电压 且感抗法的操作较为复杂 对电路要求高 测量精度较低 方案二 振荡测频率法 振荡测频率法是采用三点式 谐振电路来使电路 发生谐振 对产生的正弦波进行整形 形成方波 再通过单片机对整形之后的信 号进行频率测量 调节频率方便 可获得较宽的频率调节范围 综上所述 设计选用方案二 图 1 1 在线测电容 4 2 硬件电路设计硬件电路设计 2 1 总体电路模块图总体电路模块图 2 2 电感的测量电路电感的测量电路 电感的测量也有比较多的方法 常见的有阻抗法 振荡测频率法 阻抗法的 操作较为复杂 对电路要求高 测量精度较低 对于常见电感我们采用三点式振 荡相对测量方式测频率法 我们首先通过控制继电器测基准电感的振荡频率 0 L 再控制继电器测基准电感和被测电感串联后的振荡频率 通过以下公式 0X LL 可算出被测电感的电感量 X L 振荡测频率法是采用三点式 谐振电路来使电路发生谐振 对产生的正弦 波进行整形 形成方波 再通过单片机对整形之后的信号进行频率测量 根据待 测电感的振荡频率的大小 基准电容的大小 基准电感的大小 基准 x f 0 L 频率的大小 则可得电感值的大小 0 f 电 感 测 量 电 路 电 容 测 量 电 路 控制器 AT89S52 显 示 电 路 5 因为 又因为是已知的 假设如 LC f 2 1 CL 2 1 C 2 1 A C 2 1 化简后得出 LC f 2 1 L A 即 0 2 2 0 1 L L f f X x 0 2 2 0 1 L f f L x x 综上所述 可求出的值 x L 理论上 以上测量是比较准确的 但是 也存在非线性的误差 即用公式计 算出来的结果不是完全准确的 并且 随着待测电感与基准电感差距的增大 误 差累积增大 如图表 2 1 所以可以相应的通过调节的大小来减少误差 0 L 图 2 2 电感测量电路 6 2 4 电容的测量电路电容的测量电路 对于一般的电容测量方法 常见的有脉宽法 充电测电压法 充电测时间 频率 法 容抗法 振荡测频率法等等 在本设计中和测量电感的方法一样 相对测量方式振荡测频率法 采用 555 间接反馈型无稳态电路 根据电容量的不 同充放电过程 振荡频率也不同 采用相对测量方式用 AT89C52 计算出被测电容 的值 首先我们用单片机控制继电器测基准电容的振荡频率 再控制继电 X C 0 C 器测和并联后的振荡频率 通过以下公式算出电容量的大小 X C 0 C 0 CCX X C 其中 或 1 CRRT 693 0 1921 充 CRRT 693 0 1920 充 或 2 CRT 693 0 21放 CRT 693 0 20放 3 放充 TT F 1 化简后得出 0 0 1 C F F C X X 可以计算出待测的电容值 如图 5 所示 图表 2 1 F L 曲线 7 3 软件设计软件设计 系统的软件设计采用的是 C 语言编程 对单片机进行编程以实现各项功能 其编程环境为 WINDOWS XP 环境下的 KeiluVision2 整个系统的软件工作流程如图所示 图 6 电容测量电路 图 2 4 电容测量电路 8 YYY NNN N N N Y Y Y 控制继电器测 频率 0 CCX T1 计时 T0 计数 开始 初 始 化 测电阻开 关 测电容 开关 测电感 开关 量 程 控 制 大 到 小 量 程 控 制 大 到 小 量 程 控 制 大 到 小 TLC549 读数据 存入数组里 控制继电器测 C0 频率 T1 定时 T0 计数 控制继电器测 L0 频率 T1 定时 T0 计数 读了 60 次 T1 定时 1s T1 定时 1s 算出电压控制继电器测 频率 0 LLX 判断最 佳量程 判断 f0 是 否大于 f1 判断 f0 是否大 于 f1 显示输出 返回初始化 结束 算出电容量 算出电感量 9 4 测试数据分析结果测试数据分析结果 4 1 电容测试数据分析电容测试数据分析 标称值 频率 标称频率 0 f 振荡频率 1 f 标准测试仪 UT603 自制仪表 实测值 10PF 7 205 7 133 0 f 1 f 9PF 47PF 7 218 6 915 0 f 1 f 48PF 68PF 7 198 6 762 0 f 1 f 69PF 100PF 7 218 6 622 0 f 1 f 91PF 470PF 7 209 5 502 0 f 1 f 473PF 3 9nF 7 208 1 527 0 f 1 f 3 930nF3 930nF 33nF 7 213 0 290 0 f 1 f 29 500nF28 258nF 100nF 7 208 0 080 0 f 1 f 110 400nF110 794nF 1uF 258 327 0 827 0 f 1 f 633 000uF632 073nF 1uF 258 234 0 545 0 f 1 f 920 000uF945 860nF 4 7uF 258 223 0 111 0 f 1 f 4 670uF4650 864nF 47uF 258 264 0 011 0 f 1 f 44 400uF45546 436nF 4 2 电感测试数据分析电感测试数据分析 标称值 频率 标称频率 0 f 振荡频率 1 f 标准测试仪 UT603 自制仪表 实测值 0 1uH0 113uH 3 3uH3 051uH 4 8uH5 432uH 10uH10 436uH 10 56uH74uH63 240uH 150uH 24 906 23 586 0 f 1 f 162uH161 661uH 470uH 24 644 21 147 0 f 1 f 474uH479 998uH 2 2mH 24 666 15 326 0 f 1 f 2 05mH2107 061uH 3 3mH 24 894 0 f 3 19mH3 343mH 注 标称值一样 可工艺的误差不一样 所以测得的值有所不同 经过测试 此次设计可以测量 10pF 100nF 的小电容 误差在 2 以内 可以测量 1uF 100uF 的大电容 误差在 0 5 以内 可以测量 0 1uH 10mH 的电感 误差在 1 以内 设计的亮设计的亮点点 该设计是测量电容电感参数 设计中考虑到元器件的热稳定性和外界对电路 的干扰影响 造成测量结果会有所不同的情况 设计采用了相对测量的方案 这 样大大的提高了测量的精度 5 总总结结 本设计采用单片机和振荡电路的组合 计算电容电感的值 系统拥有比较智 能的测量方法和简单操作方法 通过单片机的 IO 口来判断所要测量的对象 然 后进行频率的测量和测量结果的计算 最终计算出被测对象的真实值 该系统通 过相应的实验和实验的测量 能准确的测量和电感的数值 测量范围为 10pF 100nF 1uF 100u 和 0 1uH 10mH 测量精度在 1 以内 改进的意见 用标准的电感 电容来进行相对方式测量 可提高相对比较的 测量精度 11 6 参考文参考文献献 1 童诗白 华成英 模拟电子技术基础 清华大学电子学教研组 编 2 李群芳 张士军 黄建 单片微型计算机 电子工业出版社 12 附录一附录一 主要元器件列 主要元器件列表表 名称简称封装数量 TLC549 U1DIP 4 1 LM339 U4DIP 14 1 NE555 U6DIP 8 1 LCD 1602 U7DIP 16 1 单片机 AT89S52 U5DIP 401 13 附录二 整体电路附录二 整体电路 R1 1M R2 100K R3 10K R4 1K R5 100 R6 1K R7 1K R8 1K R9 1K R10 1K R11 1K R13 1K R14 1K 1K RX 1M S1 SW SPST S2 SW SPST S3 SW SPST S4 SW SPST S5 SW SPST REF 1 ANLG IN 2 REF 3 GND 4 CS 5 DO 6 I O CLK 7 VCC 8 U1 TLC549CD c a b 5V5V 12V Q1 8050 C1 0 1uF C2 0 1uF C3 0 1uF C4 1uF C5 1uFL1 1mH LX U2 U3 K1 Relay SPDT 5V5V Q2 8050 Q3 8050 5V 5V 12V5V P3 1 P3 0 A B 12V 位位位位位位位 位位位位位位 位位位位位位 5V 2 4 5 312 U4A LM339AD R16 1K R17 1K RP 10K OUT 5V 5V 2 P1 1 3 P1 2 4 P1 3 5 P1 4 6 P1 5 7 P1 6 8 P1 7 9 RST 10 RXD 11 TXD 12 I N T 0 13 I N T 1 14 T0 15 T1 16 W R 17 R D 18 XTAL2 19 XTAL1 20 VSS 21 P2 0 22 P2 1 23 P2 2 24 P2 3 25 P2 4 26 P2 5 27 P2 6 28 P2 7 29 P S E N 30 ALE 31 E A 32 P0 7 33 P0 6 34 P0 5 35 P0 4 36 P0 3 37 P0 2 38
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