《论文简易电阻、电容、电 感测试 仪器(定稿)》.doc

论文简易电阻、电容、电 感测试 仪器(定稿) 中国海洋大学工程学院机械电子工程研究生课程考核（研究报告、论文等）题目简易电阻、电容和电感测试仪课程名称嵌入式技术姓名李超学号31211022院系国家海洋局第一海洋研究所专业海洋地球物理时间xx-01-06简易电阻、电容和电感测试仪摘要本系统利用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，另一方面便于使姨表实现自动化，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。 容易构成何种规模的应用系统，且应用系统较高的软、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。 综上所述，利用振荡电路与单片机结合实现电阻、电容、电感测试仪更为简便可行，节约成本。 所以，本次设计选定以单片机为核心来进行。 1系统的原理框图本设计中，考虑到单片机的物美价廉、功能强、使用方便灵活、可靠性高等特点，拟采用ARM-7系列的单片机为核心来实现电阻、电容、电感的测量。 系统可以分为四大部分测量电路、控制电路、通道选择和显示电路。 系统设计框图对于系统各部分说明如下1）控制部分本设计以单片机为核心，采用MCS-51单片机，利用其管脚特殊功能以及具备的中断系统，定时/计数器和LED显示功能等。 LED灯本设计中，设置了1盏电源指示灯，采用红色的LED以共阳极方式来连接，直观易懂，操作也简单。 6个数码管，采用共阳极方式连接构成动态显示部分、降低功能。 键盘本设计有Sr，Sc，Sl三个按键，可以方便控制不同测量参数的切换，实现一键测量。 2）通道选择本设计通过单片机控制模拟开关控制被测频率的自动选择。 3）测量电路RC振荡电路时利用555振荡电路实现被测电阻和被测电容频率化。 利用电容三点式振荡电路实现被测电感参数频率化。 通过51单片机的IO接口自动识别量程，实现自动测量。 2系统硬件设计单片机设计电路本电路使用单片机的内部振荡器，11.0592MHz的晶体谐振器直接接在单片机的时钟端口X1和X2，电路中C 2、C3为振荡器的匹配电容。 在电阻、电容、电感测试系统中，用LED等来显示测量参数的类别和电源指示，既简单又显而易见。 下面是一个LED显示接口电路图电路由6个共阴极数码管、两个74HC573和一个ULN2803组成。 其中两个74HC573分别为段和位的锁存器。 按键电路图如下图所示控制R、L、C的三个按键介入一个10K大小的上拉电阻，起到限流保护的作用，当有键按下时为低电平，无按键按下时为高电平测量电阻的电路设计根据题目要求，采用555多谐振电路，将电阻量转化为相应的频率信号值。 考虑到单片机对频率的敏感度，具体的讲就是单片机对10Hz10KHz的频率计数精度最高。 所以要选用合理的电阻和电容大小。 同时又要考虑到不能使电阻的功率过大，所以在选第一个量程时取R4=200欧，C8=0.22微法（此时Rx=100欧为测量下限）；在第二个量程取R4=20千欧，C8=1000皮法（此时Rx=1兆欧为测量上限）。 因为RC振荡的稳定性可达0.001，单片机测频率最多误差一个脉冲，因此由单片机测频率引起的误差在0.01以下。 量程自动转换原理单片机在第一个频率的记录中发现频率过小，即通过继电器转换量程。 再测频率，求Rx值。 误差分析因为R4+2Rx=1/(ln2)C8f)所以2Rx=-f/(ln2)C8f*f)经分析知由于电路中采用了稳定性良好的独石电容，从理论上讲只要使|C8/C8|小于1%，所测电阻的精度也能小于1%。 又由于单片机程序中采用了多位数的浮点运算，其计算精度可远小于1%。 电路分为了两个档测量电容的电路设计测量电容采用的RC振荡电路与测电阻的振荡电路完全一样。 同样也选用两个量程。 第一个量程R1=R2=510千欧；第二个量程R1=R2=10千欧。 这样可使电容挡的测量范围很宽。 误差分析同Rx的测量，有|Cx/Cx|=|f/f|+|C/C|已知|f/f|能满足1%以下的精度，而精密的金属膜电阻，其阻值的变化率|R1/R1|亦满足1%左右的精度。 这样电容的测量精度也可以做的比较高。 注意由于建立RC稳定振荡的时间较长，在测量电容和电阻时，应在显示稳定后再读取参数值。 电容的测量采用“脉冲计数法”，由555电路构成的多谐振荡路，通过计算振荡电路的输出频率计算被测电容的大小。 电路图如下所示测量电感的电路设计以据电感的特点，三点式振荡电路把电感值转换为相对应的频率值。 在此处这个三点式振荡电路中，C1,C2分别采用1000皮法和2200皮法的独石电容，因其电容值远远大于晶体管极间电容值，所以可把极间电容值忽略。 这样根据振荡频率公式可以确定电感值。 这里要注意由于单片机采用6MHz晶振，最快只能计几百千赫兹的频率，所以在测电感这一档时，只能用MSI分频后送单片机计数。 误差分析因为L=1/4*3.14*3.14*f*f*c所以|L/L|=|2f/f|+|C/C|由此可见，因为|2f/f|相当小，|L/L|的精度主要取决于电容值的稳定性，从理论上讲，只要|C/C|小于1%，|L/L|也就能达到相应的水平。 一般而言，电容的稳定性，特别是像独石电容一类性能比较好的电容，|C/C|都可以满足小于5%的要求，这样误差精度就能保持在-1%+1%以内。 电路图如下所示多路选择开关电路的设计利用CD4052实现测量类别的转换，CD4052是差分4通道数字控制模拟开关器件，有A0和A1两个二进制控制输入端和INH输入，具有低导通阻抗和很低的截止电流。 硬件电路开关如下图数据处理并用数码管显示模块将三个模块产生的信号分别通过三个不同的I/O口与MCS-51单片机相连，同时将数码关于单片机相应的管脚相连接。 通过一定的软件过程将相应地被测量参数显示出来。 3测试仪软件设计I/O接口的分配在本设计的模块中，模块是单片机的核心，根据每一个不同的功能对R测量程序的选择C测量程序的选择L测量程序的选择以及多路选择开关控制选择、输入及测量指示灯来分配接口。 主程序流程图在电阻、电容、电感测试仪的设计中，便于直观性，在数码管上显示被测参数的选择，被测参数各个等的选择以及具体设置。 通过三个按键