简易RLC测量仪.docVIP

综 合 实 训 报 告题目: 简易电阻电容电感测试仪 完成时间: 2011 年 12 月 1 日目 录1.系统设计11.1 设计要求11.2 方案选择11.3 方案论证42.单元电路设计42.1 电阻测量电路42.2电容测量电路52.3 电感测量电路62.4 液晶显示电路73.软件设计73.1 程序流程74. 系统仿真74.1 测试仪器与设备74.2 指标测试75.结 论8参考文献9附 录10附录1仿真原理图10附录2 PCB原理图11附录3 PCB图12附录4 部分程序清单13简易电阻电容电感测量仪陈卓重庆三峡学院应用技术学院电子信息工程（应电方向）2008级 重庆万州404100摘 要：本设计是一个电阻电感电容的简易测量装置，主要由模拟测量和1602液晶显示两部分组成，其中电阻和电容电感的测量都是通过构造电路产生一定频率的波形，再通过单片机读取频率，经过程序处理转化，再通过1602液晶显示。由于系统处理数据时通过单片机对频率信号的读取，使得最后测量的结果更加精确与稳定，误差控制在题目所允许的范围内。关键词：电阻电容电感测量仪、1602显示、555定时器、电容三点式1.系统设计1.1 设计要求设计并制作一台数字显示的电阻、电容和电感参数测试仪1. 测量范围：电阻1001M；电容100pF10000pF；电感100H10mH。2. 用1602液晶显示并带有单位。1.2 方案选择1.2.1 电阻测量方案方案一：串联分压原理 图1串联电路原理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。通过测量Rx和R0上的电压。由公式 Rx=Ux/(U0/R0)。方案二：利用直流电桥平衡原理的方案 图2 电桥（其中R1，R2，为可变电位器，R3为已知电阻，R4为被测电阻）根据电路平衡原理，不断调节电位器，使得电表指针指向正中间。由R1*R4=R3*R4.在通过测量电位器电阻值，可得到R4的值。方案三：利用555构成单稳态的方案 图3 555定时器构成单稳态根据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。由f=1/ (R1+2R2)*C*In2，得到公式： R2=1/2*1/ (f*c*Ln2)-R1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。1.2.2 电容测量方案方案一：直接通过串联路原理。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：交流电桥平衡原理（原理图同图2）通过调节Z1,Z2使电桥平衡。这时电表的毒水为零。通过读取Z1,Z2，Zn的值，即可得到被测电容的值。方案三：555构成单稳态原理图4 555定时器构成单稳态根据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f=1/(R1+2R2)*C*In2得到公式： Cx=1/ c*Ln2 (R1+2*R2)所以本设计采用方案三。1.2.3电感测量方案方案一 交流电桥测量（原理同电容测量）；方案二 电容三点式构成正弦波原理 图5 电容三点式 根据电容三点式公式 ： 从而可得电感的计算公式： 相比较，方案二的精度比方案一要高得多，且也容易实现，所以选择方案二。1.2.4 显示方案方案一：采用点阵式液晶显示器（LCD）显示。方案二：采用发光二极管（LED）显示。由于led只能显示简单的数字与简单的特殊字符，基于本设计题目要求，需要显示的测量量多，而且测量的量程范围大，明显led无法方便明了的显示，所以本设计采用的是LCD1602液晶显示，1602具有低功耗节能的作用，而且能够更好的显示出我们所需要的测量显示。图6 1602显示电路1.3 方案论证1.3.1 总体思路本设计是基于单片机AT89S52智能处理，根据单片机的外接按键控制测量电路的选择，通过ne555定时器构成的多谐振荡器和电容反馈式三点式构成的振荡电路长生的一定频率的波。再通过单片机的I/O口对高低电平的捕获读出频率，再通过程序算法处理换算成电阻电容电感的值，然后再通过单片机送给1602液晶显示。RLC简易测量仪设计的关键问题是：如何完成RLC的测量。RLC简易测量仪设计的核心问题是：如何产生转化电路输出频率。1.3.2 设计方案系统方框图如图7所示。图7 系统方框总图2.单元电路设计简易电阻电容电感测量仪功能：测量并显示被测电阻电容电感的值。简易电阻电容电感测量仪所需器件：LM555定时器，三极管，LM7812，LM7805，继电器，1602液晶显示，单片机P89C51RC等。2.1 电阻测量电路 电阻的测量采用“脉冲计数法”，如下图所示由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阻的大小。 555接成多谐振荡器的形式，其振荡周期为：T=t1+t2=（ln2）（R1+Rx）*C1+（ln2）Rx*C1得出： 即： 电路分为2档:1.100Rx1000欧姆：AR1设置为高电平输出，AR2设为低电平输出，R15=200，C18=0.22uF，所以： Rx=(6.56*(1e+6)/(2* fx)-330/2对应的频率范围为： 2.8Kfx 16K 。2.1000Rx1M欧姆：BR1设置为高电平输出，BR2设为低电平输出，R14=20；C17=1000PF，所以：Rx =(1.443*(1e+8)/(2* fx)-(1e+4)对应的频率范围为： 16Kfx 714khz 。图8 电阻测量电路在电阻以及后面的电容和电感电路中都是采用单片机控制继电器自动换挡。2.2电容测量电路 电容的测量同样采用“脉冲计数法”，如下图所示由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=t1+t2=（ln2）（R1+R2）*Cx+（ln2）R2*Cx我们设置R1=R2;得出： 即： 电路分为2档:1、R11510K欧姆，BC1设置为高电平输出，R11=R13， Cx= (0.94*(1e+6)/ fx;对应的频率范围为： 9.4Kfx 0.94K2、R1010K欧姆： AC1设置为高电平输出；R10=R12； Cx =(4.81*(1e+6)/ fx;对应的频率范围为： 480Hzfx 4.8K图9 电容测量电路2.3 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。三点式电路是指：LC回路中与发射极相连的两个电抗元件必须是同性质的，另外一个电抗元件必须为异性质的，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。 由 即： 。图10 电感测量电路2.4 液晶显示电路图11 液晶显示电路3.软件设计3.1 程序流程图12 程序流程4. 系统仿真4.1 测试仪器与设备测试用仪器与设备如下： proteus仿真软件，keil单片机编程软件。4.2 指标测试首先按照电路图连接好电路，首先选择好测量电阻电路：1、调节滑动变阻器，测量不同阻值的电阻产生的多谐振荡脉冲波的频率。将结果记录下表1中。表1电阻阻值1602测试显示43041847K46.5K2、替换不同电容，测量不同电容产生的多谐振荡脉冲波的频率。将结果记录表2中。表2电容容值1602测试显示33uF28.6uF680uF530uF3、替换不同电感，测量不同电感产生的震荡波的频率。将结果记录表3中。表3电感标值1602测试显示1mH9.8mH500uH480uH5.结 论本次综合实训，在模电与数电的基础上，强调了软件和硬件的结合，在2周的时间里，查阅各种资料、程序，结合自己的需要编写了符合自己的测试程序。程序中的漏洞是需要硬件才能够体现出来，所以软硬件的结合使很重要，使自己在各方面的能力又有了一定的提升。最后能够在规定的时间里将电阻电容电感简易测量仪制作完成，本设计完成了计要求基本部分的全部要求，发挥部分大部分要求。整个装置电路简单，测量可靠，稳定性好，使用继电器控制开关实现一定智能化，使用液晶显示，使显示更加明朗清晰。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获奖作品汇编:第一届第五届/全国大学生电子设计竞赛组委汇编.北京:北京理工大学出版社,2004.83 全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编/全国大学生电子设计竞赛组委汇编.北京:北京理工大学出版社,2010.74 耿永刚.单片机C51应用技术.M北京：电子工业出版社.2011.65 谢辉.单片机原理及应用.M北京：化学工业出版社,2010.8附 录：附录1仿真原理图附录2 PCB原理图附录3 PCB图附录4 部分程序清单#include#includedelay.h#includeR_measure.h#includeC_measure.h#includeL_measure.hsbit LEDR=P10;sbit LEDC=P11;sbit LEDL=P12;uchar timecount;void main()TMOD=0x15; TH0=0; TL0=0; ET0=1; ET1=1; TR1=1; TR0=1; while(1)flag=0; timecount=0;T0count=TH0=TL0=0;LEDR=LEDC=LEDL=LEDRD=0;if(KEYR=0)delay(5);if(KEYR=0)LEDR=1;LEDC=LEDL=0;R_measure();LEDR=0;flag=0; timecount=0;T0count=TH0=TL0=0;LEDR=LEDC=LEDL=LEDRD=0;if(KEYC=0)delay(5);if(KEYC=0) LEDC=1;LEDR=LEDL=0;C_measure();LEDC=0; flag=0; timecount=0;T0count=TH0=TL0=0;LEDR=LEDC=LEDL=LEDRD=0;if(KEYL=0)delay(5);if(KEYL=0)LEDC