电阻电容参数单片机测试系统设计

1、目录1绪论11.1选题的目的及意义11.2研究现状11.3 电阻、电容测试仪设计方案的比较22硬件设计32.1整体系统原理介绍322 555 振荡电路42.3 电阻、电容测试电路设计 42.3.1 电阻测量电路 42.3.2 电容测量电路52.4 多路选择开关设计52.5数码管电路与键盘电路的设计 62.5.1 发光二极管接口电路 62.5.2 LED 显示接口电路63软件设计83.1 I/O 口的分配83.2 主程序流程图 83.3 频率参数计算的原理 94调试与结果12参考文献13致谢14附录151绪论1.1选题的目的及意义目前，随着电子工业的发展，电子元件器件急剧增加，电子元件器件的适应

2、 范围也逐渐广泛起来，在应用中我们常常要测定电阻，电容的大小。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，电容测试仪具有广泛的使用价值和应用前景。在目前的生产 制造业，与传统的手动交流电桥相比，数字LRC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 被越来越多的应用于交流阻抗参数的测量。要保证LRC阻抗测量仪测量准确度，对其性能的考核就显得尤为重要。本设计希望通过对电容，电阻测试仪的设计来培养学生的综合运用所学知

3、识 分析和解决实际问题的能力，系统的掌握单片机的开发设计过程，强化世纪应用 技能训练，为今后开展单片机应用系统的设计和开发打下初步的基础。1.2研究现状当今电子测试领域，电阻，电容的测量已经在测量技术和产品研发中应用的 十分广泛。国内外电阻，电容测试发展已经很久，方法众多，常用测量发放如下：1、 电阻测量依据产生恒流源的方法分为电位降法，比例运算器法和积分运算 器法。比例运算器法测量误差稍大，积分运算器法适应于高电阻的测量。2、传统的测量电容方法有谐振法和电桥法。前者电路简单，速度快，但精度 低；后者测量精度高，但速度慢。随着数字化测量技术的发展，在测量速度和精 度上有很大的改善，电容的数字化

4、测量常采用横流吧法和比较法。纵览目前国内外的LRC测试仪，硬件电路往往比较复杂，体积比较庞大，不 便携带，而且价格鼻尖昂贵。例如传统的用阻抗法，Q表电桥平衡法等测试LRC的过程中不够智能而且体积笨重， 价格昂贵，需要外围环境优越，测试操作过程 中需要调很多参数，对初学者来说很不方便，当今社会，对LRC的测试虽然已经 很成熟，但是价格和操作简单特别是智能方面有待发展，价格便宜和操作简单， 智能化的仪表开发的应用存在巨大的发展空间，本系统正是应社会发展的要求， 研制出一种价格便宜好操作简单，自动转换量程，体积更小，功能强大，便于携 带的LRC测试仪，充分利用现代单片机技术，研究了基于单片机的智能L

5、RC测试 仪，人机界面友好，操作方便的智能 LRC测试仪，具有十分重要的意义。1.3电阻、电容测试仪设计方案的比较电阻、电容测试仪的设计可用多种方案完成，例如利用模拟电路，电阻可用 比例运算器法和积分运算器法，电容可用恒流法和比较法，使用可编程逻辑控制 器(PLC)、振荡电路与单片机结合或 CPLD与 EDA相结合等等来实现。在设计前对 各种方案进行了比较：1、利用纯模拟电路。虽然避免了编程的麻烦，但电路复杂，所用器件较多， 灵活性差，测量精度低，现在已较少使用。2、可编程逻辑控制器(PLC)。应用广泛，它能够非常方便地集成到工业控制 系统中。其速度快，体积小，可靠性和精度都较好，在设计中可采

6、用PLC对硬件进行控制，但是用PLC实现价格相对昂贵，因而成本过高。3、采用CPLD或 FPGA实现。应用目前广泛应用的 VHDL硬件电路描述语言， 实现电阻，电容，电感测试仪的设计，利用 MAXPLUSI集成开发环境进行综合、 仿真，并下载到CPLD或 FPGA可编程逻辑器件中，完成系统的控制作用。但相对 而言规模大，结构复杂。4、利用振荡电路与单片机结合。利用555多谐振荡电路将电阻，电容参数转 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

7、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。 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。2硬件设计2.1整体系统原理介绍系统分三大部分：测量电路、通道选择和控制电路，如下图所示图2-1系统设计框图框图各部分说明如下：1、控制部分：本设计以单片机为核心，采用 89C51单片机，利用其管脚的 特殊功能以及所具备的中断系统，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，

8、采用红色的LED以共阳极方式来连接，直观易 懂，操作也简单。数码管显示：本设计中有1个74HC02 2个74LS573 1个2803 驱动，采用共阳极方式连接构成动态显示部分，降低功耗。键盘：本设计中有Sr，Sc, SL三个按键，可灵活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CD4052模拟开关来控制被测频率的自 动选择。3、测量电路：RC震荡电路是利用555振荡电路实现被测电阻和被测电容频 率化。电容三点式振荡电路是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10 口自动识别量程切换，实现自动测量。2.2 555定时器简介555定时器是一种模

9、拟电路和数字电路相结合的中规模集成器件，它性能优良，适用范围很广，外部加接少量的阻容元件可以很方便地组成单稳态触发器和 多谐振荡器，以及不需外接元件就可组成施密特触发器。因此集成555定时被广泛应用于脉冲波形的产生与变换、测量与控制等方面。555定时器是一种模拟电路和数字电路相结合的中规模集成电路，其内部结构如图2-2所示。(A)fi5)1555SrU甘MIUL 业申際堆橹人如| D 阳|门IGD ft4U也h Hl 忧图2-2 定时器内部结构它由分压器、比较器、基本 R-S触发器和放电三极管等部分组成。分压器 由三个5千欧的等值电阻串联而成。分压器为比较器 A、A提供参考电压，比较 器的Ai

10、参考电压为2/3Vc,加在同相输入端，比较器 A的参考电压为1/3Vcc,加 在反相输入端。比较器由两个结构相同的集成运放Ai、A组成。高电平触发信号加在A的反相输入端，与同相输入端的参考电压比较后，其结果作为基本R-S触发器FD端的输入信号；低电平触发信号加在A的同相输入端，与反相输入端的参考电压比较后，其结果作为基本R-S触发器Sd端的输入信号。基本 R-S触发器的输出状态受比较器的 A、A输出端控制。2.3电阻电容测试电路设计2.3.1电阻测量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，通过计算振荡输出的频率来计算。555接成多谐振荡器的形式，其振荡周期为:T1 t

11、1 t2(In 2)( R R2)*C (In 2) R2 * C1(1)(2)得出:(In 2)( R12Rx)C1即:(ln 2)C1* f-R/2x(3)2.3.2电容测量电路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:T1 t1 t2 (In 2)(R1R2)*Cx (In 2)R2*Cx(4)(5)得出:3(ln2)/ R1* CCx3(ln 2)R * fx(6)2.4多路选择开关设计利用CD4052实现测量类别的转换，CD4052是差分四通道数字控制模拟开关 器件，有A

12、o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。当INH输入端=“ 1”时所有通道截止，二位二进制输入信号选通四对 通到中的一通道。当选择了某一通道的频率后，Y输出频率通过T1送入单片机进行计数，通过计算得到要被测值，多路选择开关控制如表2-1所示。P14P13测量类别00Y0-R01Y1-C10Y2-L11未定义表2-1多路选择开关控制2.5数码管电路与键盘电路设计2.5.1发光二级管接口电路在电阻、电容、电感测试系统中，用LED灯来显示测量参数的类别和电源指示，既简单又显而易见。与小白炽灯泡和氖灯相比，LED特点是：工作电压很低 （有的仅一点几伏）；工作电流很小

13、（有的仅零点几毫安即可发光）；抗冲击和抗震性能好，可靠性高，寿命长；通过调制通过的电流强弱可以方便地调制发光的强弱。 由于有这些特点，发光二极管在一些光电控制设备中常常用作光源。在本 设计中，利用单片机的P0.0、P0.1 口直接和发光二极管相连接，控制程序放在 单片机的ROh中。由于测试指示灯为发光二极管且阳极通过限流电阻与电源正极 相接，所以为共阳极。因此1/0 口输出低电平时，与之相连的相应指示灯会亮； I/O 口输出高电平时，相应的指示灯会灭。2.5.2 LED显示接口电路电路由2个或非门、两个74HC573和一个ULN2803组成。或非门片选作用：当单片机通过总线输出数据时，18管脚

14、为低电平“ 0”,片选信号端中，要被片选端为“ 0”，其它为“ 1”，这样三个或非门中，只有需要 片选中或非门的输出为高电平“ 1”，其它两个或非门的输出信号为低电平“ 0” 另外，74HC573数据锁存器的LE使能端为高电平有效，与之前电路结合可以实 现片选功能。两个74HC573分别作为段码和位码的数据锁存器，它们的片选信号来自最 小系统AT89S52的P2.5和P2.6，由此可以计算出它们的片选地址：段码片选地 址为C000HDFFFHJ位码片选地址为A000HBFFFH。ULN2803是达林顿管，在电路中能起到大电流输出和高压输出的作用。3软件设计3.1 I/O口的分配本设计模块中，模

15、块是以单片机为核心，再通过按键控制测量的被测参数在 数码管显示，按键主流程序图示。初始化键功能1 F图3-1按键主程序流程图开始程序，接着初始化，然后再执行按键功能，如果是则继续执行键功能，如果否，则返回到按键，重新判断，直到结束程序。3.2主程序流程图在电阻电容的设计中，便于直观性，在数码管上显示被测参数的选择， 被测 参数各个灯的选择以及具体设置。通过三个按键 Sr,Sc,SL来进行灵活控制，具 体操作流程图。开始R测试状态C测试状态开中断定时器设置通道及指示灯的设置采值并计算显示首先插入被测元件，开关打开以后，按下 SET键，进行复位，然后进行按键 选择，选择被测参数类别，之后单片机根据

16、按键类别启动相应的参数测试程序， 测试完毕后将结果送入数码管显示。3.3频率参数计算的原理本设计频率的计算采用单片机外部中断INT1,对外触发电路产生的脉冲频率的测量，在通过对测量数据的校正来完成。单片机对频率测量的原理如图计数Twt3t2t1图3-3频率测试图说明：图3-3中t1时刻检测到高电平开定时器1,开始计数；t2时刻等待检 测低电平；t3时刻第二次检测到高电平时关定时器停止计数。利用GATE=1TR1=1,只有INT1引脚输入高电平时，T1才允许计数，利用此，将外部输入脉 冲INT1引脚上输入，等待高电平的到来，当检测到高电平时开定时器开始计数， 然后检测低电平，当检测到低电平时已经

17、测得脉冲的脉宽，但我们测的是频率， 故在程序中要继续检测等待下一个高电平的到来，此时关定时器停止计数，用此计数值乘以机器的周期数，得出触发电路产生的周期，然后再经过数据处理便得 到输入信号的频率。程序流程图3-4 :程序开始执行，接着程序化，判断fw是否为1,如果是则继续执行；否则返 回判断条件。接着开定时器 TR=1在判断fw是否为0,如果是则继续执行，否 则重新判断条件。再一次判断fw是否为1,如果是继续执行，进行数据处理，结 束程序，否则重新判断。4调试与结果系统的调试可以分为软件调试与硬件调试。软件调试可以在其集成开放环境 中进行，编译完之后，分别对各子程序进行仿真。仿真之后在下载到单

18、片机，根 据实际要求，进行逐一测试。如果不满足则进行修改。直到可以准确的报站以及 显示各站名为止。对于硬件的测试，要对电路板的各个部分进行测试，尤其对虚焊要严格检查， 因为如果发生短路可能是其他元件损坏。用万用表对电路板进行反复检查，再分 别测试键盘部分，I/O部分，语音播报部分，无线收发部分，LED显示部分等。国 我们在调试、检测和维修电路板时，往往需要测量印刷电路板上的电阻或电 容数值。传统的做法是将被测试的元件从印刷电路板上焊开后再测量，以避免受板上其他元器件的影响。这种测量方法不仅麻烦，而且测试速度低，甚至可能损 坏印刷电路板和元器件。这里介绍一种利用单片机控制的电阻电容在线测试技 术

19、，该技术无需从电路板上焊开元器件便可直接测量各元件的参数，既保持了印刷电路板的完好无损，又大大提高了测试的速度和精度。电阻电容在线测试采用在线测试的“电隔离”技术，可快速测量电路板上任 意的电阻和电容的值，测量精度高。电阻在线测试的方法在测量大电阻时干扰往 往比较严重，这时在单片机的控制下，可适当增加采样测试的次数，以提高测量 的精度。电容在线测试的方法采用高频近似的方法进行测量，在满足 VOL/ VOHk7.1的前提下，求Cx的误差不大于0.5%,如果再把测量中的其它因 素引起的误差考虑在内，误差的总和不大于 3%满足一般应用的精度要求。参考文献1 申忠如，郭福田，丁晖现代测试技术与系统设计

20、M 西安：西安交通大学出版社.2006.2 付家才.单片机控制工程实践技术M.北京化学工业出版社.2004.3 张毅刚.MCS-51单片机应用系统M.哈尔滨工业大学出版社.1997.4 夏继强.单片机实验与实践教程M.北京航空航天大学出版社.2001.肖洪兵.跟我学用单片机M.北京航空航天大学出版社.2002.李桂安.电子技术实验及课程设计M.东南大学出版社.2008.7 胡汉才编著.单片机原理及其接口技术.清华大学出版社.2004。8 楼然苗等编著.51系列单片机设计实例.北京航空航天大学出版社.2006。9 .汪道辉编著.单片机系统设计与实践.电子工业出版社.200510 申忠如，申淼，谭

21、亚丽.MCS-51单片机原理及系统设计.西安交通大学出版社.200811 申忠如，郭福田，丁辉.现代测试技术与系统设计.西安交通大学出版社200612 张毅刚.MCS-51单片机应用系统哈尔滨工业大学出版社.199713 夏继强.单片机实验与实践教程。北京航空航天大学出版社.200114 肖红兵.跟我学用单片机北京航空航天大学出版社.200115 付晓光.单片机原理与使用技术清华大学出版社.200816 李桂安.电子技术实验及课程设计。东南大学出版社.2008致谢在卢纪丽老师的精心指导下完成这次论文期间，我深深地感受到我的知识的提高，她对我们严格要求的同时也充分体现出了对我们的关爱。从她那里不

22、仅仅学到了本学科的知识和科学研究方法， 对学术的严格谨慎态度，更重要的是我学 到了严谨踏实的学风。在此，我向为培养我成长而付出辛勤劳动和巨大心血的导 师致以衷心的感谢和崇高的敬意。附录#in clude#i nclude#defi ne DATA P0 #defi ne uchar un sig ned char#defi ne uint un sig ned intsbit adcs=P2A3;/可以硬件直接接地sbit adrd=P2A5;sbit adwr=P2A4;sbit RW=P2A1；/1602 写数据sbit RS=P2A0；/1602 写地址sbit EN=P2A2; /16

23、02 工作使能sbit b_test=P3A7; /开始测量电容的按键输入sbit c_test=P3A6;sbit _reset=P3A5; /555时基芯片工作控制信uint T_flag,N,D,C,i,Dis1,Dis0;uchar get_ad();uint A,F,H,A1,A2;uin t r=R,=,0,0,.,0,K,0Xf4;uint b9=C,=,0,0,.,0,0,u,F;/显示 C=00.00UFuint Datal;延时IMSvoid Delay1ms( uint mm) ui nt i;for(;mm0;mm-)for(i=0;i0;x_)for(y=110;y0

24、;y-);检杳丿否 *void Checkstates()uchar dat;RS=0;RW=1;doEN=1;下降沿_nop_();保持一定间隔_nop_();dat=DATA;_nop_();_nop_();EN=0;while(dat&0x80)=1);/* *LCD写命令函数*/void wcomd(uchar cmd) Checkstates();RS=0;RW=0;DATA=cmd;EN=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();EN=O;/*lcd写数据函*/void wdata(uchar dat) Checkstates();RS=1;RW=0;DA

25、TA=dat;EN=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();EN=0;初始化*void LCDINIT()Delay1ms(15);wcomd(0x38); 功能设置Delay1ms(5);wcomd(0x38); 功能设置Delay1ms(5);wcomd(0x01); 清屏Delay1ms(5);wcomd(0x08); 关显示Delay1ms(5);wcomd(OxOc);/开显示，不开光标 void Display(void) / 显示函数显示函数uchar i,j;uchara12=0X4D,0X45,0X41,0X53,0X55,0X52,0X45,0X

26、4D,0X45,0X4E,0X54,0X53;/ 显示 measurementsfor(i=0;i12;i+) 写显示第一行 wcomd(0x80+i);Delay1ms(1);wdata(ai);Delay1ms(1);for(j=0;j9;j+) 写显示第二行wcomd(0xc0+j);Delay1ms(1);wdata(bj);Delay1ms(1);Delay1ms(150);void Display1() /显示函数显示电阻uchar i,j;uchara12=0X4D,0X45,0X41,0X53,0X55,0X52,0X45,0X4D,0X45,0X4E,0X54,0X53;/ 显示 measurementsfor(i=0;i12;i+) 写显示第一行 wcomd(0x80+i);Delay1ms(1);wdata(ai);Delay1