单片机RLC测量仪参考论文..

1、毕业论文论文题目简易RLC测量仪的设计和实现系另H_信息与电子信息工程_专业_ 电子科学与技术_班 级_学 号1_学生姓名_指导教师（签名）_完成时间_年_I摘要在现代生产应用中，经常需要测定电阻、电容、电感的大小。因此，设计一款可靠、便 捷、人机界面友好的电阻、电容、电感测试仪具有十分重要的意义。本系统是以单片机为核心而设计的电阻、电容、电感测试仪，即用对应的振荡电路将电 阻、电容、电感转化为频率来实现各个参数的测量。其中，测量电阻值和电容值的方法是将 元器件接入 555 多谐振荡电路，产生相应的震荡脉冲，而同样的测量电感值是根据电容三点 式产生相应的脉冲，随后将振荡脉冲送入单片机的计数端，

2、通过定时并且计数可以计算出相 应的频率，再通过该频率计算出被测参数。本系统使用 C 语言编写程序软件，包括主程序模块、显示模块、电阻测试模块、电容测 试模块和电感测试模块和测量类型选择模块。主要用到的芯片有STC89C52,NE55, CD4052其中 STC89C5 为主芯片，运用其计数和可编程计算的功能接收来自测试模块的脉冲并完成频 率转换和计算，再将结果输出至显示模块；NE555 芯片用于三个测试模块，即脉冲产生源；CD4052 芯片则是用于测量类型的选择，即在电阻、电容、电感测试模块中选择。电路中使用 LM7805稳压管稳定电路电源。经过测试，本系统总体上达到了对电阻、电容、电感的测试

3、的基本要求，其所测参数也 基本满足设计要求，具有较好的使用价值。关键词：单片机；555 多谐振荡电路；显示模块；电容三点式振荡2Design of the RLC meterAbstractIn the modern application of procreative, the numerical value of the resistor, capacitor,and inductor are ofte n n eeded to measure. Therefore, it is of great sig nifica nee to desig n a reliable,convenien

4、t and frie ndly man-machi ne in terface of resistor, capacitor, i nductor tester .This system, tester of resistor, capacitor, i nductor ,is based on sin gle chip microcomputer. thecorresponding oscillation circuit would convert the value of resistor, capacitor, inductor into freque ncyto realize eac

5、h parameter measureme nt. Among that, the measuri ng method of resista nee andcapacita nee value is access ing the comp onent to 555 harm onic oscillati on circuit the n produce thecorresponding shock pulse. In the same way, the pulse of measuring the inductanee value is comingfrom oscillator circui

6、t of three-po int capacita nee. The oscillati on pulse is sen ded in to si ngle chipmicrocomputer count point and the corresp onding freque ncy can be calculated through tim ing andcounting the oscillation pulse. Finally,the value of RLC can be gained by calculating freque ncy.This system uses C Ian

7、 guage to write programs. All modules can be divided into main programmodule, display module, resista nee testi ng modules, capacitors and in ductors test module, andmeasurement type selection module. STC89C52 as the main chip in this system while NE555,CD4052 as the auxiliary chip. STC89C52 can rea

8、lize counting and programming calculation functionso it can receive pulse which is from testing modules and complete the frequency conversion andcalculation. testing modules is made up of 555 multivibrator circuit,it also namely pulse source.CD4052 is used for choos ing Measuri ng type, namely choos

9、e to test resista nee, capacitors or inductors. stabilivolt circuit is make up of LM7805.After testi ng, the system overall met with the basic requireme nt of test ing resista nee,capacitanee and inductanee. The value it gained is also basically meet the design requirements.So it isgreat valuable.Ke

10、ywords: single-chip microcomputer 555harmonic oscillation circuit module display moduleoscillator circuit of three-po int capacita nee3目录第一章引言.11.1背景及意义. 11.2国内外发展状况 .1第二章系统的总体设计. 32.1 设计原理.322 方案的比较.3第三章 单元模块电路的设计 . 73.1 系统框图.73.2 控制模块.83.3电阻测量模块. 93.4 电容测量模块.123.5 电感测量模块.133.6多路选择开关.133.7LCD12864

11、液晶显示模块 . 15第四章软件设计. 17主程序结构.174.2 子程序.19第五章系统的调试及误差分析 .225d5d6-Numbered_d9c3c9f4-8e16-474e-8df1-f5962ed8a.测 量结果 225.2 结果分析.22第六章结束语. 23.设 计总结 236.2 结束语.24参考文献.25附录.26致谢.261第一章引言1.1 背景及意义随着电子行业的飞速发展，电子元器件的应用也越来越广泛。无论是生活中还是生产 过程中，我们都能看见电子元器件的身影，电子元器件几乎涉及了所有现代领域，包括军 事，航天航空，现代工农业等等。电子元器件的应用广泛了，其参数的测量也变得

12、越来越 重要。对于电子元器件而言，最基本的元件当属电阻R 电容 C 和电感 L,因此研究设计出一款测量电阻、电容和电感的仪器是非常有意义的。如今专门测量 RLC 的仪器并不缺乏，甚至可以说比比皆是。只是应用的领域不同，要 求不同，设计者考虑的方式也不同，相应的生产出来的产品也就不同。虽然产品不同，但 是总体而言方法却是相同的。有关于电阻的测量，大体上可以分为电位降法、比例运算器 法和积分运算器法三种。电位降法即是根据电位差间接计算出电阻值，这种方法计算过程 相对简单，然而要获取准确的电位差则有一定的难度，比例运算器法测量结果误差稍大， 积分运算器法则更适合用于高阻值的电阻测量。三种方法各有优缺

13、点，但因为在生产应用 中的要求不同，侧重点不同，三种方法也都会使用到，因而至今都未被淘汰。测量电容的 方法也有很多，传统的有谐振法和电桥法两种。谐振法电路简单，速度快，但精度低，生 活中因为不要求测量非常准确的电阻值，所以用到的测量电容的工具一般都是根据谐振法 而设计的；电桥法测量精度高，但速度慢，一些高科技精密仪器大多依据电桥法设计的。 相对于电阻和电容，生活中电感的测量就比较少见，然而这并不意味着它在生产应用中就 少。通过测量 Q 值，可以确定电感值，但这种方法误差较大，也有很多非精密仪器中，电 感的数字化测量采用时间常数法和同步分离法。如果要求测出精度很高的电感值，一般都 是根据交流电桥

14、法设计电路。从以上对测量电阻、电容、电感多种方法的分析可知，很多RLC 的测量方法各有优缺点，并且都具有一定的复杂性，因此本设计根据555 振荡器的震荡原理，结合单片机的多种功能，拟定了一套自己的方案，设计一款体积小便携带，操作简单，价格便宜的RLC 测量仪。1.2 国内外发展状况电阻、电容和电感作为最基本的电子元器件，它们出现的同时，其测量仪器也就随着产生。 随着科技的进步，电子行业的飞速发展，电阻、电容、电感三种电子元器件也在飞速发展， 具体体现在它们的材质、耐高温高压和稳定性等方面上。电子元器件的飞速发展，势必也会 带动其相关产业的发展，因此用于测量 RLC 三种元器件的测量方法和仪器也

15、相应的迅速发展 起来。然而，相对于国外的 RLC测试行业，国内的测试行业总体发展比较落后。1997 年我国航空工业总公司就研究出了一种在线测量电阻、电容、电感的方法，名为等 电位隔离法，这种方法可以对处于工作状态的电阻、电容、电感进行实时测量。当时这种方 法大多应用于生产车间中，对在线生产的设备进行实时监控，确保生产过程的安全性和产品2的高质量，具有很强的实用性，至今很多在线电阻电容电感的监控方法基本上都以此方法为 基础研究发展而来。在不要求极高精度的情况下，大多数消费者都选用万用表进行电阻和电 容的测量，尤其是电阻的测量。万用表能测量的电阻的范围比较宽，但需要用户自行调节选 取档位，不能实现

16、一键测量，此外万用表测试的原理都与电压有关，即其测量的所有参数基 本上都是在测量电压之后再对所测得电压进行相应的处理，最后才能得出待测参数，因此， 运用万用表的测量得出的电阻电容值具有一定的误差。目前万用表不设置测量电感的功能， 电感的测量一般采用电桥或者高频 Q 表，价格相对万用表而言更贵一些。市场上将测量电阻 电容电感三者集于一体的仪器还比较少见，即便是有也是价位高体积大不易于携带的，这一 现象与国内人们对测试测量仪器的传统观念有关。也许是因为国内本土研发产业起步比国外 晚，技术存在一定的差距，因此人们所有的重心都聚集在研发产业，而忽略了产品研发之后 的测试测量。人们更关心最后功能的实现，

17、却往往忽略了产品出产之后对各个元器件的测试 与维护。因此价格便宜，操作简单，能够实现一键测量的，集RLC 三者测量功能于一体的测试仪的研究具有极大的意义。随着科技的进步，国内研发人员也慢慢改变传统观念， 开始重视测试测量仪器的研究，虽 然市场上还未普及集 RLC 三者测量功能于一体的测试仪，但却有很多学者对其进行了课题研 究。比如基于自由轴式的 RLC 测量仪的研究，此种类型的研究，大多从模拟鉴相或者准数 字鉴相入手来研究 RLC的测试，也有研究者提出由 DDS 言号寻址正弦数据表，来获得正交基 准相位信号，以弥补传统自由轴式法测量精度低、速度慢的不足。除了自由轴式法，也有研 究者提出基于 I

18、EEE-488 接口的 RLC 测量仪的研究。现如今很多仪器仪表的检测数据要上传计 算机进而进行运算，然而在仪器与计算机连接时由于兼容问题而产生的麻烦总是阻碍了仪器 仪表类的发展，而 IEEE 488 并行外总线则可以解决此类问题，在此基础上进而研究的RLC测量仪则是侧重于与计算机的连接，以计算机操控仪器对RLC 的测量，免去了测量者与器件之间的直接接触，在远程测量方面具有很大的发展前景。再有一种就是基于单片机的RLC 测量仪的研究，单片机也叫微控制器，此类型的研究都是运用其强大的中央处理器、定时计数 器来完成目标功能的实现。本设计就是基于单片机2的 RLCM量仪的研究，因为单片机可编程控制实

19、现对 RLC 的测试， 价格实惠，体积小便于携带，具有很高的实用价值。3第二章系统的总体设计2.1 设计原理单片机按不同的标准分类，可分成很多种类型，按其出产公司分类也可分为几大类，现 在市场上比较常见的出产单片机的公司有 STC STC 单片机主要基于 8051 内核，有全球唯一 ID 号，加密性好，抗干扰强，很受广大消费者的欢迎，因此STC 的应用相对广泛；ATMEI公司的 51 系列单片机也是很受欢迎，尤其是初学者，一般都以通用型的51 单片机入门。本设计研究基于单片机的 RLC 测量仪，基于以上对单片机的了解，加上设计者对单片机 的知识储备和熟练程度，同时根据本设计的性能指标要求，最终

20、决定采用 STC89C5 单片机为 本设计主芯片，运用其 16 位定时器/计数器，外部中断，串口通信等功能和特性，与NE555振荡电路构成本设计的两大主模块，有关 STC89C5 单片机和 NE555 的介绍会在第三章进行， 以下是三种测量 RLC 的方案比较。2.2 方案的比较2.2.1 电桥法电桥法可以分为直流电桥和交流电桥两种，无论是直流电桥还是交流电桥都有研究者 以其为原理进行 RLC 测试仪的研究，从其名称上就可以看出两者的区别在于一个是直流电源，一个是交流电源，事实上两者对 RLC 的测量原理基本上是一致的。电桥法的原理图如图2-1所示，图中的 Z1, Z2, Zx, Z3 可以是

21、电阻也可以是电容或者电感，只要四者满足电桥平衡条 件即可，其平衡条件如下：Z * Z *ej*（1 n）Z * Z *ej*（2 x）Z1Zne一Z2ZxeZ1Z2ZxZn图 2-1 RLC 测量电桥图中一般以 Zx 表示待测元器件，Z1 为比较臂，其余两者为比例臂，要计算 Zx 的值，首 先要调节四者达到平衡，即电表 G 读数显示要为零。调节电桥平衡的方法有两种，一种是保 持 Z1 不变，同时调节 Z2 和 Z3，当 G 表读数显示为零时即可，另一种就是保持 Z2、Z3 不变, 调节 Z1 直至 G表显示为零，相对而言第二种方法得出的结果更为准确，因此一般都选用第二种方法进行电桥平衡调节。调

22、节电桥平衡之后就可以根据当前的数据联立方程组进行计算求 解，图4中除了待测元器件之外，其他都是可读值，即便不是可直接读值，也要设计外围电路 求得其值才可进行计算。由以上分析可知，电桥法测量 RLC 在每一次测量元器件的时候都需要进行手动调节， 为了得到 Z1、Z2、Z3 三者的读数，还需另外设计三者的外围电路，最后还需测试者手动计算 待测器件的值，综上所述，本设计不采用电桥法进行本次 RLC 测量仪的设计。222 谐振法如图 2-2 所示，其中 C 为标准电容，L 是被测电感，Co 是被测电感的分布电容。谐振法顾 名思义就是需要电路谐振，电路中需要产生一个信号频率使电路谐振，然后需要测量 Co

23、 的值, 需要测量接标准电容时的信号源频率 fl 和不接标准电容时的频率 f2，然后根据公式计算， 公式如下：(2-2)图 2-2 并联谐振法测量电感 L谐振法测量电容的原理大体上跟以上所描述的差不多，都是设计一个谐振电路，调节信号源使电路谐振，记录下所需数据最后进行计算。运用谐振法测量L、C,电路的设计很关键，图 2-2 只是一个大体上的原理图，在实际的电路图中还需要一些外围电路来消除电路干 扰，谐振电路的调节和判断本身也会产生一定的误差，因此谐振法所测得结果往往误差电桥 法，基于以上分析，本次设计也不采用此类谐振设计RLC 测试仪。2.2.3 伏安法图 2-3 所示为最原始的电路原理图，伏

24、安法的原理是欧姆定律，需要分别使用电流表和 电压表测出通过电阻的电压和电流，根据公式 R=U/I 求得所测电阻的值。图中 Rx 为待测电阻， A 是流过待测电阻的电流，V 为待测电阻两端电压。这种测量方法必须同时测出两个模拟量U和 I，即要同时测得所测电阻两端的电压和通过所测电阻的电流数据，得到数据之后才能进 行计算。与电桥法和谐振法相比，伏安法测电阻原理更为原始，也更为简单，但得出的结果 却是远不如前两种方法，此外伏安法也不能实现自动化，整个电路没有很好的应用现代电子 技术。Rx5图 2-3 伏安法测量电阻原理图禾 U 用万用表欧姆档测量电阻是把被测电阻与标准电阻以及电池进行串联，用电流表测

25、出 其电流，因为被测电阻与电流一一对应，就此可以读出被测电阻的阻值，如图2-4 所示，相似的原理也可以用于电容的测量，只是其外围电路稍有不同。万用表测量法是学习和生活中 最常用的测量电阻、和电容的方法，因其测量结果可以直接读数，不需要人工计算，价格也 比较合理而广为群众接受。但是同样也有精度低的缺点，因此也不选此原理。RxR0图 2-4 万用表测量电阻原理图2.2.4 所选用的方案以上所提到的三种方案，前两种电路原理相对比较复杂，同时计算也比较繁琐，因此没 有被本设计采用。无论是在测量哪种未知量，人们总会想方设法把比较难测量的未知量转换 成精度比较高而且比较容易测量的参数，以此来推算出原本所要

26、测量的未知量。在这种思想 的引导下，本人认为可以把电子元器件电阻、电容、电感接入振荡电路中，由于不同参数的 元器件产生的频率也不同，待测参数与其产生的频率成一一对应关系，因此可以由频率从侧 面推断出待测参数，即可以根据相应的公式由频率计算出待测值。基于以上设想，本设计的主要模块也就成型了一一测量模块，主要就是振荡电路，用于 产生待测参数所对应的频率；控制模块，主要是进行频率的计算和转换，控制测量类型的选 择指令等；还有显示模块，即将最终的计算转换结果显示出来。确定了主要模块之后，就需 要再把每一个大的模块再进一步的具体化。测量模块采用振荡电路，而振荡电路又可以分多种，按信号的波形进行分类则有正

27、弦波震荡和非正弦波震荡，其中正弦波震荡中较常用的有LC 振荡电路、石英振荡电路和 RC 震荡电路三种。此外，芯片的选择也是一个关键。本人查阅了大量资料，再结合自身的知识储 备，最终拟定电阻和电容的振荡电路都采用 NE555 芯片和电阻电容构成的多谐振荡电路。待 测电阻和电容作为多谐振荡电路中的一部分，由于多谐振荡电路有一个振荡频率范围，只要6接入的电阻在电路中激起的震荡频率在多谐振荡电路产生的有效频率范围内，电路就能对电阻或者电容进行测量而不需要进行量程切换。 而电感的振荡电路则采用 LC 三点式振荡电路 ，LC 三点式振荡电路中与发射极相连的两个电抗元件必须是同种性质的，剩下的另一个元 件必

28、须是异性电抗元件，本设计中与发射极相连的两个元器件为两个电容，剩下的一个则是 电感。控制模块主要就是主芯片的选择。本设计所需要的芯片功能主要为接收来自测量模块的 脉冲，将脉冲数据进行定时计数处理形成与待测参数唯一对应的频率，再根据相应的公式进 行计算转换，求出待测参数再将求得的结果送至显示部分，此外还需要有根据按键输入进行 控制选择测量类型的功能。鉴于以上功能的要求，加之本人对芯片的了解，最终拟定本设计 的主芯片为 STC89C52STC89C5 功能强大、可靠性高、使用方便灵活、物美价廉，最主要的 是可编程实现以上提到的所有功能。显示模块的选择相对简单，虽然市场上显示器件多种多样，但是从大体

29、上可以分为数码管 显示和液晶显示两大类。无论是数码管还是液晶显示，两者各有优缺点。经过对比，再结合 本系统设计的要求，最终选择了 LCD12864 液晶显示器。测量模块需要测量三种元器件，则就需要再细分为三个小部分，在实际测量操作过程中测 哪种器件就选相应的电路接入总电路中，这就需要增加一个选择芯片，当按键选择测量哪种 元器件时，控制模块发出相应的指令，当芯片接收到指令就会做出相应的选择，将对应的测 量小部分接入总电路中。能满足此要求，同时又物美价廉的芯片当属CD4052 因此本设计在最初的构思基础上增加了通道选择模块，用于测量模块与控制模块之间的连接。7第三章 单元模块电路的设计3.1 系统

30、框图本设计为 RLC 测量仪，主要有控制模块，测量模块，通道选择模块和显示模块组成，其中测 量模块还分成两个 RC 振荡电路，分别用于测量电阻和电容，一个电容三点式振荡电路，用于 测量电感，在实际测量操作时，测量哪种元器件就选择与之对应的部分接入总电路中。总设 计框图如图 3-1 所示：测量电路通道选择控制部分图 31 系统设计框图总设计框图中，二极管指示灯部分包括1 盏电源指示灯，三个状态指示灯，用于标明仪器当前所处状态；按键选择电路包括四个按键，其中一个是复位按键，其他三个是功能 选择按键，即按键选择测量电阻 R、电容 C 或者电感 L。如系统框图中所显示的那般，以测 量电阻 R 为例，当

31、按键选择测量电阻 R 时，测量电阻指示灯亮，单片机 STC89C5 接收到选 择“RC 震荡电路测电阻模块”的电平信号，同时单片机中预先编写好的程序运行，随后就 会将按键选择所对应的指令传至 CD4052 CD4052 在接收到单片机传过来的指令后就会选择“ RC 震荡电路测电阻模块”接入总电路中，此时测量模块所产生的脉冲信号就通过CD4052传入单片机中，单片机运用其定时计数功能测定待测电阻的频率，经过多次计数采样得出 一组数值，再进行一定的数据处理，公式计算，最终得出待测电阻的参数值，单片机对 LCD 液晶显示初始化，再将计算得出的电阻参数值输出传入LCD12864 进行显示。至此，一次完

32、整的电阻的测试过程结束，其余两种器件的测量过程与此过程相同。各模块的详细介绍在 下文继续说明。83.2 控制模块图 3-2 控制模块电路图本设计控制芯片的选择较为简单，因为本设计所要求的芯片功能大多数芯片都具备， 因此只需要考虑芯片成本及设计者自身对芯片的了解来选定即可。鉴于此情况，本人了解 到STC89CXXAT89SXX DSP 的成本相差不大，结合本人自身对芯片的了解，最终选用 STC89C52乍为本设计的主芯片。以下是有关 STC89C5 芯片的特点、内部结构的简单介绍。STC89C5 单片机是 CMOS 啦微控制器，分别有 P0 P1、P2、P3 口，每个口有 8 位（8 根引脚）

33、，共 32 根。本设计使用了其 P0 口的 3 个引脚，用于连接 LCD12864 P1 口的 6 个引脚，其中三个为电阻电容电感的测量选择按键，其余三个连接当前状态指示灯；P2 口则使用了两个引脚，分别是 P2.0，P2.1，用于连接 CD4052 控制其对三个测量小部分的接 入选择；P3 口则只用到了 P3.5 引脚，运用了其定时计数9的功能。除此之外，每块单片机 的电源和地引脚都是必须用到的，本设计还设置了复位键，因此还用到了RST 功能引脚，vcc -PLOADCOPL1 ADC1FOOADO Pl.2 ADC2PO.I ADI -Pl.3 ADC3P0.2 AD2 PL4/ADC斗P

34、03AD3 “Pl.5 .WC5F04ATM -Pl.6 ADC6F05AD、 Pl.7 ADC7P0.6 AD6 PQ7AD7 RSTEAATP P3.0RxDALE PROG -P3.1TxDPSEN lP3.2 INTOP33/ENT1P3.4/T0P3.5T1P3.6 bVRP2.7.A15 “P2.6A14 P2.5/A13 P2.4A12 -XTAL2P2.3.A11 XTAL1P2.2 AID P2.1/AP VSSP2.0AS -K1K3U2+540f319此外晶振电路还用到了片内振荡电路的输入端和片内振荡电路的输出端。STC89C5 芯片的10定时器可以通过外部时钟源来计数，

35、这样就可以把 555 电路所产生的频率作为 STC89C52 勺 定时器的时钟源，那么被测电阻、电容和电感对应产生的频率就非常容易得到。3.3 电阻测量模块R16rtU5C130.1UFGND图 3-3 电阻测量模块331 工作原理555 定时器早在 1971 年就已出现并被广泛应用，虽然历经一个多世纪的发展，但因其引脚功能和运用都是相容的，因此至今仍被广泛应用。本设计即运用NE555 和电阻电容构成多谐振荡电路，将待测电阻或者待测电容作为振荡电路的一部分，当不同参数值的待测器件接 入振荡电路，电路产生的频率也会不同，据此就可以推算出待测器件的参数。图3-3 即为电阻测量模块，整个电路简单明了

36、，原理也不复杂。NE555 接成多谐振荡器的形式，其振荡周期为：T=T1 + T2 = ln2*( Rw+Rx+F17)* Ci2+ ln2*( R7十 Rx)* G?(3-1)R171KDISCHJCOUT:C120.1LTTRIG|11其中 R6=1KQ, Ri7=1KQ,Ci2=0.1U,在本设计中电阻震荡电路产生待测电阻的频率？，接 着单片机通过 T0 计数，再通过 T1 定时测出频率，然后在程序中利用公式（3-3）计算出 Rx 的值即可完成电阻的测量。3.3.2 555 芯片的简介555 芯片10的引脚图：（如图 3-4）就如所有芯片一样，555 芯片也有电源引脚（Vcc）,地线脚和

37、复位脚，这些都是每种芯 片都必须的引脚，除此之外 555 芯片还有引脚 2 触发功能，引脚 3 输出电平，5 脚是控制电 压，6 脚是阀值电压，7 脚是放电功能。芯片本身引脚很少，但是有由却可以构成无数种应 用电路，多谐振荡器就是其中一种。则：?=0.693* C12(Ri62RX2R17)(3-2)(3-3)匚181匚21匚36匚4512345678GNDTrtggerOutputResetControl voltageThresholdischargeVcc计算可得:图 3-4 555 芯片的引脚图12图 3-5 555 间接反馈型555 定时器构成多谐振荡器,如图 3-5 所示。参数关系

38、如下：T -twitw 0-7（RA2RB）C（ 3-4）11.44f -T（RA2RB）C（3-5）Tt（3-6）D1100%吐100%TT其中 T 为周期、？为频率、D 为占空比。本设计即是运用了此原理，将待测电阻RX接在 7 脚和 RB 之间，因除了RX之外其余参数皆已知，因此可以根据公式计算出RX。33 3 555 定时器的多谐振荡器VCCV0133.4 电容测量模块图 3-6 电容测量模块电路电容的测量原理与电阻的测量原理基本一致，将555 接成多谐振荡器的形式，其振其中Rl4、R15为已知量，f可由电容测试模块产生，则可以求待测电容CX荡周期为：T=T1 + T2 = In2*(R

39、14+ R15) *Cx+(ln2) R15*CX(3-7)得出:10.693*CX(R42R,5)(3-8)则有:0.693* f(2R,5)(3-9)GND14图 3-7 电感测量模块电路本设计电感的测量运用的是电容三点式振荡电路原理，电容三点式振荡电路相对 此震荡电路主要部分即为电容和电感其振荡频率为：由图 3-7 可知，其中C1C2根据上式可得到:可由电感测量模块求出，LX即可由公式（3-12 ）求出。3.6 多路选择开关测试电路分三个部分，一个部分对应一种元器件的测量。 测量电阻时必须将电阻测试电 路部分接入系统中才能实现测试功能，同样的测量其他两种元器件也要求接入相对应的测试3.5

40、 电感测量模块D.IUFd：NE555E0.1UF1亠于上文提到的多谐振荡器原理而言显得稍微复杂，组成的回路，如图 3-7 是本设计的电感测量模块电路图,12二LxC(3-10)C1C2(3-11)Lx4 冗2f2C(3-12)其中 C 可求,o.iur22UFLOOK0.1UFDISC小MAJ/CAO15电路，即所测元件与所选测试电路必须匹配。这就需要在电路中加入功能选择按键，完成测 试电路接入系统的匹配工作。一般提到选择电路，大多数人都会联想到继电器。继电器的应 用在当今社会是非常广泛的，这足以证明其优点繁多，然而本设计却不用继电器来完成电路 的选择工作。因为相对于 CD4052 继电器的

41、体积就显得很大，不适于总体设计体积小的要求， 因此 CD40521成为本设计的佳选。CD4052 是差分四通道数字控制模拟开关器件，能通过单片 机控制其开关功能。表 3-1为单片机与 CD4052 之间的多路选择开关控制表，即单片机中设置 的高低电平和与其所选的测量电路。表 3-1 多路选择开关控制P2.0P2.1测量类别00X0-L01X1-R10X2-C11*具体选择原理过程可以描述为：测量电感时，按下L 按键，主芯片 P2.0,P2.1 两个口置0，CD4052 接收到指令即自动选择电感测试电路，此时电感测试电路即接入整个系统电路中， 也就完成电感测试电路接入系统的匹配工作；测量电阻时，

42、按下R 按键，主芯片 P2.0 置 0,P2.1 置 1，CD4052 接收到指令即自动选择电阻测试电路，完成电阻测试电路接入系统的匹配 工作，测量电容时的按键选择原理也是如此。多路选择开关硬件电路如图 3-8 所示：图 3-8 多路选择开关163.7 LCD12864 液晶显示模块LCD12864图 3-9 LCD12864 液晶显示本设计 LCD12864 选用串行通信12，主芯片上的 P0.0, P0.1 , P0.2 口与 LCD 的 4、5、6 脚连接，完成相应的指令和数据的传输。LCD12864 模块引脚说明如表 3-1 所示：17表 3-1 LCD12864 模块引脚说明引脚名称

43、方向说明引脚名称方向说明1VSS-GND（ 0V）6E0Enable Signal2VDD-+5V15PSB0H :并行 L :串行（注释 1）3VO-Supply voltage17/RST0RESET :低电平有效（注 释 2）4RS0H :数据 L :指令19LEDA-背光源正极（+5V）（注释 3）5R/W0H : Read L : Write20LEDK-背光源负极（0V ）（注释 3）LCD12864 有串行接线方式和并行接线方式，本设计使用串行接线方式。电路本身需要一个稳定的电源环境才能保证仪器测量的精确度，因此本设计以LM7805为基础构建稳压电路13，为整个电路提供稳定的 5

44、V 电源。电路如图 3-11 所示：图 3-11 稳压电路U6LM7SO5+3J15 JClfi* LUr *zD1470U1R9IKVGXD-12VO04图 4-1 系统程序流程18第四章软件设计4.1 主程序结构系统初始化后首先开启开中断，进行液晶初始化，其次进行按键检测，进入RLC 模式选择，看功能选择键是否按下，若按下进入 RLC 测量，相应指示灯亮，同时计数脉冲个数，转 换成频率测量后把结果送 LCD12864 显示。若没按下就返回按键检测，等待 RLC 模式选择，如 此循环。系统程序流程图如图 4-1 所示：19开始开中断理!液晶初始化i 按键检测程序计算脉冲个数计算电阻程序计算电

45、感程序计算电容程序LCD 液晶屏显示结束_ /图 4-1 系统程序流程204.2 子程序按键选择：以上是按键检测子程序流程图。CD4052 是差分四通道数字控制模拟开关14器件,当有按 键按下时，程序进入此子程序。当 R 按键按下时，主芯片以 01 指令发送到 CD4052 芯片，CD4052 按照硬件设定好的进入 R 测试状态，红灯亮同时将来自测试模块的电阻脉冲输出；同样的道 理，当 L 按键按下时，主芯片以 00 指令发送到 CD4052 芯片，CD4052 按照硬件设定好的进入 R 测试状态，绿灯灯亮同时将来自测试模块的电感脉冲输出；同样当C 按键按下时，发送 10指令到 CD4052

46、芯片，即进入 C 测试状态，黄灯亮，CD4052 选择 C 通道，将电容脉冲输出， 如此完成按键的选择流程。21图 4-3 定时计数器流程此部分是定时计数器流程。由于本设计是将待测的电阻、电容、电感连接到振荡电路， 将其产生的频率经过单片机运算而得出相应的待测值，因此需要定时计数器来计数其一秒内 的脉冲次数，将其转换成频率。因此定时计数器的准确性直接影响到最后结果的精确值。如 图 4-3 所示，程序进入定时器中断，首先设置初值然后进行计数，当一秒时间到时中断将计 数值返回主程序进行计算，如此循环。以下是 LCD 显示流程图，LCD12864 首先上电初始化，完成初始化后开始读取显示变量, 即经

47、过单片机处理运算后的电阻、电容、电感的值，变量数据读取完成则把变量转换成字符 数据，只有转换成字符数据才能在 LCD 上显示。完成数据转换之后即是进行显示位置定位， 确定 LCD 上显示数据的位置，当这一系列流程完成，数据即可显示在LCD12864 显示屏上22LCD 初始化读取显示变量I把变量转换成字符数据I显示位置定位 LCD 显示数据I( 结束 图 4-4 LCD 显示流程图23第五章 系统的调试及误差分析5.1 测量结果测量电感值误差如表 5-3 所示:表 5-3测量电感误差表电感实际值（uh）电感测试值（uh）电感差值电感相对误差（）1001000015015664330319113

48、.35.2 结果分析本设计在实际测量时，从表可以看出本系统设计的测量结果与标值有一定的误差。由于 硬件电路中测量电路本身的影响、555 产生的脉冲不稳定等，都可能导致本设计产生的频率 与待测元器件的标准频率存在误差，软件部分数据类型的处理也会造成一定的误差，比如电 阻是运用了平均值法进行数据的处理15，当采样得出的数据组中各个数据相差比较大时计算 出来的结果与电阻标值就会有比较大的误差。为了减少误差范围，本系统设计采用了软件修 正的办法，即在数据的处理上进行一定的修正。24第六章结束语6.1 设计总结做完整个毕业设计，我更深刻的体会到要自己从头到尾将一件事做好本身就是一件多么 不容易的事情。首

49、先是确定要做什么作为毕业设计作品，既不能选择太过简单的设计，比如 以往的课程设计就太过于简单，无法满足毕业设计的要求；也不能太过于复杂，因为要考虑 能否在规定的时间内完成，自己大学四年所学的知识是否能将它成功的做出来，遇到的问题 是否能够解决等等。等确定了要做什么毕业设计了之后就是要向着目标搜寻有关资料，结合 自己已掌握的知识，同时借鉴他人的经验，做一番方案论证，最后找出最为合适的作为自己 的毕业设计的构思方块，即功能模块，以及芯片的选择，其他辅助原器件的选择，硬件电路 的设计16和画制等等，事无巨细都是自己必须考虑的。除了考察我们大学四年所学到的只是, 同时也是在考验一个人的耐性、协调性和学

50、习能力。刚开始我以为只要设计方案确定了，接下来只要按部就班的画好图，制作好电路板，最 后在编写好程序就可以了。然而当我动手做的时候，因为以往没做过类似于这种复杂程度的 设计，在画制电路图的时候既要考虑电路本身的干扰，又要尽可能的避开跳线，还要尽可能 的是电路简单大方美观，各种各样的问题让我不得不一次又一次的重新布线。每一次布线完 成，请其他同学协助检查的时候，才知道，其实自己在布线过程中还有很多因素未考虑，例 如线宽该用多少比较合适，不同性质的线该用多少线宽，元件应该结合电流大小和信号传输 方向来布置，要模块化，不可以散乱。元件少原理简单，元件的布置要求不高，但是日后做 复杂的电路时就不得不把

51、这些考虑在内。硬件方面只要布线好，接下来的印制电路板和焊接元件一般都不会出现问题。问题比较 大的是在软件上。原本本次设计的难点不在软件上，只要硬件电路设计好，软件编程只需把 硬件输入的数据根据公式计算处理就可以，然而实际上却不是这样简单。除了简单的按照公 式计算数据，还要在数据采集方面进行预处理，即要想方设法获取稳定的频率，否则测出来 的结果就误差很大。以往编写 C 程序17大多都是移植运用，只是部分需要修改，这一次因为 平时课程上没有做过，大多是自己查找资料，再按自己想要的功能进行修改。整个程序完成 之后才发现，要自己独立完成一个完整的综合的程序确实不简单。要查阅的资料也不少，很 多东西，除

52、非真的是使用过很多次，否则根本不记得什么初始化设置，然而初始化设置是所 有功能实现的前提。程序完成之后是结合硬件调试。即将程序烧录到单片机中，软硬件结合，将测出的结果 和标值进行对比，根据差值在调整软件，比如调整软件的校正值，甚至在软件校正的情况下 差值依旧很大时，要考虑修改硬件。在整个调试的过程中，自我调节和毅力是非常重要的， 尤其是在一次又一次的调试依旧得不出准确值时，信心总是越来越少，人也变得很烦躁，这 时候就需要自己对自己进行调节，同时没有坚强的毅力是无论如何也坚持不下来的。6.2 结束语四年大学生活在不知不觉间就这样过去了，当初刚刚走入大学校园的场景好似就发生在 昨天。然而无论心中有

53、多少不舍，对母校有多么眷恋，我们的大学校园生活都终将要画上一 句完满的句号。25与我们的大学校园相比，社会就是一个更大的更广的大学，这个大学里，每 个人都是老师，因为每个人身上都有值得我们学习的地方；同样的每个人都是学生，人无完 人，每个人都需要取他人之长补自己之短。完成一个毕业设计真的让我学到了很多。不仅仅是回顾了大学四年所学的知识，还学会 了如何把很久以前就学的知识重新拾回并且运用。以前总是说实践是检验理论的最好方法， 其实都没有很大的感触。经过这一次毕业设计，我是真真切切的体会到了。以前在课堂上学 到的知识，看着系统完整，但是真的到了用的时候才发现，这的太空泛。很多东西需要用到， 但是课本里