具有语音功能的电阻电容电感测试仪

1、具有语音功能的电阻、电容、电感测试仪 文章来源：凌阳大学计划网站 作者：凌阳大学计划网站     发布时间：2003-10-9 9:30:39 摘要关键词：  SPCE061A单片机  555多谐振荡电路   电容三点式振荡  本系统是通过凌阳的16位单片机SPCE061A测量电阻、电容和电感对应振荡电路所产生的频率实现各个参数的测量，一方面测量精度较高，另一方面便于使仪表实现自动化，而且还能加入语音播报的功能使其更加智能化。其中电阻和电容是采用555多谐振荡电路产生的，而电感则是根据电容三点式

2、产生的。SPCE061A的定时器可以利用外部时钟源来计数，这里我们将RCL的测量电路产生的频率作为单片机SPCE061A的时钟源，通过计数则可以计算出被测频率在通过该频率计算出各个参数。SPCE061A单片机概述SPCE061A是继mnSP系列产品SPCE500A等之后凌阳科技推出的又一个16位结构的微控制器。目前有两种封装形式：84引脚的PLCC84封装和80引脚的LQFP80贴片封装。主要性能如下：16位mnSP微处理器；工作电压：VDD为2.43.6V(cpu), VDDH为2.45.5V(I/O)；CPU时钟：32768Hz49.152MHz ；内置2K字SRAM、内置32K FLAS

3、H；可编程音频处理；32位通用可编程输入/输出端口；32768Hz实时时钟，锁相环PLL振荡器提供系统时钟信号；2个16位可编程定时器/计数器(可自动预置初始计数值)；2个10位DAC(数-模转换)输出通道；7通道10位电压模-数转换器(ADC)和单通道语音模-数转换器；声音模-数转换器输入通道内置麦克风放大器自动增益控制(AGC)功能；系统处于备用状态下(时钟处于停止状态)耗电小于2mA3.6V；14个中断源：定时器A / B，2个外部时钟源输入，时基，键唤醒等； 具备触键唤醒的功能；使用凌阳音频编码SACM_S240方式(2.4K位/秒)，能容纳210秒的语音数据；具备异步、同步

4、串行设备接口；具有低电压复位(LVR)功能和低电压监测(LVD)功能；内置在线仿真电路接口ICE（In- Circuit Emulator）； 具有保密能力；具有WatchDog功能（由具体型号决定）一、设计功能及要求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，示意框图如下：  具体要求（1）测量范围：电阻1001M；电容100pF10000pF；电感100H10mH。（2）测量精度：±5% 。（3）制作4位数码管显示器，显示测量数值，并用发光二极管分别指示所测元件的类型和单位。1.2系统功能基本完成以上具体要求使用三个按键分别控制R、C、L

5、的测试红、黄、绿三个二极管分别代表三种类别的测试加入语音播报功能：如测量结果为6.8K欧姆则语音播报“六点八K欧姆”；如果电阻小于100欧姆则语音播报“电阻小于100欧姆”。二、方案设计与论证      测量电子元器件集中参数R、C、L的仪表种类较多，方法也各有不同，但都有其优缺点。一般的测量方法都存在计算复杂、不易实现自动测量而且很难实现智能化。 在这里我们着重要介绍的是把电子元件的参数R、C、L转换成频率信号f，然后用单片机计数后在运算求出R、C、L，并送显示，转换原理分别是RC振荡和LC三点式振荡，这样就能够把模拟量近似的转换位数字量，而

6、频率f是单片机很容易处理的数字量，这种数字化的处理一方面便于使仪表实现智能化，。方案中用到的单片机式凌阳的16位单片机SPCE061A，由于该CPU具有丰富的I/O口和丰富的时基信号，为我们提供了极大的方便，其中可以利用I/O口置高低电平来实现量程的转换，由于单片机SPCE061A的定时器可以通过外部时钟源来计数，我们便可以将555电路或电容三点式振荡电路产生的频率作为SPCE061A的定时器的时钟源，这样就很容易得到被测R/C/L对应产生的频率。而且SPCE061A具有语音处理功能，我们在显示的基础上还可以加入语音播报，使得整个测量过程更加智能化。三、系统硬件电路设计3.1电路方框图及说明系

7、统分三大部分，及测量电路，通道选择和控制电路，如下图所示。SPCE061A根据所选通道，通过IOA4和IOA3向模拟开关送两位地址信号，取得振荡频率,然后根据所测频率判断是否转换量程，或者是把数据进行处理后，得出相应的参数值。  3.2各部分电路设计3.2.1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:100Rx<1000欧姆：IOA5设置为高电平

8、输出，IOA7设为低电平输出；R2=200欧姆；C2=0.22uF； Rx=(6.56*(1e+6)/(2* fx)-330/2对应的频率范围为： 2.8Kfx <16K1000Rx<1M欧姆：IOA6设置为高电平输出，IOA8设为低电平输出。R1=20k欧姆；C1=103PF；  Rx =(1.443*(1e+8)/(2* fx)-(1e+4) 3.2.2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

9、）（R1+R2）*Cx+（ln2）R2*Cx我们设置R1=R2;得出： 即： 电路分为2档:R1510K欧姆：IOA10设置为高电平输出；R4=R6； Cx= (0.94*(1e+6)/ fx; 对应的频率范围为： 9.4Kfx <0.94KR1100K欧姆： IOA9设置为高电平输出；R5=R6； Cx =(4.81*(1e+6)/ fx;对应的频率范围为： 480Hzfx <4.8K 3.2.3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，

10、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。  得出： 即：   Lx=(38*(1e+6)/ f023.2.4多路选择开关电路利用CD4052实现测量类别的转换，CD4052是双4选一的模拟开关选择器件。当选择了某一通道的频率后，输出频率通过通过IOB4作为CPU定时器的时钟源并开始计数，当计数到3秒后读出计数器的值，除以3就得到了被测R/C/L所对应产生的频率，通过计算得到要被测值。  IOA4IOA3测量类别00Y0-R01Y1-C10Y2-L11*    3.2.5按键及数码管显示电路按键和二极管分别表示不同

11、类别的测量，如下表所示：  按键二极管对应测试项KEY1L1测试RKEY2L2测试CKEY3L3测试L   数码管显示显示内容如下图所示：  3.2.6音频输出电路语音播报测量结果，当测试结果显示相对较稳定后开始播报测试结果。        四、软件设计4.1I/O口的分配I/OA口的分配   IOA0-IOA3:按键输入；IOA3-IOA4:模拟开关通道选择；IOA5-IOA6:R测量电路中充电电阻选择；IOA7-IOA8:R测量电路中充放电电容选择；IOA9-IOA10:C测量电路

12、中充电电阻选择；IOA12-IOA14:R/C/L测量指示灯；具体可参见下表：IOA15-IOA12IOA11-IOA8IOA7-IOA4IOA3-IOA0A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0×二极管 R:100C:010L:000×    “1”有效    “0”有效“1”有效 通道选择  R:0 0C:0 1L:1 0*: 1 1key R:001C:010L:100I/OB口的分配如下表所示: IOB口分配情况如下：IOB2：设置为反向输出IOB4：设置为悬浮输入B3、

13、IOB4-IOB7：数码管的位选IOB8-IOB15：数码管的段码控制  具体可参见下表：  IOB15-IOB12IOB11-IOB8IOB7-IOB4IOB3-IOB0数码管段码B7B6B5B4B3B2B1B0数码管位选悬浮输入位选反相输出××4.2主程序流程图  4.3中断服务程序流程 五、系统测试及整机指标    电阻表值万用表读数本仪表读数200欧姆197.41961k欧姆9911.06k20k欧姆19.8k20.8k10k欧姆9.8810.4k100k欧姆99.8 104k510K欧姆5165

14、15k电容表值万用表读数本仪表读数100pF    120pF    1000pF    0.01uF      六、总结由于SPCE061A的时钟最高可达49M，32个I/O口，而且具有一定的语音处理功能等，这些都为我们实现电路提供了非常便利的条件1、量程的切换，一般情况我们会采用模拟开关或继电器来控制，我们在这里只需要几个I/O口即可实现该功能不需要外加任何电路，控制简单、节省成本；2、SPCE061A有丰富的时基中断，我们可以采用2Hz实现定时一两秒，程序简单而且精度高；3、SPCE061A定时器可以采用外部时钟源计数，则为我们计算振荡电路产生频率提供了便利，而且计算精度较高，控制简单；4、SPCE061A具有语音处理功能，可以非常轻松的加入语音播报功能，使整个设计更加智能；5、SPCE061A具有“看门狗”功能，避免出现“死机