基于ATmega128L单片机的数字式RLC测量仪毕业论文

1、玉林师范学院本科生毕业设计基于ATmega128L单片机的数字式RLC测量仪The Digital RLC Measuring Instrument Based on ATmega128L Microcontroller 院 系电子与通信工程学院专 业电子信息科学与技术班 级2009级2班姓 名学 号200905402223指导教师单位电子与通信工程学院指导教师姓名指导教师职称讲 师 基于ATmega128L单片机的数字式RLC测量仪电子信息科学与技术2009级2班 郑勇指导老师 郑金存摘要 随着智能化和数字式测量仪表的发展，智能化测量仪表得到了越来越广泛的应用，设计数字化的仪器已成为市场需求

2、。本设计是根据单片机测出RLC电路的输出频率，然后对电阻、电感、电容三大基本电子元件进行测量，而且利用继电器进行自动换挡测量。其基本原理是以ATMEL公司的8位高速低功耗单片机ATmega128L为控制核心，通过相应的电子电路将电阻值、电感值、电容值均转换成频率值，利用单片机的内部计数器进行测频，然后通过程序运算计算出待测元件的数值送往12864液晶屏上显示。本设计系统电路包括电源电路，单片机系统电路，RLC测量电路，自动测量电路，液晶显示电路。本设计测量的电阻范围为10-10M，精度为2；测出的电容范围为100pF-100uF,精度为3；测出的电感范围为10uH-10mH，精度为5。本设计作

3、品有操作方便，准确度高等优点。关键词: 单片机，RLC测量，自动换挡The Digital RLC Measuring Instrument Based on ATmega128L Microcontroller Electronic Information Science and Technology 2009-2 ZhengYongSupervisor ZhengJin-cunAbstract With the development of intelligent and digital measuring instruments, intelligent measuring instru

4、ments has been widely applied. Therefore, the design of digital instruments has become a market demand. This design can measure the resistor, inductor, capacitor which are the three basic electronic components based on the output frequency of RLC circuit measured by the single chip microcomputer. An

5、d this is completed through the automatic transmission measurement by relays. The basic principle is: with ATmega128 being the controlling core , which is the 8 bits high-speed and low-power microcontroller of ATMEL company, convert the resistance, inductance, capacitance values into the relative fr

6、equency values through the corresponding electronic circuit, and use MCU internal counter for frequency measurement. Then display the numerical value of the components to be tested on the 12864 LCD screen through the procedural arithmetic. This system circuit design includes power circuit, microcont

7、roller system circuit, RCL measurement circuit, automatic measurement circuit and LCD display circuit. The scope of resistance measurement of this design is between 10 -10 M with the accuracy of 2%. The capacitance range measured is between 100pf-100uf with the accuracy of 3%. The inductance measure

8、d is in the range of 10uH-10mH with the accuracy of 5%. Measure inductance in the range of 10uH-10mH, accuracy of 5%. This design has many advantages such as convenient operation and high accuracy. Key words：microcontroller, RLC measuring, automatic shift目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc5203 1引言 P

9、AGEREF _Toc5203 1 HYPERLINK l _Toc17299 2任务介绍与方案论证 PAGEREF _Toc17299 1 HYPERLINK l _Toc15976 2.1任务介绍 PAGEREF _Toc15976 1 HYPERLINK l _Toc28507 PAGEREF _Toc28507 1 HYPERLINK l _Toc1695 2.2.1电阻测量方案选择 PAGEREF _Toc1695 1 HYPERLINK l _Toc22315 2.2.2 电容测量方案选择 PAGEREF _Toc22315 2 HYPERLINK l _Toc9327 2.2.3

10、电感测量方案选择 PAGEREF _Toc9327 3 HYPERLINK l _Toc14872 2.2.4单片机方案选择 PAGEREF _Toc14872 3 HYPERLINK l _Toc4653 2.2.5显示模块方案选择 PAGEREF _Toc4653 3 HYPERLINK l _Toc19057 量程切换模块方案的选择 PAGEREF _Toc19057 4 HYPERLINK l _Toc32014 3主要器件介绍 PAGEREF _Toc32014 4 HYPERLINK l _Toc15405 3.1 ATmega128L单片机的介绍 PAGEREF _Toc1540

11、5 4 HYPERLINK l _Toc27605 PAGEREF _Toc27605 5 HYPERLINK l _Toc12099 ADVFC32压频简介 PAGEREF _Toc12099 6 HYPERLINK l _Toc2476 3.4 OP07芯片的简介 PAGEREF _Toc2476 7 HYPERLINK l _Toc21282 3.5 555电路的结构组成和工作原理 PAGEREF _Toc21282 7 HYPERLINK l _Toc32510 3.6 OPA820芯片介绍 PAGEREF _Toc32510 8 HYPERLINK l _Toc29909 3.7 T

12、LV3502芯片介绍 PAGEREF _Toc29909 8 HYPERLINK l _Toc24957 4硬件电路介绍 PAGEREF _Toc24957 9 HYPERLINK l _Toc16816 测量仪的系统框架 PAGEREF _Toc16816 9 HYPERLINK l _Toc15493 4.2 ATmega128L单片机电路图的设计 PAGEREF _Toc15493 9 HYPERLINK l _Toc18319 PAGEREF _Toc18319 10 HYPERLINK l _Toc21212 PAGEREF _Toc21212 10 HYPERLINK l _Toc

13、791 PAGEREF _Toc791 12 HYPERLINK l _Toc310 PAGEREF _Toc310 12 HYPERLINK l _Toc2773 PAGEREF _Toc2773 13 HYPERLINK l _Toc4277 PAGEREF _Toc4277 14 HYPERLINK l _Toc19151 PAGEREF _Toc19151 15 HYPERLINK l _Toc23934 5系统软件设计 PAGEREF _Toc23934 16 HYPERLINK l _Toc13800 PAGEREF _Toc13800 16 HYPERLINK l _Toc166

14、32 PAGEREF _Toc16632 17 HYPERLINK l _Toc20940 6系统调试 PAGEREF _Toc20940 18 HYPERLINK l _Toc31863 6.1硬件调试 PAGEREF _Toc31863 18 HYPERLINK l _Toc19314 6.2软件调试 PAGEREF _Toc19314 18 HYPERLINK l _Toc32319 6.3 系统测试数据 PAGEREF _Toc32319 18 HYPERLINK l _Toc8335 6.3.1测试仪器 PAGEREF _Toc8335 18 HYPERLINK l _Toc3165

15、7 6.3.2电阻测试数据 PAGEREF _Toc31657 19 HYPERLINK l _Toc3496 6.3.3电容测试数据 PAGEREF _Toc3496 19 HYPERLINK l _Toc29045 6.3.4电感测试数据 PAGEREF _Toc29045 20 HYPERLINK l _Toc11684 误差分析 PAGEREF _Toc11684 20 HYPERLINK l _Toc25474 7结束语 PAGEREF _Toc25474 20 HYPERLINK l _Toc24340 致谢 PAGEREF _Toc24340 21 HYPERLINK l _To

16、c16269 参考文献 PAGEREF _Toc16269 22 HYPERLINK l _Toc25733 附录 PAGEREF _Toc25733 23 HYPERLINK l _Toc8870 附录A：作品实物图 PAGEREF _Toc8870 23 HYPERLINK l _Toc8344 附录B：主程序 PAGEREF _Toc8344 241引言目前，单片机技术1在智能化测量仪表2中得到了越来越广泛的应用，利用单片机可以实现测量仪表的自动化和智能化，并能进行数据分析和处理以达到仪表的高精度和高可靠性。RLC测量仪是一种自动测量电阻R、电感L、电容C等参数的测量仪器。高精度测量RL

17、C参数技术可广泛用于电阻、电容、电感元件的筛选，还可以用于电路板分立元件的参数测量与分析。本文设计的RLC测量仪是将电子元件的参数通过测量电路转换成频率的值，再通过单片机计算处理输出显示在液晶上，利用继电器实现测量仪的自动切换测量，经过软件设计实现测量仪的测量功能。与传统的测量仪器相比，该RLC测量仪有操作方便、测量精度高、测量范围广、测量智能化等优点，具有很大的实用性和推广意义。2任务介绍与方案论证 任务要求有：1、本系统要求实现RLC智能化测量，通过单片机控制继电器实现自动选择测量、自动切换测量量程。2、要求友好的人机交流界面，运用12864液晶显示和44矩阵键盘使显示界面友好操控，简洁方

18、便。 3、电阻测量的要求范围为1001M精度为5；电容测量要求范围为100pF10uF 精度为5；电感测量要求范围为100H10mH精度为5。电阻测量方案选择方案一：利用RC充电原理测电阻。其利用RC充电的原理测量电阻，首先我们选定参考电容，由RC充电公式3： =RC (2.1)可知，只要知道RC电路充电的时间就可以测量被测电阻。此方案在测量阻值比较小的电阻时其阻容时间常数也比较小，微小的时间使得单片机难以处理，计算也比较繁琐。当阻值较大时电阻阻值的时间常数的线性度很差，其计算的结果误差也很大，所以使得电阻测量的范围很小。方案二:电阻分压法。该方案易于实现且原理比较简单，从理论上说只要给定精确

19、的参考电阻，就能够以基准电阻测量任何大小的电阻阻值。在测量中被测电阻分压的电压值通过伏频转换芯片ADVFC32把电压转换频率送往单片机计数。这样使得测量过程比较方便，其结果比较精确，测量的范围也比较广。 图2.1 电阻分压测量电阻电路Figure 2.1 The resistor voltage divider resistance measurement circuit 如图2.1,用稳定的电源Vcc把基准电阻R0与被测电阻RX串联在电路中。由于串联电路电阻有分压的作用，根据电路电阻分压的公式3： (2.2)与已知的参考电阻就可以测量出阻值。 方案三：伏安法4。它的测量原理来源于阻抗的定义，

20、即若已知流经被测阻抗的电流相量并测得被测阻抗两端的电压，通过比率便可得到被测阻抗的相量。显然，要实现这种方法，仪器必须能进行相量测量及除法运算。 综合考虑以上方案，本设计采用方案二，用电阻分压法测量电阻。 电容测量方案选择方案一：利用“脉冲计数法”原理，通过采用RC与NE555定时器组成的多谐振荡电路，固定准确的参考电阻，然后通过测量振荡输出的频率就可以测出电容的电容值大小。此方案硬件电路结构简单容易实现，而且测量的电容容值范围也比较广，同时该多谐振荡电路输出是频率的值。单片机可以对其输出频率直接进行计数。方案二：电桥法5：具有较高的测量精度，被广泛采用，现已派生出许多类型。但电桥法测量需要反

21、复进行平衡调节，测量时间长，很难实现快速的自动测量。综合考虑以上方案，本设计采用方案一，用NE555构建RC多谐振荡电路测量电容。电感测量方案选择方案一:利用电桥平衡法测量电感6。用待测电感和已知标准电阻、电容组成电桥。单片机调节电阻参数使电桥平衡，此时，电感的大小由电阻和电桥的本征频率即可求得，然后由电桥的计算公式求出被测电感。该方案测量的电感比较准确，但该方案电路复杂，实现起来比较困难。方案二:采用电容三点式振荡电路来实现7。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，称为电容三点式

22、电路。该电路测量简单、方便，准确度高。 综合考虑以上方案，本设计采用方案二，LC和三极管构成三点式振荡电路测电感。单片机方案选择方案一：采用FPGA作为系统控制器。FPGA功能强大，可实现各种复杂的逻辑功能，规模大，密度高，它将所有器件集成在一块芯片上，可以减少体积，提高稳定性，并且可用EDA软件仿真8、调试，易于进行功能扩展，但成本高。由于本设计对数据的处理速度本不高，FPGA的高速处理优势得不到充分体现，且硬件电路复杂。方案二：采用AT89S52单片机9作为控制器。该单片机算术运算功能较强，软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑功能。本身带有定时/计数器，可以用来定时、计数

23、，并且具有功耗低、体积小、技术成熟和成本低等优点。但是测量频率只有500k，达不到系统对频率测量的要求。方案三：采用ATmega128L单片机作为系统的主控单片机10。ATmega128L单片机速度快，系统运行非常稳定。它能够测量频率在2M以内的方波脉冲，满足了本系统对频率测量的要求，同时该单片机算术运算功能强大，编程采用的是精简指令集，低功耗，而且I/O口的电流也能够直接驱动继电器。综合考虑以上方案，本设计采用方案三，用ATmega128L单片机做控制器。显示模块方案选择方案一：采用数码管显示。数码管具有寿命长，耐老化，对外界环境要求低等优点。但LED八度数码管引脚排列不规则，动态显示时要加

24、驱动电路，硬件电路复杂。方案二：采用带有字库的12864液晶显示屏。12864液晶显示屏（LCD）具有功耗低、轻薄短小无辐射危险，平面显示及影像稳定，不闪烁，可视面积大，画面效果好，抗干扰能力强等优点。同时，12864带有字库，编程容易，且具有多种功能：光标显示、画面移位、睡眠模式，增加可读性，降低功耗。综合考虑以上方案，本设计采用方案二，用12864液晶显示。量程切换模块方案的选择方案一：采用拨码开关进行量程切换。拨码开关体积小，使用简单，但是必须采用手动才能进行量程切换，不能自动切换量程，测量时显得比较麻烦。方案二：采用HRS1H-S-DC5V继电器作为量程切换模块。该继电器体积较小，使用

25、简单，ATmega128L单片机能够直接驱动，不需要再加三极管进行电流放大，实现了自动切换量程。综合考虑以上方案，为了能够实现自动测量，设计选择方案二，采用继电器作为量程切换模块。3主要器件介绍3.1 ATmega128L单片机的介绍ATmega128L单片机引脚如图3.1所示：图3.1 ATmega128L引脚图Figure3.1 The ATmega128L Pin Figure ATmega128L118位微控制器是ATMEL推出的AVR单片机中的高档产品，具有高速低功耗、超强功能、精简指令的特点，能够同时读、写。在执行指令的同时，通过SPI、UART或两线接口对快闪存储器进行编程或重新

26、编程。AVR内核具有丰富的指令集和32个通用工作寄存器。所有的寄存器都直接与算术逻辑单元(ALU)相连接，使得一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个独立的寄存器。这种结构大大提高了代码效率，并且具有比普通的复杂指令集微处理器高10倍的数据吞吐率。 ATmega128L具有如下特点：128K字节的系统内可编程Flash( 具有在写的过程中还可以读的能力，即RWW)、4K字节的EEPROM、4K字节的SRAM、53个通用I/O口线、32个通用工作寄存器、实时时钟RTC、4个灵活的具有比较模式和PWM功能的定时器计数器(T/C)、两个USART、面向字节的两线接口TWI、8通道10位ADC( 具有

27、可选的可编程增益)、具有片内振荡器的可编程看门狗定时器、SPI串行端口、与IEEE1149.1规范兼容的JTAG测试接口( 此接口同时还可以用于片上调试)，以及六种可以通过软件选择的省电模式。空闲模式时CPU停止工作，而SRAM、T/C、SPI端口以及中断系统继续工作；掉电模式时晶体振荡器停止振荡，所有功能除了中断和硬件复位之外都停止工作，寄存器的内容则一直保持；省电模式时异步定时器继续运行，以允许用户维持时间基准，器件的其他部分则处于睡眠状态；ADC噪声抑制模式时CPU和所有的I/O模块停止运行，而异步定时器和ADC继续工作，以减少ADC转换时的开关噪声；Standby模式时振荡器工作而其他

28、部分睡眠，使得器件只消耗极少的电流，同时具有快速启动能力；扩展Standby模式则允许振荡器和异步定时器继续工作。12864液晶显示模块是12864点阵的汉字图形型液晶显示模块，可显示汉字及图形，该系统所用的12864液晶使用ST7920控制器，5V电压驱动，带背光，内置8192个1616点阵，128个字符及64256点阵显示RAM。带中文字库的LCD12864每屏可显示4行8列共32个1616点阵的汉字，每个显示RAM可显示1个中文字符或2个168点阵ASCII码字符，即每屏最多可实现32个中文字符或64个ASCII码字符的显示,与外部CPU接口采用并行的控制方式。利用12864显示模块灵活

29、的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。表3.1为该模块管脚使用的说明：表3.1 12864LCD管脚功能Table 3.1 12864 LCD tube foot function名称型态电平功能描述VccI-模块电源输入GNDI-模块电源输入V0I-电源地VeeI-对比度调节PSBIH/L液晶驱动电压输入RSTIH/L并口/串口选择:H 并口；L 串口 RSIH/L寄存器选择：H 数据；L 指令R/WIH/L读写选择：H 读；L 写ENIH/L使能信号DB0-DB3I/OH/L数据总线低四位DB4-DB7I/OH/L数据总线高四位LEDAI背光正LEDKI背光负3.

30、3 ADVFC32压频简介图3.2(a)所示为ADVFC32芯片的管脚图，ADVFC32是一种电压/频率转换器和频率/电压转换器的综合器件。具有良好的线性度，满度时的频率范围为0500KHz。输入正电压或者负电压就可以转换输出相应比例的频率，这个过程只需要很少的外围电路就可以完成。用相同的外围电路亦可以完成频率到电压的转换，加入一个简单的偏置网络就可以调节输入逻辑电平的范围。ADVFC32工作于电压/频率转换器模式时。该芯片的基本外围电路连接方法如图3.2(b)： （a） （b） 图3.2 ADVFC32管脚图和外围电路Figure 3.2 feet ADVFC32 tube map and

31、peripheral circuit3.4 OP07芯片的简介OP07芯片是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。由于OP07具有非常低的输入失调电压（OP07A最大为25V），所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。OP07同时具有输入偏置电流低（OP07A为2nA）和开环增益高（OP07A为300V/mV）的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得OP07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面。管脚图如图3.3所示： 图3.3 OP07管脚图Figure 3.3 feet 0P07 tube map3.5 555电路的结构组成和工作原理NE555集成电路开

32、始是作定时器应用的，所以叫做555定时器。但后来经过开发，还可用于调光、调温、调压、调速等多种控制及计量检测。此外，还可以组成脉冲振荡、单稳、双稳和脉冲调制电路，用于交流信号源、电源变换、频率变换、脉冲调制等。由于它工作可靠、使用方便、价格低廉，目前被广泛用于各种电子产品中，555集成电路内部有几十个元器件，有分压器、比较器、基本R-S触发器、放电管以及缓冲器等，电路比较复杂，是模拟电路和数字电路的混合体。电路组成及其引脚如图3.4： 图3.4 电路组成及其引脚Figure 3.4 The circuit components and pin3.6 OPA820芯片介绍OPA820为常见的运算

33、放大器，单位增益稳定，OPA820的输入失调电压，噪声，等指标都很小，适合放大小信号。运算放大器一般可简单地视为：具有一个信号输出端口（out）和同相、反相两个高阻抗输入端的高增益直接耦合电压放大单元，因此可采用运放制作同相、反相及差分放大器。OPA820的管脚图如3.5所示： 图3.5 OPA820芯片管脚 Figure 3.5 The OPA820 chip pins 3.7 TLV3502芯片介绍TLV3502为双通道高速比较器，功能快速，在4.5 ns可以完成传播延迟和操作过程。本设计的作品的电源电压分别为V+=+5v，V-=-5v。该比较器输入（几乎没有噪音豁免的范围内）指定的偏移电

34、压(5 mv)。对于缓慢移动或嘈杂的输入信号，多个开关作为输入信号，通过比较开关阈值，比较器输出高或低电平。在这样的应用程序，6 mv的内部磁滞的TLV3502可能是不充分的。在某些情况下更大的噪音免疫力，是理想的。管脚图如3.6所示： 图3.6 TLV3502芯片管脚Figure 3.6 The TLV3502 chip pins 4硬件电路介绍测量仪的系统框架本设计的原理框架如下图4.1所示，系统以ATmega128L单片机为控制核心，用RLC测量电路、继电器自动换挡电路和12864液晶显示电路实现了对电阻、电感、电容的测量。图4.1 系统原理框图Figure 4.1 The system

35、 principle diagram4.2 ATmega128L单片机电路图的设计图4.2中，主要包括ATmega128L单片机、JTAG下载电路、ISP下载电路、复位电路、时钟电路、液晶显示电路，独立按键电路，流水灯电路等。使用ICCAVR软件对ATmega128L单片机进行编程操作，实现频率测量、量程切换、控制12864液晶屏等功能。 图4.2 ATmega128L单片机电路图 The circuit diagram of ATmega128L MCU电阻测量电路设计由于电阻范围较广，常用电阻的范围是110M，所以采用电阻分压法测量电阻的时候需要分为多个测量量程。每个测量量程都用一个合适的

36、精密电阻作为参考电阻。为提高测量精度，电阻测量电路中使用了ADVFC32伏频转换芯片，利用精密电阻搭成的电阻网络将被测电阻阻值的变化量分为09(V)的电压变化，该电压经过运算放大器OP07跟随后接入ADVFC32的电压控制端，ADVFC32会输出一个频率随输入电压线性变化的脉冲波，脉冲波频率的范围是038（KHz）。最后通过单片机的计数器计算出具体频率值，根据ADVFC32的输入电压和输出频率之间的线性关系,还有精密电阻的分压比就可以求出待测电阻的阻值。图4.3 电阻测量原理图Figure 4.3 The resistance measurement principle diagram图4.3

37、所示电路为电阻测量原理图，由原理图可以看出，被测电阻RRX和已知电阻RRB是串联关系，当RRX发生改变时，RRX两端电压就会发生变化。然而实际电路中我们要把经过OP07运算放大器跟随后再输入到压频变换芯片ADVFC32的电压控制端，然后ADVFC32频率输出端会产生频率与输入电压呈线性关系的方波脉冲，可以通过频率计数器和单片机得到。相关计算如下12： (4.1)其中是已知电压，。 (4.2) 其中10是ADVFC32电压控制端的电压满刻度值，38000是满电压值对应的输出频率满刻度值。由（4.1）式和（4.2）式可知，只要知道，便可以求出被测电阻的值。电容测量电路设计由一个555电路构成的多谐

38、振荡器电路。其振荡周期为13： (4.3)图4.4中，RC1与RC2、RC3与RC4、RC5与RC6、RC7与RC8的阻值相等，分别组成四个不同的量程。单片机控制继电器选择不同的电阻配对，可得到不同的量程，再将多谐振荡器的输出波形接到单片机的频率测量端口，就能够测量出振荡器的输出波形的频率，通过式 (4.4) 可以计算出待测电容值。图4.4 电容测量电路原理图Figure 4.4 The capacitance measurement circuit principle diagram电感测量电路设计由电容和电感构成电容三点式振荡器，而振荡频率只和电容值和电感值有关，它们之间的关系为14：利用

39、这个公式，只须令C已知，通过测量F就可以求出L的值。如图4.5所示，在电容三点式振荡器中，C1、C2 分别采用1000pF和1000pF的独石电容，其电容值远远大于晶体管极间电容，所以极间电容可以忽略。电路的稳定性主要取决于电容，在此电路中采用性能较好的独石电容，这样使得电路的误差精度可以保持在5以内。由标称元件和对应的待测元件组成的振荡回路会振荡出频率稳定的正弦波，该正弦波经过放大器OPA820和比较器TLV3502之后会产生相应频率的方波脉冲。接下来通过ATmega128L单片机测频就可以实现对电感元件的测量。图4.5 电感测量电路原理图 The inductance measuremen

40、t circuit principle diagram本系统中采用HRS1H-S-DC5V继电器作为量程切换模块。该继电器体积较小，使用简单，ATmega128L单片机能够直接驱动，不需要再加三极管进行电流放大，能实现自动切换量程的功能。该原理图由14个继电器组成，3个继电器进行电阻的自动换挡测量，8个对电容进行自动换挡测量，余下的对电子元件类型进行自动换挡测量。继电器的原理是当单片机给一个高电平时，继电器闭合，这时继电器就相当于导线，当为低电平时，继电器处于断开状态。图4.6 继电器自动换挡电路 The relay automatic shift circuit 本系统中用到的电源共有5V，

41、12V，选择了线性三端稳压芯片7805/7905、7812/7912来构成电源电路核心。首先通过一个变压器将220V市电变成18V的交流电，经过整流桥和滤波电容之后，分别通过稳压芯片就得到了需要的4路电压。在稳压芯片之后的电路中还需要加电容电感来构成滤波电路15，这个滤波电路很重要，必须将输出的直流电压中交流纹波滤除到8mV以下才能保证运算放大器和其他模拟芯片的正常工作。其次，焊接和布线对电源质量也有很大关系。焊接导线时需保持焊点光滑，不能有毛刺，特别是稳压芯片管脚上的焊点，有时候焊点的毛刺会带来很大的纹波干扰16。布线时，尽量避免粗导线交叉，不同电源之间的导线应留有一定距离，尽量将线间干扰降

42、到最低。图4.7 系统电源的电路图Figure 4.7 The system of power supply circuit diagram键盘电路原理图如图4.8所示。键盘电路是一个很典型的 44 矩阵键盘电路。利用键盘对电子元件类型进行换挡测量。图4.8 键盘电路原理图Figure 4.8 The keyboard circuit principle diagram5系统软件设计本系统程序设计主要包括按键扫描、系统测量、液晶显示等。其主流程图如图5.1所示： 开始按键扫描是否有按键值进入测量模式进行测量进入待测模式进行等待LCD显示Nh是Y图5.1 程序主流程图 The program Z

43、huLiuCheng figure通电时，先对单片机及液晶进行初始化，然后进入键盘扫描状态并判断键盘是否有输入值及键盘输入值是多少，并根据输入值进入测量模式或是待测模式，进入模式后，经过程序运算后把相应的信息送往液晶显示并返回键盘扫描状态。测量模式程序流程如下图5.2。 测量模式输入 液晶显示 电感模式 电感测量 电容测量 电容模式 电阻测量 电阻模式 模式值变化 启动继电器 图5.2 测量模式程序流程图Figure 5.2 The measurement model program flow chart当程序进入测量模式时，首先判断按键按下的档位值（即选择测量电阻、电容、电感的档位），然后根

44、据不同的档位值通过继电器自动切换到相应的档位上。在电阻和电容测量电路中为提高测量精度都设有多个不同的测量量程。测量时，单片机会根据输出的频率值大小启动继电器切换到不同的测量量程进行测量，最后把测量的频率值和换算的电子元件值送往12864液晶屏上显示。电感测量时，不需要进行量程换挡，单片机直接根据电感测量电路输出的频率进行计数，再通过公式进行软件调试，最后把数据输出显示在液晶上。6系统调试本设计的硬件电路由电源电路、单片机控制电路、液晶显示电路、键盘输入电路、继电器驱动电路、测量电路组成。在硬件调试中采用了分模块调式方法进行调试。电源模块调试：首先检查电源模块是否有短路、是否有接错现象，确认正确

45、后再上电，再用万用表测其输出是否正常。单片机控制电路调试：测试单片机时先下载一个简单的流水灯程序，观察单片机的I/O口是否正常，最好是测一下I/O口的输出电压是多少，如果少于3.5v可能就驱动不了继电器。正常的I/O口的输出电压应该在4.3v-5v之间。液晶显示电路调试：如果单片机控制电路正常，然后给显示电路上电，接着下载一个简单的液晶显示例程，若液晶能正常显示，则该模块可以正常使用。键盘输入调试：下载一个简单的键盘例程到单片机，观察按键输入和显示的情况就可以知道键盘是否正常。继电器驱动模块调式：用单片机给继电器输入一个1HZ的方波频率，是否听到继电器有闭合的响声。如果能听见“吱吱吱吱”的声音

46、，说明继电器良好。 测量电路模块调试：首先固定一个档位和量程，在没有接被测元件时，用示波器检测输出端是否有信号频率输出，如果没有再接上电子元件检查是否有方波信号输出，如果有信号输出就说明调试成功，然后再换到另一个量程测试，依次类推下去。在软件调式中直接将程序下载入单片机进行分模块调试。首先调试液晶显示模块，接着调试按键扫描程序，观察是否出现3种测量模式（电阻测量、电容测量、电感测量），最后调试验证是否有频率输出显示在液晶上。如果有，根据增大或减少频率值调试自动换挡程序，如果正常就调试频率转换程序。如果上述调试都成功，那本设计的软件调试就成功完成了。6.3 系统测试数据测试仪器 数字万用表（GD

47、M-8248），双踪数字示波器（GDS-2202），直流稳压电源（DF1731SLL3A），双踪模拟示波器（GOS-6103C），数字电桥（型号：HF2817)。 电阻测试数据表6.1所示数据是通过标准数字电桥测量的电阻值与本系统测量的电阻值对比。表6.1 电阻测试数据Table 6.1 The resistance test data待测电阻值（标称）/本系统测量值/电桥测量值/误差1010.1010.111-0.11%100%300-0.94%1KK%51K+%110KKK%665K671KK%820K823KK-%1MMM-0.50%10MMM+0.39%电容测试数据表6.2 电容测试数

48、据 The capacitance test data待测电容值（标称）./F本系统测量值./F电桥测量值./F误差100p110.61p114p-%560pp551p%3.61 n%100nnn+0.15%100n+1.01%560nnn%1u-%10u%47u46.5uu+%100uuu%电感测试数据表6.3 电感测试数据待测电感值（标称）/H本系统测量值/H电桥测量值/H误差10u10.52 u10.284 u%33uu u%100 u u u%270u-0.80%470 u uu+%570 u566.86 u5 u+%1m0273mm%3m3.134m%4.8m4.97675m4.95

49、7m+0.40%8.6m8.64m8.61m+0.35% The inductance test data误差分析系统误差来源比较多，比如电源的稳定性，环境温度的变化、运放的漂移，电路板的焊接，以及测试电路中标准元件的精确度等。但是，主要误差是电源质量和标准元件的精度造成的，为了克服这个问题，就要采取多种措施来减小误差。本系统中采用的方法是多次测量求平均值来减小误差，然后在软件中加入修正值。经过求平均值后，系统的误差得到有效的降低。7结束语该测量仪具有功能强、性能可靠、电路简单、测量方便等特点，加上自行设计的浮点数的运算、累计频率功能等，使它可方便地扩展其他功能，如频率计。量程自动转换等功能又

50、使这个测量仪表具有较高的智能化水平。本文设计的这种把元件参数转换成频率后测量的方法也有不足之处，主要是必须保证电路起振，并且振荡要稳定，否则会增加误差。这也是今后需进一步完善的地方。 致谢经过近三个月时间的努力，毕业设计已趋于完成。在毕业设计的阶段，首先非常感谢我的指导老师*老师为我的毕业设计给予很大的帮助，在毕业设计选题的时候为我提供很好的毕业设计方案并做出详细的讲解，在我的毕业设计过程中给予耐心辅导和认真的监督。正因为有了郑老师的指导监督、其他老师的帮助及自身的努力我的毕业设计才能够胜利的完成。四年的读书生活在这个季节即将划上一个句号，而于我的人生却只是一个逗号，我将面对又一次征程的开始。

51、四年的求学生涯在师长、亲友的大力支持下，走得辛苦却也收获满囊，在论文即将付梓之际，思绪万千，心情久久不能平静。感谢我的爸爸妈妈，养育之恩，无以回报，你们永远健康快乐是我最大的心愿。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入选题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助， 在这里请接受我诚挚谢意！ 人生的道路有许多的坎坷，有痛苦，有伤心，有无助，也有面对一切所不能忍受的，这就是生活。但是生活中确实有许多美好的东西，有些时候你不会看到它本身的色彩，如果你用这一种方式感受不到的话，不妨换一种方式去感受，也许它正是你所需要的那种生活方式。千万不要放弃生活，你放弃了它，生活也就

52、放弃了你，人生贵在的是感受，会感受才会有幸福， 在生活中如果你感受的多了，那你才会感受到生活中的美好。 参考文献1 何嘉扬, 赵志鹏编著.AVRHYPERLINK :/11:8080/opac/openlink.php?title=AVR%25%156%1C+j/%1A%12$C835%25-.%1B=%18单片机开发从入门到精通.北京:中国电力出版社,2009. 2 HYPERLINK :/www /KCMS/detail/search.aspx?dbcode=CJFQ&sfield=au&skey=%C0%EE%D3%C2&code=10808386;李勇. 浅谈智能化测量仪器仪表中的设计

53、理念J. 硅谷, 2008, 6: 20. 3 古天祥等，电子测量原理M，北京，机械工业出版社，2004.8.4 吴治隆. 电路分析基础M .重庆大学出版社, 2004.03.5 杨龙麟，电子测量技术M.重庆大学出版社，2004.6 6 高吉祥主编.全国大学生电子设计竞赛培训系列教程M.北京：电子工业出版社，2007.6. 7 杨素行.模拟电子技术基础简明教程（第二版）M .北京：高等教育出版社，2004：145.8 余孟尝.数字电子技术基础简明教程（第二版） .北京：高等教育出版社，2004：145.9 王幸之.AT89系列单片机原理与接口技术M .北京：北京航空航天大学出版社，2002：7

54、8. 10 吴治隆. 张华宇, 谢凤芹, 王立滨等编著.AVR单片机开发入门与典型实例.北京:机械工业出版社,2011. 11 胡汉才编著.HYPERLINK :/11:8080/opac/openlink.php?title=(O%25%25AVR%25%156%1C+jD%1D0,%20C%16C3高档AVR单片机原理及应用.北京:清华大学出版社,2008. 12 郭戌生等，电子仪器原理M，国防工业出版社，1989. 13 黄智伟编著.全国大学生电子设计竞赛制作实训M.北京：北京航天航空大学出版社，2007.2.14 王松武，蒋志坚，电子测量仪器原理及应用（I）通用仪器M，哈尔滨工程大学，

55、2002.15 杨吉祥等，电子测量技术基础M，南京，东南大学出版社，2005.1.16 陆绮荣，电子测量技术M，北京，电子工业出版社，2007.1. 17 朱飞, 杨平编著.HYPERLINK :/11:8080/opac/openlink.php?title=AVR%25%156%1C+jCC_AD/%1A%12835C%25T=:%250mAVR单片机C语言开发入门与典型实例.北京:人民邮电出版社,2009 .附录附录A：作品实物图附录B：主程序#include #include #define uchar unsigned char#define uint unsigned int#de

56、fine ulong unsigned long#define LCD_DATA_PORT PORTA /定义LCD的D0-D7所在端口#define LCD_DATA_POUT DDRA|=0 xFF /定义LCD数据端#define LCD_Control_OUT DDRB|=0 xF0#define LCD_PSB_1 PORTB|=1PB7#define LCD_PSB_0 PORTB&=(1PB7)#define LCD_RS_1 PORTB|=1PB4#define LCD_RS_0 PORTB&=(1PB4)#define LCD_RW_1 PORTB|=1PB5#define

57、LCD_RW_0 PORTB&=(1PB5)#define LCD_EN_1 PORTB|=1PB6#define LCD_EN_0 PORTB&=(10;i-) for(j=ms;j0;j-);/*写指令*/void write_cmd(uchar cmd)/lcd写指令 LCD_RS_0 ;/RS=0 7 LCD_RW_0 ;/RW=0 LCD_DATA_PORT=cmd; delay(20); LCD_EN_1 ;/E=1 delay(20); LCD_EN_0 ;/E=0 delay(10);/*写数据*/void write_data(uchar data)/lcd写数据 LCD_R

58、S_1 ;/RS=1 LCD_RW_0;/RW=0 LCD_DATA_PORT=data; delay(10); LCD_EN_1;/E=1 delay(10); LCD_EN_0;/E=0/*写坐标子程序*/void lcd_pos(uchar x,uchar y) uchar pos; if(x=1) x=0 x80; else if(x=2) x=0 x90; else if(x=3) x=0 x88; else if(x=4) x=0 x98;pos=x+y;write_cmd(pos); /显示地址/*液晶初始化*/void initi_lcd()/初始化lcd LCD_PSB_1;

59、/PSB=1选择并行 write_cmd(0 x30); delay(5); write_cmd(0 x30); delay(5); write_cmd(0 x0c); delay(5); write_cmd(0 x01); delay(5); write_cmd(0 x06); delay(5);void name()/显示数字RCL测试仪 lcd_pos(1,0) ; s=0; while (string3s!=0) write_data(string3s); s+; delay(5) ; lcd_pos(2,1) ; s=0; while (string16s!=0) write_dat

60、a(string16s); s+; delay(5) ; void display10()/显示频率=XXXXXX Hz lcd_pos(3,0) ; s=0; while (string4s!=0) write_data(string4s); s+; delay(5) ; wwan=pinglv/100000000+0 x30; qwan=pinglv%100000000/10000000+0 x30; bwan=pinglv%10000000/1000000+0 x30; swan=pinglv%1000000/100000+0 x30; wan=pinglv%100000/10000+0