简易电阻、电容和电感测试仪设计说明

1、课程设计任务书学生：专业班级：指导教师：工作单位：信息工程学院题目:简易电阻、电容和电感测试仪设计初始条件：LM317LM337NE555NE5532STC89C52TLC549ICL76601602液晶要求完成的主要任务:1、测量围：电阻100Q-1MQ；电容100pF-10000pF；电感100口H-10mH。2、测量精度：5%。3、制作1602液晶显示器，显示测量数值，并用发光二级管分别指示所测元件的类别。时间安排：指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日TOC o 1-5 h z摘要3 HYPERLINK l bookmark2 ABSTRACT4 HYPERLINK l

2、bookmark4 1、绪论5 HYPERLINK l bookmark6 2、电路方案的比较与论证5 HYPERLINK l bookmark8 电阻测量方案5 HYPERLINK l bookmark10 电容测量方案7 HYPERLINK l bookmark12 电感测量方案8 HYPERLINK l bookmark14 3、核心元器件介绍10 HYPERLINK l bookmark16 LM317的介绍10 HYPERLINK l bookmark18 2LM337的介绍11 HYPERLINK l bookmark20 3.3NE555的介绍11 HYPERLINK l boo

3、kmark22 3.4NE5532的介绍13 HYPERLINK l bookmark24 3.5STC89C52的介绍14 HYPERLINK l bookmark26 3.6TLC549的介绍16 HYPERLINK l bookmark28 .7ICL7660的介绍17 HYPERLINK l bookmark30 .81602液晶的介绍18单元电路设计20 HYPERLINK l bookmark32 直流稳压电源电路的设计21 HYPERLINK l bookmark34 电源显示电路的设计21 HYPERLINK l bookmark36 电阻测量电路的设计22 HYPERLINK

4、 l bookmark38 电容测量电路的设计23 HYPERLINK l bookmark40 电感测量电路的设计24 HYPERLINK l bookmark42 电阻、电容、电感显示电路的设计25 HYPERLINK l bookmark44 程序设计26 HYPERLINK l bookmark46 中断程序流程图26主程序流程图27 HYPERLINK l bookmark48 6、仿真结果27 HYPERLINK l bookmark50 电阻测量电路仿真27 HYPERLINK l bookmark52 电容测量电路仿真28电感测量电路仿真28 HYPERLINK l bookm

5、ark54 调试过程29 HYPERLINK l bookmark56 电阻、电容和电感测量电路调试29 HYPERLINK l bookmark58 液晶显示电路调试29 HYPERLINK l bookmark60 实验数据记录30 HYPERLINK l bookmark62 心得体会31 HYPERLINK l bookmark64 参考文献32附件33 HYPERLINK l bookmark68 附件1：电路图33 HYPERLINK l bookmark70 附件2：元件清单34 HYPERLINK l bookmark72 附件3：程序代码35 HYPERLINK l book

6、mark74 附件4：实物图45近几年来，电子行业的发展速度相当快，电子行业的公司企业数目也不断增多。这个现象带来的直接结果是电子行业方面的人才需求不断增多。所以，现在大多数高校都开设与电子类相关的专业及课程，为社会培养大量的电子行业的人才。做过电路设计的工作人员或者学生大多数使用万用表来测量一些元件参数或者电路中的电压电流。然而万用表有一定的局限性，它只能测量有限种类的元器件的参数，对于电容和电感等一些电抗元件就无能为力了。所以制作一种简便的电容电感测量仪显得尤为重要，方便电路设计人员或者高校电子类专业的学生测量电路中需要用到的电容及电感的具体值。本次设计的思想是基于以上原因提出来的。该系统

7、以STC89C52单片机为控制核心，搭配必要的外围电路对电阻、电容和电感参数进行测量。系统的基本原理是将电阻阻值、电容容值、电感感值的变化均转换成方波脉冲频率的变化，利用计数器测频后通过单片机做运算，最后计算出待测元件的各个参数并显示在1602液晶屏幕上。系统使用按键选择被测元件类型，使用1602液晶屏作为显示部分。测量时，只需将待测元件引脚放在测试仪的输入端，用按键操作需要测量的参数，便可以很快测出被测元器件的参数，简便易用。实验测试结果表明，本系统性能稳定，测量精度高。关键词：STC89C52单片机电阻测量电容测量电感测量论文类型：应用型ABSTRACTInrecentyears,thee

8、lectronicindustryhavebeendevelopingwithamazingspeed,andcompaniesbasedonelectronicsareincreasing,whichdirectlycausesthegrowingneedofelectronicpeople.Sonowmostuniversitieshaveopenedwiththeelectronicsandrelatedprofessionalcoursesforthestudentstonurturealargenumberofelectronicsindustryprofessionals.Done

9、circuitdesignstafforstudentsshouldbeusedmultimetertomeasuretheparametersofanumberofcomponentsinthecircuitvoltageorcurrent.Multimeterhassomelimitations,however,itcanonlymeasuretheparametersofthelimitedtypesofcomponentsforcapacitorsandinductorsandsomereactancecomponentsonthepowerless.SoasimpleRLCmeter

10、basisisparticularlyimportanttofacilitatethecircuitdesignstafforuniversitystudentstouseinthespecificcapacitanceandinductancevalues.Thedesignideaisbasedontheabovereasonsputforward.ThesystemusesSTC89C52micro-controllerforthecontrolofthecore,withthenecessaryexternalcircuitresistance,capacitanceandinduct

11、anceparameterswhichweremeasured.Thebasicprincipleofthesystemisconvertthevalueofresistor,capacitanceorinductanceintothefrequencyofsquarewavepulse,andusethecountertodoaftertheoperationthroughthemicrocontroller,andfinallycalculatethedeviceundertestanddisplayvariousparametersinthe1602LCDscreen.Usebutton

12、stosetthetypeofparameter,anduse1602LCDscreenasthedisplaypart.Whenmeasured,simplyputthecomponentinthetesterpininput,withthekeyoperationparameterstobemeasured,andwecaneasilymeasuretheparametersofthetestedcomponents,whichiseasytouse.Experimentalresultsshowthatthesystemisstableandaccurate.Keywords:STC89

13、C52Micro-controllerMeasurementofResistanceMeasurementofCapacitanceMeasurementofInductanceTypeofthesis:Applied1、绪论在现代化生产、学习、实验当中，往往需要对某个元器件的具体参数进行测量，在这之中万用表以其简单易用，功耗低等优点被大多数人所选择使用。然而万用表有一定的局限性，比如：不能够测量电感，而且容量稍大的电容也显得无能为力。所以制作一个简单易用的电抗元器件测量仪是很有必要的。现在国外有很多仪器设备公司都致力于低功耗手持式电抗元器件测量仪的研究与制作，而且精度越来越高，低功耗越来越低

14、，体积小越来越小一直是他们不断努力的方向。该类仪器的基本工作原理是将电阻器阻值的变化量，电容器容值的变化量，电感器电感量的变化量通过一定的调理电路统统转换为电压的变化量或者频率的变化量等等，再通过高精度AD采集或者频率检测计算等方法来得到确定的数字量的值，进而确定相应元器件的具体参数。2、电路方案的比较与论证2.1电阻测量方案方案一：利用串联分压原理的方案%00GNDRxR0图2-1串联分压电路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。测量待测电阻Rx和已知电阻R0上的电压，记为Ux和U0UR-rRxU00方案二：利用直流电桥平衡原理的方案图2-2直流电桥平衡电路图根据电路

15、平衡原理，不断调节电位器R3使得电表指针指向正中间，再测量电位器电阻值。方案三：利用555构成单稳态的方案RRR23xR1图2-3555定时器构成单稳态电路图根据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。ln2*(R+2R)*C1x11-R1)得-R1)X2ln2*f*C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。2.2电容测量方案方案一：利用串联分压原理的方案（

16、原理图同图2-1）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：利用交流电桥平衡原理的方案（原理图同图2-2）ZZej（1+%）=ZZej（2+tx）122X通过调节Z1、Z2使电桥平衡。这时电表的读数为零。通过读取Z1、Z2、Zn的值，即可得到被测电容的值。方案三：利用555构成单稳态原理的方案图2-4555图2-4555定时器构成单稳态电路图根据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。1ln2*(R+2R)*C12x若R1=若R1=R2，得x3ln2*f*R1上述三种方案从

17、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容值多，而且测量调节麻烦、电容不易测得准确值，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。2.3电感测量方案方案一：利用交流电桥平衡原理的方案（原理图同图2-2）方案二：利用电容三点式正弦波震荡原理的方案输Lw-4输Lw-4图2-5电容三点式正弦波震荡电路图2冗：CC+c1121C*C（2冗f）2_2C+C12上述两种方案从对测量精度要求而言，方案二需要测量的电感值多，而且测量调节麻

18、烦、电感不易测得准确值，不易操作与数字化，相比较而言，方案二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二。3、核心元器件介绍3.1LM317的介绍LM317可输出连续可调的正电压，可调电压围1.2V37V,最大输出电流为1.5A,部含有过流、过热保护电路，具有安全可靠、应用方便、性能优良等特点。引脚图：典型电路：RR2组成电压输出调节电路，输出电压Uo表达式为：U=1.25(1+R)VoR1电容C与R2并联组成滤波电路，减小输出的纹波电压。二极管D2的作用是防止输出端与地短路时，电容C2上的电压损坏稳压器。23.2LM337的介绍与LM317正好相反，

19、LM337可输出连续可调的负电压，可调电压围1.2V-37V,最大输出电流为1.5A,部含有过流、过热保护电路，具有安全可靠、应用方便、性能优良等特点。引脚图：典型电路：R、R组成电压输出调节电路，输出电压U表达式为:引脚图：典型电路：R、R组成电压输出调节电路，输出电压U表达式为:12Vim-VoutVJXL1jC3bLR2POT2r五OU=-1.25(1+R)VoR13.3NE555的介绍555集成电路开始是作定时器应用的，所以叫做555定时器或555时基电路。但后来经过开发，它除了作定时延时控制外，还可用于调光、调温、调压、调速等多种控制及计量检测。此外，还可以组成脉冲震荡、单稳、双稳和

20、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。它由于工作可靠、使用方便、价格低廉，目前被用于各种电子产品中，555集成电路部有几十个元器件，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。555集成电路部结构图：引脚图：555集成电路部结构图：引脚图：1-GND2-Trig日日3-Output4-Reset5-Controlvof555TIMERRATEDDI-5gRI510kQrouccElFTOTTP1A3R2510k口J555TIMERRATEDDI-5gTRICOCKP1A6dP6接一独立按键，当其按下时，NE555的

21、3引脚输出方波，3脚与P3相接，可通过程序测出其频率，进而求出气的值，显示在1602液晶屏上。(pF(pF)3ln2*f*510000电感测量电路的设计RIWV-WOkQP1A7Q12SC1S153gR11OP1A4RIWV-WOkQP1A7Q12SC1S153gR11OP1A4由于电容三点式震荡电路产生的信号较小，所以先加一级单管放大，在跟比较器将正弦波转化成方波。P14接一独立按键，当其按下时，运放输出口输出方波，该口与P1相接，可通过程序测出其频率，进而求出Lx的值，显示在1602液晶屏上。1000000000000L二(uH)X冗2*0.1*f24.6电阻、电容、电感显示电路的设计JH

22、C4S/U_11MHz-1_-J,二r黄葭黄工产P1BCJ2RTCCD1E17IIXPOEiJQ田Hl阳1pmEO2M12PLH4报也力Fl班HQSI印网红|可RUair阅M5ADSF1I7JCKECBOADCflECE2AD7MECKHIiEA.TTCJE17MTAEE2EP3B?IEmP5EHP2E2国Tl.EZB7A15明E4TliEM614P3E5HEZB器13P3EE&E24JtlF3171DE2Z3i:l1XTJL2EEXZhLQJ7TJL58052采用1602JLL液晶显示，耗能低，显示数值围较大5、程序设计5.1中断程序流程图OK键键值=1?档位键值变化?OK键键值二0NYNY

23、YN进入选择档位界面测试电容并显示按键中断入口测试电感并显示测试电阻并显示判断按键值显示主界面OK键键值=1?档位键值变化?OK键键值二0NYNYYN进入选择档位界面测试电容并显示按键中断入口测试电感并显示测试电阻并显示判断按键值显示主界面电容档电阻档电感档5.2主程序流程图6、仿真结果电阻测量电路仿真仿真电路图：-4-输出波形：-4-输出波形：电容测量电路仿真仿真电路图：R251Ok口DIEe555outrol-VWSNDR251Ok口DIEe555outrol-VWSND输出波形：输出波形：电感测量电路仿真仿真电路图：vccRI?WVXWM1NE5532AIUErvccRI?WVXWM1N

24、E5532AIUEr输出波形：7、调试过程电阻、电容和电感测量电路调试接通电源，用示波器观察输出波形，若为方波，则电路焊接无误，否则检查电路。在调试过程中发现，若改变电源电压，输出方波的频率会发生变化，计算出的数值存在一定误差，当丫为3.25V左右时误差较小。液晶显示电路调试将测量电路的输出分别与单片机的P厂5、P厂6、P厂7相接，观察液晶是否显示测量结果。在调试过程中发现，电阻、电容的测量误差较小，由于电容三点式震荡电路的频率不稳定，电感测量的误差较大。8、实验数据记录待测元件示波器测量结果单片机显示结果待测电阻标称值(Q)频率(Hz)计算值(Q)相对误差(%)频率(Hz)计算值(Q)相对误

25、差(%)R100058821064.366.44579610949.40200032892021.741.09323320814.05240028412364.211.49280124251.04510013894992.452.11136551340.671000007309634.743.6571699240.761200061011559.603.67600118721.073900018438669.880.85182394841.2410000070101890.821.89681059305.9333000020356992.86825待测电容标称值(pF

26、)频率(Hz)计算值(pF)相对误差(%)频率(Hz)计算值(pF)相对误差(%)C1007813119.5119.51761612323.004701953478.091.7219654791.91100008910491.094.9187108388.38待测电感标称值(uH)频率(Hz)计算值(uH)相对误差(%)频率(Hz)计算值(uH)相对误差(%)L10011360078.5921.4111387578.2121.7915090910122.7218.1991574120.9519.3722074630182.1017.2375132179.6818.3347044250517.9

27、810.2143886526.6112.04心得体会这次模电课设的论文和设计是我这大学期间干的最有意义的事之一。从最初的选题，开题到写论文直到完成论文。其间，查找资料，老师指导，与同学交流，反复修改论文，每一个过程都是对自己能力的一次检验和充实。通过这次实践，我了解了简易电阻、电容和电感测试仪的用途及工作原理，熟悉了其的设计步骤，锻炼了设计实践能力，培养了自己独立设计能力。这次课程设计收获很多，比如学会了查找相关资料相关标准，分析数据，提高了自己的制作能力。这么一次锻炼可以学到书本里许多学不到的知识，坚韧、独立、思考等。但是课程设计也暴露出自己专业基础的很多不足之处。比如缺乏综合应用专业知识的

28、能力，对材料的不了解等等。由于能力有限，未能做到准确测量电阻、电容和电感，某些测量结果误差，测量围较小，感到有点儿遗憾。这次实践是对自己模电所学的一次大检阅，使我明白自己知识还很不全面。本设计是在老师的精心指导和鼓励下完成的。在此，谨向老师和帮助我的同学表示衷心的感！此外，我还要感在我的论文中所有被援引过的文献的作者们，他们是我的知识之源！最后，再次向所有给予我帮助和鼓励的同学和老师致以最诚挚的意！参考文献吴友宇主编.模拟电子技术基础.：清华大学，2009康华光主编.电子技术基础（数字部分、模拟部分）.第5版.：高等教育，19983郭天祥主编.51单片机C语言教程一入门、提高、开发、拓展全攻略

29、.：电子工业，2009聂典，丁伟.Multisim10计算机仿真-在电子电路设计中的应用.：电子工业，2009铃木雅臣.晶体管电路设计.：科学，2012附件1：电路图典Key=AJ3Key=A$Key=AX1HC-49/U11MHz,F3ap1DkQKey=AU2附件2：元件清单元件型号位号数量单片机STC89C52RCU11排阻A103JR31电位器10KQR2,R13,R17,R184晶振11.0592MX11电解电容25V,10uFC31瓷片电容103(0.01uF)C1,C2,C113电阻10KQR1,R13,R183按键J1,J2,J3,J44液晶1602U21555定时器NE555

30、A1,A22电阻300QR41电阻510KQR5,R62瓷片电容104(0.1uF)C4,C5,C6,C7,C8,C96电阻100KQR7,R92电解电容50V,22uFC101三极管S9018(NPN型)Q1,Q2,Q33电阻2KQR101电阻1KQR8,R11,R143电解电容50V,47uFC12,C132电阻39KQR12,R192电阻51QR15,R162电解电容25V,470uFC141运放NE5532U31附件3：程序代码程序1：直流稳压电源的显示/数显直流稳压电源程序/头文件#include#include/宏定义#defineuintunsignedint#defineuch

31、arunsignedchar/液晶显示字符串/液晶显示字符串被测电压的100倍赋给voltage/定义变量uchartable6=00.00V;ucharnum,temp;uintvoltage;TLC549、液晶位声明sbitad_clk=P3八3；sbitad_out=P3八4；sbitad_cs=P3八5；sbitIcden=P2八4；sbitIcdrs=P2八5；/TLC549时钟/TLC549数据输出/TLC549片选/液晶使能端/液晶数据命令选择端/子函数声明voiddelayms(uintxms)；/延时函数voidwrite_(uchar)；/液晶写命令函数voidwrite_

32、data(uchardate)；/液晶写数据函数voidled_init()；/液晶初始化函数voidtlc549_ad()；/TLC549获取数据及显示数据函数/主函数voidmain()led_init()；tlc549_ad()；/液晶初始化函数voidled_init()lcden=0;lcden=0;write_(0 x38);write_(0 x0c);write_(0 x06);write_(0 x01);/TLC549获取数据及液晶显示数据函数voidtlc549_ad()ad_cs=1;ad_clk=0;ad_cs=0;_nop_();_nop_();for(num=0;nu

33、m8;num+)/temp0;num-)_nop_();voltage=(uint)(5.0/256*temp*400);赋给voltagetemp=0;table0=voltage/1000+48;table1=voltage%1000/100+48;table3=voltage%1000%100/10+48;table4=voltage%1000%100%10+48;write_(0 x80);for(num=0;num0;i-)for(j=110;j0;j-);/液晶写命令函数voidwrite_(uchar)lcdrs=0;P0=;delayms(5);lcden=1;delayms(

34、5);lcden=0;/液晶写数据函数voidwrite_data(uchardate)lcdrs=1;P0=date;delayms(5);lcden=1;delayms(5);lcden=0;程序2：电阻、电容和电感测量值的显示/简易电阻、电容、电感测量仪程序/初始化#include#defineuintunsignedint#defineucharunsignedchar#defineulongunsignedlong#definePI3.1415926ucharcodetable18=Welcome!;uchartable216=f(Hz)=;uchartable316=R(Ohm)=

35、;uchartable416=C(pF)=;uchartable516=L(uH)=;ucharnum,a=0,th0,tl0;uintC,L;ulongf,R;sbitIcden=P2八4；sbitIcdrs=P2八5；sbitkey_R二P5；sbitkey_C二P6；sbitkey_L=Pl7sbitR_out;P2；sbitC_out;P3；sbitL_out;P4；/液晶使能端/液晶数据命令选择端/测量电阻按键/测量电容按键/测量电感按键/测量电阻信号输入/测量电容信号输入/测量电感信号输入/声明子函数voiddelayms(uintxms)；voidwrite_(uchar)；vo

36、idwrite_data(uchardate)；voidled_init()；voidt_init()；voidkeyscan()；voiddisplay_f(ulongf)；voiddisplay_R(ulongR)；voiddisplay_C(uintC)；voiddisplay_L(uintL)；/延时函数/液晶写命令函数/液晶写数据函数/液晶初始化函数/定时器0初始化函数/键盘检测函数（确定被测元件为电阻、/频率显示函数/电阻显示函数/电容显示函数/电感显示函数电容或电感）/主函数voidmain()led_init();t_init();keyscan();write_(0 x01);while(1)display_f(f);switch(a)case1:R=(ulong)(5000000.0/0.6931472/f-150+0.5);display_R(R);break;case2:C=(int)(100000000.0/153/0