一種新型LCR測試系統(tǒng)設計

1、    一種新型lcr測試系統(tǒng)設計    董軼龍溫思歆余曉銘丁瑞金摘要：文章介紹了一種新型lcr測試儀系統(tǒng)，其基于lcr數(shù)字電橋原理，主要由lcr測試電路以及以單片機為核心的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成。單片機dac輸出正弦波，利用模擬開關(guān)選擇不同的截止頻率，對單片機產(chǎn)生的正弦信號進行濾波。lcr數(shù)字電橋法，分別測出ux和ur對應于某一參考相量的同相量分量和正交分量，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，最終通過單片機進行數(shù)據(jù)處理。關(guān)鍵詞：lcr數(shù)字電橋；單片機；模擬開關(guān)；數(shù)據(jù)處理lcr測試儀能準確并穩(wěn)定地測定各種元件參數(shù)，主要是用來測試電感、電容、電阻的測試儀。對于一般封

2、裝好的電路，當無法具體了解其內(nèi)部的具體參數(shù)時，我們會采用測試儀進行測試，市場上大多數(shù)產(chǎn)品成本較高。我們在這里給出一種成本低、操作簡單、準確度高的智能lcr測量儀。經(jīng)實驗驗證，該測量儀器所能測量電阻范圍：1001m，精度誤差±2%；測量電容范圍：1000df0.1uf，精度誤差±5%。1 系統(tǒng)理論分析與計算1.1 正弦波輸出模塊的分析與計算根據(jù)設計要求，測試儀應具有3個可選的測試頻點：100hz，1khz，10khz。這就需要設計產(chǎn)生100hz、1khz、10khz不同頻率的正弦信號輸出。單片機dac輸出正弦波，按鍵控制頻點選擇。利用模擬開關(guān)74hc4052選擇不同的截止頻率

3、，對單片機產(chǎn)生的100hz，1khz，10khz正弦信號分別進行濾波，經(jīng)過電壓跟隨器，然后輸出，以便得到更好的波形。正弦波輸出模塊電路中，模擬開關(guān)選用74hc4052芯片，運算放大器選用opa2340芯片。有源濾波器的截止頻率為f=1/（2rc），故不同電阻值分別對應不同頻率正弦信號輸出。經(jīng)計算，10khz對應兩個30k電阻，1khz對應兩個200k電阻，100hz對應兩個1mq電阻。1.2 lcr測試模塊的分析與計算阻抗用zx表示，rr為標準電阻器，則zx=ux/ix=rrux/ur。此式為一相量關(guān)系式。若分別測出ux和ur對應于某一參考相量的同相量分量和正交分量，然后經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換（a/d）器

4、將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，再進行復數(shù)運算，即可得到組成被測阻抗乙的電阻值與電抗值。lcr測試模塊基本電路中，模擬開關(guān)選用74hc4052芯片，rs有4個不同阻值的電阻以切換量程，得到最優(yōu)測試值。2 電路與程序設計2.1 電路的設計2.1.1 系統(tǒng)總體部分測量電路主要由正弦波輸出模塊、lcr測試模塊、電源模塊組成。單片機dac輸出正弦波，按鍵控制頻點選擇。利用模擬開關(guān)74hc4052選擇不同的截止頻率，對單片機產(chǎn)生的100hz，1khz，10khz正弦信號分別進行濾波，經(jīng)過電壓跟隨器，然后輸出，以便得到更好的波形。通過數(shù)字電橋的方法測量lcr值。2.1.2 正弦波輸出模塊電路單片機dac輸出正弦波，按鍵

5、控制頻點選擇。利用模擬開關(guān)74hc4052選擇不同的截止頻率，對單片機產(chǎn)生的100hz，1khz，10khz正弦信號分別進行濾波，經(jīng)過電壓跟隨器，最后輸出。2.1.3 lcr測試模塊電路原理若分別測出uz和ur對應于某一參考相量的同相量分量和正交分量，然后經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換（a/d）器將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，再進行復數(shù)運算，即可得到組成被測阻抗乙的電阻值與電抗值。rs電阻值的不同以切換量程，得到最優(yōu)測試值。2.1.4 電源模塊電路正負2v電源模塊以lm7805為核心，為調(diào)制器提供正5v電壓。2.2 程序的設計2.2.1 程序功能描述（1）產(chǎn)生不同頻率正弦波。（2）控制頻點選擇。（3）顯示測得l，c，r值。2

6、.2.2 程序設計思路產(chǎn)生不同頻率的正弦波信號，運用單片機pwm控制實現(xiàn)。測定電抗元件zx中電壓u1與電流i，用歐姆定律就可以得到zx=u1/i，當乙串聯(lián)了已知電阻r，那么測定了r上壓降u2，單片機ad采樣，復數(shù)fft變換得到相位幅度，得到參考電阻和待測電阻上的壓降，選擇合適的量程，根據(jù)公式即可計算出l，c，r值。3 測試方案與測試結(jié)果3.1 測試方案（1）硬件測試。首先，將制好的電路板分模塊進行測試，檢查正弦波輸出模塊、lcr測試模塊、電源模塊設計是否符合理論要求。（2）軟件仿真測試。將編寫好的程序燒入單片機，進行軟件仿真測試。（3）硬件軟件聯(lián)調(diào)。將硬件電路與軟件相結(jié)合進行聯(lián)調(diào)。3.2 測試條件與儀器測試條件：經(jīng)多次檢查后，硬件電路無虛焊無短接。測試儀器：dt9205a萬用表。3.3 測試結(jié)果及分析3.3.1 測試結(jié)果（數(shù)據(jù)）3.3.2 測試分析與結(jié)論根據(jù)表1-2，可以得出以下結(jié)論：（1）測量電阻范圍（100q1mq）及精度誤差±2%。（2）測量電容范圍（1000pf0.1uf）及精度誤差±5%。（3）可使用按鍵設置被測器件