簡易電阻電容電感測試儀器

1、中國海洋大學工程學院機械電子工程研究生課程考核（研究報告、論文等）題目：簡易電阻、電容和電感測試儀課程名稱：嵌 入 式 技 術 姓 名：李 超 學 號：3 1 2 1 1 0 2 2 院 系：國家海洋局第一海洋研究所專 業(yè)：海洋地球物理 時 間：2011-01-06 簡易電阻、電容和電感測試儀摘要：本系統(tǒng)利用555多諧振蕩電路將電阻，電容參數(shù)轉(zhuǎn)化為頻率，而電感則是根據(jù)電容三點式轉(zhuǎn)化為頻率，這樣就能夠把模擬量近似的轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，而頻率f是單片機很容易處理的數(shù)字量，一方面測量精度高，另一方面便于使姨表實現(xiàn)自動化，而且單片機構(gòu)成的應用系統(tǒng)有較大的可靠性。系統(tǒng)擴展、系統(tǒng)配置靈活。容易構(gòu)成何種規(guī)模的應用

2、系統(tǒng)，且應用系統(tǒng)較高的軟、硬件利用系數(shù)。單片機具有可編程性，硬件的功能描述可完全在軟件上實現(xiàn)，而且設計時間短，成本低，可靠性高。綜上所述，利用振蕩電路與單片機結(jié)合實現(xiàn)電阻、電容、電感測試儀更為簡便可行，節(jié)約成本。所以，本次設計選定以單片機為核心來進行。1系統(tǒng)的原理框圖本設計中，考慮到單片機的物美價廉、功能強、使用方便靈活、可靠性高等特點，擬采用ARM-7系列的單片機為核心來實現(xiàn)電阻、電容、電感的測量。系統(tǒng)可以分為四大部分：測量電路、控制電路、通道選擇和顯示電路。系統(tǒng)設計框圖對于系統(tǒng)各部分說明如下：1） 控制部分：本設計以單片機為核心，采用MCS-51單片機，利用其管腳特殊功能以及具備的中斷系統(tǒng)

3、，定時/計數(shù)器和LED顯示功能等。LED燈：本設計中，設置了1盞電源指示燈，采用紅色的LED以共陽極方式來連接，直觀易懂，操作也簡單。6個數(shù)碼管，采用共陽極方式連接構(gòu)成動態(tài)顯示部分、降低功能。鍵盤：本設計有Sr，Sc，Sl三個按鍵，可以方便控制不同測量參數(shù)的切換，實現(xiàn)一鍵測量。2） 通道選擇：本設計通過單片機控制模擬開關控制被測頻率的自動選擇。3） 測量電路：RC振蕩電路時利用555振蕩電路實現(xiàn)被測電阻和被測電容頻率化。利用電容三點式振蕩電路實現(xiàn)被測電感參數(shù)頻率化。通過51單片機的IO接口自動識別量程，實現(xiàn)自動測量。2系統(tǒng)硬件設計單片機設計電路：本電路使用單片機的內(nèi)部振蕩器，11.0592MH

4、z的晶體諧振器直接接在單片機的時鐘端口X1和X2，電路中C2、C3為振蕩器的匹配電容。在電阻、電容、電感測試系統(tǒng)中，用LED等來顯示測量參數(shù)的類別和電源指示，既簡單又顯而易見。下面是一個LED顯示接口電路圖：電路由6個共陰極數(shù)碼管、兩個74HC573和一個ULN2803組成。其中兩個74HC573分別為段和位的鎖存器。按鍵電路圖：如下圖所示控制R、L、C的三個按鍵介入一個10K大小的上拉電阻，起到限流保護的作用，當有鍵按下時為低電平，無按鍵按下時為高電平測量電阻的電路設計：根據(jù)題目要求，采用555多諧振電路，將電阻量轉(zhuǎn)化為相應的頻率信號值?？紤]到單片機對頻率的敏感度，具體的講就是單片機對10H

5、z10KHz的頻率計數(shù)精度最高。所以要選用合理的電阻和電容大小。同時又要考慮到不能使電阻的功率過大，所以在選第一個量程時取R4=200歐，C8=0.22微法（此時Rx=100歐為測量下限）；在第二個量程取R4=20千歐，C8=1000皮法（此時Rx=1兆歐為 測量上限）。 因為RC振蕩的穩(wěn)定性可達0.001，單片機測頻率最多誤差一個脈沖，因此由單片機測頻率引起的誤差在0.01以下。 量程自動轉(zhuǎn)換原理：單片機在第一個頻率的記錄中發(fā)現(xiàn)頻率過小，即通過繼電器轉(zhuǎn)換量程。再測頻率，求Rx值。 誤差分析：因為 R4+2Rx=1/(ln2)C8f) 所以2Rx=-f/(ln2) C8f*f) 經(jīng)分析知：由于

6、電路中采用了穩(wěn)定性良好的獨石電容，從理論上講只要使|C8/C8|小于1%，所測電阻的精度也能小于1%。又由于單片機程序中采用了多位數(shù)的浮點運算，其計算精度可遠小于1%。電路分為了兩個檔：測量電容的電路設計：測量電容采用的RC振蕩電路與測電阻的振蕩電路完全一樣。同樣也選用兩個量程。第一個量程R1=R2=510千歐；第二個量程R1=R2=10千歐。這樣可使電容擋的測量范圍很寬。 誤差分析：同Rx的測量，有：|Cx/ Cx |= |f /f |+|C/C| 已知|f /f |能滿足1%以下的精度，而精密的金屬膜電阻，其阻值的變化率 |R1/R1|亦滿足1%左右的精度。這樣電容的測量精度也可以做的比較

7、高。注意：由于建立RC穩(wěn)定振蕩的時間較長，在測量電容和電阻時，應在顯示穩(wěn)定后再讀取參數(shù)值。 電容的測量采用“脈沖計數(shù)法”，由555電路構(gòu)成的多諧振蕩路，通過計算振蕩電路的輸出頻率計算被測電容的大小。 電路圖如下所示：測量電感的電路設計：以據(jù)電感的特點，三點式振蕩電路把電感值轉(zhuǎn)換為相對應的頻率值。在此處這個三點式振蕩電路中，C1,C2分別采用1000皮法和2200皮法的獨石電容，因其電容值遠遠大于晶體管極間電容值，所以可把極間電容值忽略。這樣根據(jù)振蕩頻率公式可以確定電感值。 這里要注意：由于單片機采用6MHz晶振，最快只能計幾百千赫茲的頻率，所以在測電感這一檔時，只能用MSI分頻后送單片機計數(shù)。

8、 誤差分析：因為所以|L/ L |= |2f/f|+|C/C| 由此可見，因為|2f/f|相當小，|L/ L |的精度主要取決于電容值的穩(wěn)定性，從理論上講，只要|C/C|小于1%，|L/ L |也就能達到相應的水平。一般而言，電容的穩(wěn)定性，特別是像獨石電容一類性能比較好的電容，|C/C|都可以滿足小于5%的要求，這樣誤差精度就能保持在-1%+1%以內(nèi)。電路圖如下所示：多路選擇開關電路的設計：利用CD4052實現(xiàn)測量類別的轉(zhuǎn)換，CD4052是差分4通道數(shù)字控制模擬開關器件，有A0和A1兩個二進制控制輸入端和INH輸入，具有低導通阻抗和很低的截止電流。硬件電路開關如下圖：數(shù)據(jù)處理并用數(shù)碼管顯示模塊： 將三個模塊產(chǎn)生的信號分別通過三個不同的I/O口與MCS-51單片機相連，同時將數(shù)碼關于單片機相應的管腳相連接。通過一定的軟件過程將相應地被測量參數(shù)顯示出來。3測試儀軟件設計I/O接口的分配在本設計的模塊中，模塊是單片機的核心，根據(jù)每一個不同的功能對R測量程序的選擇C測量程序的選擇L測量程序的選擇以及多路選擇開關控制選擇、輸入及測量指示燈來分配接口。主程序流程圖：在電阻、電容、電感測試儀的設計中，便于直觀性，在數(shù)碼管上顯示被測參數(shù)的選擇，被測參數(shù)各個等的選擇以及具體設置