簡(jiǎn)易電阻電容電感測(cè)量?jī)x

1、簡(jiǎn)易電阻電容電感測(cè)量?jī)x（B題）摘 要：本設(shè)計(jì)是一個(gè)電阻電感電容的簡(jiǎn)易測(cè)量裝置，主要由模擬測(cè)量和1602液晶顯示兩部分組成，其中電阻和電容電感的測(cè)量都是通過構(gòu)造電路產(chǎn)生一定頻率的波形，再通過單片機(jī)讀取頻率，經(jīng)過程序處理轉(zhuǎn)化，再通過1602液晶顯示。由于系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)時(shí)通過單片機(jī)對(duì)頻率信號(hào)的讀取，使得最后測(cè)量的結(jié)果更加精確與穩(wěn)定，誤差控制在題目所允許的范圍內(nèi)。關(guān)鍵詞：電阻電容電感測(cè)量?jī)x，1602顯示，555定時(shí)器，電容三點(diǎn)式目 錄1. 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 21.1 設(shè)計(jì)要求21.2 方案比較21.2.1 電阻測(cè)量方案21.2.2 電容測(cè)量方案41.2.3電感測(cè)量方案51.2.4顯示電路方案61.3 方案論證6

2、1.3.1 總體思路61.3.2 設(shè)計(jì)方案72. 單元電路設(shè)計(jì)72.1 電阻測(cè)量電路72.2 電容測(cè)量電路82.3 電感測(cè)量電路92.4 1602顯示電路103. 軟件設(shè)計(jì)114.系統(tǒng)測(cè)試114.1 測(cè)試儀器與設(shè)備114.2 指標(biāo)測(cè)試125 結(jié)論13參考文獻(xiàn)13附 錄1、元器件明細(xì)表=13附錄2：程序清單131. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.1 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)并制作一臺(tái)數(shù)字顯示的電阻、電容和電感參數(shù)測(cè)試儀1. 測(cè)量范圍：電阻1001M；電容100pF10000pF；電感100H10mH。2. 測(cè)量精度：±5% 。3. 帶有顯示部分。1.2 方案比較1.2.1 電阻測(cè)量方案相位測(cè)量方案的關(guān)鍵問題是電阻測(cè)

3、量方法的選擇。方案一：串聯(lián)分壓原理 V Rx R0圖1串聯(lián)電路原理圖根據(jù)串聯(lián)電路的分壓原理可知，串聯(lián)電路上電壓與電阻成正比關(guān)系。通過測(cè)量Rx和R0上的電壓。由公式 Rx=Ux/(U0/R0) 方案二：利用直流電橋平衡原理的方案 圖2 電橋（其中R1，R2，為可變電位器，R3為已知電阻，R4為被測(cè)電阻）根據(jù)電路平衡原理，不斷調(diào)節(jié)電位器，使得電表指針指向正中間。由R1*R4=R3*R4.在通過測(cè)量電位器電阻值，可得到R4的值。 方案三：利用555構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)的方案 圖3 555定時(shí)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài) 根據(jù)555定時(shí)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)，產(chǎn)生脈沖波形，通過單片機(jī)讀取高低電平得出頻率，通過公式換算得到電阻阻值。由f=

4、1/ (R1+2R2)*C*In2得到公式： R2=1/2*1/ (f*c*Ln2)-R1上述三種方案從對(duì)測(cè)量精度要求而言，方案一的測(cè)量精度極差，方案二需要測(cè)量的電阻值多，而且測(cè)量調(diào)節(jié)麻煩，不易操作與數(shù)字化，相比較而言，方案三還是比較符合要求的，由于是通過單片機(jī)讀取轉(zhuǎn)化，精確度會(huì)明顯的提高。故本設(shè)計(jì)選擇了方案三。1.2.2 電容測(cè)量方案方案一：直接通過串聯(lián)路原理。通過電容換算的容抗跟已知電阻分壓，通過測(cè)量電壓值，再經(jīng)過公式換算得到電容的值。原理同電阻測(cè)量的方案一。方案二：交流電橋平衡原理（原理圖同圖2） 通過調(diào)節(jié)Z1,Z2使電橋平衡。這時(shí)電表的毒水為零。通過讀取Z1,Z2，Zn的值，即可得到被

5、測(cè)電容的值。方案三：555構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)原理 根據(jù)555定時(shí)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)，產(chǎn)生脈沖波形，通過單片機(jī)讀取高低電平得出頻率，通過公式換算得到電容值。由f=1/ (R1+2R2)*C*In2得到公式： Cx=1/ c*Ln2 (R1+2*R2)本設(shè)計(jì)采用方案三。1.2.3電感測(cè)量方案方案一 交流電橋測(cè)量（原理同電容測(cè)量）方案二 電容三點(diǎn)式構(gòu)成正弦波原理 圖3 電容三點(diǎn)式 根據(jù)電容三點(diǎn)式公式 從而可得電感的計(jì)算公式方案三 諧振法測(cè)量圖4 諧振法測(cè)量1.2.4 顯示方案方案一：采用點(diǎn)陣式液晶顯示器（LCD）顯示。方案二：采用發(fā)光二極管（LED）顯示。由于led只能顯示簡(jiǎn)單的數(shù)字與簡(jiǎn)單的特殊字符，基于本設(shè)計(jì)題

6、目要求，需要顯示的測(cè)量量多，而且測(cè)量的量程范圍大，明顯led無法方便明了的顯示，所以本設(shè)計(jì)采用的是lcd1602液晶顯示，1602具有低功耗節(jié)能的作用，而且能夠更好的顯示出我們所需要的測(cè)量顯示。1.3 方案論證1.3.1 總體思路本設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)AT89S52智能處理，根據(jù)單片機(jī)的外接按鍵控制測(cè)量電路的選擇，通過ne555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器和電容反饋式三點(diǎn)式構(gòu)成的振蕩電路長(zhǎng)生的一定頻率的波。再通過單片機(jī)的I/O口對(duì)高低電平的捕獲讀出頻率，再通過程序算法處理換算成電阻電容電感的值，然后再通過單片機(jī)送給1602液晶顯示。RLC簡(jiǎn)易測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題是：如何完成RLC的測(cè)量。RLC簡(jiǎn)易測(cè)量?jī)x

7、設(shè)計(jì)的核心問題是：如何產(chǎn)生轉(zhuǎn)化電路輸出頻率。1.3.2 設(shè)計(jì)方案系統(tǒng)方框圖如圖5所示。圖5 系統(tǒng)方框總圖2. 單元電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易電阻電容電感測(cè)量?jī)x功能：測(cè)量并顯示被測(cè)電阻電容電感的值。簡(jiǎn)易電阻電容電感測(cè)量?jī)x所需器件：ne555定時(shí)器，8015三極管，1602液晶顯示，單片機(jī)AT89S52。被測(cè)量RLC 電路 頻率f 單片機(jī) 顯示RLC圖6 測(cè)量原理框圖2.1 電阻測(cè)量電路電阻的測(cè)量采用“脈沖計(jì)數(shù)法”，如下圖所示由555電路構(gòu)成的多諧振蕩電路，通過計(jì)算振蕩輸出的頻率來計(jì)算被測(cè)電阻的大小。 555接成多諧振蕩器的形式，其振蕩周期為：T=t1+t2=（ln2）（R1+Rx）*C1+（ln2）Rx*C1

8、得出：即：電路分為2檔:1. 100Rx<1000歐姆：IOA5設(shè)置為高電平輸出，IOA7設(shè)為低電平輸出；R2=200歐姆；C2=0.22uF； Rx=(6.56*(1e+6)/(2* fx)-330/2對(duì)應(yīng)的頻率范圍為： 2.8Kfx <16K2. 1000Rx<1M歐姆：IOA6設(shè)置為高電平輸出，IOA8設(shè)為低電平輸出。R1=20k歐姆；C1=103PF； Rx =(1.443*(1e+8)/(2* fx)-(1e+4)圖7 電阻測(cè)量電路2.2電容測(cè)量電路電容的測(cè)量同樣采用“脈沖計(jì)數(shù)法”，如下圖所示由555電路構(gòu)成的多諧振蕩電路，通過計(jì)算振蕩輸出的頻率來計(jì)算被測(cè)電容的大小

9、。555接成多諧振蕩器的形式，其振蕩周期為：T=t1+t2=（ln2）（R1+R2）*Cx+（ln2）R2*Cx我們?cè)O(shè)置R1=R2;得出：即：電路分為2檔:R1510K歐姆：IOA10設(shè)置為高電平輸出；R4=R6；Cx= (0.94*(1e+6)/ fx; 對(duì)應(yīng)的頻率范圍為： 9.4Kfx <0.94KR1100K歐姆： IOA9設(shè)置為高電平輸出；R5=R6； Cx =(4.81*(1e+6)/ fx;對(duì)應(yīng)的頻率范圍為： 480Hzfx <4.8K圖8 電容測(cè)量電路2.3 電感測(cè)量電路電感的測(cè)量是采用電容三點(diǎn)式振蕩電路來實(shí)現(xiàn)的。三點(diǎn)式電路是指：LC回路中與發(fā)射極相連的兩個(gè)電抗元件必

10、須是同性質(zhì)的，另外一個(gè)電抗元件必須為異性質(zhì)的，而與發(fā)射極相連的兩個(gè)電抗元件同為電容時(shí)的三點(diǎn)式電路，成為電容三點(diǎn)式電路。 得出：即：Lx=(38*(1e+6)/ f02圖9 電感測(cè)量電路2.4 液晶顯示電路3. 軟件設(shè)計(jì)3.1 程序流程4.系統(tǒng)測(cè)試4.1 測(cè)試儀器與設(shè)備測(cè)試用儀器與設(shè)備如下：雙通道示波器 ，數(shù)字示波器，萬用表，單片機(jī)最小系統(tǒng)，函數(shù)信號(hào)發(fā)生器proteus仿真軟件，keil單片機(jī)編程軟件，multisim仿真軟件。4.2 指標(biāo)測(cè)試首先按照電路圖連接好電路，首先選擇好測(cè)量電阻電路：1、調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，測(cè)量不同阻值的電阻產(chǎn)生的多諧振蕩脈沖波的頻率。 將結(jié)果記錄下表1中。表 12、 替換

11、不同電容，測(cè)量不同電容產(chǎn)生的多諧振蕩脈沖波的頻率。將結(jié)果記錄表2中。3、 替換不同電感，測(cè)量不同電感產(chǎn)生的震蕩波的頻率。將結(jié)果記錄表3中。4、利用函數(shù)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生一定頻率有效值為4V的正弦波輸入單片機(jī)，按鍵測(cè)試液晶顯示的數(shù)值，并記錄表中。5、各分立電路級(jí)聯(lián)測(cè)試，測(cè)量電阻電容電感時(shí)直接在液晶上分別顯示設(shè)計(jì)裝置得到的電阻電容電感的值。5 結(jié) 論經(jīng)過團(tuán)隊(duì)的幾天的不懈努力，終于將電阻電容電感簡(jiǎn)易測(cè)量?jī)x制作完成，本設(shè)計(jì)完成了設(shè)計(jì)要求基本部分的全部要求，發(fā)揮部分大部分要求。整個(gè)裝置電路簡(jiǎn)單，測(cè)量可靠，穩(wěn)定性好，使用繼電器控制開關(guān)實(shí)現(xiàn)一定智能化，使用液晶顯示，使顯示更加明朗清晰。參考文獻(xiàn)：4童詩白，華成英

12、，模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).高等教育出版社。2006.5第四版5閻石， 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).高等教育出版社2006.5 第五版附 錄:附錄1.主要元器件清單附錄2：程序清單#include <reg52.h>#include "1602.h"#define DataPort P0#define ADCPort P2#define uchar unsigned charsbit button_r=P10;sbit button_c=P11;sbit button_l=P12;sbit button_q=P13;sbit UP=P20;sbit LED_R=P14;sbit

13、LED_C=P15;sbit LED_L=P16;sbit LED_Q=P17;sbit RS=P30;sbit RW=P31;sbit EN=P32;sbit START=P37;unsigned char func;unsigned long int R,C,L,f,y;uchar i=0;uchar aa,bb,cc;/uchar code aa5="free"uchar code meun216=" is: ","00000000 "uchar code m10="0123456789"unsigned c

14、har T0count; unsigned char timecount; bit flag; void pinlv();void Intar_T0T1(void) flag=0; timecount=0; T0count=0; TH0=0; TL0=0; TR0=1; TR1=1;voiddelay1(void)int i;for(i=80;i>0;i-);void delay_ms(uchar t)unsigned char i;while(t-)for(i=0;i<120;i+);void WriteData(uchar dat)EN=0; RS=0; /*RS寄存器選擇輸入

15、端，當(dāng)RS=0；當(dāng)進(jìn)行寫模塊操作，指向指令寄存器。 RW=0; /*當(dāng)RS=1，無論是讀操作還是寫操作，都是指向數(shù)據(jù)寄存器。 RS=1; RW=0; EN=1; DataPort=dat; EN=0; RS=0; RW=0; for (i=0;i<20;i+);void WriteCmd(uchar cmd)EN=0; RS=0; /*RS寄存器選擇輸入端，當(dāng)RS=0；當(dāng)進(jìn)行寫模塊操作，指向指令寄存器。 RW=0; /*當(dāng)RS=1，無論是讀操作還是寫操作，都是指向數(shù)據(jù)寄存器。 EN=1; DataPort=cmd; RS=0; RW=0; EN=0; for (i=0;i<20;i

16、+);void DisChar(uchar ps,uchar dat)WriteCmd(0x80+ps);WriteData(dat);void LcdInit(void)char pp=0;WriteCmd(0x38); delay_ms(5);WriteCmd(0x38); delay_ms(5);WriteCmd(0x38); delay_ms(5);WriteCmd(0x01);delay_ms(5);WriteCmd(0x06);delay_ms(5);WriteCmd(0x38);WriteCmd(0x0c); WriteCmd(0x40);for(pp=0;pp<16;pp

17、+)DisChar(pp,*(meun0+pp);for(pp=0;pp<16;pp+)DisChar(pp+0x40,*(meun1+pp); void Display(unsigned long int x) DisChar(0,aa); DisChar(9+0x40,bb); DisChar(10+0x40,cc); DisChar(7+0x40,mx%10);x /= 10;DisChar(6+0x40,mx%10);x /= 10;DisChar(5+0x40,mx%10);x /= 10;DisChar(4+0x40,mx%10);x /= 10;DisChar(3+0x40

18、,mx%10);x /= 10;DisChar(2+0x40,mx%10);x /= 10;DisChar(1+0x40,mx%10);x /= 10;DisChar(0+0x40,mx%10);x /= 10;delay_ms(200);button()if(button_r=0) func=1;/功能1：測(cè)電阻 LED_R=0; LED_C=1; LED_L=1; LED_Q=1;if(button_c=0)func=2;/功能2：測(cè)電容 LED_R=1; LED_C=0; LED_L=1; LED_Q=1; /button_l=1;if(button_l=0)func=3;/功能3：測(cè)電

19、感 LED_R=1; LED_C=1; LED_L=0; LED_Q=1; if(button_q=0) func=4;/功能3：測(cè)電感 LED_R=1; LED_C=1; LED_L=1; LED_Q=0; return func;voidR_measure(void)/電阻測(cè)量，以為單位 while(flag=0); f=(T0count*65536+TH0*256+TL0);/Hz /電阻計(jì)算公式 f=(T0count*65536+TH0*256+TL0+f);/Hz f=f/2; if(UP=0) R=(1.43/(1.0E-9*f)-30000)/2;elseR=(1.42/(0.2

20、20E-6*f)-200)/2; y=R; voidC_measure(void)/電容測(cè)量，以pF為單位while(flag=0); f=(T0count*65536+TH0*256+TL0);/Hz /電容計(jì)算公式C=4800000/f*0.1;/pf y=C;voidL_measure(void)/電感測(cè)量，以u(píng)H為單位 while(flag=0); f=(T0count*65536+TH0*256+TL0);/Hz/電感計(jì)算公式f/=100000;L=922/(f*f);/L=922*1010/(f*f) uH y=L;unsigned int ADCTransform()unsigned long int uiResult; START=1; START=0; delay_ms(10); uiResult=ADCPort; /出入轉(zhuǎn)換結(jié)果。 uiResult=(10000000*uiResult)/51; /處理運(yùn)算結(jié)果。 y=uiRe