電子競賽具有語音功能的電阻、電容、電感測試儀

1、.電子競賽具有語音功能的電阻、電容、電感測試儀Electroncompetition Specification北京北陽電子技術(shù);2Technology for Easy Life ：/目錄具有語音功能的電阻、電容、電感測試儀 . 3摘要 . 3一、設(shè)計功能及要求 . 41.1 設(shè)計要求 . 41.2 系統(tǒng)功能 . 4二、方案設(shè)計與論證 . 4三、系統(tǒng)硬件電路設(shè)計. 53.1 電路方框圖及說明. 53.2 各部分電路設(shè)計 . 63.2.1 電阻測量電路 . 63.2.2 電容測量電路 . 73.2.3 電感測量電路 . 83.2.4 多路選擇開關(guān)電路 . 93.2.5 按鍵及數(shù)碼管顯示電路 .

2、 103.2.6 音頻輸出電路 . 11四、軟件設(shè)計 . 124.1 主程序流程圖 . 134.2 中斷服務(wù)程序流程. 15五、系統(tǒng)測試及整機(jī)指標(biāo) . 15六、總結(jié) . 16七、參考資料 . 16歷屆全國大學(xué)生電子競賽 SPCE061A 實現(xiàn)方案3Technology for Easy Lifehttp：/具有語音功能的電阻、電容、電感測試儀摘要本系統(tǒng)是通過凌陽的 16 位單片機(jī) SPCE061A 測量電阻、電容和電感對應(yīng)振蕩電路 所產(chǎn)生的頻率實現(xiàn)各個參數(shù)的測量，一方面測量精度較高，另一方面便于使儀表實現(xiàn) 自動化，而且還能參加語音播報的功能使其更加智能化。其中電阻和電容是采用 555 多諧振蕩

3、電路產(chǎn)生的，而電感那么是根據(jù)電容三點式產(chǎn) 生的。SPCE061A 的定時器可以利用外部時鐘源來計數(shù)，這里我們將 RCL 的測量電路 產(chǎn)生的頻率作為單片機(jī) SPCE061A 的時鐘源，通過計數(shù)那么可以計算出被測頻率在通過 該頻率計算出各個參數(shù)。關(guān)鍵詞：SPCE061A 單片機(jī)555 多諧振蕩電路電容三點式振蕩 SPCE061A 單片機(jī)概述SPCE061A 是繼nSP 系列產(chǎn)品 SPCE500A 等之后凌陽科技推出的又一個 16 位構(gòu)造 的微控制器。目前有兩種封裝形式：84 引腳的 PLCC84 封裝和 80 引腳的 LQFP80 貼 片封裝。主要性能如下：16 位nSP 微處理器；工作電壓：VD

4、D 為 2.43.6Vcpu, VDDH 為 2.45.5VI/O；CPU 時鐘：32768Hz49.152MHz ；內(nèi)置 2K 字 SRAM、內(nèi)置 32K FLASH；可編程音頻處理；32 位通用可編程輸入/輸出端口；32768Hz 實時時鐘，鎖相環(huán) PLL 振蕩器提供系統(tǒng)時鐘信號；2 個 16 位可編程定時器/計數(shù)器可自動預(yù)置初始計數(shù)值；2 個 10 位 DAC數(shù)-模轉(zhuǎn)換輸出通道；7 通道 10 位電壓模-數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC和單通道語音模-數(shù)轉(zhuǎn)換器；聲音模-數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入通道內(nèi)置麥克風(fēng)放大器自動增益控制AGC功能；系統(tǒng)處于備用狀態(tài)下時鐘處于停頓狀態(tài)耗電小于 2A3.6V；14 個中斷源：定時器

5、A / B，2 個外部時鐘源輸入，時基，鍵喚醒等；具備觸鍵喚醒的功能；使用凌陽音頻編碼 SACM_S240 方式2.4K 位/秒，能容納 210 秒的語音數(shù)據(jù)；具備異步、同步串行設(shè)備接口；具有低電壓復(fù)位LVR功能和低電壓監(jiān)測LVD功能；內(nèi)置在線仿真電路接口 ICEIn- Circuit Emulator；具有保密才能；歷屆全國大學(xué)生電子競賽 SPCE061A 實現(xiàn)方案6Technology for Easy Lifehttp：/具有 WatchDog 功能由詳細(xì)型號決定一、設(shè)計功能及要求1.1 設(shè)計要求設(shè)計并制作一臺數(shù)字顯示的電阻、電容和電感參數(shù)測試儀，示意框圖如下：詳細(xì)要求1測量范圍：電阻

6、1001M；電容 100pF10000pF；電感 100H10mH。2測量精度：5% 。3制作 4 位數(shù)碼管顯示器，顯示測量數(shù)值，并用發(fā)光二極管分別指示所測元件的類 型和單位。1.2 系統(tǒng)功能1、 根本完成以上詳細(xì)要求2、 使用三個按鍵分別控制 R、C、L 的測試3、 紅、黃、綠三個二極管分別代表三種類別的測試4、 參加語音播報功能：如測量結(jié)果為 6.8K 歐姆那么語音播報“六點八 K 歐姆；假設(shè) 電阻小于 100 歐姆那么語音播報“電阻小于 100 歐姆。二、方案設(shè)計與論證測量電子元器件集中參數(shù) R、C、L 的儀表種類較多，方法也各有不同，但都有其 優(yōu)缺點。一般的測量方法都存在計算復(fù)雜、不易

7、實現(xiàn)自動測量而且很難實現(xiàn)智能化。 在這里我們著重要介紹的是把電子元件的參數(shù) R、C、L 轉(zhuǎn)換成頻率信號 f，然后用單片機(jī)計數(shù)后在運(yùn)算求出 R、C、L，并送顯示，轉(zhuǎn)換原理分別是 RC 振蕩和 LC 三歷屆全國大學(xué)生電子競賽 SPCE061A 實現(xiàn)方案點式振蕩，這樣就可以把模擬量近似的轉(zhuǎn)換位數(shù)字量，而頻率 f 是單片機(jī)很容易處理 的數(shù)字量，這種數(shù)字化的處理一方面便于使儀表實現(xiàn)智能化，。方案中用到的單片機(jī)式凌陽的 16 位單片機(jī) SPCE061A，由于該 CPU 具有豐富的I/O 口和豐富的時基信號，為我們提供了極大的方便，其中可以利用 I/O 口置高低電平 來實現(xiàn)量程的轉(zhuǎn)換，由于單片機(jī) SPCE0

8、61A 的定時器可以通過外部時鐘源來計數(shù)，我 們便可以將 555 電路或電容三點式振蕩電路產(chǎn)生的頻率作為 SPCE061A 的定時器的時鐘源，這樣就很容易得到被測 R/C/L 對應(yīng)產(chǎn)生的頻率。而且 SPCE061A 具有語音處理 功能，我們在顯示的根底上還可以參加語音播報，使得整個測量過程更加智能化。三、系統(tǒng)硬件電路設(shè)計3.1 電路方框圖及說明系統(tǒng)分三大部分，及測量電路，通道選擇和控制電路，如以以下圖所示。SPCE061A 根據(jù)所選通道，通過 IOA4 和 IOA3 向模擬開關(guān)送兩位地址信號，獲得振蕩頻率,然后 根據(jù)所測頻率判斷是否轉(zhuǎn)換量程，或者是把數(shù)據(jù)進(jìn)展處理后，得出相應(yīng)的參數(shù)值。測量電路被

9、測電阻RC振蕩電路量程切換量程切換通道選擇控制部分二極管 指示被測電容RC振蕩電路被測電感電容三點式振蕩電 路分頻 電路f0多路選擇開關(guān)f0f0CD4052測量頻率Addr061ADAC數(shù)字顯示按鍵選擇 測量電路語音播報3.2 各部分電路設(shè)計3.2.1 電阻測量電路電阻的測量采用“脈沖計數(shù)法，如以以下圖所示由 555 電路構(gòu)成的多諧振蕩電路，通 過計算振蕩輸出的頻率來計算被測電阻的大小。555 接成多諧振蕩器的形式，其振蕩周期為：T=t1+t2=ln2R1+Rx*C1+ln2Rx*C111得出： fx =即： Rx = R1 / 2ln 2R1 + 2RxC1電路分為 2 檔:ln 2C11、

10、 100Rx1000 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對應(yīng)的頻率范圍為： 2.8Kfx 16K2、 1000Rx1M 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+47Technology for Easy Life ：/VCCR測試電路R1 20KIOA6IOA5R233047DISR8VCCU2 LM555RX12TRIG VOUT3f0GNDCVolt6THR1510.22U

11、1IOA8IOA7C8C8C1 1043.2.2 電容測量電路電容的測量同樣采用“脈沖計數(shù)法，如以以下圖所示由 555 電路構(gòu)成的多諧振蕩電路， 通過計算振蕩輸出的頻率來計算被測電容的大小。555 接成多諧振蕩器的形式，其振蕩周期為： T=t1+t2=ln2R1+R2*Cx+ln2R2*Cx 我們設(shè)置 R1=R2;得出： fx =13ln 2R1* Cx即： Cx =13ln 2R1* fx電路分為 2 檔:1、 R1510K 歐姆：IOA10 設(shè)置為高電平輸出；R4=R6；Cx= 0.94*1e+6/ fx;對應(yīng)的頻率范圍為： 9.4Kfx 0.94K2、 R1100K 歐姆： IOA9 設(shè)

12、置為高電平輸出；R5=R6；Cx =4.81*1e+6/ fx;對應(yīng)的頻率范圍為： 480Hzfx 4.8K歷屆全國大學(xué)生電子競賽 SPCE061A 實現(xiàn)方案17Technology for Easy Lifehttp：/歷屆全國大學(xué)生電子競賽 SPCE061A 實現(xiàn)方案C測試電路VCCIOA10IOA9R4 510KR548100KU4RVCCLM5557DISR62TRIG VOUT3f06GNDCVolt4kTHR15 C3 Cx C4 1043.2.3 電感測量電路電感的測量是采用電容三點式振蕩電路來實現(xiàn)的。三點式電路是指：LC 回路中與 發(fā)射極相連的兩個電抗元件必須是同性質(zhì)的，另外一

13、個電抗元件必須為異性質(zhì)的，而 與發(fā)射極相連的兩個電抗元件同為電容時的三點式電路，成為電容三點式電路。得出： fx =12LC即： Lx =14 * * fx * fxLx=38*1e+6/ f02L測試電路VCCLX1R9R7R83100K C8 104100K2K3C92T12T1f0R11103+C1222u C13104R12 1KC14 104 3.2.4 多路選擇開關(guān)電路利用 CD4052 實現(xiàn)測量類別的轉(zhuǎn)換，CD4052 是雙 4 選一的模擬開關(guān)選擇器件。當(dāng) 選擇了某一通道的頻率后，輸出頻率通過通過 IOB4 作為 CPU 定時器的時鐘源并開始 計數(shù)，當(dāng)計數(shù)到 3 秒后讀出計數(shù)器的

14、值，除以 3 就得到了被測 R/C/L 所對應(yīng)產(chǎn)生的頻 率，通過計算得到要被測值。IOA4IOA3測量類別00Y0-R01Y1-C10Y2-L11*U2fr15Y02fcY116VDD3YVDD IOB4U1SPCE061A13IOB2 IOB4fl 4Y2 CD4052 10Y3A09A1IOA3 IOA44544IOA4IOA3VSS 8VSSVEE73.2.5 按鍵及數(shù)碼管顯示電路按鍵和二極管分別表示不同類別的測量，如下表所示：按鍵二極管對應(yīng)測試項KEY1L1測試 RKEY2L2測試 CKEY3L3測試 L21L21C21RIOA12 IOA13 IOA14VCCRS1IOA0S2CIO

15、A1S3IOA2L數(shù)碼管顯示顯示內(nèi)容如以以下圖所示：顯示數(shù)據(jù)顯示倍數(shù)，如顯示 1， 表示 101 即 10 倍IOB15 IOB14 IOB13 IOB12 IOB11 IOB10 IOB9 IOB8U11LED5621109143652A+ COM5-B+C+D+ E+COM6-F+G+ DP+109143652A+ COM5-B+C+ D+ E+COM6-F+G+ DP+U11LED562138373837IOB7 IOB6 IOB5 IOB311222211Q1Q2Q3Q43.2.6 音頻輸出電路語音播報測量結(jié)果，當(dāng)測試結(jié)果顯示相對較穩(wěn)定后開場播報測試結(jié)果。VDDH C5 104C6+1

16、00u87C7U72115 +2SPHJ1DACVSS12244 -36SPY0030SPLC10R11 1041K2R101K 3AVSS2C11 104Speaker四、軟件設(shè)計4.1I/O 口的分配I/OA 口的分配IOA0-IOA3:按鍵輸入；IOA3-IOA4:模擬開關(guān)通道選擇；IOA5-IOA6:R 測量電路中充電電阻選擇； IOA7-IOA8:R 測量電路中充放電電容選擇； IOA9-IOA10:C 測量電路中充電電阻選擇；IOA12-IOA14:R/C/L 測量指示燈；詳細(xì)可參見下表：IOA15-IOA12IOA11-IOA8IOA7-IOA4IOA3-IOA0A15A14A1

17、3A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0R:100R:00C:010“1有效“0有效“1有效C:01L:000L:10*: 11二極管通道選擇key R:001 C:010 L:100I/OB 口的分配如下表所示:IOB 口分配情況如下： IOB2：設(shè)置為反向輸出 IOB4：設(shè)置為懸浮輸入 IOB3、IOB4-IOB7:數(shù)碼管的位選 IOB8-IOB15:數(shù)碼管的段碼控制詳細(xì)可參見下表：IOB15-IOB12IOB11-IOB8IOB7-IOB4IOB3-IOB0數(shù)碼管段碼B7B6B5B4B3B2B1B0數(shù)碼管位選懸浮 輸 入位選反相 輸出4.2 主程序流程圖初始化鍵掃描y

18、es鍵分析，置狀態(tài)RCL測測測試試試狀狀狀態(tài)態(tài)態(tài) no 開中斷定時器設(shè)置 通道及指示燈的 設(shè)置采值并計算顯示no是否語音播報yes放音IRQ5中斷入口4.3 中斷效勞程序流程FIQ中斷入口寄存器組入棧 保護(hù)寄存器組入棧 保護(hù)FIQ是TimerA中 斷嗎？是 調(diào)用F_FIQ_Service_SAC M_A2000函數(shù)放音否清中斷狀態(tài)是2Hz 中斷嗎？是 是否認(rèn)時3秒否 計數(shù)標(biāo)志清零 2Hz狀態(tài)標(biāo)志位清零寄存器組出棧寄存器組出棧中斷返回中斷返回五、系統(tǒng)測試及整機(jī)指標(biāo)電阻表值萬用表讀數(shù)本儀表讀數(shù)200 歐姆197.41961k 歐姆9911.06k20k 歐姆19.8k20.8k10k 歐姆9.8810.4k100k 歐姆99.8104k510K 歐姆516515k電容表值萬用表讀數(shù)本儀表讀數(shù)100pF120pF1000pF0.01uF六、總結(jié)由于 SPCE061A 的時鐘最高可達(dá) 49M，32 個 I/O 口，而且具有一定的語音處理功 能等，這些都為我們實現(xiàn)電路提供了非常便利的條件：1、 量程的切換，一般情況我們會采用模擬開關(guān)或繼電器來控制，我們在這里只需要幾個 I/O 口即可實現(xiàn)該功能不需要外加任何電路，控制簡單、節(jié)省本錢；2、 SPCE061A 有豐富的時基中斷，我們可以采用 2Hz 實現(xiàn)定時一兩秒，程序簡單 而且精度高；3、SPCE061A 定時器可以采用