簡易RCL測試儀報告

.z--.總結(jié)資料電子設(shè)計培訓(xùn)工程簡易RCL測量儀：王杰英嘉敏指導(dǎo)教師：珂中國計量學(xué)院2013年5月27日-.z簡易電阻、電容和電感測試儀摘要：在現(xiàn)代化生產(chǎn)、學(xué)習(xí)、實驗當(dāng)中，往往需要對*個元器件的具體參數(shù)進展測量，在這之中萬用表所選擇使用。然而萬用表有一定的局限性，它不能夠測量電感，而且容量稍大的電容也顯得無能為力，所以制作一個簡單易用的電抗元器件測量儀是很有必要的。本系統(tǒng)是以STC89C52單片機為根底，用555定時器振蕩電路測量電阻、電容，用電容三點式測電感。三種方式產(chǎn)生的頻率值送到單片機的計數(shù)器口進展計數(shù)，通過單片機操作實現(xiàn)頻率到各個電參數(shù)的轉(zhuǎn)換，然后用數(shù)碼管顯示出來。本系統(tǒng)實現(xiàn)了使用三個按鍵分別控制R、C、L的測試，用紅、黃、綠三個發(fā)光二極管分別代表三種類別的測試，同時每個電參數(shù)都有兩檔，用發(fā)光二極管的自動轉(zhuǎn)換來指示。關(guān)鍵詞：STC89C52單片機555多諧振蕩電路電容三點式振蕩Abstract：Inmodernproduction,learning,e*periment,oftenrequirespecificparametersofaponentismeasured,themultimeterwithitseasytouse,lowpowerconsumptionadvantagesusedbymostpeople.somakingareactanceponentseasytousemeasuringinstrumentisverynecessary.ThesystemisbasedonSTC89C52,using555timeroscillatorcircuitmeasuringtheresistance,capacitance,inductancecapacitancemeasurementwiththreepoint.Threewaystoproducefrequencycountertotheportcount,throughtheSCMoperationtorealizefrequencyconversiontovariouselectricalparameters,andthenusethedigitaltubedisplay.ThissystemhasrealizedusingthreebuttonscontrolR,testC,L,threecategoriesrepresentingwithred,yellow,greenthreelight-emittingdiodetest,atthesametime,eachoftheelectricalparametersaretwofiles,automaticconversionLEDstoindicate.目錄一、設(shè)計功能及要求31.1設(shè)計要求31.2系統(tǒng)功能3方案設(shè)計與論證32.1方案一電橋法32.2方案二振蕩法4三、系統(tǒng)硬件電路設(shè)計43.1電路方框圖及說明43.2各局部電路設(shè)計4電阻測量電路5電容測量電路5電感測量電路63.3測量數(shù)據(jù)7電阻值及誤差7電容值及誤差8電感值及誤差9四軟件實現(xiàn)104.1主程序流程圖104.2用軟件補償后的測量值11電阻值及誤差11電容值及誤差12電感值及誤差12分析13五心得131.1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：1．根本要求

〔1〕測量圍：電阻100Ω～1MΩ；電容100pF～10000pF；電感100μH～10mH。

〔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。2．發(fā)揮局部

〔1〕擴大測量圍。

〔2〕提高測量精度。

〔3〕測量量程自動轉(zhuǎn)換。1.2系統(tǒng)功能1、根本完成以上具體要求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、每個電參數(shù)都有兩檔，用發(fā)光二極管的自動轉(zhuǎn)換來指示。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、不易實現(xiàn)自動測量而且很難實現(xiàn)智能化。2.1方案一：電橋法能同時測量電器元件R、L、C的最典型的方法是電橋法，電阻R可用直流電橋測量，L、C可用交流電橋測量。其主要框圖如下：圖1.利用電橋法測電參數(shù)通過調(diào)節(jié)阻抗3Z使電橋平衡，這時電表讀數(shù)為零。根據(jù)平衡條件及一些的電路參數(shù)就可以求出被測參數(shù)。但是，參數(shù)的值還要通過聯(lián)立方程求解，調(diào)節(jié)電阻一般只能手動，電橋平衡的判別難以用簡單電路實現(xiàn)。這樣，電橋法不易實現(xiàn)自動測量。2.2方案二：振蕩法這種方法的思想是將較難測量的物理量轉(zhuǎn)變成精度較高且較容易測量的物理量。基于此思路，我們把電子元件的集中參數(shù)R、C、L轉(zhuǎn)換成頻率信號f，然后用單片機計數(shù)后再運算求出R、L、C的值，并送顯示，轉(zhuǎn)換的原理分別是RC振蕩和LC三點式振蕩。其實，這種轉(zhuǎn)換就是把模擬量近似地轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，頻率f是單片機容易處理的數(shù)字量。因此，此實驗中，我們采用此種方案。三、系統(tǒng)硬件電路設(shè)計3.1電路方框圖及說明系統(tǒng)分三大局部：測量電路，通道選擇和控制電路。如下列圖所示。二極管指示ATC89C52通道選擇被測電阻RC振蕩電路二極管指示ATC89C52通道選擇被測電阻RC振蕩電路被測電容數(shù)碼管指示被測電容數(shù)碼管指示按鍵控制測量電路電容三點式測電感按鍵控制測量電路電容三點式測電感被測電感被測電感圖2.硬件電路框圖3.2各局部電路設(shè)計電阻測量電路電阻的測量采用“脈沖計數(shù)法〞，如下列圖所示由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=〔ln2〕〔R1+R*〕*C1+〔ln2〕R**C1計算頻率的公式f=1.443/(R1+2R2)*C電路分為2檔:1、100≤R*<1000歐姆：R1=1K,R2=100Ω；C2=100nF對應(yīng)的頻率圍為：6.7K≤f*<48.1K2、1000≤R*<1M歐姆：R1=20K,R2=100kΩ；C2=100nF對應(yīng)的頻率圍為：48.1K≤f*<125K圖3.振蕩電路測電阻低檔圖圖4.振蕩電路測電阻高檔圖電容測量電路電容的測量同樣采用“脈沖計數(shù)法〞，如下列圖所示由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=〔ln2〕〔R1+R2〕*C*+〔ln2〕R2*C*測頻率的公式為：f=1.443/(R1+2R2)*C圖5.振蕩電路測電容電路圖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。測頻率公式為：圖6.用電容三點式測電感電路電感電路分析：一開場R3的阻值設(shè)為2k，結(jié)果后面出來的波形是首先快速起振，快速起振后，到達穩(wěn)定，但是穩(wěn)定之后，電壓值越來越小，最后又變?yōu)榱?，變?yōu)榱阒笤俅纹鹫?，如此循環(huán)下去。因此最后經(jīng)過比擬器之后，出來的方波是間歇型的。于是我們就將R3改為1K，此時由于電阻減小，使得Ie，Ib的電流增大，加大了熱噪聲，從而使得起振速度大大提高，起振時間減小，比擬出來的方波便沒有間歇性了。這樣就與測電阻，電容出來的頻率一致了，便于軟件的統(tǒng)一實現(xiàn)。3.3測量數(shù)據(jù)用上述電路圖測得電阻值及誤差電阻值測量值(HZ)理論值〔HZ〕誤差72Ω87.78K126.14K30%100Ω86.133K120.25K28.3%150.2Ω83.892K110.96K24.39%237Ω78.183K97.897K20.13%353Ω70.735K84.58K16.37%502Ω62.616K72.006K13%765Ω51.605K57.036K9.5%1KΩ43.52K48.1K9.5%100KΩ65.32K65.59K0.4%420KΩ11.77K11.9K1%510KΩ13.82K14K1.3%600KΩ11.678K11.827K1.26%1.062MΩ6.68K6.73K0.74%分析：由上述表格得到，在電阻值很小時，測量誤差很大，隨著電阻的逐漸增大，誤差逐漸減小。在電阻值大于1k時，測量誤差很小，滿足實驗要求。因此，可以在軟件寫程序時，將測得的頻率值分為三檔，即小于300Ω時為一檔，大于300Ω小于1k時為一檔，大于1k時為一檔。對于每一段，用不同的補償方式。最后使誤差小于5%。用上述電路圖測得電容值及誤差電容值測量值〔HZ〕理論值〔HZ〕誤差10118.8K21.4K12.1%4714.24K4.55K6.8%1022.02K2.14K5.6%1521.450K1.427K1.6%2229009737.5%3326006487.4%1032172141.4%10421.421.60.93%4744.484.561.75%分析：由上述表格得到，在電容值很小時，測量誤差很大，隨著電容的逐漸增大，誤差逐漸減小。在電阻值大于10nf時，測量誤差很小，滿足實驗要求。因此，可以在軟件寫程序時，將測得的頻率值分為三檔，即小于1nf時為一檔，大于1nf小于10nf時為一檔，大于10nf時為一檔。對于每一段，用不同的補償方式。最后使誤差小于5%。用上述電路圖測得電感值及誤差電感值測量值〔HZ〕理論值〔HZ〕誤差33μH132.15K123.9K6.66%47μH113.5K103.82K9.32%100μH78.67K71.2K10.49%330μH40.51K39.18K3.39%680μH29.57K27.29K8.35%1mH24.85K22.51K10.39%2.2mH17.3K15.17K14.04%3.3mH14.53K12.39K17.27%4.7mH12.23K10.38K17.82%分析：通過上述數(shù)據(jù)可以得出，在330uf之前的誤差較大，在680uf之后的誤差也較大，因此，亦可以將頻率值分為三檔，分檔補償，使最后的測量值小于5%。軟件設(shè)計4.1主程序流程圖測量電阻按鍵分析，設(shè)置測量類型判斷是否有鍵按下初始化測量電阻按鍵分析，設(shè)置測量類型判斷是否有鍵按下初始化否是測量電容測量電感測量電容測量電感開中斷開中斷定時器設(shè)置定時器設(shè)置數(shù)碼管顯示Led移位顯示判斷是否超量程采值并計算通道及指示燈設(shè)置數(shù)碼管顯示Led移位顯示判斷是否超量程采值并計算通道及指示燈設(shè)置否是4.2用軟件補償后的測量值電阻值及誤差電阻值測量值(HZ)理論值〔HZ〕誤差72Ω124.87k126.14K1%100Ω118.93K120.25K1.10%150.2Ω109.37K110.96K1.43%237Ω97.822K97.897K0.08%353Ω85.03K84.58K0.53%502Ω72.226K72.006K0.31%765Ω57.278K57.036K0.42%1KΩ48.28K48.1K0.37%100KΩ65.32K65.59K0.4%420KΩ11.77K11.9K1%510KΩ13.82K14K1.3%600KΩ11.678K11.827K1.26%1.062MΩ6.68K6.73K0.74%電容值及誤差電容值測量值〔HZ〕理論值〔HZ〕誤差10121.8K21.4K1.87%4714.585K4.55K0.77%1022.16K2.14K1%1521.450K1.427K1.6%2229619731.23%3326596481.70%1032172141.4%10421.421.60.93%4744.484.561.75%電感值及誤差電感值測量值〔HZ〕理論值〔HZ〕誤差33μH119.77K123.9K3.3%47μH100.72K103.82K2.99%100μH72.07K71.2K1.22%330μH39.70K39.18K1.35%680μH27.70K27.29K1.52%1mH2