电阻、电容和电感测量仪的设计.doc

XXX 学 院电子设计赛 作品研究与设计报告 作品名称： 作 者： 指导老师： 摘要： 本系统是单片机测量电阻、电容和电感对应振荡电路所产生的频率实现各个参数的测量其中电阻和电容是采用555多谐振荡电路产生的，而电感则是根据电容三点式产生的。的定时器可以利用外部时钟源来计数，这里我们将 RCL的测量电路产生的频率作为单片机的时钟源，通过计数则可以计算出被测频率在通过该频率计算出各个参数。一方面测量精度高，另一方面便于使仪表实现自动化。 关键词： AT89S52 目录 1引言 3 2方案设计 4 2.1设计思路 4 2.2方案比较与选择 4 2.3硬件模块设计 5 2.3.1 电阻测量电路 5 2.3.2 电容测量电路 6 2.3.3 电容三点式振荡电路 7 2.3.4 LM339过零比较器 8 2.3.5 多路选择开关电路 9 2.3.6 分频器 9 2.3.7 89S51控制及显示模块 10 2.4 系统软件设计 10 3数据测试及误差分析 11 4结论 13 参考文献 13 附录 15 1引言 通过单片机测量电阻、电容和电感对应振荡电路所产生的频率实现各个参数的测量2方案设计 21设计思路 设计并制作一台数字显示的电阻、电容和电感参数测试仪，示意框图如下： 图1 系统总体设计框图 具体要求（1）测量范围：电阻100Ω～1MΩ；电容100pF～10000pF；电感10μH～H。（2）测量精度：±5% 。（3）。2.2方案比较与选择 方案一：2）。电阻R可用直流电桥测量，电感L、电容C可用交流电桥测量。电桥的平衡条件为 通过调节阻抗、使电桥平衡，这时电表读数为零。根据平衡条件以及一些已知的电路参数就可以求出被测参数。用这种测量方法，参数的值还可以通过联立方程求解，调节电阻值一般只能手动，电桥的平衡判别亦难用简单电路实现。这样，电桥法不易实现自动测量。 图2 电桥法测量 方案二： f是单片机很容易处理的数字量，这种数字化处理一方面便于使仪表实现智能化，另一方面也避免了由指针读数引起的误差。 2.3硬件模块设计 2.3.1 电阻的测量采用“脉冲计数法”，如下图所示由555电路构成的多谐振荡电路，通过计算振荡输出的频率来计算被测电阻的大小。555接成多谐振荡器的形式，其振荡周期为：T=t1+t2=（ln2）（R1+Rx）*C1+（ln2）Rx*C1 得出： 即： 电路分为2档100≤Rx1000欧姆：IOA5设置为高电平输出，IOA7设为低电平输出；R2=200欧姆；C2=022uF； Rx=(656*(1e+6))/(2* fx)-330/2对应的频率范围为： 28K≤fx 16K ； ②1000≤Rx1M欧姆：IOA6设置为高电平输出，IOA8设为低电平输出。R1=20k欧姆；C1=103PF； Rx =(1443*(1e+8))/(2* fx)-(1e+4) 图 4 R测量原理图 2.3.2 电容测量电路 电容的测量同样采用“脉冲计数法”，如下图所示由555电路构成的多谐振荡电路，通过计算振荡输出的频率来计算被测电容的大小。 555接成多谐振荡器的形式，其振荡周期为：T=t1+t2=（ln2）（R1+R2）*Cx+（ln2）R2*Cx我们设置R1=R2; 得出： 即： 电路分为2档:R1＝510K欧姆：IOA10设置为高电平输出；R4=R6； Cx= (094*(1e+6))/ fx; 对应的频率范围为： 94K≤fx 0.94KR1＝100K欧姆： IOA9设置为高电平输出；R5=R6； Cx =(481*(1e+6))/ fx;对应的频率范围为： 480Hz≤fx 48K  图 5 C电容测量原理图 2.3.3 电容三点式振荡电路电感的测量是采用电容三点式振荡电路来实现的。三点式电路是指：LC回路中与发射极相连的两个电抗元件必须是同性质的，另外一个电抗元件必须为异性质的，而与发射极相连的两个电抗元件同为电容时的三点式电路，成为电容三点式电路。? ，其中 则电感的感抗为 在测量电感的时候，发现电感起振频率非常的高，大致到达3MHz左右，而单片机的最大计数频率大约为500KHz，在频率方面达不到测量电感频率，于是我们把测电感的电容三点式电路得出的频率经过74LS197对该频率进行二分频满足单片机计数要求。 图 6 电容三点式振荡电路 2.3.4 LM339过零比较器