简易电阻、电容和电感测试仪报告.doc

PAGE 23 - 简易电阻、电容和电感测试仪 1.1　基本设计要求 （1）测量范围：电阻100Ω～1MΩ；电容100pF～10000pF；电感100μH～10mH。 （2）测量精度：±5% 。 （3）制作4位数码管显示器，显示测量数值。 示意框图 1.2 设计要求发挥部分 （1）扩大测量范围； （2）提高测量精度； （3）测量量程自动转化。 摘要：本系统是依赖单片机MSP430建立的的，本系统利用555多谐振荡电路将电阻，电容参数转化为频率，而电感则是根据电容三点式振荡转化为频率，这样就能够把模拟量近似的转换为数字量，而频率f是单片机很容易处理的数字量，一方面测量精度高，另一方面便于使仪表实现自动化，而且单片机构成的应用系统有较大的可靠性。系统扩展、系统配置灵活。容易构成何种规模的应用系统，且应用系统较高的软、硬件利用系数。单片机具有可编程性，硬件的功能描述可完全在软件上实现，而且设计时间短，成本低，可靠性高。综上所述，利用振荡电路与单片机结合实现电阻、电容、电感测试仪更为简便可行，节约成本。所以，本次设计选定以单片机为核心来进行。 关键词：430单片机，555多谐振荡电路，，电容三点式振荡 系统方案 电阻测量方案：555RC多谐振荡。 利用RC和555定时器组成的多谐振荡电路，通过测量输出振荡频率的大小即可求得电阻的大小，如果固定电阻值，该方案硬件电路实现简单，通过选择合适的电容值即可获得适当的频率范围，再交由单片机处理。 综合比较，本设计采用方案三，采用低廉的NE555构建RC多谐振荡电路，电路简单可行，单片机易控制。 电容测量方案：555RC多谐振荡 同样利用RC和555定时器组成的多谐振荡电路，通过测量输出振荡频率的大小即可求得电容的大小，如果固定电阻值，该方案硬件电路实现简单，能测出较宽的电容范围，能够较好满足题目的要求。 采用低廉的NE555构建RC多谐振荡电路，电路简单可行，单片机易控制。 电感测量方案：电容三点式 采用LC配合三极管组成三点式震荡振荡电路，通过测输出频率大小的方法来实现对电感值测量。该方案成本低，其输出波形为正弦波，将其波形整形后交给单片机测出其频率，并转换为电感值。 理论分析与计算 电阻测量的分析及计算 根据题目要求，如图2.1，采用555多谐振电路，将电阻量转化为相应的频率信号值。考虑到单片机对频率的敏感度，具体的讲就是单片机对10KHz-100KHz的频率计数精度最高。所以要选用合理的电阻和电容大小。同时又要考虑到不能使电阻的功率过大，所以在选第一个量程时取R=330Ω，C=0.22uF（此时Rx=100欧为测量下限）；在第二个量程取R=20 KΩ，C=0.01uf（此时Rx=1兆欧为 测量上限）。 电路分为了两个档： 1)、100≤Rx≤10000欧:R1=330欧，C=0.22uF： Rx=3.27885/f106-195 2)、10000≤Rx≤10兆欧:R1=20千欧，C=0.01微法： Rx=7.215/f107-10000 仿真图 图2.1 电容测量的分析与计算 测量电容采用的RC振荡电路与测电阻的振荡电路完全一样，如图2.2。同样也选用两个量程。第一个量程R1=R2=510千欧；第二个量程R1=R2=10千欧。这样可使电容挡的测量范围很宽。 电容的测量采用“脉冲计数法”，由555电路构成的多谐振荡路，通过计算振荡电路的输出频率计算被测电容的大小。 电路分为了两个档： 1)、100≤Cx≤1000pF: R1=R2=510kΩ： Cx f 2)、10000pF≤Cx≤47uF: R1=R2=10KΩ： Cx =8400000/f 图2.2 仿真图 电感测量的分析与计算 依据电感的特点，三点式振荡电路把电感值转换为相对应的频率值，如图2.3。在此处这个三点式振荡电路中，C3,C4分别采用0.1u和0.22u的独石电容，因其电容值远远大于晶体管极间电容值，所以可把极间电容值忽略。这样根据振荡频率公式可以确定电感值: 则 L= [1/(2*3.14*fx)]^2/C C=C3*C4/(C3+C4) 一般而言，电容的稳定性，特别是像独石电容一类性能比较好的电容,误差精度就能保持在-5%—+5%以内。 仿真图 图2.3 图3.3 程序设计 电阻、电容和电感参数测试仪主程序流程图如图4.1。根据按键选 择测量状态，进入相应的测试程序。