基于微处理器的RLC测量系统设计毕业设计中期报告

1、毕业设计（论文） 中期报告 题目名称：基于微处理器的电容电感测试系统的设计 学院名称：电子信息学院 班 级：测控082 学 号：200800454216 学生姓名：齐少鹏 指导教师：贺焕林 日 期：2012-4-26目录1.设计任务与要求12.总体方案论证22.1方案比较22.2方案论证32.3系统框图32.4测量模块电路42.4.1 rc测量电路42.4.2 电感测量电路42.5 调理电路设计52.6 i/o口地址分配73.设计要求进度74.已完成情况74.1方案的总体设计84.2硬件的焊接和测试84.3接口、操作界面设计84.4部分功能模块的程序代码设计85.设计过程中所面临的问题及解决办

2、法85.1接口、操作界面的设计95.2功能模块设计的问题96.下一步工作计划97主要参考文献91.设计任务与要求 设计并制作一台简易数字式电阻、电容和电感参数测量系统.具体要求 :1. 测量范围（1）基本测量范围：电阻1001m；电容100pf10000pf；电感100h10mh。 （2）发挥测量范围：电阻1010m；电容50pf10f；电感50h1h。 2. 测量精度（1）基本测量精度：电阻 5% ；电容 10% ；电感 5% 。 （2）发挥测量精度：电阻 2% ；电容 8% ；电感 8% 。 3. 利用128*64液晶显示器，显示测量数值、类型和单位。 2.总体方案论证 2.1方案比较电阻

3、、电容、电感测试仪的设计可用多种方案完成，例如利用模拟电路，电阻可用比例运算器法和积分运算器法，电容可用恒流法和比较法，电感可用时间常数发和同步分离法等、使用可编程逻辑控制器(plc)、振荡电路与单片机结合或cpld与eda相结合等等来实现。在设计前对各种方案进行了比较：1)利用纯模拟电路虽然避免了编程的麻烦，但电路复杂，所用器件较多，灵活性差，测量精度低，现在已较少使用。 2)可编程逻辑控制器(plc) 应用广泛，它能够非常方便地集成到工业控制系统中。其速度快，体积小，可靠性和精度都较好，在设计中可采用plc对硬件进行控制，但是用plc实现价格相对昂贵，因而成本过高。 3)采用cpld或fp

4、ga实现应用目前广泛应用的vhdl硬件电路描述语言，实现电阻，电容，电感测试仪的设计，利用maxplusii集成开发环境进行综合、仿真，并下载到cpld或fpga可编程逻辑器件中，完成系统的控制作用。但相对而言规模大，结构复杂。4)利用振荡电路与单片机结合利用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电路也转化为频率，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。容易构成各种规模的应用系统，且应用系统有较高的软、硬件利用系数。单

5、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。2.2方案论证很多仪表都是把较难测量的物理量转变精度较高且较容易测量的物理量。基于此思路把电子元件的集中参数l、r、c转换成频率信号f，然后用单片机计数后再运算求出l、r、c的值并显示，转换的原理分别是rc震荡和lc三点式振荡。其实这种转换就是把模拟量近似转换为数字量，频率是单片机很容易处理的数字量，这种数值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，从而达到仪表的高可靠性、高精度和多功能。 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，

6、本次设计选定以单片机为核心来进行。 2.3系统框图 系统分测量电路和控制电路,系统电路方框图如图1所示。电容电阻测量模块选择用555振荡器，将被测量转换为单片机容易识别的频率。电感测量模块选择使用电容三点式振荡电路，后续调理成数字频率，送入单片机进行测量。被测电阻被测电容被测电感555 振荡电路lc振荡电路量程自动切换电路单片机stc89c52rclcd显示器555 振荡电路图1.系统原理框图2.4测量模块电路 2.4.1 rc测量电路 测量仪采用rc振荡电路（如图2）把待测元件参数信号转换为脉冲频率信号，充分利用单片机能够精确捕捉采样脉冲频率信号的优势以及单片机强大的数据处理功能，有效节省资

7、源的同时还提高了测量精度，简化了系统的硬件结构。图2.rc测量电路2.4.2 电感测量电路 振荡电路采用lc 振荡电路（如图3），振荡的频率由l 和c 确定。振荡管采用9014, rb1和rb2为基极偏置, rc为限流电阻, 电容c1、c 2和电感l 构成正反馈选频网络, 反馈信号取自电容c2两端。该电路也称为电容3点式振荡电路。输入信号和反馈信号同相。在测量过程中, 当测量电感时, 输入电路自动把待测电感lx 并联到l 的两端。当测量电容时, 输入电路自动把要测量的电容cx 并联到c1 的两端。图3.电容三点式振荡电路2.5 调理电路设计 r、c测量电路输出数字波形，可直接接入单片机的计数器

8、口。l测量电路输出为200mv的高频正弦波，调理电路设计为先将输出放大，放大倍数为6倍，然后送lm339比较器进行比较处理。图4.电感测量调理电路一 调试过程中发现vo3输出波形边沿不够陡峭，所以如果直接送入单片机处理会导致计算不准确，带来不必要的麻烦，所以后续又进行了触发处理。图5.电感测量调理电路二2.6 i/o口地址分配 单片机使用stc89c52rc，其中p00p07接128*64显示器的数据口；p24p26接128*64显示器的d/i、r/w、e控制端口；p21p23接128*64显示器的cs1、cs2、ret控制端口； 另外单片机的定时器0工作在技术状态，记录测量频率；定时器1工作

9、在定时状态，定时测量时间；p10接蜂鸣器进行报警提示，p11、p12接多路模拟开关，控制各测量模块的供电，p13、p14接多路模拟开关控制接入单片机定时器脉冲的选择。3.设计要求进度 时间进度10-11-1：9-12周：查资料、参观、方案论证13-15周：外文翻译16-17周：确定方案、完成方案总体设计10-11-21-2周：实习3-10周：电路设计10-12周：编写、调试程序13-14周：安装、调试15周：撰写毕业设计论文16周：答辩4.已完成情况按照任务书的要求，完成了几下几项工作：4.1方案的总体设计根据任务书中所涉及到的设计任务，所要求的技术指标等作为整理，查阅相关资料，形成较为实用的

10、测量方案。相应的有：1检测手段、调理电路、系统各种模块的选型、驱动方法及相关装置的选型。2.系统的i/o地址分配和系统程序的总体程图设计；4.2硬件的焊接和测试1完成了大部分的测量电路、调理电路、显示电路的硬件焊接任务，并针对相应的输出波形，进行了硬件方案改进和优化。 2完成了各部分硬件的测试、三极管的静态工作点的分析、输出波形的分析。4.3接口、操作界面设计上电第一页显示学校、院系、班级和学号，片刻之后提示：“请选择测量模式！”相应的有电阻、电容和电感选择框。选择相应的按键，则选择框显示选择的测量类型。进入界面选择时都有提示音。测量界面有指导教师和设计者的名字、设计题目、参数类型和单位。数值

11、显示8位。4.4部分功能模块的程序代码设计 具体功能模块程序有：主界面显示程序、测量选择模块程序、参数和数值显示程序。程序编写软件采用keil c，编程语言采用c语言。5.设计过程中所面临的问题及解决办法在项目实施过程中，常常遇到很多棘手的问题，通过与指导教师交谈、查阅资料等方法，将问题一一化解：5.1接口、操作界面的设计如何设计出具有操作方便、设计精良、交互性强等特点的用户界面是一个最令人头疼的问题。在整个设计过程中，接口与操作界面的设计也较为废时废力。通过与指导教师交谈，很好地解决了该问题。从而走出了注重实际、避免界面花而乱的局面。5.2功能模块设计的问题 在设计功能模块时，往往考虑的比较

12、多，比较细。从而增加了模块设计的工作量和难度，增加了设计者负担。通过与指导教师交流，给了我很多好的建议：模块功能够用就行，不要过多；在能完成功能的前提下，程序越简单越好。在遇到问题、思考问题、解决问题的过程中，使自己自加压力，带着问题学习，不断向指导教师请教，不断向书本请教。使自己思考问题，解决问题的能力得到了很好的历锻和提高，学到了许多书本上学不到的东西，真是受益非浅！6.下一步工作计划下一步计划完成剩余的代码编写，以及硬件的调试和改善工作，努力完善系统的个功能模块。请教指导老师，做出下一步提高测量精度的方案，并完成测量的各个指标。我将剩余的工作做几下安排：1、第十周完成量程转换模块。2、第

13、十一周完成各测量模块高精度测试程序的编写和调试。3、第十二、十三周不断完善功能模块，做出细微调整，系统进行数据测试，。4、第十四、十五周完成毕业论文的撰写工作，准备毕业答辩。7主要参考文献1 华成英,童诗白.模拟电子技术基础(第4 版)m.高等教育出版社,2006.2 牛百齐. 基于单片机的电容测量仪设计j.仪器仪表用户,2005,12(4):29-30.3 唐继贤.51单片机工程应用实例m.北京航空航天大学出版社,2009.4 刘军, 李智. 基于单片机的高精度电容电感测量仪j.国外电子测量技术,2007,26(6): 48-51.5 a l dutche r. 使用少量元件的廉价易用电感测试仪j.电子设计技术, 2007(7): 108- 111.6 陈江华, 杨霓清, 梁村梅. 一