计算机课程设计电阻电感电容测试仪

1、电阻电感电容测试仪一、系统设计方案论证与选择 1. 系统方案论证 方案一. 采用谐振法: 要求较高频率的激励信号，不易测量阻抗值很小的电阻、电感和电容，不能满足本题精度高、测量范围广的要求。 方案二. 采用电桥法：精度高是电桥法的主要特点，被广泛应用。但电桥法电路复杂且在测量的时候需要反复调整以达到平衡，测量时间长，很难实现快速的自动测试。 方案三. 采用伏安法: 这是传统经典的方法。它的测量原理来源于阻抗的定义。就是通过测量经过被测阻抗的电流相量和被测阻抗两端的电压相量，再经过比率便可得到被测阻抗的相量。早期的伏安法难以实现高精度的测量，但如果采用低失真的正弦波和高精度a/d，加上mcu强大

2、的计算能力和控制能力；另外，伏安法分为固定轴法和自由轴法，固定轴法要求相敏检波器的相位参考基准严格地与标准阻抗电压的相位相同 ,但是本法案却能很好实现，且电路简单。 比较论证：通过比较上述三种方案，方案三的优势明显，故采用方案三。 2. 控制部分 方案一. 采用当前比较流行且价格便宜的51系列单片机。51系列单片机发展到现在各项技术已经很成熟，可以满足一般的控制和数据处理功能，但此系列是8位机，处理速度慢，资源少，几乎不能满足本系统的要求，外围电路需要自己设计和制作，用起来不方便。方案二. 选用silicon laboratories公司的c8051f020型号的单片机。c8051fxxx系列

3、单片机是完全集成的混合信号系统级芯片，具有与8051兼容的微控制器内核，与mcs-51指令集完全兼容。其片内集成了数据采集和控制系统中常用的模拟部件和其他数字外设及功能部件。其采用流水线结构，大大提高了处理能力，峰值性能可达25mips。此外，其功耗低，flash存储器具有重新编程能力，可用于非易失性数据存储。 比较论证：结合题目的要求及c8051f020的优点，本系统采用方案二。3. 正弦波信号发生器部分方案一. 采用dds芯片ad9854.ad9854片内整合了两路高速、高性能正交d/a转换器通过数字化编程可以输出i、q两路合成信号。在高稳定度时钟的驱动下，ad9854将产生一高稳定的频率

4、、相位、幅度可编程的正弦和余弦信号。方案二. 由两个ad9850同步输出两路正交的正弦波。两个ad9850使用同一时钟源，通过单片机控制同步端口，即可输出两路正交的正弦波，但其电路复杂，相位同步不够精准，信号输出也不稳定，很难实现题目所要求的精度。比较论证：方案二的电路相对复杂，测试效果不理想，而方案二可以很好的满足要求，故采用方案二。4. 显示部分 方案一. 数码管显示。数码管显示方式单一，不能显示题目要求的那么丰富的内容。方案二. lcd液晶屏显示。通过12864可以图文显示丰富的内容，画面美观，可以很直观的读出测量值。比较论证：选择方案二。 二、 总体方案 1. 工作原理根据题目要求和上

5、述分析，认真分析取舍，确定最终总体设计方案。由dds ad9854芯片产生两路正交信号，设置一路相位为0，则另一路相位90。0信号通过前端测量电路得到us和ux，然后通过乘法器将us与0信号和90信号分别相乘。得到直流信号和高频信号，经过滤波器滤除高频信号，由c8051f020内部a/d连续采样，计算得到被测阻抗的值。总体设计框图如下，其电路测量原理图如图2.1。2. 理论分析与计算 在图2.1中，i0是已知的恒流源相量；rs是已知的标准电阻，被测阻抗rs与rs串联，分别测量阻抗rs和zx两端的电压相量us和ux（其中us作为固定轴的x轴），通过公式（2.1）便可得到待测阻抗。zx=ux/uz

6、+rs图（2.1）的测量电路是先分别测出两个电压相量的两个分量，然后经过a/d采集和scm的运算得到北侧值zx。三、系统硬件设计3.1 峰值连续可调部分电路设计由于dds输出的信号峰值达不到题目的要求，所以选择了ad603后级放大，通过调整放大器的增益来实现步进可调，配合输出阻抗调整，达到了题目的要求。具体电路实现见附录一：ad603后级放大电路。3.2 相敏检波器部分电路设计相敏检波器部分采用模拟乘法器，使产生的正交基准信号分别与和相乘，分别得到其在坐标轴上的分量，减少了电路的复杂性和降低了调试的难度。具体电路实现见附录一：相敏检波部分电路。xusu3.3 时间产生部分电路设计时间产生部分采用外部时钟芯片ds1302,并将其辅助电源接钮扣电池，这样在系统掉电的情况下时钟依然存在，不必每次开机都校准，可随时记录测得的数据。具体电路实现见附录一：ds1302时间产生模块。 3.4 手动/自动转换部分电路设计 手动/自动转换采用单片机控制继电器通断来切换外部手动部分的电阻群，当位于手动档时，除了切换电阻达到切量程外，还配合调整dds输出信号的频率，来达到精确测量的目的。四、系统软件设计4.1 系统软件设计流程 软件设计以msp430f149单片机为核心，实现对各个模块的控制，系统软件设计流程见附录三。4.2 数据存储部分软件设