电阻电感电容测试仪论文

1、电电 阻阻 电电 感感 电电 容容 测测 试试 仪仪 目 录 1 1 系统方案系统方案 .2 2 1.1 系统总体方案设计与结构框图. 1.2 方案设计与论证. 2 2 硬件电路硬件电路 .3 3 2.1 稳压电源模块.3 2.2 正弦信号发生器.3 2.3 采样电路.4 3 3 系统软件设计系统软件设计 .5 5 3.1 控制测量程序模块.5 3.2 按键处理程序模块 .5 3.3 液晶显示程序模块.5 4 4 系统测试与结果分析系统测试与结果分析 .5 5 4.1 对正弦信号源的测试.5 4.2 对电阻电容电感的测量.6 4.3 误差分析.6 5 5 总结总结 .6 6 参参 考考 文文

2、献献 .7 7 电阻电感电容测试仪电阻电感电容测试仪 物理与电子工程学院 电子信息科学与技术专业 2010 级 * 指导老师 何专红 摘摘 要：要：本设计是一种基于单片机(89c51)的高精度电阻电感电容测量仪器的设计。本设计采 用 max038 单片压控函数发生器产生高精度的正弦波信号流经待测的电容或者电感和标准电阻的串 连电路，利用电压比例计算的方法推算出电容值或者电感值，利用 51 单片机控制测量和计算结果， 采用 1602 液晶模块实时显示数值，可以手动调节量程，正弦信号发生器可以实现幅值和频率的调 整，为了提高精度，我们把被测的交流电压先通过 icl7650 来消除因为 ad637

3、输入电阻较低产生的 误差。实验测试结果表明，本设计性能稳定，测量精度高。 关键词：关键词：电压比例法 89c51 ad637 1602 液晶 abstract：this design is a kind of high precision based on single chip microcomputer (89 c51) resistance inductance capacitance measuring instrument design。 this design adopts the control function generator max038 monolithic press

4、ure produce high-precision sine wave signals through the capacitance or inductance under test and the series of standard resistance circuit， by using the method of voltage ratio calculation calculated capacitance or inductance value， the use of 51 single-chip microcomputer control measurements and c

5、alculations， using 1602 liquid crystal module real-time display number， you can manually adjust range， sinusoidal signal generator can realize amplitude and frequency of adjustment， in order to improve the precision， we put the ac voltage being measured by icl7650 first to eliminate the error。 becau

6、se of lower ad637 input resistance test results show that this design has stable performance， high precision measurement。 key words： 89 c51 ad637 1602 lcd voltage proportion method 引言：现代电子产品正以前所未有的速度，向着多功能化、体积最小化、功耗 最低化的方向发展，目前市面上测量电子元器件参数 r、c 和 l 的仪表种类较多，方法 和优缺点也各有不同。一般的测量方法不易实现自动测量而且很难实现智能化等缺点。 电阻

7、电容电感测量方法较多(谐振法，电桥法，电压比例法等)但因为对于测量仪器来 说精度越高越好，所以本设计选择精度比较高的电压比较法做电阻电感电容测试仪， 它的原理是将一定频率的交流信号经过串联分压电路转化为电压信， ，然后经过电路处 理变成频率信号经过单片机进行比例运算，最后将计算出的测量值输送给显示模块并 显示各参量对应的量纲。 1. 系统方案 1.1 系统总体方案设计与结构框图 本电路由电源模块、正弦信号发生器、标准电阻和电感或电容串联分压电路、多 路开关、电压跟随器、高精度交流/有效值转换、a/d 转换、单片机、液晶显示、键盘 等模块组成。系统主要模块流程图如图 1 所示：图 1 系统流程图

8、 1.2 方案设计与论证 1.2.1 电阻电感电容测试采样模块 电阻电感电容测试采样模块的设计方案有很多，例如利用纯模拟电路来实现、电 阻可用比例运算器法、电容可用恒流法和比较法、电感可用时间常数法和同步分离法 等。 电压比例法：采用与标准电阻相比较的的方法，其原理是在待测原件与标准原件 的串联电路中加以电流 i，这样被测元件与标准元件上得到的电压分别为 vx 与 vi；通 过计算得出被测值，此方法精度高，需要一个具有输出频率稳定的信号源来提供激励。 本设计采用此方案。 1.2.2 正弦信号发生器模块 正弦信号源发生器模块是决定系统误差的重要部分，要求有稳定的频率，另外为 了测试系统的可靠性还

9、要求正弦信号发生器的频率和电压具有可调性，本系统要求频 率范 围 1hz1mhz，电压大于 5v。 max038 信号发生器：max038 是 maxim 公司生产的一个只需要很少外部元件的精密 高频波形产生器，他能产生准确的高频正弦波、三角波、方波。输出频率和占空比可 以通过调整电流、电压或电阻来分别地控制。 1.2.3 显示模块 方案一 采用 led 数码管显示。数码管显示具有亮度高、夜视效果好等优点，但显 示信息量小，且自身功耗较大。 方案二 lcd 液晶显示器1可轻松实现字母、汉字的显示，控制简单，能耗小，可 以中文输出便于人际交流显示内容丰富。所以本设计采用此方案。 2 硬件电路 2

10、.1 稳压电源模块2 图 3 稳压电源 2.2 正弦信号发生器 该电路的核心器件为 max038，具有输出频率范围宽、波形稳定、失真小、使用方 便等特点。 图 4 正弦信号发生器 2.3 采样电路 icl7650 是斩波稳零式高精度运算放大器3，它具有输入偏置电流小、失调小、增 益高、共模抑制能力强、响应快、漂移低、性能稳定及价格低廉等优点。 icl7650 采用 14 脚双列直插式和 8 脚金属壳两种封装形式， 14 脚双列直插式封 装是最常用的。由于 ad637 的输入电阻较低，为了降低其分压产生的误差，被测的交 流电压先通过精密运算放大器 icl7650 构成的电压跟随器，然后才通过高精

11、度交流/有 效值转换芯片 ad6374转换成有效值，进过 adc 转换成数字信号，在单片机中完成比例 运算，得到电容电感数值。测量不同数值电感电容时，可以选择相应的标准电阻和改 变 max038 输出信号的频率来分压，这通过单片机控制继电器切换电路和编程来实现。 2.3 液晶显示模块 本设计采用常用的 2 行 16 个字的 1602 液晶显示器来显示电阻电感电容值。单片 机的 p1 口与 1602 液晶模块的数据口连接传输数据5，p2 口分别控制 rs、rw 和使能端 e。rs 为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器，低电平时选择指令寄存器。rw 为读 写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行

12、写操作。当 rw 和 rs 同时为低时，可 以写入指令或显示地址；当 rs 为低，rw 为高时，可以读忙信号；当 rs 为高 rw 为低时， 可以写入数据。e 端为使能端，当 e 端有高电平跳变到低电平时，液晶模块执行命令。 d0-d7 为 8 位双向数据线。v0 为液晶显示器对比度调节端，接正电源时对比度弱，接 地是对比度高，使用时要通过一个 10k 的电位器调整对比度。 3 系统软件设计 3.1 控制测量程序模块 单片机控制测量程序不仅担负着量程的识别与转换，而且还负责数据的修正和传 输；因此主控制器的工作状态直接决定着整个测量系统能否正常工作，所以控制测量 程序对整个测量来说至关重要。控

13、制测量流程图如图 9 所示。 图 9 控制测量程序流程图 3.2 按键处理程序模块 按键处理程序的主要功能是设置测量的类型和测量的档位，当有按键被按下时就 执行相应的按键功能。 3.3 液晶显示程序模块 该程序模块只有一个功能，就是对测量结果清晰正确的显示出来，并能够保持稳 定。 4 系统测试与结果分析 测试仪器：双踪示波器和数字万用表6。 4.1 对正弦信号源的测试 我们使用示波器对信号源进行测试，发现波形和频率显示平稳，并得到了一些数 据。由测量数据经我们分析计算得出此信号发生器输出电压幅值大于等于 5，并且大 小可以调节。 4.2 对电阻电容电感的测量 我们对于各种性质的元件(电阻电容电

14、感)分别找了足够量的元件；用高精度数字 万用表测量出其阻值(容值或感值）取多个相同电阻的平均值作为参考量；然后用我们 自制的仪表进行测量，测量多个阻值不同的电阻，算出其误差，最后求平均误差。电 容和电感的测量同理。 4.3 误差分析 本测量仪的测量范围较宽，并且达到了很好的精度， 信号源测试结果分析：由于示波器精度所限，频率低于 10hz 示波器无法识别信号。 经计算自制信号源最大相对误差为 0。4%，我们的信号源范围更宽。 电阻测试结果分析：测量电阻阻值误差较小，最大误差为 2%，用 16 位 ad 采样直 流分压信号极为精确。 电容测试结果分析：电容测试最大误差为 3%。 电感测试结果分析

15、：电感测试最大误差小于 4%。 在实际测量中，由于测试环境，测试仪器，测试方法等都对测试值有一定的影响， 都会导致测量结果或多或少地偏离被测量的真值，为了减小本设计中误差的大小，主 要利用修正7的方法来减小本测试仪的测量误差。 5 总结 通过对电阻、电容、电感测试仪的课题设计，锻炼了我的实际动手能力，增强了 我解决实际工程问题的能力，同时也提高我查阅文献资料、设计规范以及电脑制图等 其他专业能力水平。 硬件电路图简单，成本低；采用单片机可以提高系统的可靠性和稳定性，缩小系 统体积，调试与维护方便，而且以 51 单片机最小系统为核心的控制系统能满足整个系 统的要求，本系统也还有许多可以扩展的功能，可以增加语音功能，每次测量值稳定 的时候就通过语音报告出来；也可以增加在线测量的功能，这样就更能够测量出元件 工作时的正常值，而不仅仅是静态时的值。 参 考 文 献：