电阻电容电感测试仪的设计论文说明

1、电阻电感测试仪的设计摘要随着电子技术的飞速发展，电子设备已成为人们不可或缺的工具之一。最近，我们一直在倡导节能环保。由于节省了能源，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。本设计采用MAX038单片机压控函数发生器产生高精度正弦波信号，流经待测电容或电感与标准电阻的串联电路。电容或电感值采用电压比计算的方法计算，测量计算结果由51单片机控制，由1602液晶模块实时显示。范围可以手动调节，正弦信号发生器可以调节幅度和频率。为了提高精度，我们首先将测得的交流电压通过ICL7650，以消除AD637的低输入电阻带来的误差。实验测试结果表明，该设计性能稳定，测量精度高。关键词：

2、89C51 AD637 1602 液晶 电压比例法目录第一章：系统开发背景。1.1 简介现代电子产品正以前所未有的速度向多功能、最小体积、最小功耗的方向发展。机电产品广泛应用于家电、通讯、通用工业乃至航空航天、军工等领域。无论是在日常生活中，还是在高端科技领域，电子技术的应用越来越深入。掌握电子技术基础设计和生产所需的基本知识和技能，能够满足我国当前产业结构中技术工人和工程师的基本素质要求，培养从事高端电子产品开发的能力和素质系统，以满足信息时代的需求。目前，市场上测量电子元件参数R、C、L的仪器种类繁多，其方法、优缺点也各不相同。一般的测量方法计算复杂。难以实现自动测量、智能化等。测量电阻、

3、电容、电感的方法有很多（谐振法、电桥法、电压比例法等），但对于测量仪器来说，精度越高越好.因此，本设计选用电压比较法作为电阻、电感、电容测试仪。其原理是通过串联分压电路将一定频率的交流信号转换成电压信号，再通过电路处理转换成频率信号，再由单片机进行比例计算。最后将计算出的测量值发送到显示模块并显示相应的参数。1.2 设计背景及意义目前，随着电子工业的发展，电子元器件的数量急剧增加，电子元器件的应用范围也逐渐扩大。在应用中，我们经常要测量电阻、电容和电感。因此，有必要设计一种可靠、安全、方便的电阻、电容、电感测试仪。通常，电路参数的数字化测量是在测量前将被测参数转换成直流电压或频率。电阻测量按产

4、生恒流源的方法分为电位降法、比例算子法和积分算子法。比例算子法测量误差稍大，积分算子法适用于高电阻的测量。测量电容的传统方法有两种：谐振法和电桥法。前者电路简单，速度快，但精度低；后者测量精度高，但速度慢。随着数字测量技术的发展，测量速度和精度有了很大的提高。恒流法和比较法常用于电容的数字测量。电感量的测量可以采用交流电桥法。这种测量方法虽然可以准确测量电感量，但交流电桥的平衡过程复杂，通过测量Q值来确定电感量的方法误差较大。因此，电感的数字测量往往采用时间常数产生和同步分离的方法。由于电阻、电容、电感的测量方法很多，比较复杂，所以本设计是一套基于555振荡器参考的自己的设计方案。我们尝试使用

5、 555 振荡器将测量参数转换为频率。这里我们把RLC测量电路产生的频率送到AT89C52的计数端。通过定时和计数，我们可以计算出测量的频率，然后通过这个频率计算出各个参数。1.3 电阻、电容、电感测试仪的发展历史及研究现状电阻、电容和电感测试已经发展了很长时间，方法也很多。常用的测量方法如下。电阻测量按产生恒流源的方法分为电位降法、比例算子法和积分算子法。比例算子法测量误差稍大，积分算子法适用于高电阻的测量。测量电容的传统方法有两种：谐振法和电桥法。前者电路简单，速度快，但精度低；后者测量精度高，但速度慢。随着数字测量技术的发展，测量速度和精度有了很大的提高。恒流法和比较法常用于电容的数字测

6、量。电感量的测量可以采用交流电桥法。这种测量方法虽然可以准确测量电感量，但交流电桥的平衡过程复杂，通过测量Q值来确定电感量的方法误差较大。因此，电感的数字测量往往采用时间常数产生和同步分离的方法。第二章：电压比例法测量原理。2.1 电阻、电容、电感测试仪设计方案比较Z为电路中角频率为1w的电感的等效阻抗，2Z为电路中角频率为2w的电感的等效阻抗，L为电感，SR为电感的等效电阻.为保证测量精度，需要保证电阻的精度和W的高稳定性值。因此，在本设计中，我们使用MAX038单片压控函数发生器3-4产生高精度正弦波波形信号，同时输出缓冲器采用运放，为保证波形精度，我们采用闭环深度负反馈对正弦波信号进行无

7、失真放大。电阻、电容、电感测试仪的设计可以通过多种方案来完成，如模拟电路，电阻的比例运算和积分运算，电容的恒流和比较，电感的时间常数产生和同步分离等，使用可编程逻辑控制器（PLC）、振荡电路与单片机的组合或CPLD与EDA等。设计前对各种方案进行了比较：1）使用纯模拟电路虽然避免了编程的麻烦，但电路复杂，使用的器件多，灵活性差，测量精度低，所以现在很少使用。2）可编程逻辑控制器（PLC）应用广泛，可轻松集成到工业控制系统中。它的速度快，体积小，可靠性和准确性好，设计时可以用PLC来控制硬件，但用PLC实现成本相对较高，成本太高。3) 由CPLD或FPGA实现。采用目前广泛使用的VHDL硬件电路

8、描述语言，设计了电阻、电容、电感测试仪。 MAXPLUSII集成开发环境用于综合仿真，然后下载到CPLD或FPGA可编程逻辑器件中，完成系统的控制功能。但规模较大，结构复杂。2.2 系统原理框图该系统分为测量电路、控制电路、通道选择和显示电路四部分。通过P1.3和P1.4向模拟开关发送两位地址信号，得到相应的振荡频率，然后根据测量的频率判断是切换量程，还是处理数据后得到相应的参数值。系统设计框图如图所示。2.3 电阻电容电感测试仪系统硬件设计2.3.1 MCS-51单片机电路设计在本设计中，认为单片机组成的应用系统具有很高的可靠性，容易形成各种规模的应用系统，应用系统的软硬件利用率高。它也是可

9、编程的，硬件的功能描述完全可以用软件来实现。此外，本设计还需要用到单片机的定时器计数器、中断系统、串行接口等，因此选择单片机为核心进行设计是非常有必要的。硬件设计选用MS-51系列单片机，其I/O口连接按键、LED灯、七位数码管等，由软件控制。2.3.2 LED数码管电路及键盘电路设计在电阻、电容、电感测试系统中，使用LED灯来显示被测参数的类别和电源指示，简单明了。与小型白炽灯泡和霓虹灯相比，LED具有以下特点：它的工作电压很低（有的只有几伏）；工作电流很小（有的只能发光零点几毫安）；抗冲击抗震性好，可靠性高，使用寿命长；通过调制电流强度可以很容易地调制发光强度。由于这些特性，在一些光电控制

10、装置中经常使用LED作为光源。本设计中单片机的P1.0、P1.1、P1.2端口与LED直接相连，控制程序放在MCS-51单片机的ROM中。第三章，系统方案3.1 系统总体方案设计及结构框图该电路由电源模块、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AC/RMS转换、A/D转换、单片机、液晶组成显示、键盘等模块。系统主要模块流程图如图1所示：3.2. MCS-51单片机电路设计在本设计中，认为单片机组成的应用系统具有很高的可靠性，容易形成各种规模的应用系统，应用系统的软硬件利用率高。它也是可编程的，硬件的功能描述完全可以用软件来实现。此外，本设计还需要用到单片

11、机的定时器计数器、中断系统、串行接口等，因此选择单片机作为设计核心是非常有必要的。硬件设计选用MS-51系列单片机，其I/O口连接按键、LED灯、七位数码管等，由软件控制。MCS-51单片机包括CPU、程序存储器（ROM）、数据存储器（RAM）、定时器/计数器、并行接口、串行接口和中断系统，分别与数据总线、地址总线和控制总线三大总线相连。公共汽车。现在，分别对它们进行解释：1) 中央处理器：中央处理器（CPU）是整个单片机的核心部件，是一个8位数据宽度的处理器，可以处理8位二进制数据或代码。 CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统的协调，完成计算和控制输入输出功能等操作。2）数据存储器（RAM

12、）：8位用户数据存储单元128个，专用寄存器单元128个，统一寻址。专用寄存器只能用于存储控制指令数据，用户只能访问，不能存储用户数据。因此，用户只能使用 128 个 RAM，它可以存储读写数据、操作的中间结果或用户定义的字体表。 3）程序存储器（ROM）：有 4096 个 8 位掩码 Rom，用于存储用户程序、原始数据或表格。4）定时/计数器（ROM）：有两个16位可编程定时/计数器来实现定时或计数产生中断来控制程序转向。5）并行输入输出（I/O）端口：有 4 组 8 位 I/O 端口（P0、P1、P2 或 P3）用于传输外部数据。6）全双工串口：设置全双工串行通信端口，用于与其他设备进行串

13、行数据传输。串口既可以用作异步通信收发器，也可以用作同步移位器。7) 中断系统：它具有完善的中断功能，包括两个外部中断、两个定时器/计数器中断和一个串口。交通大学城市学院本科毕业设计（论文）8个中断，可满足不同的控制要求，具有2级优先级选择。时钟电路：本电路采用单片机的振荡器，11.0592MHz晶体谐振器直接与单片机的时钟端口X1和X2相连。电路中的C2和C3是振荡器的匹配电容。电路简单可靠。另外，本系统的容阻上电复位是利用RC电路的充电过程对单片机进行复位。 RC电路时间常数计算公式：T=RC即T=RC=10u*10k=100ms。需要复位时，也可以按复位键进行复位。3.3 LED数码管电

14、路及键盘电路设计在电阻、电容、电感测试系统中，使用LED灯来显示被测参数的类别和电源指示，简单明了。与小型白炽灯泡和霓虹灯相比，LED具有以下特点：它的工作电压很低（有的只有几伏）；工作电流很小（有的只能发光零点几毫安）；抗冲击抗震性好，可靠性高，使用寿命长；通过调制电流强度可以很容易地调制发光强度。由于这些特性，在一些光电控制装置中经常使用LED作为光源。本设计中单片机的P1.0、P1.1、P1.2端口与LED直接相连，控制程序放在MCS-51单片机的ROM中。因为测试指示灯是发光二极管，阳极通过限流电阻与电源正极相连，所以是共阳极。因此，当I/0口输出低电平时，与之相连的相应指示灯会亮起；

15、当 I/0 口输出高电平时，对应的指示灯熄灭。 LED的接口电路如图所示：本设计将LED应用于七位数码管，实现了测量参数的显示。七位数码管通过74LS573锁存器以共阴极方式连接到单片机的P0口。六位数码管显示，测量参数的指示值从左到右依次代表100000、10000、100、10、1位，使显示结果更简单、更可行。为了数码管正常显示，需要使用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们想要的数字。因此，根据数码管驱动方式的不同，可以分为静态型和动态型。系统核心电路（AT89S52最小系统）的P0口通过总线连接两个数据锁存器（74HC573），两个74HC573的片选使能端（LE）连接到NOR

16、的1、4脚门（74HCO2）分别。三个或非门类似，两个输入端之一连接到单片机的16脚（WR），而单片机的片选电路如图所示。ULN2803是达林顿管，在电路中可以起到大电流输出和高压输出的作用。由于电路采用共阴极动态显示方式，ULN2803在位码数据锁存器后面接8个数码管的COM端，可以增强驱动数码管的能力，使数码管的显示效果更好。本设计中设置了SR、SC、SL按键，通过单片机的P1.0、P1.1、P1.2端口与按键直接相连。控制程序放置在MCS-51单片机的ROM中，启动各测量参数程序的调整。见图关键电路。第四章：电阻、电容、电感测试仪的软件设计。4.1 I/O口分布：P1.0 R 测量程序的

17、选择1.1c 测量程序的选择1.2l测量程序的选择P1.3-P1.4 多路选择开关控制选择P1.0、P1.1 和 P1.2 按键输入和测量指示灯在本设计的模块中，模块以单片机为基础，然后通过按键控制将测得的参数显示在数码管上。关键主流程图如图所示。4.2 主程序流程在电阻、电容、电感测试仪的设计中，容易直观，被测参数的选择和被测参数的每盏灯的选择都显示在数码管上，以便与具体设置相关联。可通过三个按键Sr、SC、SL灵活控制。首先，插入被测组件。开关打开后，按SET键复位，然后选择键选择被测参数类别。然后，单片机根据按键类别启动相应的参数测试程序，测试完成后，将结果送至数码管显示。4.3 频率参

18、数计算原理通过单片机的外部中断计算设计频率，测量外部触发电路产生的脉冲频率，然后对测量数据进行校正。单片机测频原理如下图所示。电路原理图第 5 章：PCB 设计与系统调试。5.1。 PROTEL99SE介绍及PCB设计Protel99SE是一款应用于Windows9X/2000/NT操作系统的EDA设计软件。采用设计库管理模式，可用于网络设计。具有强大的数据交换能力、开放性和3D仿真功能。它是一个32位的设计软件，可以完成电路原理图、印刷电路板和可编程逻辑器件的设计，可以设计32个信号层、16个电源地层和16个机加工层。根据系统功能，Protel99se主要包括以下两部分和六个功能模块。5.1

19、.1。电路工程设计（1）电路原理设计（Advanced Schematic 99）：电路原理图设计包括电路图编辑器（简称SCH编辑器）、电路图零件库编辑器（简称Schlib编辑器）和各种文本编辑器。本系统的主要功能有：电路原理图的绘制、修改和编辑；以及更新和修改电路图零件库；查看和编辑有关电路图和零件库的各种报告。（2）印刷电路板设计系统（Advanced PCB 99）：印刷电路板设计系统包括印刷电路板编辑器（简称PCB编辑器）、零件封装编辑器（简称PCBLib编辑器）和电路板元件管理器。本系统主要功能有：电路板的绘制、修改和编辑；更新和修改零件包；管理电路板组件。 (3) Advanced

20、 Route 99：本系统包括一个基于Shape的无网格自动布线器，用于印刷电路板的自动布线，实现PCB设计的自动化。5.1.2.电路仿真和PLD(1)电路仿真系统(Advanced SIM 99)：电路仿真系统包括数字/模拟信号模拟器，可以提供连续的数字信号和模拟信号，从而对电路原理图进行仿真，验证其正确性和可行性。(2)可编程逻辑设计系统(Advanced PLD 99)：可编程逻辑设计系统包括具有语法功能的文本编辑器和波形编辑器。该系统的主要功能是： 分析和综合逻辑电路；观察信号的波形。使用PLD系统可以最大程度地简化逻辑元件，使数字电路设计最简化。（3）高级信号完整性分析系统（Adva

21、nced Integrity 99）：信号完整性分析系统提供了精确的信号完整性模拟器，可用于分析PCB设计、检查电路设计参数、实验过冲、阻抗和信号谐波要求等.5.1.3 Protel 99SE 的功能特点1、开放式一体化设计管理系统2.超强功能，修改和编辑功能。3. 强大的设计自动化如图所示：5.2 系统调试和系统测试5.2.1 系统软件调试除了必要的硬件，单片机的发展还依赖于软件。将汇编语言的源程序变成CPU可以执行的机器码有两种方法，一种是手工汇编，另一种是机器汇编。目前，手工组装很少使用。汇编是通过汇编软件将源程序变成机器代码，用于MCS-51单片机的汇编软件有早期的A51。随着单片机开

22、发技术的不断发展，单片机的开发软件也在从广泛使用汇编语言发展到逐步使用高级语言。 Keil软件是目前最流行的开发MCS-51单片机的软件，这从近几年各模拟器厂商纷纷宣布全力支持Keil就可以看出。 Keil提供了完整的开发方案，包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和强大的仿真调试器等，由集成开发环境（uVision）组合而成。运行Keil软件需要奔腾或以上CPU，16MB以上内存，20M以上可用硬盘空间，WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。5.2.2 系统硬件调试本设计的硬件部分已经调试完毕，在调试过程中遇到了很多问题。因为这个单电路是用面包板搭建的，电路不稳定。起初数码管

23、全亮，但单片机供电出现问题。万用表测试后发现单片机的地线断了。问题解决后，显示测试时数码管显示不变，然后发现有573芯片发热。切断电源后，万用表测试发现连接573芯片的数据口坏了。再次更换面包板后，测试显示部分基本正常，有时数码管G段显示不稳定。经分析，573芯片是由于最后一个G段数据中断而损坏，其调试能力为：1）面包板接电源，交通大学城市学院本科毕业设计（论文）2）被测电阻的调试：按下Sr键后，合上开关Srg，数码管显示被测电阻20K的阻值。程序在KEIL4.0软件上运行后，调试数码管全光显示效果，PCB板设计及系统调试。3) 被测电容的调试。按下Sc键后，数码管显示被测电容指示值103：电

24、容调试校正结果。5.2.3 系统测试测试原理：在系统设计中，以MCS-51单片机为核心的电阻、电容、电感测试仪通过相应的振荡电路将电阻、电容、电感转换为频率，实现各参数的测量。电阻和电容由555多谐振荡器电路产生，电感由三点电容产生。振荡频率送至AT89C52的计数端，通过定时计数计算出被测频率，再以此频率计算出被测参数。测试方法：测试时，将该系统测得的被测参数的指示值与该参数的标称值进行比较，即可得知该系统的测试精度。测试仪器：示波器、万用表、稳压电源、计算机。测试结果：通过按键实现按键对应的功能，并观察测试结果，进一步修正设计，确认实现功能的可靠性，并记录观察结果。测试结果如下： a) 电

25、阻测试数据见表。电阻测试数据电容测试数据(4) 测试分析：在实际测量中，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偏离测量的真实值。为了减小本设计中的误差，主要采用校正方法来减小本测试仪的测量误差。所谓修正法，就是在测量前或测量过程中得到某种系统误差的修正值。在数据处理过程中，选择合适的校正值非常重要。获得校正值的方法有以下三种。第一种方法是从相关信息中查找；第二种方式是通过理论推导，第三种方式是通过实验。第六章：设计总结与展望。毕业论文是一个很好的将理论与实践相结合的机会。通过电阻、电容、电感测试仪的课题设计，锻炼了自己的动手能力，增强了解决实际工程问题的能力，同时提高了查阅文献、设计规则和计算机图形的能力。设计的硬件电路图简单，可以降低生产成本。单片机可以提高系统的可靠性和稳定性，减小系统的体积，便于调试和维护。而且，以MCS-51单片机最小系统为核心的设计可以满足整个系统的工作要求。 555振荡器实现被测电阻电容参数的频率，电容三点振荡电路实现被测电感参数的频率。测得的频率通过CD4052的模拟开关送至单片机进行计数。然后，被测参数的测量值由显示电路显示出