RLC测试课程设计实验报告

年4月19日RLC测试课程设计实验报告文档仅供参考“电子系统设计”课程设计报告设计课题：RLC参数测试仪专业班级：姓名：学号：设计时间：评阅意见：评阅意见：评阅意见

设计课题题目：RLC参数测试仪一、设计任务与要求1、测量范围：电阻100Ω-1MΩ；电容100pF-10000pF；电感100μH-10mH。2、制作1602液晶显示器，显示测量数值，并用发光二级管分别指示所测元件的类别。3、测量精度：5%。二、系统设计方案2.1电阻测量方案方案一：利用串联分压原理的方案R0RxGNDVCCR0RxGNDVCC图2-1串联分压电路图根据串联电路的分压原理可知，串联电路上电压与电阻成正比关系。测量待测电阻Rx和已知电阻R0上的电压，记为Ux和U0.，方案二：利用直流电桥平衡原理的方案R2R1GNDVCCGR2R1GNDVCCGRxR3RxR3图2-2直流电桥平衡电路图根据电路平衡原理，不断调节电位器R3，使得电表指针指向正中间，再测量电位器电阻值。方案三：利用555构成单稳态的方案图1555定时器构成单稳态电路图根据555定时器构成单稳态，产生脉冲波形，经过单片机读取高低电平得出频率，经过公式换算得到电阻阻值。上述三种方案从对测量精度要求而言，方案一的测量精度极差，方案二需要测量的电阻值多，而且测量调节麻烦，不易操作与数字化，相比较而言，方案三还是比较符合要求的，由于是经过单片机读取转化，精确度会明显的提高。故本设计选择了方案三2.2电容测量方案方案一：利用串联分压原理的方案（原理图同图2-1）经过电容换算的容抗跟已知电阻分压，经过测量电压值，再经过公式换算得到电容的值。原理同电阻测量的方案一。方案二：利用交流电桥平衡原理的方案（原理图同图2-2）经过调节Z1、Z2使电桥平衡。这时电表的读数为零。经过读取Z1、Z2、Zn的值，即可得到被测电容的值。方案三：利用555构成单稳态原理的方案图2555定时器构成单稳态电路图单片机接一独立按键，当其按下时，NE555的3引脚输出方波，3脚与单片机相接，可经过程序测出其频率，进而求出Cx的值，显示在1602液晶屏上。上述三种方案从对测量精度要求而言，方案一的测量精度极差，方案二需要测量的电容值多，而且测量调节麻烦、电容不易测得准确值，不易操作与数字化，相比较而言，方案三还是比较符合要求的，由于是经过单片机读取转化，精确度会明显的提高。故本设计选择了方案三。2.3电感测量方案方案一：利用交流电桥平衡原理的方案。方案二：利用电容三点式正弦波震荡原理在经过555构成单稳态原理输出脉冲的方案图3电容三点式正弦波震荡电路图由于电容三点式震荡电路产生的信号较小，因此先加一级单管放大，在跟比较器将正弦波转化成方波。单片机接一独立按键，当其按下时，运放输出口输出方波，该口与单片机相接，可经过程序测出其频率，进而求出Lx的值，显示在1602液晶屏上。上述两种方案从对测量精度要求而言，方案二需要测量的电感值多，而且测量调节麻烦、电感不易测得准确值，不易操作与数字化，相比较而言，方案二还是比较符合要求的，由于是经过单片机读取转化，精确度会明显的提高。故本设计选择了方案二。2.4电阻、电容、电感电路的设计本设计是单片机STC15F系列开发板作为主控中心：RLC参数测试模块单片机STC15F12K60S2和液晶显示模块各接口分配电阻、电容和电感测试显示选择按键三、单元电路分析与设计1．原理分析电阻和电容测量参数是经过NE555震荡电路输出方波，供单片机测量计数可经过程序测出其频率，进而求出电阻和电容的值，电感测量参数先经过电容三点式震荡电路，产生正弦波。然后进过NE555震荡电路输出方波，单片机测量计数可经过程序测出其频率，进而求出电感的值。2.仿真结果3.2.1电阻测量电路仿真仿真电路图：接一独立按键，当其按下时，NE555的3引脚输出方波，3脚与XSC1相接，可经过程序测出其频率，进而求出Rx的值，显示在液晶屏上。输出波形：3.2.2电容测量电路仿真仿真电路图：接一独立按键，当其按下时，NE555的3引脚输出方波，3脚与XSC2相接，可经过程序测出其频率，进而求出Cx的值，显示在液晶屏上。输出波形：3.2.3电感测量电路仿真仿真电路图：由于电容三点式震荡电路产生的信号较小，因此先加一级单管放大，在跟比较器将正弦波转化成方波。接一独立按键，当其按下时，运放输出口输出方波，该口与XSC1相接，可经过程序测出其频率，进而求出Lx的值，显示在液晶屏上。输出波形：3.电阻、电容、电感显示电路的设计采用1602液晶显示，耗能低，显示数值范围较大四、软件部分设计4.1主程序流程图电阻、电容、电感测试仪的设计中，便于直观性，在液晶屏上显示被测参数的选择，被测参数各个灯的选择以及具体设置。经过按键来进行灵活控制。 4.2中断程序流程图测试电阻并显示测试电阻并显示按键中断入口判断按键值OK键键值=1?进入选择档位界面档位键值变化?电阻档电容档电感档OK键键值=0?显示主界面测试电容并显示测试电感并显示YYNYNN五、安装与调试5.1电阻、电容和电感测量电路调试接通电源，用示波器观察输出波形，若为方波，则电路焊接无误，否则检查电路，在调试过程中发现，若改变电源电压，输出方波的频率会发生变化，计算出的数值存在一定误差，当VCC为3.25V左右时误差较小测小电阻时，我们能够采用给待测电阻串联合适的已知标准电阻的方法，来提高测量精度；测电感时，给待测电感串联合适的已知标准电感。5.2液晶显示电路调试将测量电路的输出分别与单片机的P3^0、P3^2、P3^3相接，观察液晶是否显示测量结果。在调试过程中发现，电阻、电容的测量误差较小，由于电容三点式震荡电路的频率不稳定，电感测量的误差较大。系统测试与分析6.1

系统测试

（1）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，将电阻，电容，电感，使用对应的振荡电路转化为频率实现各个参数的测量。其中电阻和电容是采用555多谐振荡电路产生的，而电感则是根据电容三点式产生的，将振荡频率送入AT89C52的计数端端，经过定时而且计数能够计算出被测频率，再经过该频率计算出被测参数。以Keil51为仿真平台，使用C语言与汇编语言混合编程编写了系统应用软件；包括主程序模块、显示模块、电阻测试模块、电容测试模块和电感测试模块(2)测试仪器：示波器，万用表，稳压电源，计算机。

(3)测试结果：经过按键，实现其按键所对应的功能，并观察测试结果，对设计进一步的进行校正和对实现功能的可靠性的确认，并记录观察结果6.2测试方法

根据设计设计搭好好电路经过经过拨码选择给个部分模块供电，再测量前用电桥测量仪测出所需测量电阻电容与电感的实际值，再根据单片机提示选择选择所需测量器件。测量顺序按电阻，电容，电感的顺序。器件按由小到大依次测量，再根据单片机实测值与电桥测量仪所测值计算出测量误差6.3实验数据记录（a）电阻测试数据如表所示电阻参数（kΩ）0.11.0101005001000参数测试仪测试值0.0960.979.8799.6500985自制仪器测试值1021025104521064105309011079440相对误差6.25.75.96.86.19.5（b）电容测试数据如表所示。电容参数（pF）50100500100010000参数测试仪测试值94.02424.0940.044609376.0自制仪器测试值151550.01310608315006相对误差60.629.739.330.560.1（c）电感测试数据如表所示电感参数100uH470uH1mH1mH参数测试仪测试值70.10385.08008.860自制仪器测试值120580114813547相对误差71.150.743.552.3七、结论与心得这次课设的论文和设计是我这大学期间干的最有意义的事之一。我了解了电子制作的许多知识，在以前的基础上对模拟电路有了更深层次的认识。这次的设计大多数都是模拟电路，对模拟电路的要求比较高，而在这之前基本都没有接触过这些东西，在制作过程中也遇到了不少问题，比如运放选型就是一个头疼的问题，运放的种类有很多，参数也各不相同，需要对照芯片的数据手册选出自己需要的型号。以前对电路设计也没有概念，面对一个现成的电路也怎么分析，无从下手，更何况是自己设计电路呢。不过经过这次制作，我学会了如何分析一些小规模的模拟电路，而且能自己设计一些简单功能的模拟电路，我觉得学会这些东西是我这次毕业设计获得的最大收获。

在制作过程之中遇到了好多细节问题都是以前容易忽视掉的。比如，以前不关注电源的质量以及纹波大小，用万用表电压档测量之后感觉电压符合就拿来用了，却不知道电源纹波对电路影响。制作过模拟电路之后才有了电源纹波这个概念，特别是运放，对电源要求相当高。给模拟电路供电的电源质量要相当可靠，而且需要用示波器观察电源输出直流量中的纹波大小。纹波太大会影响运放的正常工作，特别是在小信号电路中，有时候纹波噪声会将有用信号全部覆盖掉，单片机的电源纹波也得保证在十毫伏以下，否则会影响单片机AD的转换精度，总结了这次毕业设计的经验，我觉得以后做东西的时候要更加的细心，遇到问题要多思考，问题不解决彻底会留有后患的。阅读芯片数据手册不能一味的追求中文版，有时候中文版本翻译的不仔细，造成的错误也不易查找。调整心态，坚持去看英文原版数据手册，看的多了就不会厌烦英文数据手册了，许多事情还是习惯了就好了。参考文献

[1]申忠如，申淼，谭亚丽.MCS-51单片机原理及系统设计.西安交通大学出版社，3月第1版

[2]申忠如，郭福田，丁晖．现代测试技术与系统设计．西安：西安交通大学出版社，.2．

[3]付家才.单片机控制工程实践技术[M].北京化学工业出版社，

[4]张毅刚.MCS-51单片机应用系统.哈尔滨工业大学出版社，1997

[5]夏继强.单片机实验与实践教程.北京航空航天大学出版社，，.1

[6]

马忠梅，单片机的C语言Windows环境编程宝典[M],

北京：北京航空航天大学出版社，.6；

附录：1.主要元件清单及PCB图元件型号数量单片机STC15F2K60S21电位器10KΩ4瓷片电容103（0.01uF）1瓷片电容104（0.1uF）7电阻300R1电阻100K2电阻1K2电阻2K1电阻510K2按键4液晶16021555定时器NE5553电解电容50V，22uF1三极管S8050（NPN型）2PCB图实物图单片机最小系统模块电感模块 电阻电容模块3.程序代码#include<STC15F2K60S2.H>#include<intrins.h>#defineT1MS(65536-FOSC/12/1000)//12T??#defineuintunsignedint#defineucharunsignedchar#defineulongunsignedlong#define PI3.1415926uchartable2[16]="f(Hz)=";uchartable3[16]="R(Ohm)=";uchartable4[16]="C(pF)=";uchartable5[16]="L(uH)=";ucharnum,cc=0,th0,tl0;uintC,L;ulongf=0,R;intjishu=0;charii=0;bitxuanzhe=1;//这三个引脚参考资料sbitE=P2^2; //1602使能引脚sbitRW=P2^1; //1602读写引脚 sbitRS=P2^0; //1602数据/命令选择引脚sbitkey_R=P3^4; //??????sbitkey_C=P3^5; //??????sbitkey_L=P3^6; //??????sbitkey_X=P3^7;sbitR_out=P3^2; //????????sbitC_out=P3^3; //????????sbitL_out=P3^0; //????????bitbb=1;voidRrr(void){f=0; bb=1;TR0=1; EX0=1; while(bb); EX0=0; }voidLrr(void){f=0; bb=1;TR0=1; INT_CLKO|=0x40; while(bb);INT_CLKO&=0xbf;}voidCrr(void){f=0; bb=1;TR0=1; EX1=1; while(bb); EX1=0; }voiddelayms(uintxms) {uinti,j;for(i=xms;i>0;i--) for(j=1330;j>0;j--);}voiddelay(){uinti;for(i=0;i<4;i++){_nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); }}bitBusy(void){ bitbusy_flag=0; RS=0; RW=1; E=1; delay(); busy_flag=(bit)(P2&0x01); E=0; returnbusy_flag;}voidwcmd(uchardel){ uchardel2=0,i; while(Busy()); RS=0; RW=0; E=0; delay(); P0=del; delay(); E=1; delay(); E=0;}voidwdata(uchardel){ uchardel2=0,i; while(Busy()); RS=1; RW=0; E=0; delay(); P0=del;delay(); E=1; delay(); E=0;}voidL1602_init(void){ wcmd(0x38); wcmd(0x0c); wcmd(0x06); wcmd(0x01);}voidt0_init(){AUXR&=0x7F; //?????12T?? TMOD&=0x00; TMOD=0x01; //??????? TL0=0xB0; //?????? TH0=0x3C; //?????? TF0=0; //??TF0?? TR0=0; PX0=1;IT0=1; IT1=1;EX0=0;EX1=0; EA=1;}voidt_init(){ TMOD&=0x00; AUXR&=0x7F; //?????12T?? TMOD=0x02; //??????? TL0=0xF6; //?????? TH0=0xF6; //??????? TF0=0; //??TF0?? TR0=0; //???0?????? ET0=1; //?????0?? EA=1;}voidkeyscan() {if(key_R==0){ delayms(10); while(key_L==0); cc=1;}elseif(key_C==0){ delayms(10); while(key_C==0); cc=2;} elseif(key_L==0){ delayms(10); while(key_L==0); cc=3;} else if(key_X==0) { delayms(10); while(key_X==0); xuanzhe=!xuanzhe; //while(key_R&&key_C&&key_L); //?????????? }}voidint0_Int(void)interrupt0{ f++;}voidint4_Int(void)interrupt16{ f++;}voidOutside(void)interrupt2{ f++;}voidT_count()interrupt1{if(xuanzhe) f++;else{TL0=0xB0; //?????? TH0=0x3C; //?????? if(++jishu==20) {jishu=0; TR0=0; EX0=0;bb=0;}} }voidL1602_string(ucharhang,ucharlie,uchar*p){ uchara,b=0; if(hang==1)a=0x80; if(hang==2)a=0xc0; a=a+lie-1; while(1) { wcmd(a++); if((*p=='\0')||(b==16))break; b++; wdata(*p); p++; }}voidT0_count(){ TL0=0xF6; //?????? TH0=0xF6; //??????? f=0;switch(cc){case1:while(!R_out); while(R_out); TR0=1; while(!R_out); while(R_out); TR0=0; break;case2:while(!C_out); while(C_out); TR0=1; while(!C_out); while(C_out); TR0=0; break;case3:while(!L_out); while(L_out); TR0=1; while(!L_out); while(L_out); TR0=0; break;default:break;} //f=1/(th0*256+tl0)*0.5*1000000.0;f=1000000.0/f/10; }voiddisplay_f(ulongf){ucharcount=0;ulongf0;wcmd(0x80|0x06); for(ii=0;ii<10;ii++) wdata('');f0=f;while(f){f=f/10; count++;}for(num=5+count;num>5;num--){ table2[num]=f0%10+48; f0=f0/10;}wcmd(0x80);for(num=0;num<6+count;num++){ wdata(table2[num]);} }voiddisplay_R(ulongR){ucharcount=0;ulongR0;R0=R; wcmd(0x80|0x47); for(ii=0;ii<8;ii++) wdata('');while(R){ R=R/10; count++;}for(num=6+count;num>6;num--){ table3[num]=R0%10+48; R0=R0/10;}wcmd(0x80|0x40);for(num=0;num<7+count;num++){ wdata(table3[num]); delayms(5);} }//??????voiddisplay_C(uintC){ucharcount=0;uintC0;C0=C;wcmd(0x80|0x47); for(ii=0;ii<8;ii++) wdata(''); while(C){ C=C/10; count++;}for(num=5+count;num>5;num--){ table4[num]=C0%10+48; C0=C0/10;}wcmd(0x80|0x40);for(num=0;num<6+count;num++){ wdata(table4[num]);} }//??????voiddisplay_L(uintL){ucharcount=0;uintL0;L0=L; wcmd(0x80|0x47); for(ii=0;ii<