简易LCR测量系统设计

目录一、 题目分析与方案论证 21. 题目分析 22. 方案论证 23.测量部分4.单片机部分5.系统电路图二、 模块电路设计与参数计算 21.I/V变换模块电路电路分析2. 电阻计算 23. spwm 34. 幅度测量 45. 电源设计 4三、 软件设计 5摘要：本简易LCR测量系统以MSP430G2553最小系统为控制核心，由信号产生、数据采集、存储处理、显示等功能模块组成。其中，信号产生由DDS技术实现，信号测量用软件算法完成。并制作了二阶有源低通滤波器和四阶有源低通滤波器作为信号产生网络，用I/V变换作为被测网络，可实现自动识别和显示。

一题目分析与方案论证题目分析任务：设计并制作一个简易电阻、电容、电感测量系统，能够测量并显示电阻、电容、电感的值。系统功能及指标：（1）正弦波发生器：产生一个频率1kHz、10kHz、100kHz的正弦波，峰峰值为3.3V，频率和幅度误差不大于5%，输出阻抗低于10Ω，无明显失真；（2）测量范围：电阻100Ω～1MΩ，电容100pF～10000pF，电感100μH～10mH，电容和电感误差不大于10%，电阻误差不大于5%，测量值以数字方式显示；（3）测试一个元件的时间不超过2s（从接入元件开始测量计算）。方案论证电源供电部分系统只提供3V电源，所以采用LT1302芯片得到+5V，采用LT1617芯片得到-5V，单片机采用3V直接供电。正弦波发生器采用DDS方法产生激励电压信号。DDS具有频率分辨率高、频率精确度高、相对带宽宽的优点，因此本设计采用此方案。采用单片机产生一路方波，频率可变（1kHz、10kHz、100kHz），经过模拟开关CD4051，分别输入到三个有源低通滤波器，得到所需的正弦波。测量部分测量部分采用下面的电路可得：|Uo|=|Ui|×Rf/|Zx|对于Zx=R|Uo|=|Ui|×Rf/R对于Zx=1/jωC|Uo|=|Ui|×RfωC对于Zx=jωL|Uo|=|Ui|×Rf/ωL因此只要知道|Uo|，就可求出待测量。单片机部分单片机要完成的功能主要有：输出PWM波，选择模拟开关通道以切换量程，AD采样并计算待测量，将结果输出到显示屏以及通过PWM输出来控制LCD显示屏的亮度。系统电路图二模块电路设计与参数计算1.I/V变换模块电路电路分析当信号进来时，先过了两个跟随器。第一个跟随器是用tlc2262做的，因为2262的输出电压最接近vcc，第二个跟随器是用NE5532做的，因为2262的输出电流能力不够，而5532的电流输出能力最强（注：在现有的运放中），这样不会使得后面的程控增益模块当待测区和反馈区电阻较小时出现限幅的情况。程控增益是用NE5532做的，因为tlc2262和tlc082的带宽不够，而我们是用100KHZ正弦波作为输入源。程控增益的反馈端是用CD4051来控制通道的切换，又因为4051在VCC为5V的情况下，导通电阻大概在175欧左右，而我们的最小档位反馈电阻为100欧，所以在4051与运放的负端之间加了一个继电器，继电器一短连着4051，另一端连着100欧的电阻。我们总共用了6个档位，第一档反馈电阻为100欧，第二档位为620欧，第三档为4.2K欧，第四档为26.6K欧，第五档为68.6K欧，第六档为623K欧，第二档放大倍数为0.25—1.7倍，其它档位为0.25—1.6倍，这样理论上可以完成要求。我们的电容和电感用前三个档位就可以完成，但是当待测区放入电容时NE5532会自激，所以要在反馈端加电容来消除自激，刚开始时我在前三个档位的电阻上并联了一个102电容（只有102的效果是最好的），但波形不是那么漂亮，之后改进了电路，如电路图所示，在运放的负端和输出端用继电器链接一个101的电容用单片机来控制继电器的通断，因为101电容并到大电阻上会产生较大的影响，就无法完成测试要求，所以只在用到前三档位是让继电器导通来消除自激，而且波形特别漂亮。当100khz信号加到输入端，当反馈端电阻比较小是还没什么影响，但我们最大档位的反馈电阻为623K欧，当在这个档位时如果待测区没加任何东西，理论上输出为0，但实际上输出为一峰峰值400mv与输入同频反相的正弦波，这影响了放大倍数，但如果输入信号换为10K的正弦波，则一切正常。这是由于把待测区当成一个电容计算进去了，由于我们高档为只用来测试电阻，所以如果判断出待测原件为电阻，则把输入信号频率由100K换成10K，根据输出计算其阻值。程控增益之后是精密峰值检波，在进入峰值检波之前要先进行隔直，因为虽然在程控增益之前进行了隔直，但芯片存在零漂，故要重新隔直。而且要在隔直电路之前加一跟随器，防止隔直电路的电容影响程控增益电路。2.电阻计算选择合适的电阻Rf，确定各待测量的量程。对于待测电阻R，分4档量程：100Ω-1kΩ：Rf=200Ω；1kΩ-10kΩ：Rf=2kΩ；10kΩ-100kΩ：Rf=20kΩ；100kΩ-1MΩ：Rf=200kΩ对于待测电容C，分3档量程：100pF-500pF：Rf=5kΩ；500pF-2nF：Rf=1kΩ；2nF-10nF：Rf=200Ω对于待测电感L，分3档量程：100μH-500μH：Rf=100；500μH-2mH：Rf=500；2mH-10mH：Rf=2021Rf共有八种取值：100，200，500，1k，2k，5k，20k，200k。系统的功耗估算待写3.spwm滤波器波形查表滤波器波形查表相位累加器频率控制spwm原理如上图所示。输出频率、时钟频率与频率控制字K的关系为，为波形存储器中所存储的一个波形周期的采样点数。通过改变K即可改变输出的频率。由奈奎斯特采样定理，输出频率最高为时钟频率的一半，我们取。为使输出频率达到10KHz，由定时器设置时钟频率为12MHz。输出频率分辨率为，取一周期1024点存入波形表。4.滤波放大根据spwm输出信号频谱，得出滤波器截止频率应为我们选，设计电路如图所示。满足设计要求。对于100khz频率的方波，为了得到100khz的正弦波，应滤去200khz的谐波，只剩下基波。5.幅度测量对峰值检波电路而言，输出的时间常数越大越好，但是越大就意味着系统的反应时间越长，综合考虑应该选择电阻为22M，电容为0.1uF。电源设计1）.设计任务和要求设计并制作有一定输出电压。基本要求如下：输出直流电压＋5V和－5V输出最大电流为560mA2).设计方案滤波根据设计任务要求，数控直流稳压电源的工作原理框图如图1所示。主要包括三大部分：稳压电源和整流、滤波部分，单片机控制部分。滤波直流稳压电源MS直流稳压电源MSP430图1直流稳压电源框图3).电路设计1．滤波电路设计滤波选用电解电容滤波，为了能够稳压应选择电阻较小的大电感。电路如图2所示图2整流滤波电路电路的输出电压UI应满足下式：U≥Uomax+（UI-UO）min+△UI式中，Uomax为稳压电源输出最大值；（UI-UO）min为集成稳压器输入输出控制电路设计选择开关应该选择导通电阻较小的元件，PMOS满足。图3控制电路电路应满足当单片机管脚输出高电平时，PMOS截止，控制电路输出低电平，为了使功耗降低，应该选用大电阻以限流。功率输出电路设计正电源输出电路设计正电源应选择LT1302，LT1302开关电源有选通管脚，可以在系统不工作时关闭转换以节能元器件选择因为输入电压较小，因此可以选用0.1nF的瓷片电容并接在输入管脚和地之间输出电容应该选择大电容且ESR较小的电容，因为电解电容的ESR普遍较大，而瓷片电容的ESR虽然较小，但是电容量也较小，因此，可在电解电容两端并接上几个瓷片电容以满足电容容量较大且ESR较小。QUOTE=QUOTE在这里，Vos=15mv,Vout=5v,Vref=5v,因此，ESRmax不大于15毫欧姆因为转换的输出电压较小，因此可以选择一个10uH的电感。为了使输出纹波最小，二极管应选择肖特基二极管。因为选用LT1302－5的芯片，因此输出端可直接接在反馈端，但是为了可调节，而且使输出电压稳定，应接一个大电阻电路图设计图4.正电源电路4.负电源设计负电源应选择LT1617，LT1617开关电源有选通管脚，内部基准电压为-1.23V，可以满足+3v到-5v的电平转换，可以在系统不工作时关闭负电源换以节能5.负电源元器件选择1.输入电感选择，Vd为0.4V（肖特基二极管电压）Vout为输出电压，Llim为350mA,Toff为400ns.

可以算的电感可以选择一个10uH的电感2.为了减少纹波，输出电容可以选择ESR较小的电容，因此我们在一个10uH的电解电容两端并接了瓷片电容以减少ESR。3.为减少输出纹波，在反馈电阻两端应该并接一个100pf的电容。4.反馈电阻计算，因内部基准电压为-1.24V左右，因此R1可以用50k的，R2可以用153K的。6.负电源电路图5:负电源电路三.软件设计软件部分考虑到系统的低功耗要求，并可实现量程的自动切换以及电阻、电容、电感的自动识别。状态转移图如下，其中i=1，2，…，8，对应Rf从小到大的取值，f为正弦波频率

公司印章管理制度一、目的公司印章是公司对内对外行使权力的标志，也是公司名称的法律体现，因此，必须对印章进行规范化、合理化的严格管理，以保证公司各项业务的正常运作，由公司指定专人负责管理。二、印章的种类公章，是按照政府规定，由主管部门批准刻制的代表公司权力的印章。专用章，为方便工作专门刻制的用于某种特定用途的印章，如：合同专用章、财务专用章、业务专用章、仓库签收章等。3、手章(签名章)，是以公司法人代表名字刻制的用于公务的印章。三、印章的管理规定印章指定专人负责保管和使用，保管印章的地方(桌、柜等)要牢固加锁，印章使用后要及时收存。财务专用章由财务部负责保管，向银行备案的印章，应由财务部会计、总经办分别保管。3、印章要注意保养，防止碰撞，还要及时清洗，以保持印迹清晰。4、一般情况下不得将印章携出公司外使用，如确实因工作所需，则应由印章管理员携带印章到场盖章或监印。5、印章管理人员离职或调任时，须履行印章交接手续。四、公章刻制印章需本公司法人代表批准，并由印章管理专责人负责办理刻制并启用并交由专人进行保管。五、印章的使用使用任何的印章，需由相应负责人审核签字。为方便工作，总经理可授权印章管理专责人审核一般性事务用印。用印前印章管理人员须认真审核，明确了解用印的内容和目的，确认符合用印的手续后，在用印登记簿上逐项登记，方可盖章。3、对需要留存的材料，盖印后应留存一份立卷归档。4、不得在空白凭证、便笺上盖章。5、