本科毕业论文

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,基于单片机的电阻、电容、电感测试仪,指导老师：刘国高,辩论人： 马远,专业：,07,电子科学与技术,论文框架,设计的背景及意义,测试仪设计方案比较,系统的原理框图,测试仪的系统硬件设计,测试仪的系统软件设计,结论与展望,1,2,3,5,6,4,目前，随着电子工业的开展，电子元器件急剧增加，电子元器件的适用范围也逐渐广泛起来，在应用中我们常常要测定电阻，电容，电感的大小。因此，设计可靠，平安，便捷的电阻，电容，电感测试仪具有极大的现实必要性。,通常情况下，电路参数的数字化测量是把被测参数转换成直流电压或频率后进行测量。,电阻测量依据产生恒流源的方法分为电位降法、比例运算器法和积分运算器法。比例运算器法测量误差稍大，积分运算器法适用于高电阻的测量。,传统的测量电容方法有谐振法和电桥法两种。前者电路简单，速度快，但精度低；后者测量精度高，但速度慢。随着数字化测量技术的开展，在测量速度和精度上有很大的改善，电容的数字化测量常采用恒流法和比较法。,电感测量可依据交流电桥法，这种测量方法虽然能较准确的测量电感但交流电桥的平衡过程复杂，而且通过测量Q值确定电感的方法误差较大，所以电感的数字化测量常采用时间常数发和同步别离法。,由于测量电阻，电容，电感方法多并具有一定的复杂性，所以本次设计是在参考555振荡器根底上拟定的一套自己的设计方案。是尝试用555振荡器将被测参数转化为频率，这里我们将RLC的测量电路产生的频率送入AT89C52的计数端端，通过定时并且计数可以计算出被测频率再通过该频率计算出各个参数。,设计的背景及意义,测试仪的方案比较,电阻、电容、电感测试仪的设计可用多种方案完成，例如利用模拟电路，电阻可用比例运算器法和积分运算器法，电容可用恒流法和比较法，电感可用时间常数发和同步别离法等、使用可编程逻辑控制器(PLC)、振荡电路与单片机结合或CPLD与EDA相结合等等来实现。在设计前对各种方案进行了比较，但是还是利用555芯片把各个参数频率化，然后经过单片机检测。这样方便实现。利用振荡电路与单片机结合。,利用555多谐振荡电路将电阻，电容参数转化为频率，而电感那么是根据电容三点式电路也转化为频率，这样就能够把模拟量近似的转换为数字量，而频率f是单片机很容易处理的数字量，一方面测量精度高，另一方面便于使仪表实现自动化，而且单片机构成的应用系统有较大的可靠性。系统扩展、系统配置灵活。容易构成各种规模的应用系统，且应用系统有较高的软、硬件利用系数。单片机具有可编程性，硬件的功能描述可完全在软件上实现，而且设计时间短，本钱低，可靠性高。,综上所述，利用振荡电路与单片机结合实现电阻、电容、电感测试仪更为简便可行，节约本钱。所以，本次设计选定以单片机为核心来进行。,系统的原理框图,系统框图的说明,(一)控制局部：本设计以单片机为核心，采用AT89S52单片机，使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash 允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统 可编程Flash，使得AT89S52 为众多嵌入式控制应用系统提 供高灵活、超有效的解决方案。,本课题利用其管脚的特殊功能以及所具备的中断系统，定时/计数器等，实现系统功能的实现。,二通道选择：本设计通过单片机控制CD4052模拟开关来控制被测频率的自动选择。,三测量电路：RC震荡电路是利用555振荡电路实现被测电阻和被测电容频率化。电容三点式振荡电路是利用电容三点式振荡电路实现被测电感参数频率化。通过51单片机的IO口自动识别量程切换，实现自动测量。,四键盘选择电路：本设计中有Sr，Sc，SL三个按键，可灵活控制不同测量参数的切换，实现一键测量。,五数码管显示： 2个74LS573和6个数码管，采用共阳极方式连接构成动态显示局部，降低功耗。,测试仪的系统,硬件设计,单片机最小系统模块,在硬件设计中，选用,MS-51,系列单片机,AT89S52,为核心，其各个,I/O,口分别接有选择按键、八段数码管、,CD4052,地址码输入端及,Y,口输出端、锁存器的控制端，通过软件进行控制。,键盘选择电路,本设计中设置了Sr,Sc,SL三个按键，中选择指示灯亮时，说明当前的选通信号已传输给单片机的P1.0、P1.1和P1.2口，这三个口直接和按键相连接，当检测到低电平即选通信号时调用相应的控制程序，控制程序放在 MCS-51单片机的ROM中用于启动各个被测参数程序的调整。,数码管显示电路,六位数码管显示被测参数的示值从左到右依次代表十万、万、千、百、十和个位，这样显示结果更为简单可行。电路由,6,个共阳极数码管、两个,74HC573,组成,。,两个74HC573分别作为段码和位码的数据锁存器，它们的片选信号来自最小系统AT89S52的P2.6和P2.7， 通过锁存器可以到达节省I/O口的目的。通过锁存和动态扫描来显示所测的结果。,555,定时器的介绍,555,构成的施密特触发器,555,构成的多谢振荡器,施密特触发器只要将脚,2,和,6,连在一起作为信号输入端，即得到施密特触发器。设被整形变换的电压为正弦波,Vs,，其正半波通过二极管,D,同时加到,555,定时器的,2,脚和六脚，得到的,Vi,为半波整流波形。当,Vi,上升到,2/3VCC,时，,Vo,从高电平转换为低电平；当,Vi,下降到,1/3VCC,时，,Vo,又从低电平转换为高电平,多谐振荡器由,555,定时器和外接元件,R1,、,R2,、,C,构成多谐振荡器，脚,2,与脚,6,直接相连。电路没有稳态，仅存在两个暂稳态，电路亦不需要外接触发信号，利用电源通过,R1,、,R2,向,C,充电，以及,C,通过,R2,向放电端,放电，使电路产生振荡。,测量电阻电路,测量电容电路,用,555,定时器构成电阻电容构成多谐振荡电路，通过分析可知电容,c,放电时间,tpl=R2Cln2=0.7R2C,这时输出低电平，当放电结束后，,T,截止，,Vcc,将通过,R1,、,R2,向电容,C,充电，这事输出高电平，时间为,tph=(R1+R2)Cln2=0.7(R1+R2)C,。,同电阻测量电路相似，用,555,定时器构成电阻电容构成多谐振荡电路，通过分析可知电容,c,放电时间,tpl=R2Cln2=0.7R2C,这时输出低电平，当放电结束后，,T,截止，,Vcc,将通过,R1,、,R2,向电容,C,充电，这事输出高电平，时间为,tph=(R1+R2)Cln2=0.7(R1+R2)C,。,测量电感电路原理及仿真,考毕兹振荡器是自激振荡器的一种。图中的L、C1、C2组成谐振回路，作为晶体管放大器的负载阻抗。反响信号从电容器C2两端取得，送回放大器的基极b上，而且也是将LC回路的三个端点分别与晶体管的三个电极相连，故将这种电路成为电容三点式振荡器。由串联电容与电感回路及正反响放大器组成。,振荡频率,利用,EWB,仿真软件对电容三点式振荡电路的仿真原理如图,3-5-2,，双击示波器后可查看仿真波形，仿真波形如图,3-5-3,所示。,测量电感电路,多路选择开关电路,P1.5,P1.6,测量类别,0,0,Y0-R,0,1,Y1-C,1,0,Y2-L,1,1,*,利用CD4052实现测量类别的转换，CD4052是差分四通道数字控制模拟开关器件，有A0和A1两个二进制控制输入端和INH输入，具有低导通阻抗和很低的截止电流。当INH输入端=“1时所有通道截止，二位二进制输入信号选通四对通到中的一通道。中选择了某一通道的频率后，Y输出频率通过外部中断引脚P3.3送入单片机进行计数，通过计算得到要被测值，多路选择开关控制如表3-6 所示。,表,3-6,稳压电源电路,先用变压器把,220,伏稳压电源降压到,12,伏，然后经过整流桥整流，把交流电翻转为直流电，经过电容滤波然后可以得到较好的直流电，然后再稳压，滤波就可以输出稳定的,5,伏电压。,本设计中采用的是,LM2940,稳压芯片，是一种低压差线性稳压芯片，此类稳压芯片比传统的稳压,78,系列芯片性能更好，但是价格也很高。所以,2940,稳压芯片用一个反向的二极管保护进行。,测试仪的系统,软件设计,I/O口的分配,sbit sl=P10; /电感选择,sbit sc=P11; /电容选择,sbit sr=P12; /电阻选择,sbit fw=P33; /frequency的收集，该I/O口还是定时器T1,sbit selA=P15; /数据选择器的地址码B，B是高位,sbit selB=P16; /数据选择器的地址码A，A是低位,sbit dula=P26; /段选,sbit wela=P27; /位选,按键程序流程,进行按键选择，当已经选择被测参数类别，之后单片机根据按键类别启动相应的参数测试程序，如果没有检测到选择信号，那么继续进行检测。,在本设计的模块中，模块是以单片机为核心，再通过按键控制测量的被测参数在数码管显示。,频率参数计算的原理,本设计频率的计算采用单片机外部中断 ，对振荡电路产生的脉冲频率的进行采集计算，再通过对测量数据的校正算法来完成相应的参数计算。,t3时刻P3.3外部中断口检测到低电平下降沿进入外部中断1的中断效劳程序，开启定时器定时；t2时刻等待检测低电平；t1时刻第二次检测到低电平下降沿时再次进入外部中断效劳程序关定时器停止定时。,只有 P3.3引脚输入下降沿时，T1才允许计数，当再次检测到低电平下降沿时关闭定时器停止计数，此时外部振荡电路恰好输入了一个周期的矩形波信号，用此计数值乘以机器的周期数(晶振频率)，此时测得周期，再取倒数，得到相应的频率，然后再经过数据处理便得到输入信号的参数值,频率采集计算程序流程,主程序流程图,首先插入被测元件，开关翻开以后，按下单片机最小系统中的SET键，进行复位，然后进行按键选择，当已经选择被测参数类别，之后单片机根据按键类别启动相应的参数测试程序，给CD4052开关的地址码端送去相应的选通地址码，并且开启相应的中断及定时器进行频率的采集与计算，测试完毕后将结果送入数码管显示然后自动复位单片机继续进行下一次得检测。,毕业论文是一次非常好的将理论与实际相结合的时机，锻炼了我的动手能力，让我更好的把理论联系到实际。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、设计标准以及电脑制图等其他专业能力水平，让我体会到全心去完成一件作品全过程的喜怒哀乐。同时也为我以后走上工作岗位打下了根底。,本设计采用单片机为处理核心，提高系统的可靠性和稳定性,调试和维护方便，而且以MCS-51单片机最小系统为核心的设计能够满足了整个系统的工作需求，555振荡器实现了被测电阻和被测电容参数单片机可检测的频率，电容三点式振荡电路实现了被测电感参数的频率化。被测频率通过CD4052模拟开关送入单片机计数，再经过显示电路显示被测参数的测量值。软件用C语言编程，根据具体情况控制启动被测参数的相应程序,能灵活控制被测参数的档位切换。经过测试，系统各个模块都能正常共组，成功地到达了设计的硬件要求。,软件利用c语言编写，结合需要实现的功能和理论计算编译出需要的软件，然后烧进单片机结合硬件一起调试。这个过程是最关键也是最冲动人心的时刻。结合着硬件去修改软件排错，这个花了很长时间，也是我学到东西最多的时候。最后成功实现软硬件的联合调试。,虽然本系统完成了设计设计要求，但其中仍然存在着很多需要改进的地方。作品实测中，测量电容值有一定的误差，而且C值越大时误差越大，该误差那么是来源于振荡电路产生的频率和单片机检测上的误差。希望在之后的设计之中能够得到进一步解决。另外电感测量没有完成的很好，但是在不断的修改中自己也总结很多经验。在人机交换方面，显示局部可以改用显示效果更好的液晶屏显示，使系统工作状态和数据显示更加清晰、更加人性化。然后就是包装上面可以让作品更加美观实用。,结论与展望,致谢,本文是作者在河海大学常州校区做毕业设计期间学习、工作的总结，是在导师刘国高老师指导下完成的。,在这几个月毕业设计的学习和工作中，导师的精心指导和培养使我在各个方面都受益非浅。在分析问题、解决问题、实际操作及独立工作的能力有了很大的提高。在此期间，刘国高老师提出了很多有益的建议并给予我很大帮助。在本文的课题研究及写作过程中，也给予了大力支持。在此谨向刘老师表示衷心的感谢。,在河海大学常州校区这个学习气氛活泼、团结友爱的集体里，大家互相帮助，彼此讨论问题，共同提高。在此也要感谢我的各位学友，有了大家的支持和帮助使得论文研究工作得以顺利的进行。,最后，再次向刘国高老师以及帮助过我的同学们表示最真诚的谢意。,谢谢大家！,