电阻电容电感测试仪.doc

电阻电容电感测试仪的设计与制作天河学院：沈小波 黄孔 符亨江摘要 本文设计了一种基于单片机的数字式RCL自动测量仪，该系统由AT89S52最小系统电路、电源电路、测量电阻电路、测量电容电路、测量电感电路、键盘按钮电路、LCD显示电路、模拟开关电路等构成。本设计是利用AT89S52芯片的单片机实现测试的，其中电阻和电容的测量是利用555多谐振荡电路，而电感的测量根据电容三点式，用12864模块进行实时显示。这样，一方面测量精度较高，另一方面便于使仪表实现智能化。关键词：RCL，AT89S52，555多谐振荡电路一、方案论证与比较选择1.1电阻、电容和电感测量方案的比较与选择（1）电桥法：电桥法具有较高的测量精度，被广泛采用，现已派生出许多类型。但电桥法测量需要反复进行平衡调节，测量时间长，很难实现实时快速的自动测量。（2）谐振法：谐振法是测量阻抗的另外一种基本方法，是一种利用谐振回路的谐振特性而建立的测量方法，只需输出频率f，就能程序计算出所需测量的值。综上所述：谐振法测量精度虽说不如交流电桥法高，但是由于测量线路简单方便，在技术的困难要比电桥法小，再加上高频电路元件大多用于调谐回路中，故用谐振法测量也比较符合其工作的实际情况。1.2显示模块方案的比较与选择（1）LED点阵显示：LED点阵显示虽然能显示字符与数字，但显示效果不好，且不易编程（2）LCD液晶显示：LCD液晶不但能显示字符和数字，而且显示效果较好，且易于编程。综上所述：根据题目要求，选择LCD液晶显示效果更佳，更符合题目要求。二、系统设计与理论分析2.1 总体设计思想电阻、电容、电感是利用RC振荡器和LC振荡器，使其RCL值与震荡频率相关，AT89S52单片机根据所选通道，向模拟开关传送两位地址信号，取得RC震荡器或者LC振荡器振荡频率，将数据进行处理后，传送到数码管显示相应的被测R、C、L的值。系统框图如下：被测电阻被测电容被测电感RC振荡器RC振荡器电容三点式震荡器模拟开关4052单 片 机 AT89 S52三路通道选择开关数字显示 图1系统框图2.2各模块具体实现原理分析和说明1） 测量电阻：电阻的测量采用脉冲计数法，如下图所示由555电路构成的多谐振荡电路，通过计算振荡输出的频率来计算被测电阻的大小。该电路可以测出量程在1002M的电阻。该电路的振荡周期为：其中为输出高电平的时间，为输出低电平的时间。图2 测电阻多谐振荡电路为了使振荡频率保持在10100KHz这一段单片机计数的高精度范围内，需选择合适的C和R的值。取，得到， 我们将电路分为两档：1100Rx1000：I/O2为高电平输出，I/O4为低电平输出，R1=20K,C2=2200pf.此时 ,相应的电阻范围在2.8K-16K21000Rx1M:I/O1高电平输出，I/O3为低电平输出，R2=330,C2=0.01uf.此时2）测量电容：电容的测量同样采用脉冲计数法，如下图所示由555电路构成的多谐振荡电路，通过计算振荡输出的频率来计算被测电容的大小。图3 测电容多谐振电路555接成多谐振荡器的形式，其振荡周期为：测量电容的振荡电路与测量电阻的振荡电路完全一样。取R11=R12=91K，则，其分析过程如测量电阻的方法一样。最后测得电容的范围为10Pf 10uF可以满足精度要求。3） 测量电感：电感的测量是采用电容三点式振荡电路来实现的，如图所示。图4 电容三点式振荡振荡公式：，其中： 则电感的感抗为：在测量电感的时候，当单片机采用晶振6MHz,最快只能计算几百KHz的频率，于是我们把测电感的电容三点式电路得出的频率经过MC12023AB对该频率进行16分频满足单片机计数要求。4） 液晶显示电路LCD12864液晶屏有串行和并行两种工作方式，并行占用的I/O口较多（8个数据端口和3个控制端口），而串行只需要两个I/O口（1个时钟端口，1个数据端口）。考虑到AT89S52单片机的I/O口只有32个，为了节省I/O口，我们采用串行方式显示，LCD12864串行工作方式的端口连接图如图5所示，SID为串行数据端口，SCLK为串行时钟端口。图5 LCD12864串行工作方式端口连接图2.3 系统软件设计框图测量数据显示测量数据显示A测量数据显示归一化处理归一化处理归一化处理在量程范围初始化处理R/C.L测量选择L测量C测量R测量开始A在量程范围在量程范围系统软件框图三、测试方法与结果3.1 电阻测试表1 电阻测量分析表被测电阻测量值被测电阻实际值误 差3.2电容测试表2 电容测量分析表被测电容测量值被测电容实际值误 差3.3电感测试表3 电感测量分析表被测电感测量值被测电感实际值误 差四、测试分析五、总结六、参考文献