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1、全日制本科生學(xué)年論文題題 目：目： 電電 阻阻 電電 感感 電電 容容 測(cè)測(cè) 試試 儀儀 學(xué)學(xué) 院：院： 物物 理理 與與 電電 子子 工工 程程 學(xué)學(xué) 院院 專業(yè)年級(jí)：專業(yè)年級(jí)： 2010 電電子信息科學(xué)與技子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)術(shù)專業(yè)(職職教教師資師資) 學(xué)生姓名：學(xué)生姓名： * * * 學(xué)號(hào)：學(xué)號(hào)： 20100520* 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： * * * 職稱：職稱： 講講 師師 2013年年4月月26日日 第 頁(yè)( 共 8 頁(yè))目 錄1 1 系統(tǒng)方案系統(tǒng)方案 .2 21.1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)框圖.1.2 方案設(shè)計(jì)與論證.2 2 硬件電路硬件電路 .3 32.1 穩(wěn)壓電源模塊.32.2

2、 正弦信號(hào)發(fā)生器.32.3 采樣電路.43 3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) .5 53.1 控制測(cè)量程序模塊.53.2 按鍵處理程序模塊 .53.3 液晶顯示程序模塊.54 4 系統(tǒng)測(cè)試與結(jié)果分析系統(tǒng)測(cè)試與結(jié)果分析 .5 54.1 對(duì)正弦信號(hào)源的測(cè)試.54.2 對(duì)電阻電容電感的測(cè)量.64.3 誤差分析.65 5 總結(jié)總結(jié) .6 6參參 考考 文文 獻(xiàn)獻(xiàn) .7 7第 頁(yè)( 共 8 頁(yè))電阻電感電容測(cè)試儀電阻電感電容測(cè)試儀物理與電子工程學(xué)院 電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè) 2010 級(jí) *指導(dǎo)老師 何專紅摘摘 要：要：本設(shè)計(jì)是一種基于單片機(jī)(89C51)的高精度電阻電感電容測(cè)量?jī)x器的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)采用 MAX

3、038 單片壓控函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生高精度的正弦波信號(hào)流經(jīng)待測(cè)的電容或者電感和標(biāo)準(zhǔn)電阻的串連電路，利用電壓比例計(jì)算的方法推算出電容值或者電感值，利用 51 單片機(jī)控制測(cè)量和計(jì)算結(jié)果，采用 1602 液晶模塊實(shí)時(shí)顯示數(shù)值，可以手動(dòng)調(diào)節(jié)量程，正弦信號(hào)發(fā)生器可以實(shí)現(xiàn)幅值和頻率的調(diào)整，為了提高精度，我們把被測(cè)的交流電壓先通過(guò) ICL7650 來(lái)消除因?yàn)?AD637 輸入電阻較低產(chǎn)生的誤差。實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明，本設(shè)計(jì)性能穩(wěn)定，測(cè)量精度高。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：電壓比例法 89C51 AD637 1602 液晶Abstract：This design is a kind of high precision based

4、on single chip microcomputer (89 c51) resistance inductance capacitance measuring instrument design。 This design adopts the control function generator MAX038 monolithic pressure produce high-precision sine wave signals through the capacitance or inductance under test and the series of standard resis

5、tance circuit， by using the method of voltage ratio calculation calculated capacitance or inductance value， the use of 51 single-chip microcomputer control measurements and calculations， using 1602 liquid crystal module real-time display number， you can manually adjust range， sinusoidal signal gener

6、ator can realize amplitude and frequency of adjustment， in order to improve the precision， we put the ac voltage being measured by ICL7650 first to eliminate the error。 Because of lower AD637 input resistance test results show that this design has stable performance， high precision measurement。Key w

7、ords： 89 c51 AD637 1602 LCD voltage proportion method引言：現(xiàn)代電子產(chǎn)品正以前所未有的速度，向著多功能化、體積最小化、功耗最低化的方向發(fā)展，目前市面上測(cè)量電子元器件參數(shù) R、C 和 L 的儀表種類較多，方法和優(yōu)缺點(diǎn)也各有不同。一般的測(cè)量方法不易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量而且很難實(shí)現(xiàn)智能化等缺點(diǎn)。電阻電容電感測(cè)量方法較多(諧振法，電橋法，電壓比例法等)但因?yàn)閷?duì)于測(cè)量?jī)x器來(lái)第 頁(yè)( 共 8 頁(yè))說(shuō)精度越高越好，所以本設(shè)計(jì)選擇精度比較高的電壓比較法做電阻電感電容測(cè)試儀，它的原理是將一定頻率的交流信號(hào)經(jīng)過(guò)串聯(lián)分壓電路轉(zhuǎn)化為電壓信， ，然后經(jīng)過(guò)電路處理變成頻率信號(hào)經(jīng)

8、過(guò)單片機(jī)進(jìn)行比例運(yùn)算，最后將計(jì)算出的測(cè)量值輸送給顯示模塊并顯示各參量對(duì)應(yīng)的量綱。1. 系統(tǒng)方案1.1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)框圖本電路由電源模塊、正弦信號(hào)發(fā)生器、標(biāo)準(zhǔn)電阻和電感或電容串聯(lián)分壓電路、多路開關(guān)、電壓跟隨器、高精度交流/有效值轉(zhuǎn)換、A/D 轉(zhuǎn)換、單片機(jī)、液晶顯示、鍵盤等模塊組成。系統(tǒng)主要模塊流程圖如圖 1 所示：圖 1 系統(tǒng)流程圖1.2 方案設(shè)計(jì)與論證1.2.1 電阻電感電容測(cè)試采樣模塊電阻電感電容測(cè)試采樣模塊的設(shè)計(jì)方案有很多，例如利用純模擬電路來(lái)實(shí)現(xiàn)、電阻可用比例運(yùn)算器法、電容可用恒流法和比較法、電感可用時(shí)間常數(shù)法和同步分離法等。電壓比例法：采用與標(biāo)準(zhǔn)電阻相比較的的方法，其原理是在

9、待測(cè)原件與標(biāo)準(zhǔn)原件的串聯(lián)電路中加以電流 I，這樣被測(cè)元件與標(biāo)準(zhǔn)元件上得到的電壓分別為 Vx 與 Vi；通過(guò)計(jì)算得出被測(cè)值，此方法精度高，需要一個(gè)具有輸出頻率穩(wěn)定的信號(hào)源來(lái)提供激勵(lì)。本設(shè)計(jì)采用此方案。1.2.2 正弦信號(hào)發(fā)生器模塊正弦信號(hào)源發(fā)生器模塊是決定系統(tǒng)誤差的重要部分，要求有穩(wěn)定的頻率，另外為第 頁(yè)( 共 8 頁(yè))了測(cè)試系統(tǒng)的可靠性還要求正弦信號(hào)發(fā)生器的頻率和電壓具有可調(diào)性，本系統(tǒng)要求頻率范第3 頁(yè)( 共 8 頁(yè))圍 1HZ1MHZ，電壓大于 5V。MAX038 信號(hào)發(fā)生器：MAX038 是 MAXIM 公司生產(chǎn)的一個(gè)只需要很少外部元件的精密高頻波形產(chǎn)生器，他能產(chǎn)生準(zhǔn)確的高頻正弦波、三角波

10、、方波。輸出頻率和占空比可以通過(guò)調(diào)整電流、電壓或電阻來(lái)分別地控制。1.2.3 顯示模塊方案一 采用 LED 數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管顯示具有亮度高、夜視效果好等優(yōu)點(diǎn)，但顯示信息量小，且自身功耗較大。方案二 LCD 液晶顯示器1可輕松實(shí)現(xiàn)字母、漢字的顯示，控制簡(jiǎn)單，能耗小，可以中文輸出便于人際交流顯示內(nèi)容豐富。所以本設(shè)計(jì)采用此方案。2 硬件電路2.1 穩(wěn)壓電源模塊2圖 3 穩(wěn)壓電源2.2 正弦信號(hào)發(fā)生器該電路的核心器件為 MAX038，具有輸出頻率范圍寬、波形穩(wěn)定、失真小、使用方便等特點(diǎn)。第4 頁(yè)( 共 8 頁(yè))圖 4 正弦信號(hào)發(fā)生器2.3 采樣電路ICL7650 是斬波穩(wěn)零式高精度運(yùn)算放大器3，它具

11、有輸入偏置電流小、失調(diào)小、增益高、共模抑制能力強(qiáng)、響應(yīng)快、漂移低、性能穩(wěn)定及價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。ICL7650 采用 14 腳雙列直插式和 8 腳金屬殼兩種封裝形式， 14 腳雙列直插式封裝是最常用的。由于 AD637 的輸入電阻較低，為了降低其分壓產(chǎn)生的誤差，被測(cè)的交流電壓先通過(guò)精密運(yùn)算放大器 ICL7650 構(gòu)成的電壓跟隨器，然后才通過(guò)高精度交流/有效值轉(zhuǎn)換芯片 AD6374轉(zhuǎn)換成有效值，進(jìn)過(guò) ADC 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，在單片機(jī)中完成比例運(yùn)算，得到電容電感數(shù)值。測(cè)量不同數(shù)值電感電容時(shí)，可以選擇相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電阻和改變 MAX038 輸出信號(hào)的頻率來(lái)分壓，這通過(guò)單片機(jī)控制繼電器切換電路和編程來(lái)實(shí)現(xiàn)。2

12、.3 液晶顯示模塊本設(shè)計(jì)采用常用的 2 行 16 個(gè)字的 1602 液晶顯示器來(lái)顯示電阻電感電容值。單片機(jī)的 P1 口與 1602 液晶模塊的數(shù)據(jù)口連接傳輸數(shù)據(jù)5，P2 口分別控制 RS、RW 和使能端E。RS 為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平時(shí)選擇指令寄存器。RW 為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng) RW 和 RS 同時(shí)為低時(shí)，可以寫入指令或顯示地址；當(dāng) RS 為低，RW 為高時(shí)，可以讀忙信號(hào)；當(dāng) RS 為高 RW 為低時(shí)，可以寫入數(shù)據(jù)。E 端為使能端，當(dāng) E 端有高電平跳變到低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。D0-D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線。V0 為液晶顯示器對(duì)

13、比度調(diào)節(jié)端，接正電源時(shí)對(duì)比度弱，接地是對(duì)比度高，使用時(shí)要通過(guò)一個(gè) 10K 的電位器調(diào)整對(duì)比度。第5 頁(yè)( 共 8 頁(yè))3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1 控制測(cè)量程序模塊單片機(jī)控制測(cè)量程序不僅擔(dān)負(fù)著量程的識(shí)別與轉(zhuǎn)換，而且還負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的修正和傳輸；因此主控制器的工作狀態(tài)直接決定著整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)能否正常工作，所以控制測(cè)量程序?qū)φ麄€(gè)測(cè)量來(lái)說(shuō)至關(guān)重要?？刂茰y(cè)量流程圖如圖 9 所示。圖 9 控制測(cè)量程序流程圖3.2 按鍵處理程序模塊按鍵處理程序的主要功能是設(shè)置測(cè)量的類型和測(cè)量的檔位，當(dāng)有按鍵被按下時(shí)就執(zhí)行相應(yīng)的按鍵功能。3.3 液晶顯示程序模塊該程序模塊只有一個(gè)功能，就是對(duì)測(cè)量結(jié)果清晰正確的顯示出來(lái)，并能夠保持穩(wěn)定。4

14、 系統(tǒng)測(cè)試與結(jié)果分析測(cè)試儀器：雙蹤示波器和數(shù)字萬(wàn)用表6。4.1 對(duì)正弦信號(hào)源的測(cè)試 我們使用示波器對(duì)信號(hào)源進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)波形和頻率顯示平穩(wěn)，并得到了一些數(shù)第6 頁(yè)( 共 8 頁(yè))據(jù)。由測(cè)量數(shù)據(jù)經(jīng)我們分析計(jì)算得出此信號(hào)發(fā)生器輸出電壓幅值大于等于 5，并且大小可以調(diào)節(jié)。4.2 對(duì)電阻電容電感的測(cè)量我們對(duì)于各種性質(zhì)的元件(電阻電容電感)分別找了足夠量的元件；用高精度數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量出其阻值(容值或感值）取多個(gè)相同電阻的平均值作為參考量；然后用我們自制的儀表進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量多個(gè)阻值不同的電阻，算出其誤差，最后求平均誤差。電容和電感的測(cè)量同理。4.3 誤差分析本測(cè)量?jī)x的測(cè)量范圍較寬，并且達(dá)到了很好的精度，

15、信號(hào)源測(cè)試結(jié)果分析：由于示波器精度所限，頻率低于 10Hz 示波器無(wú)法識(shí)別信號(hào)。經(jīng)計(jì)算自制信號(hào)源最大相對(duì)誤差為 0。4%，我們的信號(hào)源范圍更寬。電阻測(cè)試結(jié)果分析：測(cè)量電阻阻值誤差較小，最大誤差為 2%，用 16 位 AD 采樣直流分壓信號(hào)極為精確。電容測(cè)試結(jié)果分析：電容測(cè)試最大誤差為 3%。電感測(cè)試結(jié)果分析：電感測(cè)試最大誤差小于 4%。在實(shí)際測(cè)量中，由于測(cè)試環(huán)境，測(cè)試儀器，測(cè)試方法等都對(duì)測(cè)試值有一定的影響，都會(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果或多或少地偏離被測(cè)量的真值，為了減小本設(shè)計(jì)中誤差的大小，主要利用修正7的方法來(lái)減小本測(cè)試儀的測(cè)量誤差。5 總結(jié)通過(guò)對(duì)電阻、電容、電感測(cè)試儀的課題設(shè)計(jì)，鍛煉了我的實(shí)際動(dòng)手能力，增強(qiáng)了我解決實(shí)際工程問題的能力，同時(shí)也提高我查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平。硬件電路圖簡(jiǎn)單，成本低；采用單片機(jī)可以提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，縮小系統(tǒng)體積，調(diào)試與維護(hù)方便，而且以 51 單片機(jī)最小系統(tǒng)為核心的控制系統(tǒng)能滿足整個(gè)系第7 頁(yè)( 共 8 頁(yè))統(tǒng)的要求，本系統(tǒng)也還有許多可以擴(kuò)展的功能，可以增加語(yǔ)音功能，每次測(cè)量值穩(wěn)定的時(shí)候就通過(guò)語(yǔ)音報(bào)告出來(lái)；也可以增加在線測(cè)量的功能，這樣就更能夠測(cè)量出元件工作時(shí)的正常值，而不僅僅是靜